WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Обычно для организации гидроотвала выбирается разветвленная балочная или речная долина вблизи строящегося карьера, которая ограждается дамбой. Таким образом, создается емкость, в которой накапливается технологическая вода и намывается гидросмесь рыхлых вскрышных пород - суглинков, супесей, песка, а иногда и глины. Намыв гидросмеси чаще всего осуществляется с дамбы. Через определенный период времени, по мере заполнения гидроотвала, дамба наращивается из намытых или привозных пород. Число наращиваемых дамб обвалования достигает 10-12, при высоте каждой 3-7 м.

В результате поверхность гидроотвала приобретает уклон, противоположный уклону тальвега долины. Контруклон гидроотвала лишает долину ее основного свойства - проточности, поэтому на поверхности отвала скапливается вода, подпитывающая уложенные породы, что приводит к значительному увеличению срока их консолидации. Кроме того, при намыве гидросмеси в гидроотвалы, расположенные в разветвленных балочных и речных долинах, гидросмесь оседает неравномерно и в логах, прилегающих к основной долине под углом близким к прямому, образуются незамытые, а заполненные водой «мертвые зоны» (рис. 1). Наличие прудов «мертвых зон» уменьшает вместимость гидроотвала на 25-40% и существенно затрудняет работы по восстановлению его поверхности на всей территории.

I - I II - II Рис. 1. Долинный гидроотвал после завершения намыва:

1 – дамба обвалования; 2 – пляжная зона; 3 – мертвые зоны гидроотвала, заполненные водой; 4 – пруд-отстойник с осветленной водой Установлено, что для достижения несущей способности поверхности гидроотвала 0,29 МПа, при которой возможно использование традиционных технических средств (бульдозеров, экскаваторов и погрузчиков) для формирования его поверхности и последующей рекультивации, период консолидации составляет от 7 до 10 и более лет, причем без учета эффекта подпитки. Согласно принятым положениям об экологически адекватной рекультивации задачей восстановительных работ является не простое формирование поверхности и плодородия почв, а обеспечение интеграции восстанавливаемых участков в ландшафт, т.е. ассимиляция техногенного рельефа естественным с соблюдением двух основных принципов: плавного сочленения и имитации естественных форм и процессов в рельефе с учетом истории его развития, а также смены условий рельефообразования, произошедших в результате антропогенного вмешательства.

Строительство в речной долине ступенеобразного земляного сооружения - гидроотвала неисправимо нарушает функционирование речной морфосистемы, поэтому для восстановления поверхности долинного гидроотвала не всегда следует стремиться к восстановлению морфосистемы реки - в нижнем течении она может быть превращена в систему прудов, сообщающихся между собой каналами. Плавное сочленение элементов рельефа предполагает отсутствие резких изломов и перегибов антропогенной по поверхности на контакте с естественным и отсутствие прямых линий и углов в контурах техногенных форм. Восстанавливаемая территория должна плавно причленяться к естественным формам рельефа, облегчая ассимиляцию. Принцип имитации предполагает возобновление на рекультивируемых в последующем площадях тех естественных рельефообразующих процессов, которые существовали до проведения горных работ, или, если такое невозможно, процессов, характерных для техноморфосистем в новых условиях.

Анализ морфосистем Кузнецкого угольного бассейна показывает высокое разнообразие геоморфологических условий рассмотренных районов и морфогенетических категорий, что обусловливает различие экологически адекватного восстановления нарушенных земель. При этом выявлено, что наиболее распространенными формами рельефа являются: реликтовые - балочная сеть степной зоны; современные - речные долины, овраги.

Геоморфологический анализ показал, что если на территории Кузбасса в пределах горного отвода до начала горных работ существовали останцовые формы балочной сети степной зоны, то при проведении рекультивационных работ их можно не восстанавливать, т.е. планировать территорию и воссоздавать лишь эрозионную сеть. Однако при горнотехнической рекультивации рельефа, нарушенного горными работами, в обязательном порядке следует восстанавливать опосредованные факторы флювиального рельефа, а именно долинную сеть и ее иерархию, ширину и уклоны тальвегов долин, уклоны бортов долин, а при расчете конкретных параметров самое пристальное внимание обращать на динамическое состояние флювиальных морфосистем, а также морфосистем, включающих их как часть.

Отдельно следует остановиться на проблеме антропогенных оврагов, часто встречающихся в данном регионе. Эти формы рельефа вызваны действием современных процессов и не являются реликтами.

Геоморфологическое обоснование параметров техногенных форм рельефа позволяет определить в качестве главной задачи рекультивации восстановление флювиальной морфосистемы с изменением уклона и глубины расчленения. Флювиальные формы рельефа - это формы, создаваемые деятельностью постоянных и временных водных потоков, являются первоочередным объектом экологически адекватного восстановления нарушенной ранее поверхности земли.

Одним из главных принципов геоморфологического обоснования экологически адекватного рельефа долинных гидроотвалов после завершения горных работ является восстановление главной функции речной долины - сбор и пропуск осадков, т.е. обеспечение ее проточности. При этом, в соответствии с сущностью русловых процессов - как совокупность эрозионноаккумулятивных воздействий потока на взвешенные и полувзвешенные частицы субстрата основания, необходимо обеспечение динамического равновесия.

Динамическое равновесие может быть достигнуто за счет обоснования параметров водного потока - скорости течения, ширины и глубины, а также путем выбора продольного равновесного профиля, который определяется прежде всего величиной уклона.

Наиболее естественными для водотока являются продольные профили в виде вогнутых кривых параболического типа. Анализ морфологии продольных профилей долин малых логов степной зоны Кузбасса показывает, что, хотя вогнутая форма превалирует, иногда объектом восстановления являются лога, чей естественный продольный профиль был выпуклым. В работе обосновывается, что и в этом случае следует формировать поверхности с профилем в виде вогнутой кривой параболического типа. Во-первых, формирование выпуклого профиля малых долин связано с различиями в скоростях врезания в них и в реках, с которыми они сочленяются. Как показали исследования, при ликвидации реки в процессе гидроотвалообразования этот тип взаимоотношений эрозионных процессов в долинах разного порядка исчезает. Следовательно, стремиться имитировать выпуклый профиль означает восстанавливать формы, существование которых вызывалось процессами, исчезнувшими вследствие строительства гидроотвала. Во-вторых, выпуклый профиль способствует развитию эрозионных процессов на нем, что недопустимо при сельскохозяйственном использовании площадей гидроотвала.

Уклон русла водотока, устойчивого к эрозионному размыву, можно установить из уравнения Шези, которое определяет взаимосвязь между расходом воды, уклоном, формой и размерами поперечного сечения потока:

V = C R I, где V - скорость потока, м/с; С - коэффициент Шези, м1/2 /c; I - уклон русла, дол. ед.

Коэффициент Шези может быть определен по эмпирической формуле Манинга C = R1/ 6, n где n - коэффициент, зависящий от шероховатости; R - гидравлический радиус потока, м.

Величина R определяется в зависимости от смоченного периметра потока (b+2h) и площади сечения потока:

b h R =, 2h + b где h - глубина потока, м; b - ширина потока, м.

В результате скорость потока (м/с) можно представить в виде:

0,I bh V =.

n 2h + b (1) Эта зависимость не позволяет учитывать влияние расхода воды в водотоке на уклон поверхности. Тогда по известной зависимости Q = V = bhV Q = V = bhV, где Q - расход воды в потоке (м3/c); - площадь живого сечения (м2), выразим величину h и подставим в исходное выражение (1). После преобразования получим 1, 2 bV I =V n2 +.

b Q (2) Подставляя в это выражение величину неразмывающей скорости для соответствующих пород основания водотока и величину расхода воды в период паводков в верховьях, низовьях или в любых других точках водотока с учетом коэффициента шероховатости и ширины потока, можно определить величину уклона тальвега, обеспечивающего исключение размыва пород основания. На рис. 2 представлена зависимость величины неразмываемого уклона водотока от величины расхода воды для суглинков.

Не допуская эрозионный размыв русла водотоков, которые будут протекать в последующем по поверхности рекультивируемых гидроотвалов, в то же время необходимо исключить их заиливание. Принимаем положение, что глинистые (до 0,005 мм) и пылеватые частицы (0,005-0,05 мм).

Для того чтобы исключить заиливание канала (русла водотока) необходимо соблюдение условия:

L h 100 LW = K или V =, V W 100 h K где L - длина канала, м; V - скорость движения потока, м/с; K - коэффициент, учитывающий глубину потока, 0,510; h - глубина потока, м; W - гидравлическая крупность частиц, оседание которых необходимо избежать, м/с.

Рис. 2. Изменение величины неразмываемого уклона водотока в зависимости от расхода воды (для суглинков):

1- n = 0,0225 ; b =10м ; V = 0,8 м с (суглинок); 2 - n = 0,040 ; b =10м ; = 0,8 м с Учитывая полученную ранее зависимость (1) между величиной уклона и параметрами водотока, можно составить систему уравнений для определения величины уклона I, исключающего заиливание канала:

0, I bh V = ;

n 2h + b LW V = ;

100 K h Q = bhV.

После преобразований получим 2 1, L W b V n 2 bV I = +.

100 K Q b Q (3) Таким образом, установлены зависимости для определения диапазона величины уклона тальвега долины для пропуска водного потока конкретной морфосистемы:

2 1,334 1, LWbVn 2 bV 2 bV + < I

100KQ b Q b Q (4) Стратегия экологически адекватной рекультивации, основанной на геоморфологических принципах, подразумевает формирование при рекультивации такого техногенного рельефа, который обеспечивает возвращение нарушенных земель с прежними функциями. В соответствии с этим принципом обоснован диапазон величины уклонов водотока, обеспечивающий, с одной стороны, исключение размыва его основания, а с другой - заиливание русла.

Казалось бы, вопрос об отсутствии процесса размыва основания водотока при рекультивации долинных гидроотвалов является излишним, т.к. размещение определенного объема пород в долине приводит к уменьшению величины естественного уклона тальвега, следовательно, если размыв основания ранее не наблюдался, то он и не будет происходить при меньшем уклоне. Однако в процессе намыва гидросмеси в гидроотвал для водотока меняется физикомеханическое состояние и, возможно, литологический состав пород основания. Следовательно, даже при сохранении расхода водотока и скорости потока она может стать размывающей для нового основания.

Процесс заполнения гидроотвала вскрышными породами постепенно выполаживает этот уклон. Со временем он может приблизиться к величине уклона незаиливающего. Именно величина незаиливающего уклона водотока ограничивает приемную способность долины по тому же критерию - восстановление функции речной долины в морфосистеме региона.

В том случае, если величина незаиливающего уклона водотока не будет обеспечена, т.е. фактический уклон поверхности восстанавливаемого отвала будет меньше, пропуск воды не будет обеспечен уклоном русла и вся поверхность будет заболачиваться.

Для исключения подобного явления необходимо ограничить объем укладываемых в гидроотвал пород. Объем вскрышных пород, уложенный в гидроотвал, который позволяет восстановить главную функцию рельефа долинного гидроотвала по пропуску осадков и не нарушает эрозионноаккумулятивную деятельность водотока, протекающего по тальвегу долины, можно назвать экологическим пределом вместимости долинных гидроотвалов.

Для определения экологического предела вместимости долинного гидроотвала необходимо:

- определить в соответствии с установленной зависимостью величину незаиливающего уклона русла основного водотока и его притоков (если они существуют);

- рассчитать неразмываемый уклон склонов, опирающихся на тальвег долины;

- построить техногенный рельеф поверхности гидроотвала, который должен быть после экологически адекватного восстановления;

- на основании сравнения рельефа долины до размещения в ней гидроотвала и экологически адекватного техногенного рельефа после рекультивации определить объем пород, который возможно разместить в долине, не нарушая ее основную функцию в морфосистеме региона. Объем пород, уложенный в гидроотвал, ограниченный поверхностью рельефа долины до размещения в ней гидроотвала и поверхностью техногенного рельефа гидроотвала, который должен быть сформирован после экологически адекватной рекультивации и дамбой обвалования гидроотвала, является экологическим пределом вместимости долинного гидроотвала.

Предел вместимости долинного гидроотвала должен определяться на стадии его проектирования. В случае, если объем укладываемых в гидроотвал пород («гидровскрыша» карьера) не превышает этот предел, определяется соответствующий техногенный рельеф по всей территории гидроотвала, что позволит в последующем минимизировать объем работ по рекультивации. В противном случае, при рекультивации заполненного гидроотвала, может возникнуть ситуация, когда с целью уменьшения объема работ по переукладке пород в долине должен быть создан искусственный водоем. Укрупненный алгоритм расчета параметров техногенного рельефа при рекультивации долинного гидроотвала и его экологического предела вместимости представлен на рис. 3.

Замер фактических уклонов экспериментально намытой поверхности при восстановлении земли в верховьях Ульяновского и Виноградовского логов гидроотвала на реке Еловка разреза «Моховский» показал совпадение экспериментальных и расчетных значений с ошибкой прогноза не более 10 %.

На основании разработанной методики расчета параметров техногенного рельефа при восстановлении долинных гидроотвалов в работе определен рельеф поверхности 1-й очереди гидроотвала на реке Еловка разреза «Моховский» (рис. 4), который должен быть сформирован в процессе горнотехнического этапа рекультивации.

Работы по формированию рельефа на гидроотвале включают:

1. Заполнение емкости «мертвых зон» грунтов и обеспечение уклонов логов, допускающих быструю ассимиляцию гидроотвала естественным рельефом.

2. Обеспечение пропуска паводковых вод р. Еловка и дренажа, а также создание особых пойменных и террасовых условий увлажнения рекультивируемой поверхности путем строительства систем каналов избыточной пропускной способности.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»