МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ФЕНЕНКО Володимир Іванович

УДК 622.271:622.882.004.12

ТЕХНОЛОГІЧНІ ЗАСАДИ ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ

ГІРНИЧОТЕХНІЧНОЇ РЕКУЛЬТИВАЦІЇ ЗЕМЕЛЬ,

ПОРУШЕНИХ МАРГАНЦЕВИМИ КАР'ЄРАМИ

Спеціальність 05.15.03 - “Відкрита розробка родовищ

корисних копалин”

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Науковий керівник -

Прокопенко Василь Іванович,

доктор технічних наук, професор

Дніпропетровськ, 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі прикладної економіки Національного

гірничого університету Міністерства освіти і науки України

(м. Дніпропетровськ).

Науковий керівник: - доктор технічних наук, професор

Прокопенко Василь Іванович,

Національний гірничий університет Міністерства

освіти і науки України (м. Дніпропетровськ),

завідувач кафедри прикладної економіки.

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор

Гуменик Ілля Львович,

Національний гірничий університет Міністерства

освіти і науки України, завідувач кафедри

відкритих гірничих робіт;

кандидат технічних наук,

старший науковий співробітник

- Копач Павло Іванович,

Інститут проблем природокористування та екології

НАН України (м. Дніпропетровськ),

заступник завідувача відділу екологічних

основ технологій природокористування.

Провідна установа: - Криворізький технічний університет

Міністерства освіти і науки України,

кафедра відкритих гірничих робіт.

Захист відбудеться 27 червня 2006 р. о 14 - 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.02 із захисту дисертацій при Національному гірничому університеті за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ -27, просп. К.Маркса, 19, ауд. 1/102.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного гірничого

університету за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ-27, просп. К. Маркса, 19.

Автореферат розісланий 25 травня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

к. т. н, доц. В.В. Панченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Відведені під розробку родовища землі гірничодобувне підприємство частіше використовує нераціонально. По-перше, за проектом площі земельного і гірничого відводів найчастіше завищені. По-друге, відсутнє екологічне мислення, нерозуміння неминучості переходу до технологій розробки родовища, що зберігають землі. По-третє, низька якість рекультиваційних робіт суперечить високим вимогам сільськогосподарського виробництва.

Щорічно в Україні під відкриті гірничі розробки родовищ надається 1000…1200 га земельних угідь різного призначення. Значну питому вагу у площі вилучених земель займають кар'єри, що експлуатують горизонтальні родовища. Марганцеві кар'єри нині розробляють до 200 млн. т гірської маси на рік і для цього використовують 100…150 га родючих земель, з них рекультивують для сільськогосподарського виробництва лише 50-60%.

В науково-технічній літературі та проектних рішеннях питання гірничотехнічної рекультивації вивчені достатньо детально. Розроблено багато технологічних схем і комплексів устаткування, які дозволяють зняти шар чорнозему та потенційно-родючий шар (ПРШ) ґрунту на передовому уступі кар'єру, перемістити та укласти їх на поверхні відвала. Однак запропоновані схеми і комплекси за критеріями ефективності недостатньо ураховують якість рекультивації відпрацьованих ділянок. На марганцеворудних кар’єрах Орджонікідзевського ГЗК (ОГЗК) відновлені землі, що призначені для використання у сільському господарстві, характеризуються суттєвими недоліками. Вміст гумусу в техногенному шарі чорнозему складає 1,8...2,2% при вмісті в непорушених ґрунтах 3,5…4,2%. Насипаний шар як за потужністю, так і вмістом гумусу має значні коливання, не забезпечується необхідна структура потенційно-родючого шару, що підстилає. Знижений рівень родючості ґрунтів зумовлює низьку грошову оцінку відновлених земель і таким чином збільшує розмір компенсаційних платежів гірничо-збагачувальних підприємств за відведення непорушених земель під кар’єри та збитки їх власників. Вищевикладене підтверджує актуальність теми дисертаційної роботи.

У результаті досліджень вирішена науково-прикладна задача, яка полягає у визначенні теоретичних залежностей між технологічними засобами гірничотехнічної рекультивації та рівнем показників родючості відновлених земельних ресурсів, використаних марганцеворудними кар’єрами. Ці залежності –основа розробки технічних і технологічних рішень, які забезпечують формування рекультивованих земель для сільськогосподарського виробництва.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності до планових досліджень Національного гірничого університету з розвитку екологічно орієнтованої технології розробки родовищ, що передбачені цільовою держбюджетною програмою. У науково-дослідній роботі за темою „Обґрунтування форм економічних відносин при впровадженні організації відтворення земельних ресурсів, порушених гірничими розробками” (ДР № 0101U001548) автор, як виконавець, обґрунтував технологічні шляхи поліпшення економічних результатів відтворення земель, порушених кар’єрами.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи – розробка технологічних рішень з питань відкритих гірничих робіт, що пливають на якість гірничотехнічної рекультивації, яка формує певну сукупність властивостей і рівень корисності техногенних ґрунтів згідно з напрямком їх використання. Для досягнення мети в дисертації сформульовані й вирішені наступні задачі:

1) проаналізувати якість відновлення земель, порушених марганцевими кар’єрами ОГЗК, згідно з вимогами до придатності техногенних ґрунтів для сільськогосподарського використання;

2) оцінити досвід підприємств з питань технічних засобів та технології рекультивації земель, порушених відкритими розробками, як чинників впливу на родючість відновлених земель та їх вартісну оцінку;

3) обґрунтувати доцільні комплекси устаткування та технологію рекультивації у взаємозв’язку із якістю і собівартістю відновлення земельних ресурсів в сучасних умовах земельної реформи в Україні;

4) визначити теоретичні засади управління обсягами й напрямками рекультиваційних робіт протягом періоду експлуатації марганцевого родовища;

5) розробити методичні основи управління режимом гірничотехнічної рекультивації порушених земель у напрямку створення техногенних ґрунтів заданих показників родючості.

Об’єктом дослідження є виробничі процеси відкритої розробки горизонтального родовища марганцевої руди.

Предмет дослідження – гірничотехнічна рекультивація як виробничий процес відновлення на кар’єрі земельних ресурсів.

Теоретичною та методологічною основою проведеного дослідження стали основи теорії виробничих процесів відкритих гірничих робіт. Інформаційну базу склали роботи вітчизняних та закордонних вчених, нормативні документи та офіційні техніко-економічні показники рекультиваційних робіт на гірничодобувних підприємствах України. При рішенні наукових завдань використані такі методи дослідження: наукове узагальнення і систематизація – для визначення сучасного рівня та шляхів підвищення якості гірничотехнічної рекультивації; техніко-економічний аналіз – для вибору раціонального комплексу рекультиваційного устаткування; математична статистика – при встановленні залежностей між показниками родючості та грошовою оцінкою відновлених земель; економіко-математичне моделювання – при системному аналізі ефективності гірничотехнічної рекультивації за економічними критеріями оцінки; аналітичний – для визначення технологічних параметрів управління напрямком і режимом рекультиваційних робіт.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

1) запропоновані та визначені нові терміни „якість гірничотехнічної рекультивації” і „режим рекультиваційних робіт”, які відображають нове уявлення про зміст гірничих робіт з відновлення відпрацьованих земельних ресурсів;

2) уперше розроблений метод забезпечення заданих параметрів родючості техногенних ґрунтів шляхом управління режимом рекультиваційних робіт;

3) удосконалені методичні основи оцінки якості гірничотехнічної рекультивації, виходячи з грошової оцінки рекультивованих земель, за якими, на відміну від відомих, грошова оцінка враховує вплив показників родючості на врожайність земель за допомогою корегувальних коефіцієнтів, що віддзеркалюють механізацію та технологію формування техногенного ґрунту;

4) дістав подальший розвиток аналітичний метод планування обсягів рекультиваційних робіт, який уперше відповідно до напрямків використання відновлених земель протягом періоду експлуатації родовища передбачає повне або часткове відновлення земель, або облаштування порушених земель, що не відновлюють;

5) удосконалений системний підхід до вибору рекультиваційного устаткування і технології відновлення відпрацьованих земель, який, на відміну від відомих, передбачає залежність суми виробничих витрат на створення техногенного ґрунту й потенційно родючого шару, а також платежів гірничодобувного підприємства за відведення природних земель під розробку родовища від рівня родючості відновлених земель.

Наукові положення, які захищаються в дисертації:

1) якість рекультиваційних робіт залежить від технологічних умов взаємодії робочого устаткування, прийнятого для окремих видів робіт, які визначають втрати чорнозему й засмічення природного ґрунту, а також структуру шару потенційно родючих порід, що підстилають. Це положення є основою вибору технічних засобів і технології відновлення земель, порушених кар’єрами;

2) вміст гумусу в техногенному ґрунті на відвальній поверхні за величиною визначається у прямо пропорційній залежності від величини вмісту гумусу в природному ґрунті й обернено пропорційній залежності від обсягів втрат гумусу і засмічення ґрунту при його знятті, транспортуванні та збереженні. Це є основою планування можливих за рівнем показників родючості насипного шару чорнозему, на підставі яких управляють режимом рекультиваційних робіт.

Обґрунтованість та достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджуються аналізом чисельних вітчизняних та зарубіжних літературних джерел, відповідністю методів дослідження поставленим в роботі меті й задачам, достатнім обсягом статистичних даних і задовільним збігом результатів теоретичних досліджень з фактичними показниками практики марганцевих кар’єрів (відхилення не більше 15%), а також досвідом практичного використання рекомендацій.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що теоретичні дослідження доведені до рівня конкретних методичних положень і пропозицій підвищення якості рекультиваційних робіт шляхом впровадження на кар’єрах ОГЗК комплексів устаткування та технологічних схем, які здатні утворити насипний шар чорнозему заданих показників родючості й рельєфу, заходів зі збільшення площі земельних ділянок, відновлених для сільськогосподарського виробництва. Складений графік режиму рекультивації і на його базі для Шевченківського кар’єру - календарний план відновлення земельних ділянок.

Підтвердженням практичного значення одержаних результатів є використання розробок і рекомендацій автора Державним підприємством „Дніпропетровський науково-дослідний та проектний інститут землеустрою” (акт впровадження № 7004-1/595 від 15.06.2005 р.), Нікопольським відділом земельних ресурсів (довідка № 2854/4 від 21.10.2005 р.), а також проектно-конструкторським відділом Орджонікідзевського ГЗК (довідка № 70/745/07 від 20.10.2005 р.). Впровадження рекомендації дозволило комбінатові знизити витрати на відведення земель під розробку родовища у 2003-2004 рр. на 3070 тис. грн. Частка автора в цьому ефекті – 10 % , тобто 307 тис. грн.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійним, завершеним дослідженням автора, який зібрав статистичний матеріал, виконав його обробку, аналіз і наукове узагальнення. Обґрунтував методи дослідження та вирішив поставлені у роботі наукові задачі. Сформулював рекомендації щодо покращення технології рекультиваційних робіт, ураховуючи одержані результати наукових розробок. Участь автора в роботах, опублікованих у співавторстві, наведена в списку опублікованих праць за темою дисертації.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, що включені до дисертації, обговорені та схвалені на науково-технічних нарадах Дніпропетровського НДПІ землеустрою, Інституту проблем природокористування та екології НАН України, Нікопольського відділу земельних ресурсів, Орджонікідзевського ГЗК. Основні положення роботи оприлюднені на науково-практичних конференціях "Земельні ресурси України: рекультивація, раціональне використання та охорона" (Дніпропетровськ, 1996); "Еколого-економічні проблеми розвідки, розробки та збагачення корисних копалин України" (Дніпропетровськ, 1997); "Сучасні шляхи розвитку маркшейдерсько-геодезичних робіт на базі передового вітчизняного та зарубіжного досвіду" (Дніпропетровськ, 1997); "ХХI століття: проблеми і перспективи освоєння родовищ корисних копалин" (Дніпропетровськ, 1998); "Проблеми та перспективи розвитку економіки України в умовах ринкової трансформації" (Дніпропетровськ, 1999); „Проблеми природокористування, сталого розвитку і техногенної безпеки регіонів” (Дніпропетровськ, 2003); „Оптимізація агроландшафтів: раціональне використання, рекультивація, охорона” (Дніпропетровськ, 2003); „Форум гірників-2005” (Дніпропетровськ, 2005).

Публікації. Основні положення і результати роботи опубліковані в 18 наукових працях: 10 - у фахових виданнях (один розділ у монографії, одна брошура, 8 фахових видань), 6 статей у матеріалах конференцій, одна стаття у науковому журналі, одна стаття у збірнику наукових праць.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, які викладені на 150 сторінках комп’ютерного тексту. Робота містить 23 таблиці, 32 рисунки, список використаних джерел із 115 найменувань, 3 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В розділі 1 „Наявний рівень якості гірничотехнічної рекультивації земель на марганцеворудних кар’єрах. Задачі дослідження” визначена залежність родючості рекультивованих земель від якості рекультиваційних робіт, під якою автор розуміє сукупність властивостей і рівня корисності техногенних ґрунтів, що обумовлюють їх здатність до задоволення вимог сільських господарств або інших користувачів. Дослідження виконані на прикладі марганцевих кар’єрів ВАТ "Орджонікідзевський ГЗК". За час роботи кар’єрів (до 2004 р.) були рекультивовані 6800 га земель під сільськогосподарські (63,7 %), водогосподарські (5,1%), лісогосподарські (17,1%) угіддя, потреби будівництва (13,1%), рекреаційні потреби (1,0 %).

Проаналізовані результати грунтово-агрохімічного обстеження рекультивованих ділянок. Селективна розробка родючого шару ґрунту не виконується і нанесений чорноземний шар являє собою суміш гумусового і перехідних горизонтів чорнозему, що зумовлює невисокий та нерівномірний вміст гумусу. Родючий шар, знятий при розробці кар'єрного поля, покладений безпосередньо на поверхню порід, що підстилають. Потужність насипаного шару досить різноманітна і коливається в діапазоні від 35 до 96 см. Знижений рівень якості рекультиваційних робіт ОГЗК зумовлює його додаткові витрати на ремонт відновлених ділянок, знижує грошову оцінку цих земель, чим збільшує розмір компенсаційних платежів за відведення непорушених земель під кар’єри.

На марганцевих кар’єрах переважно застосовують технологію рекультиваційних робіт на основі крокуючих екскаваторів (86,2% всього обсягу робіт), що викликає суттєві недоліки у формуванні родючості ґрунтів. Однак розподіл обсягів робіт за технологічним устаткуванням обумовлений собівартістю переміщення й складування 1м3 чорнозему та потенційно родючого шару: крокуючі екскаватори - 0,27 грн., бульдозери - 0,82 грн., скрепери - 1,36 грн., екскаватори типу ЕКГ спільно з автосамоскидами - 3,01 грн.

Дослідження автора базуються на фундаментальних працях вчених в галузі відкритих гірничих робіт. Значний внесок у становлення теоретичної бази відкритої розробки горизонтальних родовищ, а також у вирішення проблем охорони навколишнього середовища в гірничодобувних регіонах України внесли Вілкул Ю.Г., Гуменик І.Л., Дриженко А.Ю., Ескін В.С., Михайлов О.М., Новожилов М.Г., Прокопенко В.І., Пригунов О.С., Пчолкін Г.Д., Середа Г.Л., Тартаковський Б.Н., Темченко А.Г., Шапар А.Г. та ін. Загальні питання з вибору рекультиваційного устаткування та технології відновлення порушених кар’єрами земель вирішені Горловим В.Д., Дороненком Є.П., Клопотковським А.П., Красавіним А.П., Супруном В.І., Ткаченком Н.І., Чумаковим П.Н. тощо. Результати досліджень щодо відтворення родючості техногенних ґрунтів достатньо детально наведені в наукових працях Бекаревича М.О., Волоха П.В., Горобця М.Д., Єтєревської Л.В., Масюка М.Т., Миціка А.А., Реймерса Н.Ф., Туніки В.М. та інших вчених. При формулюванні наукових завдань урахований досвід гірничотехнічної рекультивації на гірничодобувних підприємствах Великобританії, Грузії, Канади, Німеччини, Росії, США, Угорщини.

З огляду наукових публікацій витікає, що в них вплив технологічних чинників і режиму гірничотехнічної рекультивації на рівень показників родючості техногенних ґрунтів не має достатнього теоретичного висвітлення. Цей вплив визначає економічні результати відновлення порушених земель і стимулює підприємство до підвищення названого рівня. Крім того, не приділена належна увага до формування комплексів рекультиваційного устаткування у взаємозв’язку із якістю та собівартістю відновлення земельних ресурсів.

Виконаний аналіз якості рекультиваційних робіт на кар’єрах та науково-технічних рішень з питань відновлення земельних ресурсів, порушених відкри-тими гірничими розробками, дозволив сформулювати мету роботи, обґрунтувати науково-прикладну задачу та визначити задачі дисертаційного дослідження.

В розділі 2 „Теоретичні засади вдосконалення технології формування техногенних грунтів у напряму підвищення їх родючості” перед усім наведена оцінка досвіду гірничодобувних підприємств в області рекультиваційних робіт як існуючої бази підвищення родючості земель, порушених кар’єрами. Ці роботи підприємства здійснюють гірничим й транспортним устаткуванням, яке прийнято для розкриття родовища й видобутку корисної копалини. Вказане устаткування не є спеціальним з жодного виду рекультиваційних робіт і не в змозі формувати техногенний ґрунт сільськогосподарського рівня родючості. Виймання з поверхні передового уступу потенційно родючого шару потужністю 1,5 м роторним колесом великого діаметру та розміщення цього шару на поверхні відвала гребеневої форми без змішування з іншими породами практично не є можливими. Тому за допомогою технології, яку застосовує ОГЗК, можна підстелити потенційно родючий шар лише з різних розкривних порід передового уступу. Роторні комплекси уможливлюють значне скорочення витрат для переміщення чорноземної маси на відвальну поверхню, однак рекультивовані землі мають низьку грошову оцінку, що збільшує компенсаційні витрати комбінату на відведення земель під розробку родовища.

Якщо процес підготовки гірських порід до виймання забезпечує умови проведення наступних виробничих процесів, то за процесом гірничотехнічної рекультивації треба встановлювати дозвіл на право проведення вище названих процесів. У цьому разі від того, наскільки вчасно і якісно будуть здійснені рекультиваційні роботи, залежатимуть величина й терміни посування розкривних і видобувних уступів, що визначає обсяг і терміни видобутку мінеральної сировини, змінюватимуться умови роботи розкривного устаткування та витрати на його обслуговування, що вплине на собівартість видобутку сировини. Тому, на думку автора, в ланцюжку виробничих процесів, що складають технологію гірничих робіт, відновленню земель слід надавати приоритетне місце.

Виконаний аналіз ефективності рекультиваційних робіт із застосуванням різних комплексів устаткування за певною технологічною схемою щодо формування того чи іншого рівня родючості техногенних ґрунтів. Цей рівень обумовлює, з одного боку, продуктивність (врожайність) ґрунтів, а отже, грошову оцінку, з другого, - витрати на їх формування. Виходячи з цього, сформульований системний підхід до вибору рекультиваційного устаткування і технології відновлення земель. Зазначені засоби повинні: 1) створювати техногенні ґрунти, родючість яких забезпечує використання земель за напрямком, що встановив їх власник; 2) мінімізувати суму витрат на рекультиваційні роботи, відведення непорушених земель і відшкодування втрат сільськогосподарського виробництва. Таке рішення має задовольняти умові:

Вз = (Врек(Бр)+ Врем(Бр)+ Вв.з(Бр)+ Квир(Бр)) min, (1)

де Вз- загальні виробничі витрати на гірничотехнічну рекультивацію, грн./га; Врек(Бр), Врем(Бр), Вв.з(Бр), Квир(Бр) - витрати, грн./га, відповідно на самі рекультиваційні роботи, ремонт відновлених земельних ділянок, відведення непорушених земель під відкриту розробку родовища та компенсацію втрат сільськогосподарського виробництва як функції балу Бр бонітету рекультивованих земель.

Для досягнення цільової функції (1) технічні засоби й технологію відновлення порушених земель приймають, орієнтуючись на можливість забезпечення умов проведення гірничотехнічної рекультивації, передбачених системою цільових локальних функцій: Гр=(Бр) max; Бр=(В) max; В=(Т) min; Бр = (Т) max; Квир=(В,Бр) min, де Гр – грошова оцінка рекультивованої земельної ділянки, грн./га; Т – прийнята до розгляду технологія рекультивації.

Витрати на самі рекультиваційні роботи мають ураховувати витрати залежно від бонітету Бр на кожну i-у роботу (відповідно до табл. 1) з формування техногенного шару чорнозему Вч потужністю mч та j-у роботу - потенційно родючого суглинку Всj потужністю mс за виразом:

Врек(Бр)= mч Вчi(Бр)+ mс Всj(Бр ), грн./га . (2)

i j

Для умов марганцеворудних кар’єрів ОГЗК розглянуті чотири схеми гірничотехнічної рекультивації, що можуть бути застосовані (табл. 1). Кожна схема в залежності від способу взаємодії (безпосередньо або через склад ґрунту), а також виду прийнятого в ній робочого устаткування визначає ті чи інші за величиною втрати та засмічення чорнозему (за даними проф. Шапара А.Г., потужність шару, що втрачається, при зачистці його контакту драглайном - 52, мехлопатою - 17, бульдозером – 30, одноківшевим навантажувачем – 23, скрепером - 30 мм, потужність шару засмічення при зачистці зазначеними видами устаткуванням складає 50,49,17,26 та 17 мм відповідно). Наведені в табл. 2 суми величин втрат і засмічення для устаткування, що застосовують у технологічній схемі, впливають на рівень родючості техногенного ґрунту, яка може бути утворена за цією схемою. Технологічна схема 2 (рис. 1), що передбачає роздільне переміщення чорноземної маси автосамоскидами і суглинку конвеєрами на поверхню відвала, забезпечує найменші сумарні витрати на гірничотехнічну рекультивацію (64 тис.грн./га), втрати чорнозему за рахунок зняття його шару драглайном та засмічення техногенного ґрунту в процесі вирівнювання бульдозерами (досягається рівень бонітету у 78 балів). Результати виконаних досліджень дозволили обґрунтувати перше наукове положення роботи.

Згідно зі схемою 2 проектно-конструкторським відділом ОГЗК за участю автора дисертації розроблена технологічна схема рекультиваційних робіт на марганцевих кар’єрах комбінату (див. рис.1). В цій схемі верхній ярус відвала, а також шар чорнозему й ПРШ формують діагональними заходками, що дозволяє збільшити довжину фронту відвальних та рекультиваційних робіт, підвищити продуктивність робочого устаткування на відвалі, поліпшити умови розміщення, нанесення й вирівнювання шару чорноземного ґрунту на поверхні відвала.

Таблиця 1

Виробничі витрати на гірничотехнічну рекультивацію

залежно від технологічної схеми

Рекультиваційні

роботи | Схема 1 | Схема 2 | Схема 3 | Схема 4

устаткув. | грн./м3 | устаткув. | грн./м3 | устаткув. | грн./м3 | устаткув. | грн./м3

Зняття

чорнозему

ПРШ | скрепер

теж | 0,7

0,7 | драглайн

ек-р рот. | 0,4

0,6 | бульдоз.і

мех. лоп.

теж | 0,4

0,6

0,4+0,6 | скрепер

теж | 0,4

0,4

Переміщення

чорнозему

ПРШ | ек-р рот. і конв.

теж | 0,6

0,8

0,6+0,8 | автосам.

конвеєр | 1,7

0,8 | автосам. і

одн. нав.

автосам. | 1,2

0,8

1,7 | скрепер

теж | 1,9

2,0

Складування

чорнозему

ПРШ |

відв-утв.

теж |

0,4

0,3 |

бульдоз.

відв-утв. |

0,4

0,3 |

бульдоз.

теж |

0,4

0,4

Зрізання відвальних конусів |

драглайн |

0,2 |

драглайн |

0,2 |

драглайн |

0,2 |

драглайн |

0,2

Вирівнювання поверхні відвалу

ПРШ

чорнозему | бульдоз.

теж

бульдоз. і

драглайн | 0,4

0,4

0,4

0,2 | бульдоз.

теж

теж | 0,4

0,4

0,4 | бульдоз.

теж

теж | 0,4

0,4

0,4 | бульдоз.

теж

теж | 0,4

0,4

0,4

Таблиця 2

Порівняльні показники ефективності технологічних

схем гірничотехнічної рекультивації

Схема

гірничо-

технічної

рекультивації | Потужність чорноземного шару, що втрачається при

зачистці

контакту, мм | Потужність шару

засмічення порід,

що підстилають,

при зачистці

ґрунту, мм |

Загальний бал бонітету | Витрати

на рекуль-

тивацію, тис. грн.

на 1 га

1 | 30 + 17 + 52 | 17 + 49 + 50 | 74 | 74

2 | 52 + 30 | 50 + 17 | 78 | 64

3 | 30+17+23+30 | 17+49+26+17 | 73 | 88,8

4 | 30 + 30 | 17 + 17 | 82 | 72

В розділі 3 ”Уста-новлення впливу технологічних чинників гірничотехнічної рекультивації на родючість та вартість відновлених земель” на основі аналітичних виразів встановлені залежності обсягів та напрямків рекультиваційних робіт від технологічних параметрів формування виробленого простору кар’єру при доопрацюванні горизонтального родовища. У зв'язку з пріоритетом сільськогосподарського землекористування вплив гірничих робіт на використання земельних ресурсів оцінено не тільки за коефіцієнтом рекультивації, але й за родючістю відновлених земель. Виходячи з цього, розраховані обсяги повного і часткового відновлення земель, а також облаштування відпрацьованих земель, що не відновлюють.

Для одержання необхідного обсягу чорноземної маси, який визначений проектною потужністю техногенного шару, просування фронту розкривних робіт за швидкістю має забезпечувати просування фронту робіт з рекультивації, Можлива потужність цього шару має задовольняти умові:

mч.р mч.н Vф.в (L ф.в + 2Вс.з)/ (Vф.р Lф.р ) , (3)

де Vф.в , Vф.р , Lф.в , Lф.р - відповідно швидкість просування, м/рік, та довжина фронту, м, розкривних і рекультиваційних робіт; mч.р , mч.н - середня потужність чорноземного шару відповідно на рекультивованій ділянці та непорушених земель, м; Вс.з – ширина смуги санітарного захисту, м.

На підставі розрахунків встановлено, що обсяг чорноземної маси, знятої з поверхні кар’єрного поля, перевищує (на 25...30 %) обсяг чорнозему, потрібний для рекультивації можливих поверхонь відвалів. З використанням цього надлишку можна створити такі рекультивовані землі, які за показниками родючості будуть щонайкраще відповідати вимогам з вирощування певної сільськогосподарської продукції.

Забезпечувати родючість техногенного ґрунту автор пропонує шляхом управління режимом рекультиваційних робіт, під яким розуміється встановлена проектом або дослідженнями послідовність у часі й просторі зняття обсягів чорноземного ґрунту на непорушених землях та нанесення його на поверхні відвалів розкривних порід, яка забезпечує планомірне, економічно та екологічно ефективне відновлення земельних ресурсів, використаних для розробки родовища протягом строку існування кар’єру. Режим оцінюють за графіком, на якому відбиті показники родючості ґрунтів на непорушених (природних) і відновлених земельних ділянках, що контролює землевласник (потужності чорноземного шару і порід, що його підстилають, вміст гумусу, фізичної глини тощо), за t-им етапом просування фронту робіт розкривних уступів на величину Lt (рис.2).

Для визначення обсягу чорноземного ґрунту, що знімають на t-ому етапі розкривних робіт, одночасно з розрахунком потужності шару mчt установлюють площі поперечного перерізу чорноземного шару в початковому Sчt і кінцевому Sч(t+1) положеннях фронту робіт. На відвал надходить чорноземна маса, обсяг якої дорівнює:

Vч.рt = 0,5 (Sчt + Sч(t+1) )((1-ч )(1+з) - Нt г )Lt , м3 , (4)

де ч,з,г– частка обсягу відповідно втрат чорноземної маси, гірських порід, що її засмічують, й гумусу в загальному обсязі природного ґрунту, частки од.; Нt - вміст гумусу в ґрунті у середньому для t-ого етапу відпрацювання, частка од.

Техногенний грунт чорнозему містить обсяг гумусу, рівний:

Vг.рt =Нt Vчt (1-г) (1-ч ). (5)

Шляхом співставлення обсягів гумусу в природному (непорушеному) та насипному ґрунтах, а також не враховуючи дуже малу величину Нtг, одержуємо для планування вмісту гумусу в техногенному шарі таку формулу:

Нрt =Нt (1-г ) / (1+з ). (6)

З формули (6) витікає, що вміст гумусу в техногенному ґрунті за величиною визначається в прямо пропорційній залежності від величини вмісту гумусу в природному ґрунті і обернено пропорційній залежності від обсягів утрат гумусу і засмічення ґрунту в процесі гірничотехнічної рекультивації. Впливати на вміст гумусу в ґрунті непорушених земель неможливо, зате рівень втрат і засмічення може бути істотно змінений шляхом застосування іншої механізації, технології й організації рекультиваційних робіт. Результати математичного моделювання та розрахунків підтвердили друге наукове положення, що захищається у роботі.

За участю автора розроблена методика встановлення грошової оцінки Гр рекультивованих земель, яка впливає на компенсацію втрат сільського господарства за формулою (1). Вказану оцінку встановлюють, виходячи з грошової оцінки Гн , грн./га, непорушених земель, відведених під кар’єр, та співвідно-шення балів бонітету техногенних Бр і непорушених Бн ґрунтів, за виразом:

Гр = (Гн Бр)/Бн, грн./га, (7)

Урахування впливу бонітету на грошову оцінку відновлених земель обумовлює вибір технології рекультивації, яка дає змогу створювати ґрунти вищої вартості. У межах Шеченківського кар'єру відновлені землі у порівнянні з непорушеними мають оцінку майже на 20 % нижчу. Якщо техногенний ґрунт утворювати на рівні родючості еталонного природного ґрунту, то такі землі коштуватимуть на 15% дорожче.

В розділі 4 ”Науково-практичні шляхи забезпечення якості рекультивації земель на марганцеворудних кар’єрах” загальний бал бонітету рекультивованих земель запропоновано розраховувати, виходячи з часткового впливу окремих показників родючості (за агрохімічними властивостями) насипних грунтів на продуктивність земель. Цей вплив встановлений шляхом корегування балу бонітету ґрунту за цим показником на величину коефіцієнта детермінації Кдjk між врожайністю k-ої культури та окремим і-им показником властивості ґрунту (в балах бонітету). У такому разі загальний бал бонітету рекультивованих земель має бути визначений за формулою:

Брk =(Б1k Кд1k+Б2k Кд2k+…+Біk Кдjk)/(Кд1k+Кд2k+…Кдіk ) , (7)

де Б1k , Б2k ,…, Біk - бали бонітетів за 1,2... і-им показником родючості ґрунту k-ої культури; Кд1k , Кд2k ,…, Кдіk- коефіцієнти детермінації, що відповідають і-ій властивості ґрунтів та k-ій культурі.

В дисертаційній роботі наведена кількісна оцінка коефіцієнтів, які враховують вплив потужності насипного родючого шару, вмісту гумусу і фізичної глини, виду підстилаючих порід, що формує та чи інша технологія рекультивації, на врожайність зернових культур. Бал бонітету рекультивованих земель, який визначає витрати Вв.з гірничодобувного підприємства за відвід земель під розробку родовища, прямолінійно залежить від потужності насипного шару чорнозему та вмісту гумусу в ньому. Насипний родючий шар при вмісті гумусу 2,5 % має загальний бал бонітету на 16…18 % більше, ніж бал бонітету шару з вмістом гумусу 1%. Підвищення вмісту фізичної глини в шарі від 20 до 60 % дозволяє підвищити бал бонітету ґрунту на 8…10 %.

Практика марганцевих кар’єрів свідчить, що техногенні ґрунти у межах рекультивованої ділянки характеризуються змінними за величиною показниками родючості. Встановлена аналітична залежність врожайності сільськогосподарських культур від величини коливань показників родючості. Фактично потужність родючого шару змінюється на 20...30 см, унаслідок чого землекористувач недоодержує на кожнім гектарі 3...5 центнерів зернових культур, що відповідно знижує вартісну оцінку відновлених земель.

Виявлені резерви підвищення ефективності землекористування, виходячи з оптимальних за критерієм землеємності параметрів відводу земель під технологічні об’єкти кар’єру. У цілому таких параметрів досягнуто шляхом встановлення в аналітичному виді співвідношення між параметрами кар’єру та його об’єктів, при якому коефіцієнт рекультивації є максимальним. За розрахунками автора, збільшення висоти зовнішніх відвалів на кар’єрах ОГЗК дозволить зберегти від порушень 580 га сільськогосподарських угідь. При цьому землеємність відвальних робіт зменшується на 32% .

Розроблений календарний план - графік рекультиваційних робіт на Шевченківському кар’єрі. Цей графік передбачає виконання певних обсягів відновлення порушених земель у взаємозв'язку з просуванням фронту розкривних і рекультиваційних робіт протягом 15 років. Рекомендації автора з формування потужності і рельєфу насипного шару чорнозему, захисту ґрунтів від ерозії, планування окремих етапів гірничотехнічної рекультивації використані Державним підприємством „Дніпропетровський науково-дослідний та проектний інститут землеустрою”, Нікопольським відділом земельних ресурсів, а також проектно-конструкторським відділом Орджонікідзевського ГЗК. Ці рекомендації, а також інші результати дисертаційної роботи сприяли підвищенню ефективності охорони земельних ресурсів у Нікопольському регіоні.

ВИСНОВОК

У дисертації, яка є завершеною науковою роботою, вирішена актуальна наукова задача, яка полягає у визначенні теоретичних залежностей між технологічними засобами гірничотехнічної рекультивації та рівнем показників родючості відновлених земельних ресурсів, використаних марганцеворудними кар’єрами. Ці залежності являються основою розробки технічних і технологічних рішень, що забезпечують підвищення рівня родючості рекультивованих земель для сільськогосподарського виробництва, а в підсумку, вирішення не тільки економічної, але й соціально-екологічної задачі збереження природних ресурсів України. За результатами дослідження сформульовані такі науково-практичні висновки та рекомендації:

1. Застосування на кар’єрах ОГЗК переважно однієї технологічної схеми рекультивації на базі роторних комплексів призводить до зниження рівня родючості відновлених земель, зумовлює їх низьку грошову оцінку і таким чином збільшує розмір компенсаційних платежів комбінату за відведення непорушених земель під кар’єри. Відсутність активних заходів щодо управління родючістю земель, що повертають до сільськогосподарського виробництва, і витратами на рекультиваційні роботи свідчать про недоліки в мотивації діяльності цеху рекультивації. Звідси витікає актуальність теми дисертаційної роботи.

2. Рівень родючості рекультивованих земель є функцією якості рекультиваційних робіт, під якою мається на увазі сукупність властивостей і рівня корисності техногенних грунтів, що обумовлюють їх здатність до задоволення вимог сільськогосподарських підприємств. Формування техногенних ґрунтів вищої родючості для вирощування сільськогосподарських культур зменшує розмір компенсаційних платежів гірничо-збагачувальних комбінатів за відведення непорушених земель під кар’єри та збитки їх власників.

3. Устаткування і технологію рекультиваційних робіт слід вибирати, виходячи з їх якості, що забезпечує родючість техногенних ґрунтів, при якій досягається найменша сума витрат (на 1 га земельної ділянки) на самі рекультиваційні роботи, ремонт відновлених земельних ділянок, відведення непорушених земель під розробку родовища та компенсацію втрат сільськогосподарського виробництва. Технологія рекультивації з роздільним переміщенням чорноземної маси автосамоскидами і суглинку конвеєрами на поверхню відвала забезпечує найменші витрати (64 тис. грн./га), втрати чорнозему за рахунок зняття його шару драглайном та засмічення техногенного ґрунту в процесі вирівнювання бульдозерами (досягається рівень бонітету у 78 балів).

4. Розроблена технологічна схема гірничотехнічної рекультивації відпрацьованих земель, де відвальні роботи на верхньому ярусі і формування техногенного шару чорнозему здійснюють діагональними заходками, що дозволяє збільшити довжину фронту робіт та продуктивність відвального і рекультиваційного устаткування, поліпшити умови для розташування чорноземної маси і потенційно-родючих порід на відвалі, й, таким чином, утворити сприятливі умови для рекультивації.

5. Грошову оцінку рекультивованих земель визначають прийняті для їх відновлення технічні засоби та технологія, які впливають на величину балу бонітету ґрунтів, а, отже, на продуктивність відновлених земель. При встановленні оцінки частковий вплив окремих показників родючості (за агрохімічними властивостями) на продуктивність земель запропоновано ураховувати шляхом корегування балу бонітету ґрунту за кожним показником на величину його коефіцієнта детермінації щодо врожайності сільськогосподарської культури.

6. Родючість техногенних ґрунтів доцільно забезпечувати шляхом управління режимом рекультиваційних робіт, під яким слід розуміти встановлену проектом або дослідженнями послідовність у часі й просторі обсягів робіт зі зняття чорноземного ґрунту на непорушених землях та нанесення його на поверхні відвала розкривних порід, яка уможливлює планомірне, економічно та екологічно ефективне відновлення земельних ресурсів, використаних для розробки горизонтального родовища протягом періоду існування кар’єру.

7. Режим рекультивації, раціональний за напрямком використання рекультивованих земель, варто вибирати за графіком, на якому за етапами просування фронту розкривних і рекультиваційних робіт відбиті показники родючості ґрунтів на непорушених і відновлених земельних ділянках, що контролює землевласник. Вміст гумусу в техногенному ґрунті за величиною визначається у прямо пропорційній залежності від величини вмісту гумусу в природному ґрунті та обернено пропорційній залежності від обсягів втрат гумусу і засмічення ґрунту при його знятті, транспортуванні та збереженні.

Впровадження рекомендації автора дозволило Орджонікідзевському ГЗК знизити витрати на відведення земель під розробку родовища у 2003-2004 рр. на 3070 тис. грн. Частка розробок автора в ефекті – 10 % , тобто 307 тис. грн.

Список опублікованих праць за темою дисуртації

1. Кириченко Е.А., Фененко В.И. Обоснование путей повышения эффективности использования природных ресурсов в горно-обогатительном производстве / В кн. Прокопенко В.И., Кривошеева А.А. Экономическая оценка потерь рудного сырья. - Днепропетровск: Наука и образование, 2001.- пп. 4.1- 4.5.- С. 132-171.

2. Временные методические рекомендации по оценке рекультивированных земель / Н.Е. Бекаревич, П.В.Волох, А.Г.Добрынин, В.А.Забалуев, В.В.Кулинич, Н.Т. Масюк, В.П. Новиков, А.И.Новикова, И.Н.Оберняк, А.Я.Панчук, А.Н.Третяк, В.И.Фененко, И.П.Чабан. - Днепропетровск: Днепропетр. гос. аграр. ун-тет, 1996.- 45 с.

3. Фененко В.І. Досвід грошової оцінки рекультивованих земель у Нікопольському регіоні // Відомості АГН України. - 1998.- № 1.- С. 35-37.

4. Фененко В.І, Романенко В.Н., Новожилов С.М. До питання рекульти-вації земель, порушених відкритими роботами // Екологія і природокористу-вання.- Ін-тут пробл. природокорист. та екології.- 2000.- Вип. 2.- С.181-183.

5. Фененко В.И., Вагонова А.Г. Влияние качества рекультивируемых земель на их денежную оценку // Науковий вісник НГА України.-2000.- № 1 .- С.79-81.

6. Вагонова А.Г., Кириченко Е.А., Фененко В.И. Формирование стратегии по воспроизводству земельных ресурсов на открытых горных работах // Науковий вісник НГА України. - 2000. – № 2 .- С. 99-101.

7. Фененко В.І., Шаповал В.А. Організаційне забезпечення гірничотехніч-ної рекультивації земель, відпрацьованих марганцевими кар’єрами // Науковий вісник НГУ. – 2004. - № 4. – С.19-24.

8. Фененко В.І. Методика прогнозування втрат земельних ресурсів при

відкритій розробці марганцевих родовищ // Екологія і природокористування.-

Ін-тут пробл. природокорист. та екології. - 2004.- Вип. 7.- С. 111-116.

9. Фененко В.І. Методичні засади управління режимом гірничотехнічної рекультивації при розробці горизонтальних покладів // Екологія і природоко-ристування.- Ін-тут пробл. природокорист.та екології.-2005.-Вип. 8.-С.116 - 121.

10. Фененко В.И. Постановка задачи обеспечения качества рекультивиро-ванных земель на марганцевых карьерах // Сб. науч. труд. НГА Украины. - Днепропетровськ: РВК НГА України . - 1998.- № 2.- С. 286 - 290.

11. Романенко В.Н., Фененко В.И. Проблемы воспроизводства земельных ресурсов при разработке марганцевых месторождений // Сб. науч. труд. науч.- техн. конф. "Современные пути развития маркшейдерско-геодезических работ на базе передового отечественного и зарубежного опыта". – Днепропетровск: РИК НГА Украины. - 1997.- С. 253 -257.

12. Фененко В.И. Основные результаты воспроизводства земельных ресурсов на Орджоникидзевском ГОКе // Матер. межвуз. науч.-техн. конф. "Эколого-экономические проблемы разведки, разработки и обогащения полезных ископаемых Украины". - Днепропетровск: Наука и образование. - 1997.- С. 27.

13. Фененко В.И., Вагонова А.Г. Экономическое обоснование денежной оценки рекультивированных земель // Матер. міжнар. наук.- практ. конф. "Про-блеми та перспективи розвитку економіки України в умовах ринкової транс-формації" // Економічний вісник НГА України. - 1999.- Т.2.- С. 140-142.

14. Оптимизация агроландшафтов рекультивированных земель / В.А.Заба-луев, А.Т.Тарика, В.И.Фененко, В.В.Кулинич, В.В.Постоловский, А.А.Гаврюк // Матер. 2-ой междунар. науч.-техн. конф. "Проблемы природопользования, устойчивого развития и техногенной безопасности регионов". – Днепропетровск: ДГАУ. - 2003.- С. 127-129.

15. Фененко В.І. Науково-практичні засади вибору технології і механізації гірничотехнічної рекультивації земель з урахуванням сучасних вимог // Матер. міжнар. конф. “Форум гірників - 2005”, том 4.- Дніпропетровськ: НГУ, 2005. - С. 167-176.

16. Фененко В.І., Шаповал В.А. Організаційні засади забезпечення якості рекультивації земель на марганцевих кар’єрах // Матер.3-ої міжнар.наук.-практ. конф. "Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної без-пеки регіонів".- Днепропетровск: ІППЕ НАН Украины.-2005.- С.193-194.

17. Фененко В.І., Оберняк І.М. Стан і охорона земельних ресурсів Дніпро-петровської області // Вісник ХДАУ. Серія “Економіка АПК і природокори-стування”.- 1999.- № 5.- С. 384 - 395.

18. Оптимізація агроландшафтів та раціональне землекористування в Дні-пропетровській області / Чабан І.П., Забалуєв В.О., Фененко В.І., Кулініч В.В. // Вісник Дніпропетровського держ. аграр. ун-ту. - 2003.- № 2.- С.7-12.

В роботах, опублікованих у співавторстві, особисто автором виконано:

[1,6] – формування бази даних, установлення й аналіз факторів впливу;

[2] – формування критерію оцінки родючості рекультивованих земель;

[3,11,17] – розробка теоретичних підходів, прикладні дослідження;

[5,7,13,16] – аналітичні й статистичні дослідження, підготовка вихідних даних, узагальнення результатів розрахунків;

[14,18] – постановка задачі та методу дослідження.

А Н О Т А Ц І Я

Фененко В.І. Технологічні засади підвищення якості гірничотехнічної рекультивації земель, порушених марганцевими кар’єрами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.03 - “Відкрита розробка родовищ корисних копалин”. Дніпро-петровськ, Національний гірничий університет, 2006.

Виконаний аналіз досвіду вітчизняних гірничодобувних підприємств з