Отвал вскрышных пород

Пустая порода или ценный ресурс?

Существование отвалов — это яркий пример экологического компромисса. С одной стороны, без них невозможна добыча полезных ископаемых открытым способом, которая питает сырьем всю мировую промышленность. С другой — они становятся причиной целого комплекса серьезных проблем.

Но при правильном подходе отходы горного производства можно превратить в ценный ресурс. Рассмотрим их более подробно.

Функции отвалов

Чтобы добраться до ценного пласта угля, рудного тела или слоя песка, необходимо сначала удалить покрывающие их массы. Этот процесс называют вскрышей.

Выбор метода вскрышных работ определяют по характеристикам материалов. Прочные породы дробят и разрыхляют взрывным или механическим способом. При механическом рыхлении применяют мощные гидромолоты или виброрыхлители для разрушения и измельчения крупных кусков породы. После этого измельченное сырье перемещают к месту складирования.

Гидромолоты

Подробнее

Квик-каплеры

Подробнее

Виброрыхлители (виброрипперы)

Подробнее

Себестоимость добычи зависит от коэффициента вскрыши – отношения объема вскрышных пород к объему добытого полезного ископаемого. Чем он выше, тем дороже себестоимость добычи. Именно поэтому терриконы стараются размещать как можно ближе к карьеру, чтобы снизить затраты на транспортировку.

Отвал выполняет функции, выходящие за рамки простого складирования.

• Складирование, освобождение пространства — это основная задача. Отвал освобождает рабочее пространство в карьере для продолжения добычных работ.
• Обеспечение устойчивости. Карьер — это глубокая выемка с высокими откосами в несколько ярусов. Внешние насыпи у границ карьера создают дополнительный механический упор, который предотвращает обрушение бортов карьера. При правильном проектировании они перераспределяют горное давление, повышая общую устойчивость уступов и откосов.
• Ландшафтообразующая. Склоны карьеров формируют не хаотично, а в виде системы террас, которые в будущем предотвратят эрозию и упростят посадку растений.

Схемы формирования

Создание насыпи— это не хаотичное нагромождение грунта, а процесс, сравнимый со строительством крупного сооружения. Выбор метода и типа отвала напрямую зависит от масштабов месторождения, характеристик материалов, рельефа местности и экономических расчетов.

Существует три основных технологических схемы отвалообразования, каждая со своими преимуществами, областью применения.

• Транспортная система — это самый распространенный способ. Удаленные массы погружают на карьерные самосвалы, вывозят из карьера и размещают в насыпи. Для погрузки используют экскаваторы с ковшами, разработанными для разных типов перегружаемого материала. Для прочных пород применяют усиленные скальные ковши. Иногда прямо в карьере с помощью сортировочных или просеивающих ковшей разделяют материал на фракции. Например, отделяют песок от камней при погрузке. При транспортной системе отвалообразования можно создавать высокие и сложные по форме терриконы на значительном удалении от карьера. Но это влечет высокие затраты на топливо, техническое обслуживание, зарплату персонала.
• Бестранспортная система — самый экономичный способ, при котором мощные драглайны или мехлопаты отсыпают сырье прямо за борт карьера. Себестоимость такой системы очень низкая, но ее использование возможно только на месторождениях с неглубоким залеганием полезного ископаемого и при наличии достаточного пространства вокруг карьера.
• Специальные техники используют для особых условий или типов сырья. На россыпных месторождениях вскрышные массы размывают мощными водяными струями и в виде пульпы перекачивают по трубопроводам в гидроотвалы. Это большие искусственные водоемы-отстойники, где твердые частицы оседают, а вода очищается, возвращается в цикл.

Часто на одном предприятии используют разные системы. Например, бестранспортная — для верхних слоев, а транспортная — для более глубоких.

Виды отвалов

Насыпи систематизируют по ключевым признакам, что помогает в их проектировании и управлении.

• По месту расположения они бывают внутренние и внешние. Внутренние размещают внутри выработанного пространства карьера. Это самый экологичный тип, так как он не занимает новые земли, позволяет вести параллельную рекультивацию. Внешний размещают за пределами контура карьера. Он вызывает наибольшие экологические проблемы, изымая значительные территории.
• По составу материала различают скальные, рыхлые, смешанные насыпи. Скальные менее подвержены эрозии, самовозгоранию, но труднее поддаются рекультивации. Рыхлые легче рекультивируются, но сильно пылят, подвержены водной, ветровой эрозии. Смешанные более распространены, сочетают разные виды материалов, что создает дополнительные химические и технические сложности.
• По технологии отсыпки выделяют насыпи слоевого типа, в которых укладку производят горизонтальными слоями с последующим уплотнением. Это повышает устойчивость, снижает риск самовозгорания для углистых веществ. В площадных и курганных сырье отсыпают без четкой слоистости, что приводит к формированию неоднородной, часто неустойчивой массы.

Воздействие на окружающую среду

Несмотря на свою технологическую необходимость, отвалы вскрышных пород — это мощный источник негативного воздействия на окружающую среду, здоровье человека. Их влияние имеет долгосрочный характер.

Под внешние насыпи занимают большие территории, которые выводятся из природного или сельскохозяйственного оборота на десятилетия. Уничтожаются естественные экосистемы.

Отвалы являются мощными источниками пыли. Она часто содержит тяжелые металлы, токсичные соединения. Углистые сланцы и материалы с остатками угля склонны к самовозгоранию внутри насыпи. Атмосферные осадки вымывают из них растворимые соли, тяжелые металлы, кислые соединения. Жители близлежащих поселков постоянно вдыхают загрязненный воздух, что приводит к росту заболеваемости.

Неустойчивые склоны могут приходить в движение, создавая угрозу для людей, инфраструктуры, самих производственных объектов.

Можно ли исправить ситуацию?

В России, а также многих развитых странах действуют законы, обязывающие горнодобывающие компании проводить рекультивацию земель, нарушенных во время добычи.

Рекультивация проводится в два этапа. Сначала проводят инженерные работы: планировка поверхности, формирование плодородного слоя, строительство подъездных путей, противоэрозионных сооружений. Далее подбирают и высаживают травы-мелиоранты, кустарники, деревья, адаптированные к местным условиям.

На насыпях создают лесные насаждения для закрепления почв, предотвращения эрозии, построения экологического каркаса. После длительной подготовки земли могут создаваться пастбища или пашни. Иногда отвалам придают эстетичную форму, создают парки, зоны отдыха, горнолыжные склоны.

Еще один возможный вариант — затопление выработанного карьера или его части с созданием водоемов для рыбоводства или отдыха.

Ресурсный потенциал

Непригодная для сельского хозяйства масса может быть ценным сырьем. Ее дробят для получения щебня, используют в производстве бетона, кирпича, керамики. Применяют для отсыпки дорожного полотна, дамб, насыпей. Ей заполняют выработанное пространство при обратной засыпке карьеров.

Все более распространенной становится идея безотвальной добычи. Она состоит в комплексной переработке всей извлеченной массы. Вскрышная порода рассматривается не как отход, а как попутный ресурс, которому нужно найти применение. Это требует глубоких геологических исследований, а также использования перерабатывающих мощностей на самом месторождении.

Будущее вскрышных пород

Отвалы вскрышных пород — обязательный спутник открытой добычи полезных ископаемых. Мир переходит к стратегии управления ими как к потенциальному ресурсу, объекту будущего восстановления. Ключ к решению проблемы лежит в комплексном подходе, объединяющем новейшие технологии складирования, обязательную, научно обоснованную рекультивацию и максимальную утилизацию вскрышных пород.