Способ подготовки отвала к биологической рекультивации и/или к утилизации органических отходов
Владельцы патента RU 2663763:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) (RU)
Изобретение относится к области рекультивации склонов насыпных горных пород и может быть использовано в горной промышленности и сельском хозяйстве при организации рекультивации или утилизации органических остатков различного происхождения. Способ подготовки отвала к биологической рекультивации и/или к утилизации органических отходов характеризуется тем, что на склонах отвала формируют ярусную структуру из ложных террас и проездов между ними, для чего между проездами по периметру склона на каждом ярусе устанавливают вертикально ориентированные барьеры с образованием полостей между склоном и барьером, которые заполняют органическими отходами. Технический результат состоит в обеспечении возможности создания на откосах отвала зон интенсивной вторичной сукцессии и использования биотических экологических факторов для активизации процессов почвообразования, снижении материалоемкости. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники
Изобретение относится к области рекультивации склонов насыпных горных пород (отвалов) и может быть использовано в горной промышленности и сельском хозяйстве при организации рекультивации или утилизации органических остатков различного происхождения (побочная продукция сельскохозяйственного и промышленного производства).
Уровень техники
Известны способы подготовки и, как следствие, рекультивации отвалов, при которых на склонах отвала формируют террасы или выполаживают откосы бульдозерами до угла, безопасного в отношении эрозии (не более 40°). Затем отвалы покрывают слоем почвенного грунта, преимущественно в верхней части, и оставляют.
Из уровня техники известен способ горнотехнической рекультивации противоэрозионных отвалов высокой экологической емкости (патент РФ №2615533), включает отсыпку верхнего слоя отвала потенциально плодородными грунтами и формирование западинно-бугристой ячеистой структуры, обеспечивающей разнообразие механического состава почвогрунтов и режима увлажнения, определяющих успешное естественное зарастание растительностью с различными экологическими требованиями, и исключающей поверхностный сток осадков, причем количество выемок, обеспечивающих максимальный сбор поверхностного стока, рассчитывается по определенной математической формуле.
Одним из недостатков указанного способа является достаточно сложный математический аппарат для определения количества ячеек, а также отсутствие возможности комбинации рекультивационного и утилизационного подходов к обработке отвалов.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ рекультивации склонов отвалов скальных пород, включающий подготовку отвалов за счет формирования террас на каждом ярусе отвала, покрытия их потенциально плодородным слоем почвенной массы, при этом ниже уровня горизонтальной террасы каждого яруса формируют из почвенной массы промежуточную террасу, после чего производят засыпку указанной массой склона террасы под углом естественного откоса скальных пород (а.с. СССР №793442).
Недостатком известного способа является значительные экономические затраты на террасирование отвалов, на доставку и размещение плодородного почвенного грунта, а также необходимость использования дополнительного плодородного грунта.
Таким образом, из уровня техники неизвестен способ использования отвалов в качестве рекультивационных объектов с одновременной возможностью утилизации органических отходов. Кроме того, все известные способы включают дополнительное обогащение склонов отвалов некоторым объемом плодородного грунта, что также связано с определенными затратами по подготовке и доставке такого грунта. Заявляемый способ обеспечивает возможность подготовки склонов отвалов к дальнейшей биологической рекультивации и/или утилизации органических отходов без необходимости доставки почвы.
Раскрытие сущности изобретения
Основной проблемой при проведении рекультивационных работ является достаточно большой объем затрат на рекультивацию, обеспечение задержания и аккумулирования дождевой и талой воды в верхнем горизонте породы отвала, которая необходима для формирования биопочвенного сообщества, а также проблема утилизации отходов сельского хозяйства, перерабатывающей и деревообрабатывающей промышленности.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого способа, заключается в обеспечении возможности создания на откосах отвала зон интенсивной вторичной сукцессии и использования биотических экологических факторов для активизации процессов почвообразования. При этом способ реализуют преимущественно без использования дополнительного объема плодородных грунтов.
Поставленная задача решается тем, что для реализации способа подготовки отвала к биологической рекультивации отвалов и/или утилизации органических отходов, согласно техническому решению, на склонах отвала формируют ярусную структуру из ложных террас и проездов между ними, для чего между проездами по периметру склона на каждом ярусе устанавливают вертикально ориентированные барьеры с образованием полостей между склоном и барьером, которые заполняют органическим субстратом, а на вершине отвала формируют горизонтальную площадку для складирования органического субстрата. Проезды для транспорта устраивают на склонах отвала для обеспечения доставки органического субстрата. Поверх субстрата в ложные террасы осуществляют посев многолетней растительности. Проезды для транспорта устраивают спирально снизу вверх до вершины отвала или кольцевыми отдельно на каждом ярусе и соединяют их между собой попарно дополнительными проездами. В качестве субстрата могут быть использованы органические отходы, например, древесные, отходы жизнедеятельности животных, отходы гидросмывов ферм. Дополнительно в полость между склоном и барьером до и/или после субстрата размещают песок и/или суглинок. Барьеры, устанавливаемые для формирования ложных террас, выполнены высотой от 30 см до 1 м и установлены под углом не менее 50° к склону.
Описание чертежей
Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 представлено схематичное изображение отвала с кольцевыми террасами.
На фиг. 2 представлено схематичное изображение вида сверх на отвал с кольцевыми террасами.
На фиг. 3 схематично представлен разрез части отвала, иллюстрирующий взаимное расположение террас.
Позициями на чертежах обозначены:
1) отвал,
2) склон,
3) терраса,
4) барьер,
5) проезд,
6) горизонтальная площадка,
7) субстрат.
Стандартная технология обработки и рекультивации отвалов подразумевает выполаживание откосов отвала бульдозерами до угла менее 40°. В результате такого выполаживания формируется склон отвала, пригодный для дальнейшей рекультивации.
Осуществление изобретения
Заявляемый способ в отличие от общеизвестного реализуют следующим образом. На склонах 2 отвала 1 (по его периметру) формируют ярусную (ступенчатую) структуру из ложных террас 3 и проездов 5 между ярусами. Для этого на склоне формируют ступенчато расположенные горизонтальные проезды для транспорта. При этом проезд может быть выполнен спиральным по всей поверхности склонов отвала - от основания отвала в его нижней части до верхней горизонтальной площадки или могут быть выполнены кольцевые проезды (фиг. 1), при этом кольцевые проезды попарно соединены дополнительными, ориентированными по склону вверх, проездами (фиг. 2). Вблизи границ каждого проезда вертикально устанавливают барьеры 4, высотой не более 1 м, выполненные из досок, толщиной 10-50 мм для формирования ложной террасы. При этом на границе проезда, примыкающей к склону, барьер устанавливают непосредственно вдоль границы проезда, а на границе, обращенной вне склона, барьер устанавливают на расстоянии от границы, обеспечивающей возможность образования полости. Минимальная высота барьера составляет 50 см. В общем случае, высота барьера определяется в зависимости от угла наклона склона отвала. Кроме того, высоту барьера определяют с учетом удобства дальнейшей выгрузки субстрата из автотранспорта (фиг. 3). Так, при уменьшении угла наклона возможно снижение высоты барьера. Например, при 30° высота барьера составит около 70-80 см. Барьеры устанавливают вдоль всех проездов. Ложную террасу закрепляют на склоне отвала опорами, углубленными в породу на глубину не менее 2 м, что позволяет им удерживать ложную террасу в вертикальном положении. Количество организуемых таким образом ярусов определяется, исходя из свойств породы, составляющей отвал. Так, при подготовке к рекультивации отвалов, состоящих, преимущественно, из твердых пород, ярусы организуют частыми, а при рекультивации отвалов из рыхлых пород ярусы формируют достаточно редкими с большим высотным разрывов во избежание сползания грунта. Таким образом, в результате установки такого барьера образуется полость треугольного сечения, ограниченная стенкой барьера и склоном отвала с углом не менее 50° между ними. Полости заполняют влагоемким биоразлагаемым субстратом 7 (солома, шелуха, древесная щепа, сырой свекловичный жом и другие отходы сельского хозяйства, перерабатывающей или деревообрабатывающей промышленности), осуществляя их подвоз автотранспортом по проездам. При этом выгрузку осуществляют в полости ложных террас по обе стороны проезда. Для усиления микробиологической активности при формировании влагоемкого биоразлагаемого субстрата (ВБС) в отходы целесообразно добавлять 5-10% по объему органических удобрений (навоз, торф, вермикомпост и др.) или плодородной почвы, а также возможно использование гуматов. Так, при применении гуматов наблюдается улучшение структурообразования техногенной почвы в 2-3 раза. Поверх субстрата или под него может быть нанесен слой песка или суглинка. ВБС загружают в полости ложных террас при помощи экскаватора и другой погрузочной техники. Влагоемкий биоразлагаемый субстрат выполняет функции задержания дождевых и талых вод и смываемых ими с вершины и откосов отвала частиц горной породы, а также является необходимым компонентом для интенсивного почвообразовательного процесса.
На вершине отвала организуют горизонтальную площадку 6 для временного складирования влагоемкого биоразлагаемого субстрата.
Таким образом склон подготавливают к многолетнему процессу рекультивации и утилизации отходов. Результатом всех этих действий является постепенное формирование в ложных террасах и на горизонтальной площадке почвенного гумусового слоя, пригодного для культивирования травянистой, кустарниковой и древесной растительности. Последующий подсев многолетних трав, посадка кустарников и деревьев в ложные террасы и на горизонтальную площадку способствуют накоплению гумуса, что позволяет достичь поставленной цели - существенно сократив затраты и утилизировав отходы, осуществить рекультивацию отвала.
Дождевая и талая вода, стекающая по склону, попадает во внутреннее пространство ложной террасы, впитывается влагоемким субстратом и аккумулируется им. Эта вода служит источником для активизации биологических процессов, протекающих внутри ложных террас (размножение микроорганизмов, рост грибов и низших растений - водорослей, мхов, хвощей и др., развитие мезофауны - насекомых, клещей, червей и др.), что в итоге способствует формированию биопочвенного сообщества и накоплению органического вещества.
По мере разложения влагоемкого субстрата внутри ложной террасы его запасы пополняют, доставляя на отвал по проездам грузовым автомобильным транспортом и размещая в освободившемся внутреннем пространстве ложных террас. Определенное количество ВБС при помощи трактора распределяют ровным слоем 0,4 м на поверхности горизонтальной площадки и горизонтальных проездов.
1. Способ подготовки отвала к биологической рекультивации и/или к утилизации органических отходов, характеризующийся тем, что на склонах отвала формируют ярусную структуру из ложных террас и проездов между ними, для чего между проездами по периметру склона на каждом ярусе устанавливают вертикально ориентированные барьеры с образованием полостей между склоном и барьером, которые заполняют органическими отходами.
2. Способ подготовки отвала по п. 1, характеризующийся тем, что поверх субстрата в ложные террасы осуществляют посев многолетней растительности.
3. Способ подготовки отвала по п. 1, характеризующийся тем, что проезды для транспорта устраивают спирально снизу вверх до вершины отвала.
4. Способ подготовки отвала по п. 1, характеризующийся тем, что проезды для транспорта устраивают кольцевыми отдельно на каждом ярусе и соединяют их между собой попарно дополнительными проездами.
5. Способ подготовки отвала по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве субстрата используют органические отходы, например древесные, отходы жизнедеятельности животных, отходы гидросмывов ферм.
6. Способ подготовки отвала по п. 1, характеризующийся тем, что дополнительно в полость между склоном и барьером до и/или после субстрата размещают песок и/или суглинок.
7. Способ подготовки отвала по п. 1, характеризующийся тем, что барьеры, устанавливаемые для формирования ложных террас, выполнены высотой от 30 см до 1 м и установлены под углом не менее 50° к склону.
8. Способ подготовки отвала по п. 1, характеризующийся тем, что на вершине отвала формируют горизонтальную площадку для складирования органического субстрата.
