Во-первых, несмотря на огромные породные отвалы (высотой до 100 м), их количества недостаточно для засыпки глубоких выемок (глубиной до 500 м) и выравнивания рельефа и потребуются изыскания на ближайшей территории дополнительных объемов отработанной породы и плодородной почвы для закрытия поверхности рекультивируемого участка, что наглядно подтверждается рекультивационными работами, проводимыми в городах Коркино, Копейске и Сатке ( А.Ю. Даванков 1998).
Во-вторых, изменение водного режима на территориях, прилегающих к открытым разработкам, оказывает существенное влияние на процессы почвообразования, приводит к заболачиванию прилегающих к карьерам и шахтам участков в результате длительного откачивания вод и к заполнению водой выработанных пространств (карьеров и шахт) после окончания горных работ.
В-третьих, потеря почвами влаги в связи с понижением уровня грунтовых вод в результате работы дренажных насосов и водопонижающих скважин приводит к нарушениям водного режима почв, следовательно, снижению их плодородия.
В-четвертых, загрязнение территории, прилегающей к отвалам и местам хранения промышленных отходов, тяжелыми металлами и токсичными веществами, происходящее в результате ветровой и водной эрозии, ухудшает агрохимические свойства почв.
В-пятых, сбросы карьерных и шахтных вод в естественные понижения и водоемы приводят не только к заболачиванию территории, но и к ухудшению агрохимических свойств почв, если такие воды используются в сельскохозяйственном обороте.
Карьерные выемки можно практически полностью заполнить водой и создать в них искусственные водоемы. Однако для этой цели возможно использовать только карьеры небольшой глубины. Для заполнения выработок, например, Коркинского или Копейского разрезов в этих районах отсутствует необходимый запас воды. Кроме того, такие водоемы будут давать и нежелательные последствия (А.Ю. Даванков 1998).
С приближением воды к верхней бровке выемки будут повышаться уровень подземных вод в окружающей местности, что нежелательно. При наличии крутых склонов выемки (до 25 градусов) возникает опасность оползневых явлений, так как склоны карьеров сложены сравнительно рыхлыми отложениями. Для предотвращения этих явлений необходимо до заполнения карьеров водой предварительно проводить выполаживание бортов выемки, что требует изъятия дополнительной территории, суммарная площадь которой будет составлять более половины современной площади отвалов. В связи с этим важным фактором при рекультивации является выполнение пологого склона, обладающего устойчивостью, максимальной емкостью, хорошо противостоящего ветровой и водной эрозии. Широкие террасы, создаваемые на верхних ярусах в процессе отвалообразования, обеспечивают накопление и поглощение влаги, удобны для лесопосадочных и сельскохозяйственных работ, создают благоприятные условия для развития растений и ухода за ними (Н.М. Коломиццев, 1968).
Для закрепления поверхности отвалов и терриконов подсыпку откосов и бортов следует производить под углом не более 18 градусов с использованием глинистых пород для создания водопроницаемого экрана и снижения ветровой эрозии. Откосы отвальных и терриконных ярусов террасируются на два – три подступа с созданием площадок шириной не менее 12 м, которые используются в различных целях с учетом условий и потребности территории.
В зависимости от характера и цели использования нарушенных земель проводится их рекультивация: санитарно-гигиеническая, сельскохозяйственная и т.п. В санитарно- гигиенических целях рекомендуется использовать плоские породные отвалы вскрышных пород карьеров и шахт, частично карьерные выработки и терриконики, которые не будут использованы для строительных целей (С.С. Трифонов, 1977).
Использование различных форм техногенного рельефа осуществляется в рамках определенного направления применения территории, где решаются вопросы выбора варианта приспособления рельефа: для строительства зданий и сооружений, для зеленого строительства, для устройства водоемов.
Наиболее сложным среди этих способов является строительство на техногенном рельефе зданий и сооружений различного назначения. В одном случае это могут быть небольшие одноэтажные постройки типа садовых домиков или индивидуальных гаражей, в другом – многоэтажная застройка.
Работы по формированию техногенного рельефа с заданными геометрическими параметрами осуществляется после того, как выбрано направление использования этой территории, т.е. известно функциональное назначение территории после окончания добычи полезного ископаемого (Р.В. Ковалев, 1970).
Исходя из литературных данных, можно сказать, что эффективность биологической рекультивации на самозарастающих отвалах в значительной степени зависит от накопления гумуса, который предопределяется появлением высших растений. В то же время зарастание зольных, шлаковых и породных отвалов повсеместно начинается поэтапным поселением водорослей на их поверхности (А.Ю. Даванков, 1998).
Процесс накопления гумуса чрезвычайно долог, поэтому для ускорения гумусообразования рекомендуется применять способ, разработанный ВНИИСуголь. Сущность этого способа состоит в применении активных штаммов, мобилизующих потенциальное плодородие субстракта и способствующих накоплению в нем органических веществ и элементов питания в доступной для высших растений форме. Рекультивация осуществляется путем сплошного нанесения микроорганизмов на восстанавливаемую поверхность почвенного слоя (Т.К. Надрин, 1987). Исследования Уральского государственного университета (Екатеринбург) показали, что уже через год после окультуривания породных отвалов число микроорганизмов возрастает в тысячи раз.
На биологическом этапе проводится посадка древесно-кустарниковых насаждений с ветвящейся корневой системой и посев многолетних трав, которые дают плотную быстрообразующуюся дернину.
Сельскохозяйственная рекультивация проводится на отвалах, поверхность которых сформирована потенциально плодородными породами или покрыта дополнительной почвой, а также на участках отвалов, рельеф которых не претерпел значительных изменений.
Дополнительно к перечисленным выполняются следующие мероприятия:
o на участках, осваиваемых под пашню, огороды и сады, производят планировку поверхности с уклоном, не превышающим одного градуса под сады и огороды и двух градусов – под зерновые культуры и многолетние травы;
o содержание гумуса в плодородном слое почвы доводят до двух или более процентов; при этом потенциально плодородной породы должно быть не более 25% от массы мелкозема крупностью до 1 мм;
o участки, осваиваемые под зерновые и пропашные культуры, максимально приближают к прямоугольной форме.
При рекультивации земель, нарушенных торфоразработками, укладку почвенного соля можно не проводить, тек как урожайность культур на них и без того высокая.
Мелиоративные севообороты ведут после технической рекультивации однолетними и многолетними травами, главным образом бобовыми растениями.
На террасированных склонах отвалов, ориентированных на солнечную сторону и расположенных в зоне пониженных скоростей ветра, при соблюдении необходимых требований возможно строительство тепличных хозяйств, птицефабрик, пасек.
В совершенно другом направлении используется нижняя часть карьеров, особенно с большой выработкой породы и сырья. Неглубокие карьеры и выработки полностью или частично засыпаются отработанной породой, после чего используются для различных целей. Глубокие карьеры можно использовать после частичной засыпки породой и уплотнения нижней части глинистым грунтом для водоемов, заполняя выработки на небольшую глубину. Такие карьеры могут эффективно использоваться для строительства гидроаккумулирующих электростанций, работающих с применением падающей воды (А.Ю. Даванков, 1998).
1.3 Рекультивация нарушенных земель в городской черте
Земли, находящиеся под промышленными отходами, загрязнены не только тяжелыми металлами, но и токсичными веществами атмосферных выбросов предприятий, количество которых особенно велико в крупных промышленных городах.
Выбор направления использования нарушенных городских земель ведется с учетом состояния градостроительства, экологической обстановки и климатических условий. При этом предусматривается возможность приведения не только территории к первоначальному виду, но и получения рельефа с заданными параметрами (Е.Т. Мамаева, 1984).
Пригодность восстанавливаемой территории рассматривается с точки зрения:
- строительства зданий и сооружений;
- строительство санитарно-гигиенических объектов (парков, зон отдыха, спортивных площадок);
- устройство водоемов.
Наиболее сложным в перечисленных случаях является строительство на техногенном рельефе зданий и сооружений, когда необходимы специальные мероприятия по закреплению и уплотнению оснований фундамента.
При наличии в населенном пункте производств, где необходимы специальные условия по микроклимату, также возможен вариант строительства зданий для таких производств с последующей надсыпкой над ними отвала для снижения расхода тепла в холодное время года.
В зависимости от направления использования рекультивируемой территории ее освобождает от промышленных отходов одним из способов: промежуточным складированием на специальной площадке, предварительным обеззараживанием или их переработкой.
После удаления с рекультивируемого участка промышленных отходов проводится анализ грунта с целью определения глубины проникновения тяжелых металлов и токсичных веществ и их концентрации. На основе данных обследования состояния нарушенных территории и технико-экономических расчетов выбирается наиболее перспективное направление использование восстановленной территории, разрабатывается проект рекультивации земель и застройки рекультивируемого участка. Рекультивация ведется поэтапно: техническая рекультивация с предварительной выемкой загрязненного грунта, затем биологическая со строительством предусмотренного объекта.