Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1. Современные шинципы взаимодействия природных процессов и антропогенного рельефа 9
1.1. Воздействие природных рельефообразующих процессов на антропогенный рельеф 9
1.2. Анализ и оценка существующих методов обоснования параметров восстанавливаемой поверхности 20
1.3 Анализ морфосистем Кузнецкого угольного бассейна и задачи экологически адекватного восстановления нарушенных земель 31 .
1.4. Цель, задачи и методы исследований 49
Раздел 2. Обоснование принципов формирования техногенного рельефа для последующей рекультивации долинных гидроотвалов 52
2.1. Принципы обеспечения устойчивости рельефа, формируемого для последующей рекультивации долинных гидроот- 52 валов
2.2. Физические и гидроклиматические основы формирования техногенного рельефа на площади долинных гидроотвалов 62
2.3. Экологический предел вместимости долинных гидроотвалов 74
2.4. Методика расчета параметров техногенного рельефа долинных гидроотвалов при их формировании 79
2.4.1. Методика расчета параметров форм рельефа при русловой динамике склоновых условий 85
2.4.2. Методика расчета параметров форм рельефа при нерусловой динамике склоновых условий 92
Раздел 3 Обоснование ' параметров техногенного рельефа гидроотвала на. реке еловка разреза «моховский» - 103
3.1.. Особенности формирования техногенного рельефа гидроотвала 103
3.2. Расчет параметров форм рельефа для формирования первой очереди гидроотвала на реке Еловка разреза «Моховский» 108 ^
3.3. Технические предложения по формированию техногенного рельефаша площади гидроотвала на реке Елов
ка разреза «Моховский» .114:-.
Выводы по разделу 3 .124
Раздел 4 Обоснование технологии; и технических средств для формирования рельефа на площади . гидроотвам на реке еловм. разреза, . «моховский» : 127
4.1. Организация работ по переукладке пород земснарядом 127
4.2. Обоснование параметров технических средств и технологии: переукладки пород на гидроотвале 135
4.3. Технико-экономическое.сравнение вариантов применения различных типов землесосных снарядов для формирования техногенного рельефа на площади гидроотвала на реке Еловка разреза «Моховский»
Выводы по разделу 4 154
Заключение 157
Список литературных источников
- Анализ и оценка существующих методов обоснования параметров восстанавливаемой поверхности
- Физические и гидроклиматические основы формирования техногенного рельефа на площади долинных гидроотвалов
- Расчет параметров форм рельефа для формирования первой очереди гидроотвала на реке Еловка разреза «Моховский»
- Обоснование параметров технических средств и технологии: переукладки пород на гидроотвале
Введение к работе
Актуальность работы. Гидроотвалы являются составной частью весьма эффективной, гидромеханизированной технологии разработки вскрышных пород на карьерах, но при этом характеризуются сравнительно большой зем-леемкостью. Так в Кузбассе гидроотвалы угольных разрезов занимают свыше 3500 га, а в бассейне Курской магнитной аномалии около 5000 га занято гидроотвалами и хвостохранилищами.
Чаще всего гидроотвалы размещают в оврагах, балках и долинах малых рек, так как значительная часть этих территорий является малопригодной для сельскохозяйственного использования, при этом требуется небольшой объем работ по обвалованию для создания первоначальной емкости.
Особенностями условий восстановления поверхности гидроотвалов после окончания их формирования являются, с одной стороны, потенциальное плодородие укладываемых пород, а с другой стороны, разжиженность грунтов и вызванная этим весьма низкая их несущая способность и слабая водоотдача, а также постоянная подпитка намывного массива атмосферными осадками в соответствии с местоположением гидроотвала в морфосистеме региона и контруклоном намытой поверхности по отношению к уклону тальвега основания.
Поэтому гидроотвалы даже после окончания их замыва и проведения горнотехнического и биологического этапов рекультивации, в результате постоянной подпитки атмосферными осадками или грунтовыми водами, заболачиваются. Например, территория внутренних зон гидроотвала «Березовый Лог» на КМА, составляющая около 750 га, несмотря на значительные затраты на ее восстановление, почти на треть подвержена заболачиванию, в результате чего произошло изменение видов растительности. Посевные травы вытесняются болотной растительностью - камышом и кустарниками, восстановленная территория становится малопригодной для сельскохозяйственного использования.
С целью исключения подобных явлений в Кузбассе, где гидроотвалы, в частности гидроотвал на реке Еловка разреза «Моховский», заполнены более чем на 75 % от их проектной вместимости, необходимо обосновать выбор такого типа рельефа долинных гидроотвалов вскрышных пород, параметров и технологии его формирования, при которых обеспечивается устойчивее и полноценное использование восстановление
Целью работы является обоснование параметров и технологии формирования рельефа долинных гидроотвалов вскрышных пород, обеспечивающих экологически устойчивое неэффективное использование восстанавливаемых территорий для их последующей рекультивации.
Идея работы заключается в использовании геоморфологических принципов для определения параметров и технологических схем формирования рельефа долинных гидроотвалов и ликвидации негативного воздействия их на окружающую среду.
Задачи исследований:
- обоснование формы и параметров техногенного рельефа долинных гидроотвалов, формируемого в процессе отвалообразования вскрышных пород, по которому будут протекать водотоки;
- обоснование выбора технических средств и параметров технологических схем формирования рельефа долинных гидроотвалов с низкой несущей способностью поверхности;
- обоснование принципов и методики определения вместимости долинных гидроотвалов с точки зрения технологических и экологических требований.
Методы исследований:
- анализ и обобщение проведенных ранее теоретических и экспериментальных работ по данному направлению исследования; - аналитические исследованиям использованием основополагающих :-- положений физики, гидравлики, гидромеханизации, геоморфологии и механики, включая методы обработки результатов исследований с помощью ЭВМ и технико-экономический анализ.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Уклон водотока, создаваемого на поверхности долинного гидроотвала, определяет форму и параметры его рельефа и должен исключать размыв и заиление ложа водотока, обеспечивая беспрепятственныйшропуск па-.водковых вод, при этом диапазон его значений определяется исходя из гидрометеорологических условий региона и-литологического состава укладываемых пород.
2. Для долинных гидроотвалов с низкой (менее 0,29 МПа) несущей способностью их поверхности эффективно применение землесосных снарядов, позволяющих формировать экологически адекватный рельеф за счет оптимальной переукладки намытых пород В ходе строительства системы каналов для пропуска паводковых вод и водоема для рекреационного использо-вания восстанавливаемой территории.
3. Гидроотвал, расположенный в долине, с точки зрения экологии имеет предел вместимости, который определяется возможностями восстановления функции его рельефа в морфосистеме региона по пропуску осадков, не нарушая эрозионно-аккумулятивную деятельность водотока, протекающего по тальвегу долины.
Научная новизна работы заключается:
- в выявлении закономерностей для расчета уклона водотока, формируемого в процессе отвалообразования вскрышных пород в долинном гидроотвале для последующего его восстановления и обеспечивающего исключение размыва его основания и пропуск паводковых вод с учетом гидроклиматических условий региона и литологического состава намываемых пород;
вскрышных пород землесосных снарядов для формирования экологически адекватного рельефа поверхности за счет оптимальной переукладюиг : пород долинных гидроотвалов с низкой (менее 0,29 МПа) несущей способностью его поверхности и формирования системы каналов для пропуска паводковых вод, а также создания водоема для рекреационного использования восстанавливаемой территории;
- в обосновании понятия и величины предела экологической вместимости долинных гидроотвалов..
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы основаны на использовании широкого диапазона научных методов исследований, включающих анализ и обобщение теоретических и экспериментальных работ, и подтверждаются сходимостью результатов аналитических исследований с данными экспериментов в производственных условиях, использованием результатов научных исследований в проектировании.
Личный вклад автора состоит в проведении анализа условий формиро-, вания гидроотвалов и современных методов их восстановления, выявлении зависимостей, определяющих диапазон величины уклона восстанавливаемой территории поверхности долинных гидроотвалов с учетом гидроклиматических условий региона и литологического состава намытых пород, а также в обосновании понятия предела экологической вместимости гидроотвалов, разработке рекомендаций по проведению горнотехнического этапа рекультивации гидроотвала на реке Еловка филиала ОАО «УК «Кузбассразрез-уголь» «Моховский угольный разрез» с использованием землесосных снарядов.
Научное значение работы состоит в установлении зависимостей, определяющих диапазон величины уклона рекультивируемой территории по яверхностиг долинныхг-гидроотвалов в -зависимости:• от гидроклиматических условий региона и цитологического состава :намытых пород.
Практическая ценность; работы заключается в разработке: методики . расчета параметров техногенного рельефам долинных гидроотвалов;: с низкой;
несущей- способностью, обосновании техники и: технологии для их восстановления.
Реализация выводов и рекомендаций: Рекомендации: по восстановлению нарушенных земель использованы институтом «Кузбассгипрошахт» в «Рабочем проекте на ростки дамбы гидроотвала,на реке Еловка филиала ОАО; «УК «Кузбассразрезуголь», а методика.расчета параметров техногенного ......
рельефа долинных гидроотвалов принята к реализации институтом «Даль востНИИпроектуголь». г
Апробация .работы; Результаты исследований докладывались на,- сим позиуме: «Неделя; горняка» (Москва; МЕЕУ, 2004-2005гг.); на-; международных конференциях «Энергетическая: безопасность России. Новые подходы к развитию:угольной;промышленности» (Кемерово; 2004:-2007гг.), на техническом совещании филиала: ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» «Моховский , угольный разрез».
Основные результаты исследований и научные положения опубликованы 5 научных работах, в том числе 3—в. изданиях, рекомендованных ВАК России:.
Объем работы; Диссертационная работа изложена на 175 страницах: машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения,, одного приложения и содержит Збгрисунков, 19 таблиц; список. литературы из 99 наименований:
Анализ и оценка существующих методов обоснования параметров восстанавливаемой поверхности
Рекультивация как «совокупность горнотехнических, инженерно-строительных, мелиоративных, сельскохозяйственных и лесотехнических работ с целью полного восстановления нарушенной дневной поверхности» [2] предусматривает несколько видов использования восстановленных земель: 1. Сельскохозяйственное - под кормовые угодья (выпасы, сенокосные и многолетние травы), пахотные земли и многолетние насаждения; 2. Лесохозяйственное - под лесонасаждения общего хозяйственного назначения и полезащитные; 3. Рекреационное - под зоны отдыха, парки и лесопарки; 4. Природоохранное и санитарно-гигиеническое - под противоэрози-онные лесонасаждения и задернованные участки; 5. Строительное - под площадки для промышленного и гражданского строительства.
Все техногенные формы рельефа с момента их создания вовлекаются в сферу действия геоморфологических процессов, протекающих в естественных морфосистемах, и взаимодействуют с ними. Естественные морфосисте-мы, получившие антропогенное составляющее, испытывают влияние с его стороны [3, 4, 5]. В таком случае есть основание рассматривать техногенный и естественный рельеф совместно, как «техноморфосистемы» в рамках единого методического подхода [6, 7].
Техногенный рельеф в зависимости от приведенных видов использования является основанием для возведения инженерных или сельскохозяйственных объектов и иных форм народнохозяйственного назначения, следовтельно-его дуетойчивосткдолжнаї обеспечить стабильность,», т. є;-отсутствие, изменений возведенных сооружений.
В настоящее время существует целый ряд определений устойчивости геосистем;;Устойчивость-это;способность системы активно сохранятьсвою структуру и характер функционирования [8]. Наверное это наиболее: прием-: лемое определение, так. как другие; например; «... устойчивость,- способ ность.геосистемыадаптироватьсяк изменившимся-условиям, переходяв но вое состояние, под которымспонимается: набор внутренних переменных ...» [9];,неконкретны, а определение: устойчивости [10];«..: как способности ис пытывать внешнее воздействиебезразрушенияїТ.еібез перехода не в просто . иное состояние, а в, такое состояние в котором, данная; система.перестает . быть сама собой и станет другой системой ...»-также пространно; В принципе, общее в этих определениях то, что структуры!системы в=процессе.ее реакции: на; внешние воздействия; сохраняются. В -связи с:этим необходимо рассматривать вопрос о- функционировании естественных морфосистем : в;, условиях, когдаонимогут изменить свою структуру и функции;
Все: формы рельефа; составляющие морфосистемы.земной поверхности, сформированы; в результате действия геоморфологических процессов, зависящих от набора факторов фельефообразования;
Факторы рельефообразованияфазделяютсяша.эндогенные - от воздействия: внутренних сил Земли иокзогенные - обусловленные энергией: Солнца, силой тяжести и жизнедеятельностьююрганизмов..
Эндогенные процессы - это физические и химическиеявления, происходящие внутри Земли: Их роль безу словно -велика но ограничена сравнительно небольшой территорией, где происходят тектонические движения; землетрясения. При этом они создают формы рельефа наиболее крупного масштаба. Другие эндогенные процессы, вызванные радиоактивным распадом и процессами магнетизма, ведущей роли неиграют. «
В настоящее время- на современный рельеф в большей части оказывают
влияние экзогенные процессы. К ним относятся различные виды выветривания, деятельность ледников, водная и ветровая эрозия, подземные и поверхностные воды.
Скорость действия эндогенных процессов, исключая землетрясения, оценивается по-разному: от 0,75-0,80 м/1000 лет [11] до 3,9- -6,0 м/1000 лет [12]. При этом их скорость на два-три порядка ниже скорости экзогенных процессов.
Изучение процессов рельефообразования и форм рельефа от экзогенных факторов (климат, растительность, почвы) является объектом исследования климатической геоморфологии [13]. К числу основных факторов рельефообразования, рассматриваемых климатической геоморфологией, относятся: - климат (количество, интенсивность и режим осадков, ход температуры и т.д.); - растительность; - почвенный слой; - гидрологические характеристики территории; - хозяйственное освоение.
Относительное влияние каждого из этих факторов на интенсивность процессов перемещения вещества меняется в зависимости от конкретных природных условий и степени антропогенного освоения территории. Однако, как показывает статистический анализ, зональное распределение эрозии преимущественно зависит от степени хозяйственного освоения и жидкого стока [14].
Физические и гидроклиматические основы формирования техногенного рельефа на площади долинных гидроотвалов
Выражения (2.2), (2.2) и (2.3) дают близкие результаты, что дает основание к тому, чтобы положить их в основу расчетов. Поставленная цель будет выполнена в том случае, когда уклон поверхности гидроотвала будет максимальным из трех его значений, определенных по формулам (2.1), (2.2) и (2.3). В этом случае на нем должно установиться динамическое равновесие между эрозионными и аккумулятивными процессами, а в результате возрастания уклона будет обеспечена проточность и исключается заиление проложенного ложа водотока. Казалось бы выбор уклона и продольного профиля водотока,- обеспечивающего проточность долины, как главный фактор восстановления ее функции в морфосистеме региона и обеспечение требований геоморфологии к рекультивируемой поверхности гидроотвала, по приведенным зависимостям не представляет особого труда. На самом деле в настоящее время воспользоваться указанными зависимостями для любого водотока не представляется возможным, т.к. эти зависимости включают эмпирические коэффициенты и параметры, устанавливаемые опытным путем персонально для конкретных условий.
В принципе при определении уклона водотока можно по карте территории принять их значения в соответствии с уклоном долины. При этом следует учитывать возможность целевого использования этих земель после рекультивации. Известно, что большинство малых долин степного Кузбасса в той или иной степени заболочено. Малые болотца п олупроточны и во время засух, характерных для летнего сезона, служат аккумуляторами влаги, способствующей росту травянистой растительности. Для обеспечения обильного водного питания травостоя в летний период следует сохранить условия формирования малых болот. Наблюдения на левобережье p. Meреть близ поселка Мохово выявили связь малых болот в долинах с уклоном последних (рис. 2.5).
При наклонах тальвега, превышающих 1,6 преобладают сухие днища долин, а начиная с 4 болотца полностью исчезают (рис. 2.6).
Поэтому при рекультивации следует стремиться к сохранению болот, то есть, чтобы наклон восстанавливаемых поверхностей не превышал критического для болотообразования во всех районах за исключением территорий с повышенной обводненностью (восток и юго-восток Кузбасса, на правобережье р. Томи). При рекультивации гидроотвалов под пашню необходимо применять прямо противоположную стратегию. Возникновение болотных условий в этом случае уже не служит целям землепользователей и рекультивация должна обеспечивать нормальный режим увлажнения восстанавливаемой площади. Это может быть осуществлено как путем повышения уклона поверхности, так и выполаживанием бортов лога. LgJ
Распределение заболоченных и сухих долин в зависимости от уклона тальвега и установления порога преимущественной заболоченности: # - заболоченная долина О - сухая долина
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 рекультивации являются лога, чей естественный продольный профиль был выпуклым. Мы полагаем, 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. При ликвидации реки в процессе гидроотвалообразования этот тип взаимоотношений эрозионных процессов в долинах разного порядка исчезает. Следо 68 вательно, 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 [75], что недопустимо при сельскохозяйственном использовании рекультивируемых площадей.
Уклон русла водотока, устойчивого к эрозионному размыву, можно установить из уравнения Шези [78], который установил зависимость между расходом воды, уклоном, формой и размерами поперечного сечения потока: V=C4R1 , где V— скорость потока, м/с; /- уклон русла, дол. ед.; С- коэффициент Шези, м /с. Коэффициент Шези может быть определен по эмпирической формуле Манинга C = -R1/6, п п— коэффициент шероховатости; R — гидравлический радиус потока, м.
Расчет параметров форм рельефа для формирования первой очереди гидроотвала на реке Еловка разреза «Моховский»
Зависимость для расчета величины уклона рекультивируемой поверхности при русловой динамике склоновых условий имеет вид [52]: , 0,667 -2 __Ъ, л . - \2 ср (2.8) / = A-Q где Vcp — средняя неразмывающая скорость потока, м/с; п — коэффициент шероховатости; А — показатель русла (отношение его глубины к ширине); О - расход воды, м3/с. Расход - основная определяющая величина зависимости - напрямую зависит от параметров эрозионной формы любого порядка (в данном случае под эрозионной понимается любая аккумулирующая потоки форма). Такими показателями являются соотношение ширины и глубины русла, а также показатели коэффициента шероховатости (в некоторых случаях -задернованности) поверхности русла. Если в зависимость (2.8) вместо величины Vcp подставить значение неразмывающей скорости для определенного типа пород, то можно рассчитать критические уклоны, при превышении которых на поверхности будет происходить эрозия.
Кроме того, для расчета по формуле (2.8) необходимо знать величину расхода воды, протекающей по рекультивируемому откосу и вызывающей его размыв. При этом необходимо учитывать различную обеспеченность стока. Под обеспеченностью годового поверхностного стока понимают вероятность того, что рассматриваемое значение может быть превышено среди совокупности всех возможных ее значений. Обеспеченность 0,1 % характеризует год как «очень многоводный»; 5 % - «как многоводный»; 50 % - средний»; 99 % - «очень маловодный»; 99,9 % «катастрофически маловодный». При достаточно продолжительных и репрезентативных рядах расчеты годового стока заданной обеспеченности рекомендуется производить по кривым обеспеченности. Кривая обеспеченности (вероятность превышения) - интегральная кривая, показывающая обеспеченность превышения (в % или долях единицы) данной величины среди общей совокупности ряда.
При отсутствии данных многолетних наблюдений методика расчета поверхностного стока различной обеспеченности заключается в следующем [99].
По картам модуля поверхностного стока (рис. 2.13) и коэффициентов вариации (рис. 2.14) для конкретного района (г. Кемерово) определяются значения М0 - средний годовой сток (модуль стока) и Cv - коэффициент вариации (изменчивости), которые составляют соответственно 4,5 л/с-км , и 0,4.
В соответствии с рекомендацией [55] ордината аналитической кривой для различных процентов обеспеченности определяется по формуле: Qp = Kp- Q0, где Q0 - расход воды. &- м3/с; F — площадь поверхности водосбора, км ; Кр - коэффициент нормированного отклонения от среднего.
При известном коэффициенте вариации (Cv = 0,4), принимая для расчетов стока величину безразмерного статистического параметра, характеризующего степень несимметричности ряда рассматриваемой случайной величины относительно его среднего значения Cs = 2 Cv, по табл. 2.1 [99] находим величину коэффициента нормированного отклонения от среднего для различных процентов обеспеченности Кр.
Для расчета уклона (угла откоса) рекультивируемой поверхности принимаем три значения исходного расхода воды: - «очень маловодный» - Q99%; «средний многолетний» - СЬо%; «очень многоводный» - Qo,i%, уменьшенный с учетом периода весеннего половодья на 30 %. По зависимости (2.8) для каждого из трех полученных значений расхода воды определим величину уклона рекультивируемой поверхности.
Данный метод не может гарантировать высокой точности расчета, но его достоинство заключается в том, что он универсален и не требует дополнительных наблюдений и исследований при рекультивации конкретного объекта.
Учитывая тот факт, что расход воды с территории - это функция количества осадков, то логично в данной методике было бы использование данных, непосредственно отражающих этот факт. Однако не будем забывать о том, что формирование расходов воды конкретного гидрологического объекта непростой и математически до конца не выявленный процесс, поэтому прибегнем к логическим умозаключениям. Интенсивность осадков, как было сказано ранее, определяется отношением количества воды ко времени (мм/мин), а расход воды - выражается в м3/с. Очевидно, что количество (или иначе - скорость) воды выпавшее на территорию конкретного водосбора является количеством воды прошедшим через поперечное сечение русла данной эрозионной формы. При малых значениях площади водосбора, а значит возможности игнорировать процесс подземной фильтрации и при маловероятностных значениях количества осадков, а значит больших его показателях эти две величины будут равны: Q = (JF1000) / 60 (м3/с) где J — интенсивность осадков, мм/мин; F - площадь водосбора, км".
Используя таким образом вместо расходов воды на малых водосборах интенсивность осадков (или конкретно ливня малой обеспеченности) можно более четко определить и рассчитать влияние данного события на рельефообразование.
Учитывая, что для расчета объема и расхода величины заданной обеспеченности необходимо иметь их среднемноголетние величины и коэффициент вариации, легко найти коэффициент пересчета к среднемного-летних величин в величины данной обеспеченности: Мр% = кМ где Мро/о - гидрологическая величина обеспеченности Р%, к - коэффициент перерасчета, М- среднемноголетняя величина.
При невыполнимости определения или расчета расходов воды заданной обеспеченности или интенсивности осадков в расчетах представляется возможным использованием показателя модуля стока с территории бассейна.
Обоснование параметров технических средств и технологии: переукладки пород на гидроотвале
В качестве объекта реализации технических предложений по геоморфологическому обоснованию рельефа долинных гидроотвалов при их ликвидации и рекультивации, рассмотрим гидроотвал на реке Еловка разреза «Моховский» (1-я очередь заполнения). Он расположен в долине реки Еловка на расстоянии 1500 м выше точки впадения реки Еловки в реку Мереть и имеет площадь 750 га. Гидроотвал состоит из двух участков, из них объектом рекультивации является только верхний участок площадью 227 га. Намыв гидросмеси на этом участке гидроотвала прекращен в 1986г. В настоящее время на его территорию поступают воды естествен-ного стока с водосбора реки Еловки площадью 31 км . Еловский гидроотвал относится к долинному типу, поэтому при его восстановлении необходимо придерживаться принципов восстановления гидроотвалов в долинах эрозионных форм.
При намыве гидроотвала способом «от дамбы» поверхность гидроотвала приобретает уклон, противоположно направленный уклону тальвега долины. Контруклон гидроотвала лишает долину ее основного свойства - проточности, на поверхности отвала скапливается вода, подпитывающая поверхность и существенным образом затрудняющая .консолидацию его поверхности. Кроме того, как показывают наблюдения за гидроотвалами Кузбасса, при гидронамыве в разветвленных балочных и речных долинах гидросмесь оседает неравномерно и в логах, прилегающих к основной долине под углом близким к прямому, образуются незамытые «мертвые зоны». Наличие прудов «мертвых зон», составляющих 20-25 % площади поверхности, подлежащей рекультивации, уменьшает объем укладки гидроотвала на 5-10 %, сокращает срок работы гидромеханизации на 1-2 года.
Пруды «мертвых зрн» кроме прямого ущерба оказывают и косвенное влияние на рекультивируемость долинных гидроотвалов - постоянная подпитка пород отвала водой прудов существенно замедляет консолидацию и затрудняет проведение работ по восстановлению на всей территории гидроотвала. Заполнение гидроотвала на реке Еловка также проводилось преимущественно с дамбы.
В 1987—1988 гг. в процессе проведения экспериментальных рекуль-тивационных работ по заполнению грунтом «мертвых зон» в логах 5 и 6 (см. рис. 2.4) (лог «Ульяновка»), когда выпуски гидросмеси вскрышных пород были перенесены в верховья этих логов, такой намыв позволил вытеснить воду из «мертвых зон» (рис. 2.17), а также ликвидировал контруклон поверхности.
Подпитка поверхности из «мертвых зон» приводит к тому, что несущая способность грунта до сих пор очень низкая и на всей площади не превышает 0,12-0,16 МПа. Некоторое повышение несущей способности верхнего (5-8 см) слоя грунта объясняется дренирующим действием растительности, однако, использование сельскохозяйственной техники с орудиями для обработки почвы на гидроотвале в настоящее время невозможно [14]. Согласно оценкам специалистов Кемеровского научно-исследовательского института сельского хозяйства СО ВАСХНИЛ, для достижения несущей способности 0,29 МПа, необходимой для использования колесных тракторов, период консолидации составляет от 7,3 до 10 лет, причем без учета эффекта подпитки.
Таким образом, ввиду того, что большая часть поверхности гидроотвала на реке Еловка имеет наклон, не обеспечивающий отвод долинного стока, основной задачей горнотехнического этапа рекультивации гидроотвала является устранение прудов «мертвых зон», подпитывающих поверхность отвала и препятствующих его консолидации.
Согласно современным представлениям, конечной задачей рекуль тивационных работ является не простое восстановление поверхности и плодородия почв, а обеспечение интеграции восстанавливаемых участков в ландшафт [90, 91], т.е. ассимиляция техногенного рельефа с естественным. Рекультивация, ставящая целью ассимиляцию восстановленной поверхности естественным рельефом, подчиняется двум основным принципам: плавного сочленения и имитации естественных форм и процессов в рельефе с учетом истории его развития, а также смены условий рельефо-образования, произошедших в результате антропогенного вмешательства [90]. Плавное сочленение предполагает отсутствие резких изломов и пере-. гибов антропогенной поверхности на контакте с естественным рельефом и отсутствие прямых линий и углов в контурах техногенных форм. Восстанавливаемая территория должна плавно причленяться к естественным формам рельефа, облегчая ассимиляцию. Принцип имитации предполагает восстанавливать на рекультивированных площадях те естественные рель-ефообразующие процессы, которые существовали до проведения горных работ, или, если такое невозможно [90, 18], процессов, характерных для техноморфосистем в новых условиях. В работе [18] показано, что строительство в речной долине ступенеобразного земляного сооружения - гидроотвала неисправимо нарушает функционирование речной морфосисте-мы, поэтому при рекультивации Еловского гидроотвала не следует стремиться к полному восстановлению морфосистемы реки Еловка - в нижнем течении она должна быть превращена в систему прудов, сообщающихся между собой каналами.
