Инженерно-геологические и геоэкологические проблемы восстановления нарушенных земель при отвалообразовании на открытой угледобыче в Кузбассе

Рассмотрены аспекты обеспечения рекультивации внешних отвалов на угольных месторождениях Кузбасса. Открытая угледобыча в регионе сопряжена с проблемой рационального размещения вскрышных пород в отвалы и последующего восстановления нарушенных отвальными работами земель. На основании анализа научно-технической литературы, горно-геологических условий объектов, натурного и лабораторного изучения техногенных отложений выделены основные факторы, определяющие формирование природно-технических систем (ПТС) и степень их влияния на окружающую природную среду. Исследуемые территории, занятые отвалами, характеризуются изменением естественного ландшафта и формированием нового — техногенного (присваивающего типа), кардинально отличающего от исходного. Рассмотрены особенности инженерно-геологических условий отвалообразования в регионе в зависимости от состава вскрышных пород и развития процессов техногенеза, определяющие устойчивость откосов горнотехнических сооружений. Отмечено естественное восстановление плодородия нарушенных при размещении отвалов земель за счет формирования на их поверхностях техногенного элювия. Обоснована возможность рекультивации гидроотвалов отсыпкой на их поверхностях отвалов сухих пород различной мощности в зависимости от потребностей предприятия по размещению вскрышных пород. Приведены результаты исследований, доказывающие возможность использования вскрыши угольных месторождений в качестве безопасных и потенциально плодородных пород для биологической рекультивации. Разработаны рекомендации по выбору способа и технологии рекультивации в зависимости от свойств вскрышных пород, типа и параметров отвальных ПТС.

Кутепов Ю. И., Кутепова Н. А., Мухина А. С., Мосейкин В. В. Инженерно-геологические и геоэкологические проблемы восстановления нарушенных земель при отвалообразовании на открытой угледобыче в Кузбассе // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 5. – С. 5–24. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_5_0_5.

Кутепов Юрий Иванович¹ — д-р техн. наук, профессор, зав. лабораторией, e-mail: koutepovy@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-3698-3072,
Кутепова Надежда Андреевна¹ — д-р техн. наук, главный научный сотрудник, e-mail: koutepovy@mail.ru,
Мухина Александра Сергеевна¹ — аспирант, e-mail: aleksandra_sergeevna94@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-0707-8914,
Мосейкин Владимир Васильевич — д-р техн. наук, профессор, ГИ НИТУ «МИСиС», e-mail: moseykin@inbox.ru, ORCID ID: 0000-0002-2286-1480,
¹ Санкт-Петербургский горный университет.

Кутепов Ю.И., e-mail: koutepovy@mail.ru.

1. Таразанов И. Г. Губанов Д. А. Итоги работы угольной промышленности России за январь-июнь 2021 года // Уголь. — 2021. — № 9. — С. 25—36. DOI: 10.18796/0041-57902021-9-25-36.

2. Мироненко И. А., Протасов С. И. Принципы выбора вариантов технических решений для разработки и перемещения пород гидроотвала на новое место // Вестник КузГТУ. — 2019. — № 1 (131). — С. 59—65. DOI: 10.26730/1999-4125-2019-1-59-65.

3. Гальперин А. М., Мосейкин В. В., Пуневский С. А., Семенова Е. А. Проблемы геомеханики и инженерной геологии в техногенных массивах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № S1. — С. 5—13. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-1-1-5-13.

4. Galperin M., Moseikin V. V., Kutepov Yu. I., Derevyankin V. V. Assessment of state of water-saturated mine waste for the justification of engineering structure designs at open pit mines // Eurasian Mining. 2017, no. 1, pp. 6–9. DOI: 10.17580/em.2017.01.02.

5. Кутепов Ю. И., Кутепова Н. А., Карасев М. А., Фоменко Н. Г. Геомеханическое обоснование отсыпки отвалов «сухих» пород на гидроотвалах // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. — 2015. — № 3. — С. 220—225.

6. Кутепов Ю. И., Кутепова Н. А., Васильева А. Д., Мухина А. С. Инженерно-геологические и экологические проблемы при эксплуатации и рекультивации высоких отвалов на разрезах Кузбасса // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 8. — С. 164–178. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_8_0_164.

7. Кутепов Ю. И., Кутепова Н. А., Карасев М. А., Кутепов Ю. Ю. Прогноз формоизменения намывных массивов гидроотвалов при складировании на них отвальных насыпей // Горный журнал. — 2016. — № 12. — С. 23—27. DOI: 10.17580/gzh.2016.12.05.

8. Бахаева С. П., Ананенко Е. В. Исследование условий формирования насыпей в лежачем боку залежи // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 9. — С. 55–64. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-9-0-55-64.

9. Бахаева С. П., Протасов С. И., Костюков Е. В., Федосеев А. И., Практика С. В. Исследование гидрогеомеханических процессов техногенных массивов // Вестник КузГТУ. — 2005. — № 3. — С. 41—43.

10. Васильева А. Д. Инженерно-геологическое обоснование устойчивости высоких отвалов угольных месторождений Кузбасса: Автореф. дис.… канд. техн. наук. — СПб.: СПбГУ, 2020. — 22 с.

11. Ческидов В. В. Маневич А. И., Липина А. В. Получение и анализ больших данных в практике мониторинга состояния горнотехнических сооружений // Горная промышленность. — 2019. — № 2(144). — С. 86—88. DOI: 10.30686/1609-9192-2019-2-144-86-88.

12. Cheskidov V. V., Grobler H., Kurenkov D. S., Lipina A. V. Slope Monitoring Systems Design for Mining Enterprises. // E3S Web of Conferences. 2020, vol. 174, article 01025. DOI: 10.1051/e3sconf/202017401025.

13. Cheskidov V. V., Lipina A. V., Manevich A. I., Kurenkov D. S. Status monitoring of sloping structures / Topical Issues of Rational Use of Natural Resources — Proceedings of the International Forum-Contest of Young Researchers. Saint-Petersburg, 2019, pp. 41—47. DOI: 10.1201/9780429398063.

14. Жабко А. В. О проблемах и современных методах оценки устойчивости откосов на открытых горных работах // Проблемы недропользования. — 2018. — № 3(18). — С. 96— 107. DOI: 10.25635/2313-1586.2018.03.096.

15. Богуславский А. Е., Андроханов В. А., Колмагорова Ю. О., Ужогова А. А., Госсен И. Н., Саева О. П. Геохимический фон тяжелых металлов в почвах и растениях на участках отвалов угольных месторождений // Известия Алтайского отделения Русского географического общества. — 2021. — № 2(61). — С. 40—50. DOI: 10.24412/2410-11922021-16104.

16. Уфимцев В. И., Андроханов В. А., Куприянов О. А., Уфимцев Ф. Г. Плодородный слой почвы как фактор восстановления зональных фитоценозов на отвалах угольной промышленности // Вестник КузГТУ. — 2019. — № 6(136). — С. 64—71. DOI: 10.26730/19994125-2019-6-64-71.

17. Soloviev S., Semina I. S., Androkhanov V. A., Shipilova A. M. Restoration of vegetation cover in reclaimed areas with coal preparation waste in Kuzbass // E3S Web of Conferences. 2021, vol. 244, article 01015. DOI: 10.1051/e3sconf/202124401015.

18. Шипилова А. М., Семина И. С. Оценка почвенно-экологического состояния техногенных ландшафтов Кузбасса в зависимости от 55 технологии рекультивации нарушенных земель // Известия УГГУ. — 2017. — № 3(47). — С. 53—56. DOI: 21440/2307-20912017-3-53-56.

19. Кузнецова И. В., Жариков И. В. Инженерно-геологическое обоснование переформирования намывного массива при частичном удалении гидроотвала // Записки Горного института. — 2011. — Т. 189. — С. 50—53.

20. Протосеня А. Г., Кутепов Ю. Ю. Прогноз устойчивости гидроотвалов на подрабатываемых подземными горными работами территориях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 3. — С. 97—112. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-030-97-112.

21. Gridina E. B., Rudakov M. L., Rumiantseva A. M. Evaluation of stability of sides of quarries and dumps on the basis of a risk-oriented approach // Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2020, no. 4, pp. 47—52. DOI: 10.33271/nvngu/2020-4/047.

22. Hansbo S. Experience of consolidation process from test areas with and without vertical drains / Ground Improvement Case Histories. Embankments with Special Reference to Consolidation and Other Physical Methods. 2015, pp. 33—82. DOI: 10.1016/B978-0-08-1001929.00002-8.

23. Уфимцев В. И. Уфимцев Ф. Г. Формирование лесонасаждений на отвалах угольных разрезов черневой тайги г. Междуреченска // Вестник КузГТУ. — 2019. — № 1 (131). — С. 101—108. DOI: 10.26730/1999-4125-2019-1-101-108.

24. Myaskov A., Kostyuk S., Marinova D. Development of the characterizing indicators for the existing biodiversity and natural ecosystems and their role in habitat formation // E3S Web of Conferences. 2019, vol. 105, article 02009. DOI: 10.1051/e3sconf/201910502009.

25. Ческидов В. И., Бобыльский А. С. Технолого-экологические аспекты отвалообразования вскрышных пород на разрезах Кузбасса // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2017. — № 5. — С. 96—104. DOI: 10.15372/FTPRPI20170511.

26. Фомин С. И. Фауль А. А. Способы снижения экологической нагрузки на горнодобывающие регионы // Записки Горного института. — 2013. — Т. 203. — С. 215.

27. Meier T., Wolffersdorff P.,Tamaskovics N. Neuartiger Standsicherheitsnachweis für verflüssigungsgefährdete Kippen. Fachsektionstage der DGGTe. V. Würzburg. 2017, pp. 1—9.

28. Seredin V. V., Khrulev A. S., Andreiko S. S., Galkin V. I. Possibilities for calculating the stress state of rocks during their uniaxial tension and compression // AIP Conference Proceedings. 2020, vol. 2216, no. 1, article 020011. DOI: 10.1063/5.0003676.

29. Середин В. В., Хрулев А. С., Расстегаев А. В., Галкин В. И. Методика оценки напряженного состояния горных пород // Горный журнал. — 2020. — № 2. — С. 30—34. DOI: 10.17580/gzh.2020.02.03.

30. Черемихина А. П. Оценка закономерностей изменения инженерно-геологических условий устойчивости гидроотвалов вскрышных пород в зависимости от этапа эксплуатации: Автореф. дис. канд. техн. наук. — СПб.: СПбГУ, 2014. — 23 с.

31. Fel'dman E. P., Vasilenko T. A., Kalugina N. A. Physical kinetics of coal-methane system: Mass transfer, pre-outburst events // Journal of Mining Science. 2014, vol. 50, no. 3, pp. 448— 464. DOI: 10.1134/S1062739114030077.

32. Пашкевич М. А., Петрова Т. А., Сверчков И. П. Свойства обводненных отходов обогащения угля и перспективы их рециклинга // Обогащение руд. — 2017. — № 1(367). — С. 46—50. DOI: 10.17580/or.2017.01.09.

33. Авгушевич И. В., Сидорук Е. И., Броновец Т. М. Стандартные методы испытания углей. Классификации углей. 2-е изд., перераб. и доп. — М., 2018. — 574 с.

34. Батугин А. С., Кобылкин А. С., Мусина В. Р. Исследование влияния геодинамической позиции углепородных отвалов на их эндогенную пожароопасность // Записки Горного института. — 2021. — Т. 250. — С. 526—533. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.5.

35. Фотина Н. В., Емельяненко В. П., Воробьева Е. Е., Бурова Н. В., Остапова Е. В. Современные биологические методы восстановления и очистки нарушенных угледобычей земель в условиях Кемеровской области — Кузбасса // Техника и технология пищевых производств. — 2021. — № 4. — С. 869—882. DOI: 10.21603/2074-9414-2021-4-869-882.