РЕКУЛЬТИВАЦИЯ – НЕОТЛОЖНАЯ ЗАДАЧА ДЛЯ КУЗБАССА - Сборник научных докладов молодых ученых г. Кемерово, 17-21 ноября... Учебный сайт

РЕКУЛЬТИВАЦИЯ – НЕОТЛОЖНАЯ ЗАДАЧА ДЛЯ КУЗБАССА - Сборник научных докладов молодых ученых г. Кемерово, 17-21 ноября...




remyosla-i-narodnie-promisli-privolzhskij-federalnij-okrug.html
ren-tv-penza-ponedelnik-18-iyunya-1-kanal-00.html

РЕКУЛЬТИВАЦИЯ – НЕОТЛОЖНАЯ ЗАДАЧА ДЛЯ КУЗБАССА.




Исхаков Х.А.


Институт угля и углехимии СО РАН, г. Кемерово
Вначале о житье-бытье. В 1913 году 93% населения России состояло из крестьян. Государство хлеб продавало, свой же народ жил впроголодь. Почему? Потому что реформа 1861 года была проведена в пользу помещиков, но не крестьян – земля как была у помещика, так у него и осталась. А что у крестьян? Несчастные клочки, распределенные по «душам», причем, девочки не в счет. В семье моего отца была лишь одна душа – будущий мой отец, сестры отцовы – не в счет. Вот и была Россия великой державой с полунищим, полуголодным народом. Русские классики, начиная от Пушкина, хорошо это показали, да и художники четко отразили (Репин, Перов и др.).

Корни Октябрьского переворота именно в этом: народ надеялся и в определенной степени пронадеялся, как и всегда – рабочих загнали в бараки и землянки, крестьян – в колхозы. К чему бы это? Да все к тому, что село надо поднимать и не растягивать на пятилетки, а поднимать ударными темпами.

Сделать это можно будет, если мы будем бережно относиться к земле, к педосфере, т.е. почве. Это относится ко всем странам и государствам, а к Кузбассу в первую очередь. По площади Кемеровская область самая малая среди регионов в Сибири – 95 тыс. км2, население около 3 млн. человек. Для сравнения – Венгрия: площадь – 93 тыс. км2, население 10,5 млн. человек. В Западной Европе Венгрия по уровню сельского хозяйства на первом месте. Так что нам есть с кем и с чем сравнивать. Однако, Венгрия – страна равнинная. Давайте посмотрим на географию области: в меридиональном направлении два хребта: на востоке – Кузнецкий Алатау (Пестрая гора), на западе – Салаирский кряж, на юге – Горная Шория. Таких просторов, как в степном Алтае, у нас нет, однако, для земледелия возможности имеются неплохие. Так в 2008г. пашня составила 1,5 млн. га, зерна собрали 1,8 млн. т, средняя урожайность составила 24ц/га, в отдельных хозяйствах 34-35ц/га. Это очень высокие урожаи.

Ученые Кемеровского НИИ сельского хозяйства мечтают получить с гектара 70-100 ц, а надо ли? Это зерно станет дорогим и невыгодным.

После развала колхозов и совхозов часть пашни оказалась неиспользованной, значит, занята сорняками, которые почву освоили с древнейших времен, приспосабливаются к любым условиям; на заброшенных участках пашни буйствует осот, разнося миллиарды своих зерен на многие километры.

Думается, что заброшенные земли в ближайшие годы будут освоены и дадут неплохую прибавку к общему тоннажу областного урожая.

Другое дело – ежегодный объем угодий, нарушаемый горными работами, здесь проблема более сложная, но решать ее необходимо. В настоящее время в области имеется около 100 тыс. га нарушенных земель. Рекультивация практически не проводится.

Научное направление, которым мы занимаемся, наиболее ёмко входит в наименование – химическая литология угля (ХЛУ) [1]. Это ветвь углехимии, в одинаковой мере решающая вопросы, как органической массы углей, так и неорганической. Если литология органической массы углей занимается описанием петрографических составляющих, которых максимально наберётся не более десятка, то литология неорганической массы в принципе охватывает всю современную петрографию, минералогию, все классы минералов – от самородных до органоминеральных включительно. Кроме того, сюда же входит изучение углевмещающих пород (почва, кровля, породные прослои), вскрышных пород при открытой добыче.

На рис. 1 показана роль минеральных компонентов углей (МКУ) в технологиях добычи и переработки углей. Видно, что в конечном итоге неорганическая составляющая углей, а также углевмещающие породы, образуют огромное количество твердых отходов (в данном случае газообразные отходы не рассматриваются), исчисляемое сотнями миллионов тонн и, естественно, отрицательно влияющих на окружающую среду.

В настоящее время проблема использования твердых отходов угледобычи и углепереработки изучается и частично решается в двух аспектах:

- рекультивация отвальной породной массы в площади для полезного использования (строительство, места отдыха и т.д.), а также возвращения их для сельского и лесного хозяйства;

- использование зольной массы для производства строительных материалов (цемент, шлакоблоки, тротуарная плитка).

Практически в обоих случаях проблемы очень мало решаются задачи, касающиеся внедрения. Это объясняется субъективно–объективными факторами. Объективный фактор – наличие огромных сибирских просторов, которые на первый взгляд обеспечат спокойное житьё на сотни и тысячи лет. Этот обманчивый объективный фактор порождает субъективные мышления, особенно в части химического использования природных богатств, жизни сегодняшним днем – нам хватит, а там потомки что-нибудь придумают.

Нельзя не учитывать и такой важный объективный фактор как экономические возможности страны, региона, города. В итоге получается довольно мрачная картина: в Кузбассе добыча 1 млн. т угля нарушает в среднем 30 га плодороднейших чернозёмов. В 2007 г. добыто более 180 млн. т угля. Однако власти потребуют ежегодного увеличения добычи: даже при добыче 200 млн. т ежегодная средняя площадь нарушенных земель составит 6 тыс. га. За последующие 50 лет будет нарушено 300 тыс. га – если считать по пашне, получается посевная площадь 30 крупных хозяйств (совхозов) уничтожается каждые полвека, – ощутимо! Таким образом, проблема рекультивации нарушенных земель с каждым годом будет усугубляться, и хотим мы этого или нет, но рекультивацией заниматься необходимо; в противном случае мы получим не только «лунный ландшафт», но и такие экологические неприятности как загрязнение атмосферы и гидросферы.

Следует сразу оговориться, что создание пашни на рекультивируемых землях практически невозможно – это дело весьма отдаленного будущего. Наиболее подходящим и приемлемым вариантом является создание пастбищ [2]. При этом здесь возможны три варианта:


  1. Выравнивание отвала с целью удаления крупных кусков породы более 200 мм на бортовые края площадки.

  2. Организация на выровненной площади так называемого землевания (почвования).

  3. Создание искусственной почвы – почвенного субстрата.

При первом варианте имеется в виду надежда на самозарастание площади сорными травами, а также посев травосмесей, в том числе бобовых культур. Нельзя отрицать самозарастание поверхности за счет привноса семян дикорастущих культур, так как отмирающие части растений являются источниками образования гумуса. Необходимо отметить особенности отвальной поверхности. Во-первых, она неоднородна в петрографическом и минералогическом составе, то есть представляет довольно сложную мозаику [3]. Любой представитель этой мозаичной системы является природным образованием с присущими ему особенностями физических, минералогических и химических свойств. Например, под термином «песчаники» скрывается свыше десятка природных образований; в литературе [4] приводится 36 видов песчаников, 75 наименований гранитов, 31 вид глинистых пород.

Рис. 1. Схема превращений и роль минеральных компонентов углей в отдельных процессах.

Каждый представитель той или иной породы с точки зрения почвоведения является объектом изучения. Это неоднократно отмечалось авторами работ: «Значительное место в экологических исследованиях рекультивируемых земель должно занимать изучение состава и свойств пород в отвалах (техногенного элювия), варьирования их состава в пространстве, динамики свойств во времени, классификация пород по пригодности к биологической рекультивации. От минералогического состава, химических и физических свойств пород в первую очередь зависит характер практических рекомендаций по рекультивации земель». [5]

Андроханов [6]: «При изучении химических и агрохимических свойств грунтосмесей, слагающих основную массу отвалов вскрышных пород, необходимо учитывать весь комплекс свойств пород, обуславливающих проявление отрицательных воздействий на окружающие ландшафты (наличие тяжёлых металлов, фенолов и т.д.) и свойств, предопределяющих потенциальное плодородие смеси пород в отвалах». И далее: «Почвенный покров техногенных ландшафтов чрезвычайно мозаичен… с неодинаковым петрографическим и минералогическим составом пород…».

Из природных условий, свойственных Кузбассу, к важнейшим факторам, тормозящим развитие стабильных почвенно-экологических функций, относится, в частности, малое количество в породах отвалов фракций физической глины [3]. Однако, обратим внимание, что просто сказать «глина», значит, ничего не сказать, так как глины имеют свыше 30 петрографических разновидностей [4], а с точки зрения минералогии в настоящее время имеют право на самостоятельное существование свыше 50 глинистых минералов [7, 8].

Надеяться на окисление органической массы в углях и углистых компонентах отвальной породы (аргиллиты, песчаники) не приходится – в большинстве своем породный углерод очень стойкий. Что касается высокого выхода гуминовых кислот из окисленных углей, в некоторых случаях доходящего до 80% [9], то это особый случай природного выветривания в течение тысячелетий. В современных условиях на отвалах, в том числе и рекультивируемых, наблюдаются случаи самовозгорания, возникающие при взаимодействии органической массы и минеральных компонентов с атмосферой [9], а также при наличии в углях и углистых породах восстановленного железа в альфа-форме, весьма активного к кислороду [11, 12]. Относительно подробное изложение первого варианта связано с тем, что на его основе решаются другие варианты рекультивации.

Землевание (почвование). Самый быстрый и самый дорогой вариант, предусматривающий нанесение на выровненную поверхность отвала слоя почвы (чернозем, суглинок, торф и т.д.) толщиной 20-50 см; такой опыт имеется при освоении земель непригодных для сельского хозяйства, но быстро осваиваемых дачниками.

Имеется в виду нанесение на солонцы вначале слоя опилок, затем слоя чернозема (Караганда, Балхаш), а также плодородного почвенного слоя на каменистый грунт (Бишкек). Однако здесь речь идет о сотках дачного участка, но не о сотнях и тысячах гектаров нарушенных земель, где землевание обходится очень дорого.

Создание почвенного субстрата. Предлагается углехимический вариант, сущность которого состоит в особом виде землевания, только вместо «земли» наносится слой (20 см) золы ТЭС, которая на 90-93% состоит из частиц 5-20 мкм, а остальные 7-10% приходятся на расплавленный шлак класса 0-13 мм. Таким образом, гранулометрический состав золы исключает наличие крупных включений, удобен для освоения корневой системой растений и имеет все необходимые микроэлементы [13-15]. В качестве гумусовой составляющей предлагается вносить канско-ачинский бурый уголь в измельчении 0-6 мм, который в условиях почвенного субстрата при медленном, ступенчатом окислении будет стимулятором роста растений. В отличие от общепринятого внесения гуматов, что связано с расходом щелочи, в данном случае свойство бурого угля самоокисляться является наиболее выгодным для прямого внесения в субстрат [16].

Что касается зольного слоя, то использование золы подтверждается как рекультивацией золоотвалов [17], так и естественным самозарастанием золоотвала Кемеровской ГРЭС.


Выводы

  1. Выделенное направление в науке об углях «Химическая литология угля» в настоящее время является самостоятельным направлением углехимии и позволяет рассматривать широкий спектр вопросов от происхождения минеральных компонентов углей до использования зольно-шлаковых отходов.

  2. Почвенный субстрат на основе золы и бурого угля является в условиях Кемеровской области наиболее целесообразным вариантом рекультивации нарушенных земель, так как позволяет квалифицированно использовать многотоннажные отходы зольно-шлаковых материалов и внесение в субстрат гуминового начала вследствие способности к окислению бурого угля.

  3. Рекультивация, несомненно, дело трудное как с научной стороны, так и практического воплощения. Однако работать над этой проблемой необходимо, любые варианты и малейшие достижения в этой области следует изучать и учитывать.

Список использованной литературы



  1. Исхаков Х.А. Химия минеральных компонентов углей как самостоятельное направление в науке об углях // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири : материалы III Междунар. науч.-практ. конф. «Сибресурс – 99». – Кемерово, 1999. – С. 176-177.

  2. Захаров А.И. Создание пастбищ на отвалах Кузбасса // Региональные проблемы устойчивого развития природоресурсных регионов и пути их решения : тр. IV Междунар. науч.-практ. конф. в 2-х т. – Кемерово : ИУУ СО РАН, 2003. – Т.2. С. 313-320.

  3. Гаджиев И.М. Стратегия и перспективы решения проблемы рекультивации нарушенных земель / И.М. Гаджиев, В.М. Курачев, В.А. Андроханов. – Новосибирск : ЦЭРИС, 2001. – 37 с.

  4. Левинсон-Лессинг Ф.Ю. Петрографический словарь / Ф.Ю. Левинсон-Лессинг, Э.А. Струве. – М. : Госгеолтехиздат, 1963. – 447 с.

  5. Михеев Н.В. Мелиорация антропогенных ландшафтов // Экологические аспекты природопользования. – Новочеркасск : Новочеркасская гос. мелиоративная академия.– 2001. – Т.15. – С. 56-63.

  6. Андроханов В.А. Почвы техногенных ландшафтов: генезис и эволюция / В.А. Андроханов, Е.Д. Куляпина, В.М. Курачев. – Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2004. – 151 с.

  7. Грим Р.Э. Минералогия и практическое использование глин. – М. : Мир, 1967. –511 с.

  8. Мильнер Г.В. Петрография осадочных пород. Т.II. – М. : Недра, 666 с.

  9. Кухаренко Т.А. Окисленные в пластах бурые и каменные угли. – М. : Недра, 1972. – 215 с.

  10. Исхаков Х.А. // Химия твердого топлива. – 1990. – №5. – С. 19-23.

  11. Стадников Г.Л. Самовозгорающиеся угли и породы. – М. : Углетехиздат, 1956. – 478 с.

  12. Исхаков Х.А. // Химия твердого топлива. – 1989. – №5. – С. 92-94.

  13. Юровский А.З. Минеральные компоненты твердых горючих ископаемых. – М. : Недра, 1968. – 215 с.

  14. Юдович Я.Э. Геохимия ископаемых углей. – Л. : Наука, 1978. – 263 с.

  15. Нифантов Б.Ф. Геохимия и оценка ресурсов редкоземельных и радиоактивных элементов в кузнецких углях / Б.Ф. Нифантов, В.П. Потапов, Н.В. Митина. – Кемерово : ИУУ СО РАН, 2003. – 101 с.

  16. Итатский уголь как компонент почвенного субстрата / Х.А. Исхаков, М.М. Колосова, Т.Г Усов, В.В. Струев // Химия. XXI век: Новые технологии, новые продукты : тр. IX Междунар. науч.-практ. конф. – Кемерово : Изд-во КузГТУ, 2006. – 415 с.

  17. Растения и промышленная среда / Б.П. Колесников, Т.М. Пикалова, В.А.Овчинников [и др]. – Свердловск : Изд-во УрГУ, 1971. – 203 с.

  18. Лукина Н.В. Восстановление фиторазнообразия на золоотвалах в разных зонально-климатических условиях // Биологическая рекультивация нарушенных земель. – Екатеринбург : Изд-во УрГУ, 2003. – С. 267-277.

УДК 504.3.054: 584.144.4







mpedagog.ru