Ресурсосберегающие технологии горнотехнической рекультивации земель на угольных разрезах Красноярского края

Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет
Е.В. Кирюшина, И.В. Зеньков, В.В. Коростовенков
Ресурсосберегающие технологии 
горнотехнической рекультивации земель 
на угольных разрезах Красноярского края
Монография
Красноярск
СФУ
2012

УДК	 631.5:622.882
ББК	 40.658  33.31
	
К438
Рецензенты: зам. директора по научной работе Института водных и экологических проблем СО РАН (г. Барнаул) проф., д-р биол. наук А.В. Пузанов; 
ректор Кемеровского государственного сельскохозяйственного института 
(г. Кемерово) проф., д-р техн. наук В.И. Мяленко; зав. кафедрой разработки 
месторождений полезных ископаемых Национального исследовательского Иркутского государственного технического университета (г. Иркутск) 
проф., д-р техн. наук В.П. Федорко
Кирюшина Е.В.
К438	 	
Ресурсосберегающие технологии горнотехнической рекультивации земель на угольных разрезах Красноярского 
края  / Е.В. Кирюшина, И.В. Зеньков, В.В. Коростовенко.  - 
Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2012.  - 
269 с.
ISBN 978-5-7638-2521-3
Выявлены особенности пространственного изменения мощности пластовых залежей плодородного слоя почвы и потенциально-плодородных пород на территории 
разрабатываемых месторождений Канско-Ачинского угольного бассейна. Раскрыт и 
обоснован характер изменения качественных показателей почвенного слоя, формируемого в условиях совмещения работ по горнотехнической рекультивации с комплексом вскрышных работ. На основе прогнозирования качественных показателей и 
продуктивности формируемого почвенного слоя разработан новый системный подход к обоснованию структур комплексной механизации работ по горнотехнической 
рекультивации земель при их совмещении с производством вскрышных работ. Представлены эколого-экономические оценки технологических решений по проведению 
горнотехнического этапа рекультивации земель применительно к угольным разрезам «Бородинский» и «Переясловский».
УДК 631.5:622.882
ББК 40.658 + 33.31
ISBN 978-5-7638-2521-3	
‹ Сибирский федеральный университет, 2012

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ...............................................................................................6
ГЛАВА 1. Современное состояние и обзор изученности проблем в горнотехнической рекультивации земель................................8
1.1.	 Динамика роста объемов угледобычи, выработки электроэнергии и связанное с этим изъятие земель сельскохозяйственного назначения.................................................................................................8
1.2.	 Технологические аспекты разработки горизонтальных и пологих месторождений энергетических углей открытым способом.....10
1.3.	 Геологическое строение карьерных полей угольных разрезов «Бородинский», «Переясловский», «Канский»................................17
1.4.	 Качественные характеристики почв в юго-восточных районах Красноярского края.
.............................................................................22
1.5.	 Анализ проектных решений по формированию технологий 
рекультивации земель.
................................................................................25
1.6.	 Анализ производственного опыта в рекультивации земель 
на угольных разрезах Красноярского края..............................................29
1.7.	 Анализ научных работ в области рекультивации земель при 
разработке угольных месторождений открытым способом.
.................33
ГЛАВА 2. Анализ производственного опыта в горнотехнической рекультивации земель в открытой угледобыче.
....................... 42
2.1.	 Технологические решения в проведении горнотехнического 
этапа рекультивации земель......................................................................42
2.2.	Механизм возникновения засорения плодородного слоя почвы на горнотехническом этапе рекультивации.....................................48
2.3.	 Структура засорения почвенного слоя по основным процессам горнотехнической рекультивации.....................................................60
2.4.	Потери почвенного слоя, возникающие в ходе выполнения 
основных процессов горнотехнической рекультивации.
.......................62
ГЛАВА 3. Результаты исследований поверхностей рекультивированных породных отвалов.
........................................................... 69
3.1.	 Общая характеристика внешних и внутренних отвалов  на 
угольном разрезе «Бородинский».............................................................69
3.2.	Результаты комплексного исследования внешнего отвала 
«Южный».....................................................................................................73
3.3.	 Результаты комплексных исследований поверхности внешнего отвала «Западный».............................................................................78
3.4.	 Результаты комплексного исследования поверхности внешнего отвала «Северный».
............................................................................81
 3

3.5.	 Результаты исследований поверхности внутреннего отвала, 
созданного с 1950 по 2009 гг......................................................................85
3.6.	 Результаты исследования продуктивности земель агроландшафтов в естественно-природном состоянии и восстановленных 
угольным разрезом «Бородинский».........................................................90
3.7.	 Результаты полевых работ по исследованию геоэкологических показателей локальных ландшафтов, созданных на породных отвалах.
...............................................................................................100
3.8.	 Комплексный анализ результатов исследований поверхностей отвалов, рекультивированных для сельскохозяйственного 
использования.
...........................................................................................106
ГЛАВА 4. Научно-методологические основы прогнозирования изменения качественных показателей формирумого почвенного слоя в условиях совмещения рекультивационных и 
вскрышных работ................................................................................ 110
4.1.	 Горно-геологическая характеристика перспективных полигонов снятия почвенных слоев на месторождениях КанскоАчинского угольного бассейна.
............................................................... 110
4.2.	Методика подсчета запасов, прогнозирования и исследования изменения качественных показателей почвенного слоя, формируемого для рекультивации породных отвалов...............................121
4.3.	 Результаты исследования изменения качественных показателей формируемого почвенного слоя в условиях совмещения 
вскрышных и рекультивационных работ.
..............................................132
4.4.	 Результаты исследования изменения качественных показателей формируемого почвенного слоя при отработке сложноструктурных пластовых залежей почвенных слоев............................. 141
ГЛАВА 5. Исследование уровней потерь плодородного слоя 
почвы в горнотехнической рекультивации при разработке горизонтальных и пологих угольных месторождений............................. 148
5.1.	 Методические основы определения потерь ПСП в горнотехнической рекультивации и сокращения площадей восстанавливаемых агроландшафтов..........................................................................148
5.2.	Потери ПСП, обусловленные горно-геологическими характеристиками разработки горизонтальных и пологих угольных 
месторождений..........................................................................................153
5.3.	 Исследование технологических потерь плодородного слоя 
почвы.
..........................................................................................................158
5.4.	 Исследование уровней потерь ПСП в условиях применяющихся технологий горнотехнической рекультивации нарушенных земель..................................................................................................163
 4

5.5.	 Исследование уровней потерь ПСП, обусловленных применением гидравлических экскаваторов в технологиях горнотехнической рекультивации.......................................................................... 179
ГЛАВА 6. Исследование качественных показателей формируемого почвенного слоя при совмещении горнотехнической 
рекультивации земель с производством вскрышных работ.......... 182
6.1.	 Исследование изменения качественных показателей почвенного слоя при его концентрации в контурах экскаваторных 
заходок........................................................................................................182
6.2.	Исследование влияния применения систем управления качеством на изменение качественных показателей формируемого 
почвенного слоя при его концентрации в контурах экскаваторных заходок................................................................................................197
6.3.	 Исследование влияния выемки суглинков из нижней части 
экскаваторного забоя на качественные показатели формируемого почвенного слоя....................................................................................201
6.4.	 Обоснование порядка снятия и мест размещения временных складов почвенного слоя при раскройке карьерных полей 
на выемочные блоки.
.................................................................................206
ГЛАВА 7. Разработка и эколого-экономическая оценка рекомендаций по проведению горнотехнической рекультивации породных отвалов.................................................................................... 219
7.1.	 Обоснование технологии горнотехнической рекультивации, 
комплексно обеспечивающей эколого-экономическую эффективность обустраиваемых культурных ландшафтов........................... 219
7.2.	 Разработка рекомендаций по проектированию технологий 
горнотехнической рекультивации земель для разрезов КанскоАчинского угольного бассейна.
...............................................................228
7.3.	Обоснование технологий горнотехнической рекультивации земель для угольных разрезов «Бородинский» и «Переясловский».................................................................................................239
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................... 250
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.................................................................... 253
ПРИЛОЖЕНИЕ.................................................................................... 262
 5

ВВЕДЕНИЕ
В бывшем СССР производственное объединение по добыче 
угля «Красноярскуголь» довольно успешно и эффективно занималось рекультивацией нарушенных земель на разрезах «Бородинский», «Назаровский», «Березовский» и др. Рекультивированные 
земли на породных отвалах позиционировали как высокопродуктивные сельскохозяйственные угодья - пашню, - которые впоследствии так и оказались повсеместно невостребованными предприятиями АПК. Это объясняется многими причинами, такими 
как низкие комплексные показатели земель, их низкая продуктивность, а также произошедшие деформации поверхностей отвалов 
в виде волнистого микрорельефа, не способствующие эффективному проходу сельхозтехники.
Несмотря на это, согласно действующему законодательству, 
предприятия ОАО «СУЭК-Красноярск» и «Красноярсккрайуголь» 
продолжают заниматься рекультивацией земель, основанной на снятии почв и их нанесении на породные отвалы. Исторически возник 
парадокс, заключающийся в весьма низкой эффективности использования финансовых средств угольных предприятий в области сельскохозяйственной рекультивации, отдача от использования которой 
практически равна нулю. Естественным образом возник вопрос, 
можно ли проводить рекультивацию породных отвалов, земли которых будут обладать высокой продуктивностью, и при этом снизить 
затраты на обустройство культурных ландшафтов, сущность которого была конкретизирована в техническом задании (2010 г.) на проведение научно-исследовательской работы «Разработать эффективные 
и экономически обоснованные технологии рекультивации земель 
при добыче угля на предприятиях ОАО «СУЭК-Красноярск».
Поставленная цель работы - обоснование технологий горнотехнической рекультивации земель, в которых комплексно обеспечиваются высокие экологические показатели культурных ландшафтов 
на породных отвалах угольных разрезов и снижение затрат на их 
обустройство - была достигнута авторским коллективом за счет использования системного подхода к созданию уникальной техноло 6

Введение
гии производства работ на горнотехническом этапе рекультивации 
при его совмещении с производством вскрышных работ, не имеющей аналогов в мировой практике недропользования.
Результаты наших исследований получены в ходе решения следующих научно-практических задач: провести полевые работы по 
определению качественных показателей земель и их продуктивности на созданных культурных ландшафтах; выявить природные закономерности пространственного расположения почвенных слоев на 
территории горных отводов угольных разрезов; сделать прогнозные 
оценки изменения качественных характеристик почвенного слоя, 
формируемого в ходе горнотехнической рекультивации для его нанесения на породные отвалы; обосновать технологии горнотехнической рекультивации, обеспечивающие эколого-экономическую 
эффективность, с позиции их совмещения с комплексом вскрышных 
работ; разработать технологии горнотехнической рекультивации 
земель, адаптированные к угольным разрезам Канско-Ачинского 
бассейна, и провести экономическое обоснование для условий их совмещения с производством вскрышных работ.
Впервые использовано прогнозирование качественных показателей формируемого почвенного слоя, основанное на информации об 
изменении мощности почвенных слоев и продуктивности рекультивируемых земель в увязке с технологическими параметрами и особенностями работы основного горно-транспортного оборудования, 
задействованного на отработке верхнего вскрышного уступа и на 
отсыпке породных отвалов. Конечный результат наших исследований подробно представлен в монографии. Вполне обоснованно мы 
считаем, что наши разработки могут применяться в других угледобывающих регионах Сибири.
Основой создания монографии являются: результаты исследований, проводимых в полевых условиях на географической территории 
«Канская лесостепь» Красноярского края; статистическая обработка 
информационных баз; результаты исследований почвенных проб, 
выполненных ФГУ «Станция агрохимической службы «Солянская» 
(Рыбинский р-н Красноярского края); теоретический и практический материал, опубликованный в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, выпускаемых в РФ, рекомендуемых ВАК 
для опубликования основных научных результатов диссертаций на 
соискание ученой степени доктора наук, в сборниках статей международных и Всероссийских конференций с 2003 по 2011 гг.
 7

ГЛАВА 1. Современное состояние 
и обзор изученности проблем 
в горнотехнической рекультивации земель
1.1.	 Динамика роста объемов угледобычи, выработки электроэнергии и связанное с этим изъятие 

земель сельскохозяйственного назначения
В российской экономике дальнейшее ее развитие обосновано ростом объемов промышленного производства в традиционных отраслях: добыча нефти и газа, угля подземным и открытым способами, 
теплоэнергетика, машиностроение, лесная и деревообрабатывающая, 
агропромышленный комплекс и др. Наличие в РФ большого количества месторождений коксующегося и энергетического угля с большими запасами обусловливает систематическое появление новых предприятий по добыче и переработке угля. Сегодня главными российскими угледобывающими регионами считают Кузбасс, Красноярский, 
Хабаровский и Приморский края, Иркутскую и Читинскую области. 
Географически месторождения угля повсеместно располагаются на 
землях предприятий агропромышленного комплекса.
Согласно новой Энергетической стратегии России до 2030 г., разработанной в Институте энергетических исследований РАН, в нашей 
стране имеются возможности существенного наращивания объемов 
добычи угля до 890 млн т. Наибольшими ресурсами для увеличения 
добычи угля обладают Сибирский и Дальневосточный федеральные 
округа - до 737 и 106 млн т соответственно; здесь расположены такие крупные бассейны, как Кузнецкий, Канско-Ачинский, ЮжноЯкутский, имеющие существенные потенциальные возможности 
для дальнейшего увеличения объемов производства угля [56].
Западная Сибирь
В Кузнецком бассейне до 2030 г. возможен рост добычи угля до 
291 млн т. Целесообразным будет освоение следующих месторождений: «Ерунаковское», «Соколовское», «Уропско-Караканское», «Но 8

ГЛАВА 1. Современное состояние и обзор изученности проблем...
воказанское», «Жерновское», «Евтинское» и др., обладающих наиболее благоприятными горно-геологическими условиями разработки, 
на которых возможно строительство новых разрезов и шахт. Параллельно с освоением новых месторождений разработана программа 
лицензирования 51 участка недр для реконструкции, поддержания 
мощностей действующих шахт и разрезов, строительства новых 
угольных предприятий.
В Алтайском крае и Новосибирской области возможен незначительный, в основном для местных нужд, рост объемов добычи угля 
до уровня 7,0 млн т в год.
Восточная Сибирь
С позиции роста объемов открытой угледобычи весьма перспективным угледобывающим регионом является Красноярский край. На 
его территории возможен объем добычи угля от 77 до 340 млн т в год. 
Балансовые запасы бурого угля оцениваются в 600 млрд т. Конкретные объемы добычи угля в Канско-Ачинском бассейне в дальнейшем 
будут определяться исходя из потребности в этих углях. В регионе 
перспективным может считаться внедрение инновационных технологий глубокой переработки угольного сырья, производство из него 
продукции высокого передела. При реализации проекта по глубокой 
переработке угля (Березовский разрез) и преобразованию его в полукокс и другие продукты углехимии возможен значительный рост 
объемов производства в Красноярском крае. На федеральном уровне 
активно ведется работа по экономической оценке возможностей значительного наращивания объемов добычи энергетических углей в 
Канско-Ачинском бассейне: до 340 млн т. В этом случае уголь будет 
сжигаться на тепловых станциях, «на борту разреза», и произведенная 
электроэнергия по сетям будет доставляться потребителям [56].
В Забайкальском крае, объединяющем Иркутскую, Читинскую 
области и Бурятию, объем добычи угля открытым способом прогнозируется на уровне 77,0 млн т в год.
Горные отводы и промышленные площадки практически всех 
угольных разрезов располагаются на высокоплодородных сельскохозяйственных угодьях. Сегодня во всех угледобывающих регионах 
остро стоит проблема возврата в оборот земель, изъятых для нужд 
недропользования [80-83].
 9

ГЛАВА 1. Современное состояние и обзор изученности проблем...
В юго-восточных районах Красноярского края расположены 
крупные угольные разрезы, входящие в тридцатку крупнейших 
предприятий в угольной отрасли: «Бородинский», «Переясловский», 
«Канский», а также более мелкие - «Ирбейский», «Абанский» [84]. 
В этой связи на примере Красноярского края с позиции факторной 
экономики рассмотрим хозяйственную деятельность группы предприятий ТЭК и АПК с различным отношением к использованию 
продуктивных земель сельскохозяйственного назначения.
1.2.	 Технологические аспекты разработки горизонтальных и пологих месторождений энергетических углей открытым способом
В бывшем СССР добыча угля в начале 1990-х гг. равнялась 700 
млн т в год. На долю открытого способа приходилось более половины этого объема. И сегодня РФ занимает одно из первых мест в мире 
по добыче угля. Открытый способ его добычи традиционно развивается опережающими темпами. Угольные месторождения, разрабатываемые с применением открытых геотехнологий, характеризуются разнообразием горно-геологических условий: значительная 
вариация мощности угольных пластов и углов их пространственного расположения, разнообразные физико-механические свойства 
вмещающих и покрывающих пород. Весьма различны и природноклиматические характеристики географических районов расположения месторождений угля.
Разнообразие горно-геологических условий залегания угольных 
пластов и физико-механических свойств вскрышных пород и угля 
обусловливает применение в горном деле различных систем разработки месторождений. В практике открытых горных работ наиболее 
часто применяются сплошные продольные однобортовые и углубочные (продольные, поперечные, веерные или кольцевые) одно- или 
двухбортовые системы разработки [67].
Разработку вскрышных пород и добычу угля производят карьерными экскаваторами ЭКГ-5, ЭКГ-8и, ЭКГ-4у, ЭКГ-6,3-ус, ЭКГ 10