Проблемы и перспективы использования отходов производств для рекультивации горнотехнических сооружений

В современном мире проблема образования твердых промышленных отходов становится все более острой. Складирование таких отходов приводит к негативным последствиям, а также требует доступного пространства для их размещения. Однако с ужесточением требований российского законодательства в области охраны окружающей среды и рационального использования земельных ресурсов стало необходимостью формирование отвальных сооружений с максимальными параметрами. При этом по литологическому составу и содержанию полезных компонентов многие виды накопленных отходов представляют собой крупный источник вторичного сырья для создания новых материалов. Основная задача данной работы заключается в обосновании устойчивых параметров горнотехнических отвальных сооружений и повторном вовлечении отходов производства в процесс их рекультивации. Такой подход позволит обеспечить безопасность горных работ, снизить техногенную нагрузку на окружающую среду и уменьшить объемы использования почвенных ресурсов, привлекаемых при формировании почвенно-растительного слоя на поверхности отвалов. Результаты исследований, проведенных в данной работе, имеют высокую значимость, и могут быть использованы для создания технологий рекультивации промышленных территорий отвальных комплексов, что в свою очередь, позволит обеспечить безопасность ведения горных работ и эффективно использовать вторичные ресурсы для возобновления природной среды.

Кутепов Ю. И., Кутепова Н. А., Мухина А. С. Проблемы и перспективы использования отходов производств для рекультивации горнотехнических сооружений // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 12-1. – С. 5–21. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_121_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 — канд. техн. наук, научный сотрудник, e-mail: aleksandra_sergeevna94@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-0707-8914,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II,

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

1. 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.

2. Тагаева Т. О., Гильмундинов В. М., Казанцева Л. К. Проблема накопления отходов в отраслях добывающей промышленности РФ // ЭКО. — 2019. — № 9. — С. 117—131. DOI: 10.30680/ ЕСО0131-7652-2019-9-117-131.

3. Копытов А. И., Новоселов С. В., Куприянов А. Н., Куприянов О. А. Тенденции развития угольной промышленности Кузбасса и перспективы восстановления природных экосистем в аспекте энергетического перехода до 2050 г. // Уголь. — 2024. — № 3. — С. 87—93. DOI: 10.18796/0041-5790-2024-3-87-93.

4. Корнеева Е. В. Промышленные отходы для закладки выработанных пространств угольных и рудных шахт Кузбасса // Вестник ВСГУТУ. — 2024. — № 1(92). — С. 97—106. DOI: 10.53980/24131997_2024_1_97.

5. Smirnov Y. D., Suchkov D. V., Danilov A. S., Goryunova T. V. Artificial soils for restoration of disturbed land productivity // Eurasian Mining. 2021, vol. 36, no. 2, pp. 92—96. DOI: 10.17580/ em.2021.02.19.

6. 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.

7. Гаврилов В. Л., Ческидов В. И., Хоютанов Е. А., Резник А. В., Немова Н. А. Условия и закономерности формирования внутренних отвалов при открытой разработке угольных месторождений брахисинклинального типа // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2022. — № 6. — С. 112—123. DOI: 10.15372/FTPRPI20220612.

8. Галкин В. И., Середин В. В., Алванян К. А., Гайнанов Ш. Х. Моделирование адсорбционной способности глин на стадиях литогенеза // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2023. — № 2. — С. 133—147. DOI: 10.46689/2218-5194-2023-2-1-133-147.

9. Маринин М. А., Карасев М. А., Поспехов Г. Б., Поморцева А. А., Кондакова В. Н., Сушкова В. И. Комплексное изучение фильтрационных свойств окомкованных песчано-глинистых руд и режимов фильтрации в штабеле кучного выщелачивания // Записки Горного института. — 2023. — Т. 259. — С. 30—40. DOI: 10.31897/PMI.2023.7.

10. 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.

11. Мустафин М. Г., Валькова Е. О. Маркшейдерско-геомеханическое обоснование методики наблюдений за деформациями бортов карьеров // Уголь. — 2024. — № 7(1182). — С. 55—61. DOI: 10.18796/0041-5790-2024-7-55-61.

12. 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.

13. Петрова Т. А., Рудзиш Э. Рекультивация техногенно-нарушенных земель с применением осадков сточных вод в качестве мелиорантов // Записки Горного института. — 2021. — Т. 251. — С. 767—776. DOI: 10.31897/PMI.2021.5.16.

14. Семина И. С., Соловьев С. В., Андроханов В. А., Костерев В. Б. Оценка современного восстановления биогеоценозов на рекультивированных территориях отходами углеобогащения // Экология и промышленность России. — 2024. — Т. 28. — № 8. — С. 54—59. DOI: 10.18412/1816-0395-2024-8-54-59.

15. Куликова А. А., Овчинникова Т. И. Региональный критерий отнесения горнопромышленных регионов к территориям с наибольшей подверженностью геоэкологическим изменениям // Устойчивое развитие горных территорий. — 2023. — Т. 15. — № 1. — С. 27—34. DOI: 10.21177/ 1998-4502-2023-15-1-27-34.

16. Petrova T. A., Rudzisha E., Alekseenko A. V., Pashkevich M. A., Bech J. Rehabilitation of disturbed lands with industrial wastewater sludge // Minerals. 2022, vol. 12, no. 3, article 376. DOI: 10.3390/min12030376.

17. Чукаева М. А., Матвеева В. А., Сверчков И. П. Комплексная переработка высокоуглеродистых золошлаковых отходов // Записки Горного института. — 2022. — Т. 253. — С. 97—104. DOI: 10.31897/PMI.2022.5.

18. Philipps R., Dachroth W. Rekultivieren von Halden, Deponien und Tagebauen / Handbuch der Baugeologie und Geotechnik. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg, 2017, pp. 649—662. DOI: 10.1007/978-3-662-46886-9_16.

19. Кутепов Ю. Ю., Карасев М. А. Изучение и прогноз уплотнения фосфогипса в отвалах для обоснования их вместимости // Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 61—67. DOI: 10.17580/ gzh.2023.05.09.

20. Павлович А. А., Хорева А. Ю. Определение прочностных свойств отвальной массы для оценки устойчивости откосов отвалов // Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 55—61. DOI: 10.17580/gzh.2023.05.08.

21. Mikhailov V. V., Ponomarenko M. V., Sobolevsky V. Simulation of phytomass dynamics of plant communities based on artificial neural networks and NDVI / Recent Advances in environmental science from the euro-mediterranean and surrounding regions, 2nd ed. Springer, Cham. 2021, pp. 1335—1339. DOI: 10.1007/978-3-030-51210-1_211.

22. Бурлуцкий С. Б., Танинкова В. С., Глазунов В. В. Уточнение оценки устойчивости оползневого склона с использованием материалов геофизических исследований // Инженерные изыскания. — 2020. — № 3. — С. 58—67. DOI: 10.25296/1997-8650-2020-14-3-58-67.

23. Андропова В. С., Шипилова А. М. Современные изменения рельефа на территории Кузнецкого каменноугольного бассейна под влиянием открытых горных работ // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. — 2020. — № 4(34). — С. 25—28.

24. Бахаева С. П., Тур К. А., Илюшкин В. Д. Геомеханическое обоснование устойчивости отвала при совместном складировании вскрышных песчано-глинистых пород и отходов обогащения // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2020. — № 4(140). — С. 49—59. DOI: 10.26730/1999-4125-2020-4-49-59.

25. Лесничий Л. И., Гриценко К. И. Метод прогноза сезонных изменений водопритока к подземным горным выработкам на основе модели водосбора с сосредоточенными параметрами // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. — 2023. — № 6. — С. 79—83. DOI: 10.31857/S086978092306005X.

26. Шабаров А. Н., Куранов А. Д. Основные направления развития горнодобывающей отрасли в усложняющихся горнотехнических условиях ведения горных работ // Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 5—34. DOI: 10.17580/gzh.2023.05.01.

27. Ческидов В. В. Гидрогеомеханический мониторинг состояния откосных сооружений // Горная промышленность. — 2017. — № 4 (134). — С. 78. EDN: ZGFMOH.

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. Яницкий Е. Б. Расчет порового давления в основании отвала горных пород при его формировании // Маркшейдерия и недропользование. — 2022. — № 6(122). — С. 52—58. DOI: 10.56195/20793332_2022_6_52_58.

30. Misebo A. M., Pietrzykowski M., Woś B. Soil carbon sequestration in novel ecosystems at post-mine sites-A new insight into the determination of key factors in the restoration of terrestrial ecosystems // Forests. 2022, vol. 13, no. 1. 63. DOI: 10.3390/f13010063.

31. Семина И. С., Андроханов В. А. Геохимический фон в молодых почвах на рекультивированных участках с использованием отходов углеобогащения // Уголь. — 2022. — № 6. — С. 74—79. DOI: 10.18796/0041-5790-2022-6-74-79.

32. Lebrun M., Macri C., Miard F., Hattab-Hambli N., Motelica-Heino M., Morabito D., Bourgerie S. Effect of biochar amendments on As and Pb mobility and phytoavailability in contaminated mine technosols phytoremediated by salix // Journal of Geochemical Exploration. 2017, vol. 182, pp. 149—156. DOI: 10.1016/j.gexplo.2016.11.016.

33. Vasilenko T. A., Islamov A., Doroshkevich A. S., Ludzik K., Chudoba D., Кirillov А., Mita C. Permeability of a coal seam with respect to fractal features of pore space of fossil coals // Fuel. 2022, vol. 329, article 125113. DOI: 10.1016/j.fuel.2022.125113.

34. Комарова А. Г., Чикишева Т. А., Прокопьев Е. С., Прокопьев С. А.. Формы нахождения потенциально ценных компонентов в отходах углеобогатительной фабрики «Краснобродская-Коксовая» // Уголь. — 2023. — № 9(1171). — С. 100—104. DOI: 10.18796/0041-5790-2023-9-100-104.

35. Carlson J., Saxena J., Basta N., Hundal L., Busalacchi D., Dick R. Application of organic amendments to restore degraded soil: Effects on soil microbial properties // Environmental Monitoring and Assessment. 2015, vol. 187, article 109. DOI: 10.1007/s10661-015-4293-0.

36. Zeng L., Bian X., Weng J., Zhang T. Wetting-drying effect on the strength and microstructure of cement-phosphogypsum stabilized soils // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2024, vol. 16, no. 3, pp. 1049—1058. DOI: 10.1016/j.jrmge.2023.06.022.

37. Горленко А. С., Воронина Л. В., Яковлев А. С., Поздняков Л. А., Федорова О. А. Оценка воздействия искусственного почвогрунта на основе отхода производства фосфорных удобрений (фосфогипса) на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов // Агрохимический вестник. — 2022. — № 1. — С. 59—65. DOI: 10.24412/1029-2551-2022-1-011.