Диссертация (Методологические основы восстановления нарушенных территорий для градостроительства), страница 12

Для аэрационного режима этиизменения выражаются через коэффициенты τi; и утлы трансформации Δ αi: = 0 ∙ (3.1) = 0 ± (3.2)гдеUi, at - скорость и азимут воздушного потока в точке i;U0, α0 - скорость и азимут невозмущенного воздушного потока.Зная скорость и азимут ветра в данном географическом пункте (помноголетнимнаблюдениямнаближайшейметеостанции)изначениякоэффициентов и углов трансформации τi и Δαi, можно рассчитать аэрационныйрежим на рассматриваемой территории.Наиболеепривлекательнымпутемрешениязадачаэрациирассматриваемых территорий являются теоретические методы, позволяющиеполучить искомые величины, не прибегая к экспериментам.Прежде чем перейти к теоретическому решению задач аэрации нарушенныхтерриторий, рассмотрим геометрические параметры техногенного рельефа.Классификациятехногенногорельефапогеометрическимпараметрамнеобходима при решении вопросов восстановления на-рушенных территорий, аобобщенные формы техногенного рельефа используются в теоретических иэкспериментальныхтерриторий.исследованияхаэрационногорежиманарушенных873.1.

Типология техногенного рельефа, формы рельефа и его геометрическиепараметрыПри оценке нарушенных территорий с целью выбора направленийиспользования их в градостроительстве первостепенное значение имееттехногенный рельеф этих территорий. Геометрические параметры техногенногорельефа (формы карьерных выемок и отвалов и их размеры в плане, глубинавыемок и высота отвалов, углы откосов отвалов и бортов карьерных выемок,наличие и количество террас, высота ярусов и т.д.) имеют чаще всего решающеезначение при определении комплекса мероприятий по преобразованию рельефа иинженерной подготовки территории.Форма техногенного рельефа и его геометрические параметры зависят отприродных условий залегания полезного ископаемого, технологии добычи иприменяемого оборудования, механического состава вскрышных и вмещающихпород и их влажности, высоты отсыпки отвалов и их ярусности и др.

Техногенныйрельеф может иметь положительную или отрицательную форму.Земнаяповерхность,имеющаяуклонменее2°,называетсясубгоризонтальной; если форма рельефа возвышается над субгоризонтальнойповерхностью, то она является положительной, если форма представляет собойуглубление, то она называется отрицательной [229].К положительным формам техногенного рельефа относятся всевозможныеотвалы горнодобывающей и горноперерабатывающей промышленности (отвалывскрыши и вмещающих пород, шламо- и хвостохранилища, дражные полигоны),золоотвалы ТЭЦ, шлакоотвалы металлургического производства, свалки твердыхбытовых и промышленных отходовК отрицательным формам техногенного рельефа относятся карьерныешлейки и траншеи, прогибы и проседания земной поверхности, провалы итрещины, возникшие в процессе (или как следствие) ведения горных работ.К наиболее распространенным формам техногенного рельефа относятсяотвалы.

В районах с развитой горнодобывающей промышленностью отвалызанимают значительные площади. В Челябинской области площадь, занимаемая88отвалами только открытых горных работ, составляет более 10 тыс. гектаров, чтосоответствует 40% площади всех нарушенных территорий области.Рассмотрим формирование отвалов на примере производственногообъединения «Челябинскуголь» (рисунок 3.1). Формирование отвалов ведетсяздесь железнодорожным и автомобильным транспортом.

Имеются также игпдроотвалы. Гидроотвалы характеризуются небольшой высотой (4...8 м),большой площадью отсыпки и достаточно ровной поверхностью. Площадь ихсоставляет 50...100 га. Общая площадь, занимаемая гидроотвалами в ПО«Челябинскуголъ», составляет 720 га.Автомобильные отвалы характеризуются большой высотой и сравнительнонебольшой площадью отсыпки. Формируются отвалы ярусами, причем, нижнийярус имеет высоту до 20 м, а верхние - 10... 15 м. Общая площадь территорий,занятых отвалами, составляет 382 га, в том числе: менее 10 га - два отвала, менее50 га - четыре отвала, менее 100 га -один отвал, более 100 га - один отвал.Рисунок 3.1 – Карьерно-отвальный комплекс Копейского угольного резерваЖелезнодорожные отвалы занимают большую площадь и характеризуютсязначительными неровностями рельефа.

Железнодорожный отвал Коркинского89угольного разреза, который занимает площадь 1284 га, отсыпан в пять ярусовобщей высотой до 100 метров. На период отработки карьера высота отсыпкиотвала достигнет 160 м (6-7 ярусов), он будет занимать территорию в 1360 га.Железнодорожный отвал разреза «Батуринский» имеет площадь 111 га,высоту 20м,внастоящеевремязасыпаетсяпородой,доставляемойавтотранспортом. Южный железнодорожный отвал разреза «Коркинский»занимает территорию в 68 га, его высота 12 метров. Он используется длястроительства различных зданий и сооружений. На нем возведены овощехранилище, ветлечебница и другие постройки.Для оценки техногенного рельефа по занимаемой площади можнопредложить следующую классификацию: малые отвалы (до 10 га), средние(11...50 га), крупные (51...100 га) и очень крупные (свыше 100 га).По высоте отвалы можно классифицировать следующим образом:невысокие (до 15 м), средневысокие (16...30 м) и высокие (31...100 м и более).Важнойхарактеристикойгеометрическихпараметровтехногенногорельефа являются углы откоса отвала.

Углы откосов отвалов обычносоответствуют углу естественного откоса отсыпаемой породы, который зависитОТ физико-механического состава породы и ее влажности. Угол естественногооткоса для разных пород составляет 28...40°. С увеличением высоты отвала дляобеспечения его устойчивости угол откоса должен уменьшаться. Послеокончания отсыпки отвала откосы его должны выполаживаться до, 11.. .28° сцелью уменьшения эрозионных процессов на склонах (рисунок 3.2).Форма откоса отвала может быть сплошной или террасной. Терраснаяформа характерна для высоких отвалов. Террасированные отвалы имеютбольшую устойчивость, поэтому допускается утлы откоса таких отваловвыполаживать до 30...35°.Таким образом, можно различать отвалы со склонами: пологими (18°±6°),среднекрутыми (30°±6°) и крутыми (42°±6°).Значительно изменяются геометрические параметры отвалов при наличииуступов и террас (ярусов).

Ширина уступа варьируется в пределах 20…60 м.90Высота уступов составляет от 5...8 до 15...20 м. Большей высоте уступасоответствует большая его ширина. Для эффективного использования отвалов внародном хозяйстве после окончания работы горнодобывающего предприятиярекомендуемая высота террас должна составлять не более 5 метров при ширинене менее 10 метров [140].Рисунок 3.2 – Профили карьерных выемок (а) и отвалов (б), крутизна склона (в) [170]Для определения конфигурации форм рельефа в плане используетсясоотношение L/B, где L – длина, В – ширина формы рельефа (рисунок 3.3).Принята следующая классификация отвалов по форме в плане: круглые или91квадратные (1 < L/B < 2), продолговатые или прямоугольные (2 < L/B < 4) ипротяженные (L/B > 4).Специфическим видом отвала является терриконик, имеющий коническуюформу и являющийся характерной чертой городского пейзажа в угледобывающихрайонах.Рисунок 3.3 – Конфигурация техногенного рельефа в плане:I- отвалы; II — карьерные выемки; III— карьерно-отвалъный комплексДругими наиболее распространенными формами техногенного рельефа(после отвалов) являются карьерные выемки.

Они распространены повсеместно92вокруг городов и поселков (карьеры по добыче строительного камня, песка,глины), в районах горнодобывающей промышленности.На территории Челябинского буроугольного бассейна имеются 19карьерных выемок, оставшихся после угледобычи. Глубина их варьируется ишироком диапазоне (от 22 до 464 м). Углы откоса бортов карьерной выемкисоставляют 22...35°, углы откоса уступов - 45...60°.

Средняя высота уступовсоставляет 8... 10 м, ширина их - 20.. .30 м.Наиболее распространенными являются карьерные выемки небольшойглубины (15...30 м), площадью до 10 га (карьеры по добыче строительныхматериалов). Карьеры по добыче угля, рудных и нерудных полезных ископаемыхимеют значительно большие размеры (глубину 50... 100 м и более, площадь 20...60га и более). Глубина крупнейшего в Европе Коркинского угольного карьерасоставляет 464 м, размеры выработанного пространства 5 на 2,5 км (проект)(рисунки 36-38).Классификацию карьерных выемок по занимаемой площади можно принятьтакую же, как и для отвалов (малые - до 10 га, средние - 11...50 га, крупные 51...100 га, очень крупные - свыше 100 га).

Аналогично отвалам можно принять итакие классификации карьерных выемок по геометрическим параметрам какклассификация по углу откоса и по конфигурации в плане.Классификация карьерных выемок по глубине предлагается следующая:неглубокие (до 15 м), среднеглубокие (16...30 м), глубокие (31... 100 м) и оченьглубокие (101.. .200 м и более).Предлагаемые классификации техногенного рельефа необходимы привыборе направления использования нарушенных территорий, при определениимероприятий по инженерной подготовке этих территорий, а также для расчета исоставления карт аэрационного режима нарушенных территорий.В результате анализа геометрических параметров техногенного рельефавыявлено несколько наиболее часто встречающихся форм (рисунки 3.2, 3.3):-продолговатый в плане отвал с отношением высоты к заложениюоткоса h/a = 1/1,1; 1/1,7; 1/3,3;93-круглый (квадратный) в плане отвал с таким же соотношением h/a;-отвал трапециевидного сечения с различными вариациями шириныи угла откоса;-сочетание вида «карьер-отвал» с различными вариациями ихотносительного расположения.Рисунок 3.4 – Высота отвалов и глубина карьерных выемок на угольных разрезах (по даннымНИИОГР) [170]94Рисунок 3.5 – Глубокая карьерная выемка в Черемшанке (г.

В. Уфалей)Рисунок 3.6 – Глубокая террасированная карьерная выемка после добычи магнезита (г. Сатка)95По этим формам были изготовлены модели, которые в дальнейшемиспользовались при экспериментальных исследованиях процесса обтеканиявоздушным потоком в аэродинамической трубе.Геометрические параметры техногенного рельефа, зависящие в большейстепени от способа разработки полезных ископаемых и способа отсыпки отвалов,как правило, не удовлетворяют требованиям выбора площадки для строительства,рекреации и других видов использования (рисунки 3.5, 3.6).Одной из основных причин непригодности участков техногенного рельефадля дальнейшего использования в градостроительстве является нецелевоеформирование этого рельефа, то есть недостаточный учет (или его отсутствие)вида использования в дальнейшем нарушенной территории в системе городскогохозяйства.Существенным резервом и стимулом градостроительного использованиянарушенных территорий является формирование техногенного рельефа с заранеезаданными геометрическими параметрами в процессе ведения горных работ.Параметры техногенного рельефа должны выбираться из условия максимальногоприближения к рельефу, который удовлетворял бы требованиям размещения нанем какого-либо вида освоения площадок: для строительства зданий исооружений, для зеленого строительства или для устройства водоемов.Приформированиигеометрическимитехногенногопараметрамирельефанеобходимосзаранееучитыватьегозаданнымивлияниенааэрационный режим прилегающей территории [170, 187].3.2.