Разработка торфяных месторождений
(, Маслов мир болот. Томск. Изд-во ТГПУ. 2013. С. 232-241)
Цель разработки – эффективно осушить месторождение, поэтому осушение выполняется с целью создания условий для подготовки торфяного месторождения к разработке. Разработка торфяных месторождений включает следующие технологические процессы: осушение торфяной залежи, подготовка осушенного массива к эксплуатации, добыча торфа, его сушка, уборка и транспортирование, ремонт производственных площадей, их рекультивация. Все эти работы механизированы.
В связи с этим последовательность, параметры и технологии осушения болот под добычу торфа существенно отличаются от таковых под земледелие и лесоводство. Поэтому далее уделим внимание только этим особенностям.
Какие основные цели преследуются при осушении под добычу торфа?
• снизить влажность торфяной залежи до эксплуатационного значения,
• повысить выход воздушно сухого торфа,
• создать условия для прохождения различных торфяных машин,
• создать условия для более полной выработки промышленных запасов торфа на месторождении.
Осушение под добычу торфа.Осушение для целей добычи торфа проводится с целью снижения его влажности, которая прямо связана с глубиной залегания уровней грунтовых вод. В начале сезона добычи торфа глубина грунтовых вод должна быть не менее 0,6–0,7 м для обеспечения проходимости торфодобывающих машин.
Применяют для осушения систематическую сеть каналов, иногда – закрытый или щелевой дренажи. Элементы осушительной сети различаются в зависимости от способа добычи: фрезерный, экскаваторный.
Для добычи фрезерного торфа наиболее распространена следующая схема осушения: по понижению (тальвегу) минерального дна болота проводят магистральный канал, в который, в зависимости от конфигурации болота, через 250–1000 м перпендикулярно ему выводят валовые каналы, в которые в свою очередь впадают картовые каналы, расстояния между ними 20 м на верховых и 40 м на низинных болотах (сравним – под сельскохозяйственные посевы 100-400 м!). Глубина магистральных каналов 3,0–3,5 м, валовых – 2,5–2,8 м, картовых – 1,7–2,0 м на низинных болотах и соответственно 3,5–4,0, 2,8–3,0 и 2,0 м на верховых (гораздо глубже, чем под культуры!). На рис. 126 и 127 приведены типовые схемы осушения болот для торфодобычи (по , 2003).
Рис. 126. Схема осушения торфяных месторождений для добычи фрезерного торфа: 1 – водоприёмник; 2 – магистральный канал; 3 – нагорно-ловчий канал; 4 – валовые каналы; 5 – картовые каналы; 6 – граница болота. Размеры в метрах | Рис. 127. Схема осушения верхового болота для добычи торфа: а – план, б – профиль; 1 – магистральный канал; 2 – граница промышленной залежи торфа; 3 – валовый канал; 4 – картовые каналы; 5 – соединительный канал; 6 – водоприёмник |
Размеры каналов (уклон дна, ширина по дну, крутизна откосов) принимают по расчёту в зависимости от обводненности торфяного массива и устойчивости от оползания откосов (рис. 128, 129).
Рис. 128. Картовый канал Рис.129. Откос канала, видна слоистость торфяной залежи
Торфяные месторождения для разработки фрезерным способом осушаются в две стадии: на первой осуществляется предварительное и на второй – эксплуатационное осушение.
Особое внимание уделяется предварительному осушению торфяника. Предварительное осушение является необходимым условием стабилизации торфяной залежи за счёт отвода вековых запасов воды и её уплотнения. Без предварительного осушения невозможно придать каналам необходимые глубины из-за оплывания и оползания русла. Особенно это относится к верховым болотам. И еще одно предназначение этого этапа – создать условия для развертывания работ по подготовке производственных площадей.
После предварительного осушения торфяная залежь обеспечивает необходимую проходимость для тяжёлых торфодобывающих машин. Предварительное осушение начинают за 3–4 года, а заканчивают не менее чем за год до начала добычи торфа.
При карьерном способе добычи торфа проводящая осушительная сеть состоит из магистрального канала и впадающих в него карьерных каналов. Осушение проводят осушителями, длина которых должна обеспечить работу машин по добыче торфа в течение 3–5 лет. Осушители выводят под прямым углом в карьерные каналы. Расстояние между карьерными каналами 400–1200 м в зависимости от используемых машин и свойств торфа. Расстояние между осушителями принимают в зависимости от типа торфяной залежи: на верховой – 10–20 м, на низинной – 50–70 м.
Подготовительные работы. После осушения и частично одновременно с ним проводится подготовка осушенных площадей к эксплуатации, т. е. к добыче торфа. В этот вид работ входят: сводка леса, их сбор и вывоз; глубокое фрезерование торфяной залежи на глубину до 0,5 м с отбором древесных включений; вывоз пней и углубление картовых каналов. Извлеченные из торфа пни, складированные по краям месторождения – непременное «украшение» торфопредприятий. Современные технологии позволяют измельчать пни вместе с другой растительной массой на фракции 8–25 мм и оставлять в добываемом торфе.
Может возникнуть вопрос, откуда в торфяной залежи пни. Выше мы рассматривали, как образуется болото, какая растительность преобладает в разные по климатическим условиям временные периоды его формирования. При смене климата меняется и растительность. Например, травянистая растительность при похолодании заменяется древесной и т д. Так образуется торфяная залежь, слоистая по строению. И в ней сохраняются остатки деревьев, не подверженные распаду. Вот они то и мешают при промышленной добыче торфа. Поэтому важным показателем при добыче торфа является ее пнистость.
Под пнистостью понимается отношение объема пней, погребенных в торфяной залежи, к общему объему залежи, выраженное в процентах. Для практических целей имеет значение не только общий процент пнистости, но и характер распределения пней в толще торфяного пласта и степень их сохранности. Высокой пнистостью обладает, например, медиум-залежь, виды залежей смешанного типа. Во всех типах залежей хорошо сохраняется сосновый пень, в низинных залежах – сосновый и еловый пни. Лиственные породы разрушаются полностью. Пнистость определяется по данным зондирования при разведке торфяного месторождения.
После завершения этих трудоемких работ выполняется планировка поверхности полей, расположенных между картовыми и валовыми каналами, в продольном направлении с профилированием их под уклон к картовым каналам. Такое профилирование необходимо для ускорения стекания дождевых вод и снижения влажности верхнего слоя торфа, которая обычно составляет 75–89 %, а это, в свою очередь, повышает производительность торфодобывающих машин.
Готовая продукция торфопредприятий и её качество характеризуются следующими параметрами: содержание влаги, зольность, плотность, прочность и крошимость, засоренность (фрезерного торфа), водопоглощаемость. Хранят её на полевых складах в штабелях. Штабели фрезерного торфа с влажностью до 40% под воздействием микроорганизмов, жизнедеятельности бактерий и химических реакций могут самовозгораться. Во избежание этого штабели изолируют от воздуха слоем сырого торфа с влажностью более 70%, а появляющиеся щели забивают сырым торфом.
Транспорт торфа осуществляется в основном по узкоколейному (750 мм) железнодорожному пути в вагонах, мелким потребителям – автомобилями или тракторами (рис. 130).
Рис. 130. Погрузка торфа в вагоны узкой колеи и в уборочный транспорт
С сокращением объёмов добычи торфа многие узкоколейки пришли в негодность или были разобраны. Так зачем то разобрали узкоколейную дорогу Рязань – Солотча –Криуша – Спас – Клепики – Тума, воспетую К. Паустовским, которая проходит через курортную зону с деревнями и городом, связанными с жизнью : она могла бы стать притягательным центром туризма?!
Добыча торфа. Способы добычи торфа постепенно совершенствовались в направлении повышения производительности труда и объёма добычи. Первые добытчики торфа – крестьяне применяли резной способ добычи из ям недалеко от границ болота. Вырезали торф из его залежи в виде кирпичей, которые высушивали и использовали на топливо (рис. 131).
Для этого способа характерно использование только ручного труда. Это выражалось в выкапывании отдельных ям, не имеющих системы в расположении. Заполнявшая яму (карьер) вода мешала добыче.
Для сведения. Добыча торфа в царской России была изнурительным трудом. Рабочий, стоя по колено в воде на дне ямы, нарезал лопатой плитки торфа и подавал их на поверхность. За смену он нарезал до трех тысяч плиток. Это значит, что за день подымал лопатой 16 т. торфа! И это не считая нескольких тысяч ударов лопатой по волокнистому, плохо поддающемуся резанию торфу.
Постепенно с развитием централизованного осушения участки резного торфа приобретали систему карьеров, напоминающих внешне карьеры машинно-формовочной добычи торфа. В последующем система резного торфа была механизирована, но сохранился важный признак этого способа – структура торфа не менялась при его извлечении.
Рис.131. Орудия для добычи торфа на топливо (ХVШ век) |
Машинно-формовочный способ возни в конце XIX столетия. Главной особенностью этого способа было формование торфа – нарушение его структуры, но при этом получалась большая прочность и плотность. И если в начале извлечение торфа из карьера проводилось вручную, то в дальнейшем с помощью транспортера (элеваторный способ).
Интересно. При элеваторном способе в карьере находилось 15-29 человек. Непрерывно двигался элеватор. Стоя на уступе, рабочий - «ямщик» лопатой вырезал куски торфа, поднимал их на высоту до 1 м и забрасывал в элеватор. Смена длилась 10 часов. Норма 19 т. торфа. Из элеватора торф поступал в пресс, из которого непрерывной лентой выползал торфяной брус. Рядом стояли 12-летние мальчики, которые рассекали торфяной брус на кирпичи. Кирпичи перекладывались в вагонетки и отвозились для сушки.
Наибольшее распространение получил экскаваторный способ извлечения торфа, который использовался до 60-х годов XX века (рис. 132). На раме, которая опускалась в карьер, были установлены небольшие ковши, с помощью которых зачерпывался торф и транспортером подавался на поверхность.
К сведению. С применением этого способа были построены крупные торфяные предприятия на Урале для поставки торфа на газогенераторные станции заводов тяжелой промышленности, где торфяной газ использовался как технологическое топливо.
Рис. 132. Схема добычи экскаваторного торфа с обезвоживанием в штабеле (А. Михайлов, 2009) |
Технологическое совершенствование добычи торфа вызвало к жизни гидравлический способ (гидроторф), при котором струей гидромониторов торфяная залежь размывалась, превращая торф в жидкую массу. Эта масса извлекалась торфососом и по трубопроводам подавалась на поля сушки, которые размещали за пределами болота. Поля сушки ограничивали земляными дамбочками высотой до 40 см. Торфяная масса за счёт испарения подсыхала, её в последующем разрезали на куски вручную и с помощью специальных гусениц трактора. Вариантов подобной технологии было достаточно.
Напор водяной струи использовался в золотодобывающей промышленности. Однако широкое развитие гидромеханизация получила с тех пор, как русский инженер положил свойство водяной струи высокого давления размывать грунты, в основу гидравлического способа добычи торфа. Размывание мокрого торфа водой стало подлинной революцией в торфодобыче. Но изобретатель пошел дальше. В 1918 году была создана модель торфососа, который засасывал торфяную массу, перерабатывал ее, превращая в однородное месиво, и мощным напором переправлял торф на поля разлива.
На смену гидравлическому способу пришёл фрезерный способ добычи торфа. Весьма перспективный способ добычи! Этот способ по сравнению с другими имеет наименьшие трудоемкость и себестоимость продукции.
 |
Почему такое название? Фрезерный способ получил свое название от начальной операции - фрезерование. Фрезерование – процесс обработки торфяной залежи фрезами. Вращаясь вокруг собственной оси и заглубляясь в торфяную залежь при поступательном движении фрезы снимают небольшой по толщине слой (1-3 см), превращая его в крошку). Торф превращается в порошок, который здесь же сушится, проводится неоднократное ворошение для улучшения высыхания, затем сгребают торфяную крошку в валки, которые собирают с помощью пневмоуборочных машин и укладывают в штабеля, размещаемые на краю торфяной карты (рис. 133).
Рис. 133. Фрезерование и уборка торфа: рабочий орган – фреза (а); участок торфяного поля после фрезерования (б); сбор готового фрезерного торфа (в); пневмоуборочные машины (г)
Сушка нафрезерованной крошки осуществляется на той же площади, где было выполнено фрезерование в естественных условиях под открытым небом за счет использования солнечной энергии и тепла воздушных масс. После сбора готового фрезерного торфа вновь выполняется фрезерование на той же площади, а за ним и все последующие операции. Процесс неоднократно повторяется в одной и той же последовательности. Этот способ зависит от погодных условий и является сезонным.
В последние годы фрезерный способ стал основным способом добычи торфа (около 95 % промышленной добычи). Потому что все работы механизированы.
Технология добычи включает следующие машины: 1) скреперно-бункерный комплекс, необходимый для уборки торфа, 2) скреперно-перевалочный комплекс для механической уборки торфа последовательной перевалкой торфа из одного валка в другой, 3) пневмо-бункерный для уборки фрезерной крошки. Все комплексы выполняют также операции по ворошению торфа, образованию валков торфа и его штабелированию.
 |
Историческая справка. Фрезерный способ добычи торфа разработан советскими специалистами в 1927–1929 гг. Идея фрезерования торфяных залежей известна была во многих странах, но фрезерный торф там получали как сырье для последующей искусственной досушки и переработки в брикеты. Советские же инженеры поставили перед собой задачу получить фрезерным способом готовое топливо (рис. 134).
Рис. 134. Топливо: торфяные брикеты (а), торфяные шайбы (б)
В 1922 году инженеры и предложили машины для послойного фрезерования торфяной залежи. В 1923 г. инженером был заявлен к патентованию новый способ получения топливного торфа, названный им «способ получения торфяного торфа в виде порошка и крошки с поверхности болот». В этой заявке сушка торфа предусматривалась в толстом слое.
В 1927 году Инсторфом был предложен метод добычи фрезерного торфа с фрезерованием на небольшую глубину – 5-30 мм, что обеспечивало небольшую толщину сохнущего слоя при более низкой влажности торфяной крошки и, как следствие, резкое сокращение сроков сушки торфа. Это же обстоятельство облегчало условия для механизации операций технологического процесса добычи торфа.
Фрезерный торф в зависимости от качества может служить сырьем при производстве газа и кокса для металлургии, этилового спирта, щавелевой кислоты, кормовых дрожжей и других продуктов термохимической переработки, питательных брикетов, торфяных горшочков, различных питательных грунтов для овощеводства и садоводства.
И несколько слов о получении кускового торфа для коммунально-бытовых нужд. Мы его рассматриваем в связи с оригинальной технологией добычи. При добыче кускового торфа используют глубинные добывающие и щелевые комплексы машин.
При первом способе торф поднимают из карьеров глубиной до 4,5 м многоковшовым экскаватором, который оборудован торфоперетирающим механизмом. Добытый торф формуется в виде лент, которые выстилают на полях сушки (рис.135).
Рис. 135. Уборка кускового торфа |
При втором способе (щелевом) проводится щелевое фрезерование торфяной залежи на глубину 0,4–1,0 м. Эти комплексы включают в себя машины для переворачивания и группирования подсохнувших кусков, уборочно-транспортные машины. Получаемое торфяное топливо имеет размеры 15–20 мм (гранулированный), 60 мм (мелкокусковой) и до 100–120 мм (экскаваторный).
