misnikov_o_s_tehnologiya_i_kompleksnaya_mehanizaciya_otkryty (1)

121

вещества в осадке через 24 часа отстаивания возрастает до 100 г/л. Отстаивающаяся вода удаляется через сливные колодцы. Одновременно с удалением надосадочного слоя происходит фильтрация воды в подстилающий грунт. При многократном намыве вследствие уплотнения слоя и снижения пористости грунта водоотдача за счет фильтрации уменьшается. Поэтому в основании отстойника рекомендуется устраивать дренаж с закладкой дрен ниже горизонта промерзания (0,5…0,7 м) на расстоянии 5…10 м друг от друга. К тому же дренаж благоприятно сказывается на сушке сапропеля, препятствуя поднятию уровня грунтовых вод в отстойниках. Дренажные воды – хорошее удобрение и их нужно собирать и использовать для орошения. При первом намыве за счет фильтрации удаляется до 40 % воды, по мере наращивания слоев намыва это количество уменьшается до 10 %. Соответственно возрастает убыль влаги за счет отвода отстойных вод.

Промораживание сапропелей способствует увеличению водоотдачи. При этом наблюдается интенсивная миграция воды по поверхностям прослоек льда, образовавшихся в замерзающем слое сапропеля, и разрыв капиллярных связей в пограничных слоях намыва, а также отделяется значительная часть иммобилизованной и свободной воды, удерживаемой сапропелем в обычных условиях. Более интенсивная миграция влаги происходит в слое с большим содержанием влаги и более тонким дисперсным составом. В результате промерзания и оттаивания происходят значительные изменения физико-механических свойств сапропелей. Увеличивается пористость слоя и размеры капилляров. Возрастает коэффициент фильтрации, набухаемость, снижается влагоемкость и прочность.

Во время всасывания, а затем при движении по трубам озерная вода заметно насыщается растворимыми органическими и минеральными компонентами. В отстойных водах содержится в 3…8 раз больше азота, в 1,5…4 раза калия, в 1,5 раза фосфора, чем в озерной воде. Суммарное содержание органического вещества увеличивается в 10…50 раз. Поэтому воды, удаляемые из слоя сапропеля, с высоким эффектом можно использовать дли орошения и подкормки сельскохозяйственных посевов. К тому же эти воды, как правило, имеют нейтральную или слабощелочную реакцию. В процессе длительного пребывания воды в отстойниках содержание органических и минеральных веществ в ней уменьшается.

Уборка сапропеля из отстойников. Уборка сапропеля из отстой-

ника ведется при достижении им влажности 50…60 % на площадках, подвергающихся промораживанию, то есть в отстойниках, залитых в прошлом сезоне. До уборочной влажности сапропель подсушивают

122

слоями, для чего верхний слой рыхлят, ворошат и сгребают бульдозерами в навалы вдоль одной из длинных сторон отстойника, постепенно формируя штабель, или фрезеруют, ворошат, валкуют, убирают машинами, используемыми в торфяном производстве, и формируют штабель вдоль одной из коротких сторон отстойника или за его пределами.

Выбор одной из этих технологий зависит от масштаба производства и требований к качеству продукции.

При значительных объемах производства и высоких требованиях к продукту целесообразно применять технологию, аналогичную технологии добычи фрезерного торфа с применением фрезерных барабанов для рыхления, ворошилок, валкователей и бункерных уборочных машин. В результате фрезерования с последующим ворошением сапропелю придается крошкообразная структура и оптимальная влажность. Хорошая аэрация материала способствует полному окислению закисных соединений железа и активизации микробиологических процессов, повышающих содержание гидролизуемых форм азота и других элементов питания растений. Готовая продукция обладает хорошей сыпучестью, равномерно распределяется по удобряемому полю и быстро взаимодействует с почвой.

При послойной технологии намыва влажность верхнего слоя сапропеля в отстойнике к концу сезона снижается до 82...85 %. После зимнего промораживания и оттаивания она понижается до 70...78 %. Это позволяет использовать любые механизмы для измельчения, дополнительной просушки и уборки сапропеля в складочные единицы.

Сезонный сбор сапропеля (qс, т/га) при этом составляет около 4000 т/га. В конкретных условиях его можно вычислить по формуле

q с = q ц п ц ,

(5.27)

где q ц – сбор сапропеля за один технологический цикл сушки и уборки, т/га; п ц – число таких циклов в сезоне.

qц 10 hр γс Кw Кп ,

(5.28)

где h р – глубина фрезерования (рыхления) сапропеля, м; с – плотность верхнего (на глубину рыхления) слоя сапропеля при влажности рыхления, кг/м 3 ; K w – коэффициент пересчета массы сапропеля при переходе от влажности фрезеруемого слоя к условной влажности готового про-

дукта; K п	– коэффициент, учитывающий потери сапропеля при валко-
вании и уборке в текущем цикле (K п 0,7).
	Кw	100	wр
					,	(5.29)
		100	w
			у
где w р	и w у – влажности разрыхляемого					слоя и условная, %;
(w р = 74…78 % и w у = 50 %).

123

Начинать добычу сапропеля из отстойников можно в первых числах мая и заканчивать в середине сентября. За это время можно выполнить до 50 технологических циклов, включающих в себя операции по фрезерованию верхнего слоя сапропеля на глубину фрезерными барабанами, ворошению нафрезерованного слоя ворошилками, валкованию подсохшего слоя и уборку бункерными машинами или погрузчиками в тракторные прицепы.

При хорошей организации труда в дни без осадков можно выполнять однодневные циклы, поскольку при благоприятных погодных условиях при одном ворошении нафрезерованный слой сапропеля высыхает до уборочной влажности за 8...10 часов.

Уборочная машина убирает сапропель в навалы, расположенные поперек отстойника или за его пределами. Штабелирующая машина оформляет их в штабели треугольного сечения, из которых после выдержки в течение 2-3 месяцев сапропель отгружается потребителю. Погрузку сапропеля в транспортные средства можно вести любым погрузчиком грейферного или другого типа. За пределами отстойника штабели располагают в том случае, если возможны задержки с реализацией продукции и возникающие в связи с этим затруднения с намывом в следующем сезоне.

При применении технологии уборки, основанной на использовании бульдозеров, рыхление верхнего слоя выполняют дисковыми лущильниками. Глубина рыхления может быть 70…100 мм. Продолжительность сушки такого слоя до влажности 60 % составляет примерно 4 дня при ежедневном ворошении. После этого высохший слой сдвигается бульдозером в навал внутри отстойника вдоль продольной дамбы. Время от времени выполняется операция по штабелированию этого навала при помощи бульдозера или тракторного стогометателя с лопатой для разгрузки сыпучих материалов.

При помощи бульдозеров можно сгребать сапропель в навалы без рыхления верхнего слоя. В этом случае влажность убранного в штабель сапропеля будет 70...75 %, что отрицательно скажется на транспортных расходах, так как придется перевозить много балласта, которым в данном случае является вода. Таким способом рекомендуется разрабатывать высокозольные сапропели, имеющие пониженную влажность верхнего слоя, например карбонатные.

5.5.Добыча сапропеля с применением зимнего намыва

Сцелью интенсификации процесса обезвоживания сапропеля и более рационального использования площадей можно вести добычу сапропеля гидромеханизированным способом в зимнее время. Способ предложен Институтом торфа АН БССР и заключается в послойном намыве сапропелевой пульпы на специально подготовленную площадку. Технология этого способа добычи сапропеля заключается в следующем. Недалеко от озера,

124

прямо на берегу подбирается небольшая ровная площадка. На ней укатывается снежный покров и делается обваловка из снега. На нее делают намыв слоем 10…20 см. При температуре – 5ºС в отсутствии снежного покрова этот слой полностью промерзает за 2…3 суток, а при наличии снега

– за 4…6 суток. Замерзший слой дробят при помощи шпоровых катков и образовавшуюся крошку сгребают в валок. Освободившуюся территорию заливают снова. За три зимних месяца можно провести в среднем 14 циклов намыва и уборки на одной площадке. При этом сапропель первых 7 циклов складывают в один бурт, а семи последующих – в другой. Бурты должны быть одинаковыми по объему и располагаться параллельно друг другу, касаясь основаниями. В весенне-летний период по мере оттаивания сапропеля на наружных боковых поверхностях буртов на глубину 20…30 см его при помощи штабелирующих машин или стогометателя с лопатой перемещают в пространство между буртами. Периодичность такого перемещения составляет 8…12 дней. При этом в промежутке между буртами формируется один крупный штабель, из которого ведется отгрузка сапропеля потребителю. Обезвоживание сапропеля в этом случае происходит за счет поверхностного стока, фильтрации и испарения. Находясь между навалами, оттаявший сапропель не растекается по площадке.

Постепенно трансформирующаяся складочная единица и подъездные пути к ней занимают около 20 % площади, подготовленной для намыва. Остальная территория может использоваться для сельскохозяйственных целей.

Общая площадь площадки, как правило, невелика. Для земснаряда типа 8-ПЗУ достаточно подготовить одну площадку 50 × 100 = 5000 м 2 . При этом нет необходимости в использовании или строительстве постоянных отстойников.

5.6. Добыча сапропеля экскаваторным способом

Экскаваторным способом добывают сапропель на торфопредприятиях после выработки основных запасов торфа. При этом применяют обычные гусеничные одноковшовые экскаваторы с обратной лопатой, имеющие малое удельное давление на грунт, например МТП-71. Экскаваторами также можно разрабатывать сапропелевые месторождения на небольших сильно заиленных проточных озерах с мощностью пласта не более 2 метров. На неосушаемых озерах можно использовать экскаваторы, оборудованные грейферным захватом, устанавливаемые на понтонах, или плавучие грейферные краны и баржи, имеющиеся в распоряжении речных ведомств.

Учитывая, что большая часть сапропеля, добываемого экскаваторным способом, извлекается из-под слоя торфа и в смеси с ним, более подробно будет рассмотрена именно эта технология. Она предполагает выполнение операций по подготовке месторождения к разработке, экскавацию торфосапропелевой массы, погрузку ее на гусеничные саморазгру-

125

жающиеся прицепы, транспортировку на поля складирования и сушки, разравнивание, послойную сушку, уборку и штабелирование сухой смеси, ее компостирование и отгрузку потребителю.

При разработке торфяного месторождения, которое подстилается мощным слоем сапропеля, необходимо заранее предусматривать возможность его добычи экскаваторным способом. После выработки основных запасов торфа этот сапропель становится доступным для прямой экскавации. Но несущая способность самого сапропеля и его осушаемость открытыми осушительными каналами недостаточны для организации работ непосредственно на нем. Поэтому необходимо оставлять слой торфа, толщина которого зависит от свойств сапропеля. Органические сапропели, имеющие жидкопластичную консистенцию, требуют над собой 1,5- метрового слоя торфа. Этот торф обеспечивает достаточную несущую способность поверхности для работы экскаваторов и транспортного комплекса. Над высокозольным (например, карбонатным) сапропелем, находящимся в твердопластичном состоянии, достаточно оставлять слой торфа толщиной 0,5 м.

Важным этапом подготовительных работ является осушение. Сапропелевые месторождения под слоем торфа, как правило, практически невозможно осушить со сбросом воды в водоприемники самотеком. Поэтому чаще всего бывает необходима установка откачивающей станции, которая начинает работать после сброса паводковых вод, затапливающих территорию.

На участке ведения работ прокладывают открытую осушительную сеть, состоящую из картовых и соединительных каналов, по которым вода стекает в магистральный канал. В его нижней отметке монтируется насосная станция, осуществляющая механический водоподъем.

При разработке органических сапропелей картовые каналы прокапывают только в слое торфа, их глубина обычно 1,4…1,5 м. При разработке минерализованных сапропелей можно углубляться ниже границы торфа и сапропеля, выдерживая заложения откосов канала в сапропеле в соответствии с его свойствами. Расстояние между картовыми каналами – 30…40 м. Расстояние до уровня грунтовых вод по оси карт должно быть не менее 1 м при разработке органических сапропелей и 0,5 м – карбонатных.

После весенних паводков перед началом добычи сапропеля в течение 15-20 суток откачивают воду из осушительной сети. За это время опускается уровень грунтовых вод до нужной отметки, и подсыхает поверхность месторождения. При этом залежь приобретает достаточную несущую способность, и можно начинать добычу сапропеля.

При экскавации сапропель извлекается вместе с торфом на всю глубину залежи или на максимальную по технической характеристике принятого экскаватора. Если глубина залежи заметно превышает возможности экскаватора с обратной лопатой, можно взять другой, оборудованный драглайном или грейфером с большей глубиной выемки, например МТП-71А-2.

126

Расстояние от экскаватора до верхней кромки карьера должно быть не менее общей глубины выемки, иначе возможно сползание машины в карьер.

Экскаватор ведет выемку, начиная с точки, наиболее удаленной от места выезда гусеничных прицепов с территории участка добычи. При этом он движется вдоль левой кромки карты, формируя первый рабочий карьер. Дойдя до конца участка, экскаватор возвращается холостым ходом к исходной точке, сместившись вправо на ширину рабочего карьера, и начинает второй проход. Экскаватор ведет сплошную выработку залежи с постепенным увеличением общей ширины карьера. Расстояние экскаватора (его продольной оси) от верхней кромки расположенного слева карьера должно быть не менее 6...7 м. По другую сторону экскаватора на таком же расстоянии движутся гусеничные прицепы МТП-24Б, в которые осуществ-

	ляется разгрузка ковша или грейфера экскаватора.
	Производительность экскаватора		(Qэ, м 3 /с)	определяется по
	формуле (1.10) с соответствующими		коэффициентами: Kн, Kt, Kр
	(Kн = 1…1,05), (K t = 0,7...0,75), (K р = 1,1...1,2).
	Производительность прицепа (Q п , м 3 /с) определяется по формуле
	Qп	Gп Кг Кt	,	(5.30)
		γсм Тц

где G п – грузоподъемность прицепа, кг; см – плотность торфосапропелевой смеси, кг/м 3 ; T ц – продолжительность рабочего цикла прицепа, с; K г , K t – коэффициенты использования грузоподъемности (K г = 0,85…0,95) и использования рабочего времени (K t = 0,75...0,85).

Плотность торфосапропелевой смеси определяется как средняя взвешенная из плотностей торфа и сапропеля:

γсм		γт hт	γс hс	,	(5.31)
		hт
			hс

где т и с – плотность торфа и сапропеля, кг/м 3 ; h т и h с – глубина слоя торфа и сапропеля в карьере, м.

Средние данные по плотности торфа и сапропеля в зависимости от влажности приведены в табл. 26.

Зная плотность экскавируемой торфосапропелевой смеси, определяют полезный объем бункера транспортного прицепа (V п , м 3 ) и выполняют соответствующее этому объему наращивание бортов:

Vп	Gп	.	(5.32)
	γсм

Продолжительность рабочего цикла прицепа рассчитывают по фор-

муле

T ц = t 1 + t 2 + t 3 + t 4 + t 5 ,	(5.33)
где время цикла представлено следующими составляющими (с):	t 1 – за-

									127
	грузка,					t1			Vп Кн		; t 2 – транспортировка смеси к месту разгрузки,
										Qэ
	t2			L				; t 3 – разгрузка, (t 3 180 с); t 4 – возвращение порожнего прице-
			г	К			υ
	па, t4							L		; t 5 – маневр у экскаватора и подъезд под загрузку (t 5 60 с).
								К
						п			υ

Расшифровка величин, входящих в формулы: Kн – коэффициент наполнения бункера (Kн = 0,9); L – дальность вывозки и возвращения, м; г , п – скорости груженого и порожнего прицепов, м/с ( г = 1,5...2 м/с,п = 2,5…3 м/с); К – коэффициент использования скорости при движении груженого и порожнего прицепов (0,9…0,95).

Таблица 26. Зависимость плотности торфа и сапропеля (кг/м 3 ) от влажности

Влажность,			Торф								Сапропель
		непромо-		проморожен-						непроморо-	проморожен-	карбонат-
%
		роженный		ный						женный	ный	ный
50		400		330					580		520	695
60		430		380					575		530	690
70		485		460					565		550	685
80		535		575					557		575	–
Количество прицепов, работающих с одним экскаватором, находится
из выражения
				Nп		Тц				.		(5.34)
					t		t	5
			1

Округляя N п до целого числа, надо учитывать, что при округлении в меньшую сторону экскаватор будет простаивать и производительность добывающего комплекта (экскаватор и приданные ему транспортные прицепы) будет равна суммарной производительности прицепов. При округлении в большую сторону простаивать будут прицепы и производительность комплекта будет равна производительности экскаватора. Это следует учесть при определении расчетного числа экскаваторов (N э ), подставляя в формулу не сезонную производительность экскаватора, а сезонную производительность комплекта Q кс :

Nэ	Qгод			,						(5.35)
	Qкс
где Q год – годовой объем добычи торфосапропелевой смеси, приведенный
к эксплуатационной влажности смеси, м 3 .
		103 Р
Qгод							год		,	(5.36)
		К			γ		К
			w			см		п

128

где Р год – годовое задание по вывозке торфосапропелевой смеси при условной влажности, т; K w – коэффициент пересчета массы смеси с эксплуатационной влажности на условную; см – средняя плотность торфосапропелевой смеси при эксплуатационной влажности, кг/м 3 ; K п – коэффициент, учитывающий потери при добыче, перевозке, сушке, уборке и реализации готовой продукции (K п = 0,9…0,95).

	Кw		100 wср	,	(5.37)
			100 w
			у

где w ср – эксплуатационная влажность торфосапропелевой смеси, %.

wср		wс hс	wт hт	,	(5.38)
		hс
			hт

где w т , w с – средняя влажность торфа и сапропеля при экскавации, %; h т , h с – мощность слоев торфа и сапропеля в карьере, м.

Сезонная производительность комплекта (Qс, м3 и Рс, т) может быть

определена из выражений
Q с = Q кс t см псм ;	(5.39)
Р с = 10 -3 Q с см K w K п ,	(5.40)

где Q кс – производительность комплекта, м 3 /с; t см – продолжительность смены, ч; п см – количество рабочих смен в сезоне.

Учитывая, что работы ведутся без дополнительного искусственного освещения, количество рабочих смен в тот или иной период сезона может быть разным. Обычно весной и осенью работают в одну смену, а летом – в две. В таком случае в сезоне в среднем может быть около 250 смен. В зависимости от местных условий и уровня организаций работ это количество может быть большим или меньшим.

Расстояние от точки погрузки до полей стилки вывозимой торфосапропелевой смеси обычно принимается в пределах 1...2 км. Эти поля располагают на хорошо осушенных окраинах торфяного месторождения или суходолах. Поля стилки осушают аналогично полям добычи. При необходимости их дренируют на глубину, немного превышающую глубину промерзания.

Общая площадь полей стилки зависит от организации работ. Рекомендуется весь сезон разделить на три почти равные части: весеннелетнюю (с мая по июнь), включающую в себя 75...100 рабочих смен; летнюю (с июля по август), включающую 100 рабочих смен; осеннюю (сентябрь, октябрь, ноябрь) – 75...100 рабочих смен.

Торфосапропелевая смесь, экскавированная в первом периоде, выстилается на поля толстым слоем от 0,4 до 0,9 м. Этот слой будет высушен и вывезен в июле-августе (сентябре). Во втором (летнем) периоде смесь выстилается тонким слоем 0,3…0,4 м, иначе она не успеет высохнуть в текущем сезоне. Торфосапропелевая смесь этого слоя будет высушена и вы-

129

везена в сентябре – октябре. Толщина стилки в третьем периоде опять может быть большой – 0,4...0,9 м. Эта смесь останется на зиму и будет убрана в мае – июне следующего года после промораживания.

Если принять часовую производительность экскаватора, укомплектованного нужным числом прицепов, равной 70 м 3 /ч, то в первом и треть-

ем периодах будет добыто 42 000 м 3	(70 × 8 × 75 = 42 000), а во втором
56 000 м 3 . Эти объемы потребуют	площадей f 1 = f 3 = 70 000 м 2 и

f 2 = 140 000 м 2 . Всего 280 000 м 2 . Приняв площадь нетто одной карты 35 × 45 = 15750 м 2, получим 18 карт. Этого количества карт будет достаточно для работы одного комплекта в течение сезона.

Для правильной организации работ вся эта площадь делится на 3 равные части, и работы по стилке и последующей уборке ведутся по цикловому графику. В весенний период застилается одна треть площадей, в летний – две трети. Осенью повторно застилается первая треть полей, освободившихся после летней уборки. Выстланная осенью торфосапропелевая смесь остается под зиму и будет убрана весной.

В зависимости от свойств торфа и сапропеля (в основном с учетом влажности и зольности) технология стилки может быть различной. Органический сапропель имеет высокую исходную влажность, плохо отдает воду при сушке. До влажности порядка 60 % его можно высушить лишь при послойном рыхлении с ворошениями. В этом случае разгрузку прицепов можно вести по квадратам из расчета, чтобы при разравнивании куч бульдозером получился слой заданной толщины. В течение месяца смесь должна выдерживаться в кучах для предварительного обезвоживания за счет оттока воды, энергетически не связанной с твердым веществом торфа и сапропеля. За это время влажность смеси может понизиться на 3…5 %, что составит примерно 30 % всей воды, первоначально содержащейся в торфосапропелевой массе. Выдерживать смесь в кучах больше месяца бесполезно, так как наступает период равновесия оттока воды и притока ее с осадками. В некоторых случаях влажность смеси может даже увеличиться. Потом кучи разравниваются по всей площади карт. Через 3...5 дней после выполнения планировочных работ приступают к рыхлению поверхности дисковыми лущильниками типа ЛДГ-10 на глубину не более 0,1 м. Последующие три дня ежедневно проводится ворошение слоя, а на 4 день – уборка с применением скрепера-бульдозера ДЭ-42, который укладывает смесь в штабели высотой 3…4 м.

Если штабель располагать вдоль карты, то его ширина по основанию к концу уборки торфосапропелевого слоя толщиной 0,8 м станет около 12 м (при трапециевидном сечении и высоте 4 м). Если на каждой карте формировать по 2 штабеля, расположенных в ее противоположных концах перпендикулярно картовым каналам, то ширина таких штабелей по основанию будет достигать 45 м при высоте 4 м. Если использовать штабелер МТФ-71, то высоту штабеля можно довести до 8 м, то-

130

гда его ширина по основанию станет равной 30 м. При уменьшении толщины выстланного слоя торфосапропелевой смеси размеры штабеля соответственно сокращаются. Весь слой может быть убран в течение 30...40 дней за 7…10 циклов. Готовая продукция должна быть вывезена с карт, чтобы последние были подготовлены для новой стилки.

При разработке высокозольных сапропелей, имеющих пониженную влажность в слое залегания, используются другие технологические приемы стилки, сушки и уборки. При стилке карта делится на продольные полосы. Прицепы разгружают тофосапропелевую смесь в непрерывные навалы высотой около 1,5 м и шириной 10...15 м. Сушка смеси осуществляется на поверхности и откосах навалов. Подсохший слой снимается скребками модернизированной штабелирующей машины МТП-71 и перебрасывается наверх к центру навала. За 1,5...2 месяца машина делает по 30...50 кольцевых проходов вокруг каждого навала, формируя штабели, расположенные вдоль карт по осям навалов. При высоте 4 м такие штабели имеют трапециевидную форму с шириной по основанию 6…8 м. Торфосапропелевая смесь из штабеля должна быть вывезена в соответствии с графиком и площадка освобождена для новой стилки. На погрузке применяют тракторные погрузчики МТТ-12 или краны МТТ-16.

Для интенсификации сушки за счет фильтрации влаги в грунт хорошо выполнять стилку на поверхность, покрытую слоем опилок или соломы толщиной 0,2...0,3 м.

Экскавация сапропеля должна осуществляться на всю глубину месторождения. Оставляется только минимальный придонный слой около 0,15 м, предохраняющий готовую продукцию от зазоления минеральным грунтом, подстилающим сапропель. После выработки месторождения желательно выполнить планировку дна образовавшего котлована и сформировать борта с необходимым коэффициентом заложения откосов.

При добыче сапропеля из-под слоя торфа выполняются вскрышные работы. Экскаватор, стоя на слое торфа, обнажает сапропель на месте будущей выемки с одной установки. Торф грузят в транспортные прицепы и вывозят для использования. Сапропель экскавируют и загружают в другие транспортные средства и вывозят на поля стилки. Если торф в настоящий момент реализовать невозможно, его укладывают на место выемки сапропеля для последующего использования. Далее все работы выполняются аналогично описанному выше способу: экскавация МТП-71 (МТП-71А-2), транспорт на поля стилки прицепом МТП24В с трактором, выгрузка на картах в кучи или навалы, разравнивание бульдозером ДЗ-42 или другим, разрыхление и ворошение при помощи