Этапы осушения

В соответствии с нормами технологического проектирования предприятий торфяной промышленности торфяные месторождения по сложности строительства сети осушения и обеспечения проходимости машин в период болотно-подготовительных работ подразделяются на 3 категории.

1 категория - в основном месторождения низинного типа с влагосодержанием залежи W не более 8 кг/кг (относительная влажность ω≤89%) и сопротивлением сдвигу (τ1) в верхнем метровом слое залежи не менее 15 кПа;

2 категория – месторождения низинного, переходного, смешанного и верхового (мелкозалежные) типов: W = 8 ÷ 12 кг/кг, (ω =89 ÷92%); τ1 = 8÷15 кПа;

3 категория - глубокозалежные торфяные месторождения верхового типа, в том числе и с грядо-мочажинным и озерно-мочажинным комплексами: W≥12 кг/кг (ω≥92%); τ1≤ 8 кПа.

В соответствии с последовательностью ведения работ при строительстве каналов различают предварительное, эксплуатационное и донное осушение.

Для месторождений 2-й и 3-й категорий необходимо предусматривать проведение работ по предварительному осушению с целью увеличения несущей способности метрового слоя залежи до 12 кПа.

Предварительное осушение предопределено самой природой торфяных залежей. Торф исключительно медленно отдает избыточную влагу и медленно изменяет свои физические свойства. Увлажненная торфяная залежь, особенно верхового типа, при вскрытии каналами оползает и оплывает. При этих условиях осушение залежи может быть только рассредоточенным по годам с последовательным углублением каналов.

Конечная цель предварительного осушения - стабилизация торфяной залежи, т.е. ее усадка и уплотнение, в результате чего сводится до минимума деформация каналов.

При последовательном углублении осушительной сети торфяная залежь, постепенно уплотняясь в верхних слоях, позволяет производить болотно-подготовительные работы тяжелыми машинами в нормальных условиях, обеспечивая их проходимость. В этом заключается вторая, не менее важная роль предварительного осушения.

Длительность работ по предварительному осушению зависит от типа торфяной залежи и характера подстилающих грунтов. Считается, что предварительное осушение должно быть начато в среднем за 3-4 года и закончено за один год до начала добычи торфа.

При осушении торфяных залежей верхового типа повторные работы для доведения каналов до проектных глубин проводятся в течение 4-5 лет, чем и определяется длительность периода предварительного осушения залежи верхового типа.

Выбор технологических регламентов и составление схем осушения, глубины осушительных каналов и количество этапов при их строительстве для некоторых различных по сложности осушения видов торфяной залежи приведен в таблице.

Таблица

Технологические регламенты на строительство осушительной сети для некоторых видов торфяной залежи верхового типа

СВОЙСТВА ЗАЛЕЖИ И НАИМЕНОВАНИЕ РЕГЛАМЕНТИРУЮЩИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ	ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕГЛАМЕНТЫ
	ВИДЫ ТОРФЯНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ
	СОСНОВО-ПУШИЦЕВАЯ	МАГЕЛЛАНИКУМ И ФУСКУМ ЗАЛЕЖЬ		ШЕЙЦЕРИЕВО-СФАГНОВАЯ, КОМПЛЕКСНАЯ
1.СОПРОТИВЛЕНИЕ СДВИГУ В ЗОНЕ КАНАЛА, кПа	>15	10 - 13	9 -10	9 - 10	7 - 8	5 - 6
2. ПРОВЕДЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОСУШЕНИЯ	НЕ ТРЕБУЕТСЯ		ТРЕБУЕТСЯ
3. НАЧАЛЬНАЯ ГЛУБИНА КАНАЛОВ, М	1,8	1,4 -1,6	1,3 -1,4	1,3 -1,4	1,0 – 1,2	0,8 – 1,0
4. ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАШИНЫ	ЭКСКАВАТОР ТИПА МТП-71		ЭКСКАВАТОР МТП-71 ИЛИ МАШИНА КПО		МТП-37, КПО, МТП-71
5. КОЛИЧЕСТВО ЭТАПОВ ВЫПОЛНЕНИЯ КАРТОВЫХ КАНАЛОВ	2	3	4	4	5	6
6. ИНТЕРВАЛЫ ВРЕМЕНИ МЕЖДУ УГЛУБЛЕНИЯМИ КАНАЛОВ, МЕСЯЦ	2 - 3	2 - 3	3 - 4	3 – 4	3 - 4	2 - 6
7. РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ КАРТОВЫМИ КАНАЛАМИ, М	20	20	ПЕРВЫЙ ПРОХОД ЧЕРЕЗ 10 М, ПОСЛЕДУЮЩИЕ – ЧЕРЕЗ 20 М			ПЕРВЫЕ 2 ПРОХОДА ЧЕРЕЗ 10 М, ПОСЛЕДУЮЩИЕ – ЧЕРЕЗ 20 М
8. СРОКИ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ, МЕСЯЦЫ	АПРЕЛЬ -НОЯБРЬ		ЯНВАРЬ - ДЕКАБРЬ

Рекомендуемые начальные глубины каналов и расстояния между картовыми каналами определяются в зависимости от сопротивления сдвигу в верхнем 2-х метровом слое залежи и принимаются по табл.

Положение в плане каналов предварительного осушения следует, по возможности, совмещать с положением и направлением сброса воды каналов эксплуатационного осушения.

Интенсивность и скорость изменений свойств торфяной залежи в процессе осушения весьма неравномерна во времени. В связи с этим очень важно, в особенности для трудноосушаемых сильно обводненных торфяных месторождений верхового типа правильно определить сроки очередных

Таблица

Начальная глубина каналов

Сопротивление сдвигу, τ1, кПа	Глубина каналов не более, м		Расстояние между картовыми каналами, м
	Валовых	Картовых
4	0,7	0,6	10
6	1,0	0,9	10
8	1,2	1,1	10
10	1,4	1,3	20
12	1,8	1,6	20

углублений каналов в ходе поэтапного их строительства. При этом необходимо соблюдать условия: максимум всех преобразований, т.е. изменений вводно-физических и структурно-механических свойств, должен произойти до проведения очередного углубления, а характер изменений свойств торфяной залежи должен перейти в так называемую стадию затухания – стабилизации.

Изменение этих свойств носит затухающий характер. Например, характер деформации поперечного сечения каналов имеет вид, показанный на рис. и аппроксимируется уравнением

λ = 15,8∙t^0,2 ,

где λ – уменьшение сечения картового канала, %;

t – время после прокопки канала, дни ;

Рис. Изменение поперечного сечения канала (а) и

Максимальные изменения (80-90% от общих) происходят в первые 3 – 4 месяца.

На сильно обводненных торфяных месторождениях верхового типа (в основном грядово-мочажинного комплекса) сеть предварительного осушения рекомендуется располагать: МК – по краю торфяного месторождения; ВК – по возможности параллельно линиям стока (для грядово-мочажинного комплекса, по возможности, перпендикулярно направлениям гряд).

Для остальных торфяных месторождений расположение осушительной сети в плане традиционно. Расположение сети предварительного осушения в плане, как правило, совпадает со схемой эксплуатационного осушения.

Расстояние между картовыми каналами для торфяных месторождений верхового типа назначается в зависимости от водно-физических свойств и величины сопротивления сдвигу (τ) двухметрового слоя торфяной залежи: при τ≤ 6 кПа первые два прохода делаются через 10 м; последующие – через 20 м; при τ = 7 – 10 кПа – первый проход через 10 м, последующие – через 20 м; при τ>10 кПа – все проходы через 20 м.

Очередное углубление осушителей рекомендуется производить не ранее, чем через 2-4 месяца. Промежуточные каналы засыпаются в процессе углубления постоянных осушителей грунтом, вынимаемым при углублении последних.

При прорытии «одиночных» , например пожарных, каналов, проходящих по торфяной залежи с τ<12 кПа (ω>94%) рекомендуется предусматривать следующие дополнительные работы: в 10 м от оси одиночного канала с обеих сторон прокладываются параллельные каналы; перпендикулярно им нарезаются «усы» через 10 м длиной 20 м (рис. ).

Рис. Схема прокладки дополнительных каналов

Строительство каналов на первых этапах предварительного осушения следует осуществлять машинами высокой проходимости (с малым удельным давлением). При использовании для этих целей экскаваторов работу их предусматривать на щитах или по намороженной полосе в зимнее время. Для месторождений 3-ей категории при необходимости можно предусматривать прокладку временных сбросных каналов параллельно валовым.

Правилами технической эксплуатации предприятий торфяной промышленности предусмотрено строительство осушительных каналов в период с мая по ноябрь месяцы. Однако освоение крупных торфяных месторождений, особенно с наличием грядово-мочажинных комплексов на большой площади, требует круглогодичного производства земляных работ, что позволит более равномерно использовать землеройную технику на протяжении всего года и повысит эффективность строительства.

Возможность использования землеройной техники в зимнее время обусловлена величиной промерзания торфяной залежи, которая, с одной стороны, должна быть достаточной, чтобы обеспечить ее проходимость, а с другой, не превышать величины, обеспечивающей экскавацию грунта без предварительного рыхления.

Для интенсификации осушения сильно обводненных торфяных залежей верхового типа может быть использована технологическая схема с применением машины для предварительного осушения МТП-37 (КПО). По данной технологии каналы отрывают машиной

МТП-37 (или экскаватором МТП-71 в зимнее время) на рассчитанную глубину вначале на половину проектной длины (рис. «а»).

Рис. Схема интенсивного осушения сильно обводненных

торфяных залежей

Затем через 2-6 месяцев производят их углубление и одновременно доводят до проектной длины (500 м) (рис. «б»).

После этого вновь через 2-6 месяцев на половине длины осушителей (250 м) прокладывают перпендикулярно им сбросной канал 2 и производят дальнейшее углубление половины осушителей, начиная от сбросного канала, и прокопку второй половины их вглубь осваиваемого месторождения. Затем спустя 2-6 месяцев параллельно сбросному каналу прорывают валовый канал 3, углубляют осушители от нового валового канала (250 м) с одновременной прокопкой их до проектной длины (250 м) (рис. «в»).

Таким образом, каждый раз удлиняют осушительный канал только на половину проектной длины. При этом прокопку осушителей проводят дифференцированно с максимальной глубиной у устья и уклоном по их протяженности.

В качестве примера можно привести расчетные параметры осушительных (картовых) каналов при поэтапном их строительстве.

Таблица

Изменение параметров картовых каналов в процессе их поэтапного строительства

Этапы строительства каналов	τ, кПа	hпр., м	Fпр., м^2	Δ hпр., м	ht, м	Ft, м^2	Fраз. м^2	V, м^3/га
Прокопка канала	8,0	1,2	0,60	0,25	0,95	0,309	0,600	600
1-е углубление	9,4	1,4	0,77	0,19	1,21	0,484	0,492	246
2-е углубление	10,3	1,55	0,91	0,18	1,37	0,616	0,466	233
3-е углубление	11,2	1,70	1,06	0,19	1,51	0,578	0,486	243
4-е углубление	11,9	1,85	1,22	0,19	1,70	-	0,642	321

Условные обозначения: τ-прочность торфяной залежи; hпр.- проектная глубина канала; Fпр- проектная площадь поперечного сечения канала; Δ hпр- уменьшение глубины канала; ht – конечная глубина канала; Ft – конечная площадь поперечного сечения канала; Fраз – площадь разрабатываемого сечения канала; V – объем земляных работ.

ПРИМЕЧАНИЕ. Прокопка +0,19+0,18+0,19+0,19 = 2,2 м.

Суммарная площадь поперечного сечения каналов на 1 га, разрабатываемая за пять этапов

F = 2∙0,6+0,492+0,466+0,486+0,642 = 3,29 м².

Объем земляных работ на 1 га при строительстве осушительных каналов составит V = 3,29∙500 = 1645 м³.

Коэффициент увеличения объема земляных работ по отношению к проектному сечению канала составит К = 3,29/1,22 = 2,7.

Последовательность производства строительных работ предварительного осушения применима и к магистральному каналу, прокладываемому в труднопроходимых неустойчивых грунтах торфяной залежи. При проходке глубоких МК вне осушаемой площади рекомендуется предварительное осушение полосы шириной 150-200 м вдоль намечаемой трассы канала. Такое осушение производится сначала траншеей глубиной 1,5 м, устраиваемой по оси выемки канала, а затем боковыми каналами, располагаемыми с обеих сторон выемки нормально к оси канала через 25-50 м один от другого и глубиной 1,25 м. Доводка канала до проектных размеров достигается в несколько приемов с одновременным углублением боковых каналов.

В программу предварительного осушения входят работы по проходке всей осушительной сети, нагорных и ловчих каналов, регулированию водоприемников. При осушении механическим водоподъемом – строительство оградительных дамб и насосных станций; при обводнении залежи напорными грунтовыми водами – устройство дренажей по снятию пьезометрического напора.

Самое серьезное внимание при предварительном осушении должно быть обращено на своевременное и полное ограждение осушаемой площади от притока внешних вод.

. Второй этап – эксплуатационное осушение. Его целью является поддержание необходимой нормы осушения в процессе сработки торфяной залежи. При эксплуатационном осушении предусматривается периодическое (через 2-3-4 года) углубление магистральных, валовых и картовых каналов для поддержания нормы осушения в пределах 0,8 – 1,2 м.

Для интенсификации осушения залежей верхового типа после предварительного осушения и стабилизации залежи предлагается комбинированная схема осушения в сочетании открытых картовых каналов и закрытого дренажа глубиной 1,2 м, прокладываемого перпендикулярно картовым каналам через 10 м.

Донное осушение производится с целью выработки залежи на полную глубину, а в последующем – для организации на освобождающихся площадях сельскохозяйственных или лесных угодий.

Проектное дно каналов донного осушения назначается по средней глубине сработки торфяной залежи с учетом толщины оставляемого защитного слоя торфа (от 0,15 до 0,5 м в зависимости от дальнейшего использования выработанной площади).

Глубина валового канала при донном осушении определяется наинизшим горизонтом фрезерования, который располагается выше дна валового канала на величину Н, которая в общем случае может быть представлена в виде

Н = h1 + h 2 + h3 , м,

где h1 – высота слоя воды в летний бездождный период, принимаемая равной 0,2 м;

h 2 - высота подъема депрессионной поверхности над уровнем воды в канале, равная 0,3 м;

h3 – минимальное расстояние между уровнем грунтовых вод и горизонтом фрезерования (минимальная норма осушения).

Перед окончанием эксплуатации участка для экономии на земляных работах последние циклы можно выполнять при минимальной норме осушения 0,4-0,5 м. Тогда наинизший горизонт фрезерования будет располагаться выше дна валового канала на величину (см. рис. ).

Н = 0,2 + 0,3 + 0,5 = 1 м.

Рис. Взаимное расположение дна валового канала

горизонта наинизшего фрезерорвания