Способ подготовки выработанного фрезерным способом торфяного месторождения для сельскохозяйственного использования
METHOD FOR PREPARATION OF PEAT DEPOSIT DEVELOPED BY MILLING METHOD FOR AGRICULTURAL USE

Изобретение относится к торфяной промышленности, конкретно, к способам рекультивации выработанных производственных полей торфяных предприятий, и может быть использовано при подготовке выработанного фрезерным способом торфяного месторождения для сельскохозяйственного использования.
Согласно действующему положению добычу торфа обычно прекращают после сработки залежи до 0,5…0,7 м. Участки торфяных месторождений после окончания торфодобычи попадают в категорию нарушенных земель, «утративших свою хозяйственную ценность» и являющихся «источником отрицательного воздействия на окружающую среду», и подлежат обязательной рекультивации (ГОСТ 17.5.1.02-85).
Значительное разнообразие нарушенных в результате торфодобычи земель, обусловленное разными способами добычи торфа, сроками выхода участков из эксплуатации, свойствами подстилающего торф минерального дна, геоморфологическим положением и гидрогеологическими особенностями, определяет необходимость их группировки с целью определения наиболее рационального направления рекультивации с учетом хозяйственных интересов. Преимущество всегда отдается сельскохозяйственному направлению рекультивации (ГОСТ 17.5.3.04-83).
При рекультивации выработанных торфяников в соответствии с ГОСТ 17.5.3.04-83 «Охрана природы. Земли. Общие требования к рекультивации земель» должны выполняться следующие требования: проведение рекультивации выработанных торфяников сразу после окончания эксплуатации залежей; планировка и очистка площадей от пней и древесины; срезка бровки у каналов на площадях, выработанных фрезерным способом; обеспечение сохранности в исправном состоянии осушительной и водоотводящей сети, гидротехнических сооружений, используемых в период добычи торфа; освоение торфяников, выработанных фрезерным способом, преимущественно под сельскохозяйственные угодья; создание на выработанных торфяниках, непригодных для сельскохозяйственного использования, лесных насаждений, водоемов различного назначения и охотничьих хозяйств; проведение противопожарных мероприятий.
Одним из основных этапов проектирования процессов и технологии восстановления выработанных площадей торфяных месторождений является выбор рационального направления его использования. Виды использования деградированных торфяников определяются на стадии проектирования с учетом качественных характеристик нарушенных земель по техногенному рельефу, характеру обводнения (увлажнения), с учетом географических и экономических условий зоны размещения нарушенных земель, технико-экономических и социальных факторов. При рекультивации выработанных фрезерных полей производится планировка оставшегося слоя залежи, среза ее с подштабельных полос и разравнивание ровным слоем по всей площади. Затем сооружается новая осушительная сеть с нормой осушения полей перед посевом 0,5-0,6 м, а в вегетативный период 0,7-1 м. Наиболее целесообразной в этом случае является закрытая осушительная сеть в виде гончарного или пластмассового дренажа (http://refleader.ru/poljgeqasqasjge.html).
Осушение при фрезерном способе добычи торфа осуществляется преимущественно открытой сетью. Возможна прокладка дрен через 5-10 метров с диаметрами пластмассовых трубок 4 см на глубину ~ 2,5 м (А.В. Лазарев, В.В. Покаместов. Технология и механизация ремонта торфяных эксплуатационных площадей. Издательство «Недра», Москва. 1977. С. 20). Осушительная сеть состоит из транспортирующих каналов (магистрального и валового) и картовых осушителей. Глубина картовых осушителей в зависимости от типа торфа изменяется от 0,5 до 1,8 м, чтобы обеспечить при послойной разработке норму осушения не менее 0,5 м. Расстояние между картовыми каналами принимают от 20 до 50 м.
После фрезерной добычи торфа остаются карты шириной около 500 м и длиной до 3 км, что соответствует расстоянию между валовыми каналами и их длине. Поверхность карты ровная с превышением в местах складирования торфа на 0,5-2 м, а вдоль осушительных каналов - на 0,3-0,2 м. Мощность слоя торфа, оставшегося после фрезерования, колеблется в среднем от 0,1 до 1,0 м. Участки, недавно вышедшие из разработки, не имеют растительности, транспортирующая сеть находится в удовлетворительном состоянии. Поля давней выработки порастают травой, кустарником и мелколесьем. Растительный покров в первую очередь развивается по бровкам каналов и в местах складирования торфа, поскольку здесь обеспечивается глубокое осушение. Такая осушительная сеть находится в неудовлетворительном состоянии.
Вопросам рекультивации выработанных торфяных месторождений посвящен ряд известных технических решений.
3
Известно, что большинство мероприятий для подготовки выработанных торфяников к сельскохозяйственному использованию направлено на их окультуривание. Для увеличения плотности и улучшения теплового режима почв выработанных торфяников осуществляют внесение грунта, глины, песка объемом 150-500 м/га на их поверхность, запахивание в торф или оставляя слоем на поверхности почвы выработанных торфяников (патент РФ №2222125, кл. А01В 13/16, А01В 79/02, 2002; Мелиорация и водное хозяйство. Осушение: Справочник/Под ред. Б.С. Маслова. - М.: Агропромиздат, 1985, С. 197, 370). Для создания благоприятного водного режима площадей выработанных торфяников устраивают новый дренаж с засыпкой картовых каналов и разравниванием поверхности.
Известен способ разработки торфяного месторождения (А.с. СССР №1059188, кл. Е21С 49/00, 1981), включающий осушение его сетью магистральных, валовых и картовых каналов, зондирование залежи, добычу торфа фрезерным способом до достижения мощности остаточного слоя 1,0-1,3 м, ремонт производственных площадей и рекультивацию выработанных площадей. Выработанную залежь до заданной условиями дальнейшего хозяйственного использования мощности придонного (защитного) слоя обрабатывают соответственно требованиям к рекультивируемым земельным участкам из-под торфоразработок, а именно: планируют поверхность, очищают площадь от древесины и складочных единиц торфа (штабелей) и их остатков, проводят очистку существующей и прокладку новой водоотводящей и осушительной сетей.
Известен способ разработки торфяного месторождения (А.с. СССР №1408073, кл. Е21С 49/00, 1986), включающий осушение его сетью магистральных, валовых и картовых каналов, добычу торфа фрезерным способом до достижения мощности остаточного слоя 1,0-1,3 м, формирование подштабелъных полос и рекультивацию с засыпкой каналов. С целью сокращения сроков сельскохозяйственного освоения отработанных площадей и обеспечения равномерной отработки залежи по всей площади торфяного поля, после достижения мощности остаточного слоя 1,0-1,3 м одновременно с добычей торфа проводят засыпку картовых каналов и осуществляют закладку дренажной осушительной сети, при этом подштабельные полосы располагают перпендикулярно к валовым каналам на площади, свободной от дрен с ежегодным изменением месторасположения штабеля.
Общим недостатком рекультивации выработанных торфяных месторождений является ликвидация старой осушительной сети и создание новой, что требует значительных денежных средств. Кроме того, увеличиваются сроки сельскохозяйственного освоения отработанных площадей.
На выработанных торфяниках в первую очередь должно быть проведено переустройство осушительной сети с учетом гидрологических условий (Мелиорация и водное хозяйство. Осушение: Справочник /Под ред. Б.С. Маслова. - М.: Агропромиздат, 1985. С. 374). Особенно на площадях выработанных торфяников, когда добыча торфа прекратилась недавно - наилучший вариант, ибо чем дольше выработанные торфяники будут относиться к брошенным землям, тем больше средств потребуется для их рекультивации (Беречь и умножать плодородие торфяников. Скоропанов С.Г. и др. - Минск: Ураджай, 1976. С. 110).
Известен способ осушения торфяной залежи, включающий отрывку магистральных, валовых и картовых каналов, отводящих грунтовые воды из залежи (Справочник по торфу/Под ред. А.В. Лазарева, Корчунова С.С. и др. - М., Недра, 1982. С. 138, прототип).
В основу настоящего изобретения положена задача сохранения уровня грунтовых вод выработанного фрезерным способом торфяного месторождения в конце его выработки с использованием существующей осушительной системы.
Технический результат заключается в экономии значительных средств, предназначенных на ликвидацию старой осушительной системы и создание новой, в обеспечении достаточной проходимости землеройной и сельскохозяйственной техники по поверхности выработанного торфяного месторождения и сокращении сроков освоения отработанных площадей, в первую очередь, сельскохозяйственного назначения.
Заявленный способ предназначен для выработанного фрезерным способом торфяного месторождения (до 90% добычи торфа идет фрезерным способом и который в настоящее время является основным) сразу после достижения остаточного слоя торфа 1,0 м с существующей рабочей системой водопонижения, которая обеспечивается картовыми каналами, глубина которых зависит от гидрологических характеристик торфяной залежи.
Наблюдения за уровнем почвенно-грунтовых вод (нормой осушения) показали, что при малой мощности остаточного слоя торфа уровни грунтовых вод находятся значительно ближе к дневной поверхности и характеризуются резкими колебаниями. Так, во влажный период на участках с мощностью торфа 50 см уровни грунтовых вод поднимались близко к поверхности с амплитудой колебаний от 10 до 70 см и полностью зависели от количества выпавших осадков. Уровни грунтовых вод на участках с мощным остаточным слоем торфа находились на глубине 70-85 см в течение всего сезона и колебания их были незначительными. Например, максимальный модуль стока во влажный год составляет 0,746-0,766 л/сек с га, тогда как на участке с метровым слоем торфа лишь 0,340-0,190 л/сек с га. Норма стока за весенне-летний период на участках с мощностью 25, 50 и 100 см составил соответственно 58,2; 31,2 и 17,1 мм. Это связано с тем, что при увеличении мощности торфа ухудшается водопроницаемость и, следовательно, замедляется водоотдача. Таким образом, чем меньше мощность остаточного слоя торфа выработанного торфяника, тем больше он нуждается в гидромелиоративных мероприятиях. Более интенсивное дренирование отмечается на участках с маломощным слоем торфа (Л.И. Инишева, В.Е. Аристархова, Е.В. Порахина и др. Выработанные торфяные месторождения и их характеристики и функционирование. Томск. 2007).
Наилучшие условия для сушки фрезерного торфа, при которых исключается капиллярное подпитывание, создаются при минимальном уровне грунтовой воды в торфяной залежи низинного типа 0,8-0,9 м и верхового типа - 1,0 м (А.В. Лазарев, В.В. Покаместов. Технология и механизация ремонта торфяных эксплуатационных площадей. Издательство «Недра», Москва. 1977. С. 12).
2
1
Поставленная задача решена тем, что сразу после окончания промышленной разработки торфяного месторождения с остаточным слоем торфа 1,0 м используют продолжающую функционировать дренажную осушительную систему, включающую сеть магистральных, валовых и картовых каналов. В существующие картовые каналы по всей их длине равномерно засыпают крупнозернистый песок с пористостью не меньше 0,4 с образованием песчаной дрены с площадью поперечного сечения 0,16 м. При этом картовые каналы, имеющие в поперечном сечении прямоугольник, засыпают крупнозернистым песком с пористостью не меньше 0,4 на глубину, равную h=0,16/l, м, где l, м - ширина картового канала по дну, а картовые каналы, имеющие в поперечном сечении трапецию, - на глубину h, м, равную
где b - ширина поперечного сечения картового канала трапецеидального сечения по дну, м;
m - минимальное заложение откосов для трапецеидального сечения,
m=0,25
(Справочник по торфу/Под ред. А.В. Лазарева, Корчунова С.С. и др. - М., Недра, 1982. С. 145).
Не заполненную крупнозернистым песком часть картовых каналов засыпают грунтом, либо торфом, после чего поверхность почвы профилируют.
Получаются поля (бывшие карты) шириной 500 м и длиной 3 км, где 500 м - расстояние между валовыми каналами, куда впадают концы картовых каналов. Образовавшиеся поля готовы для освоения отработанных площадей, в частности, для сельскохозяйственного их использования. Технический этап рекультивации заканчивают культуротехническими работами, в состав которых включают известкование и землевание по единой технологии выполнения комплекса этих работ.
1
Определение глубины засыпки трапецеидального канала h, м:
где
b, l - ширина поперечного сечения картового канала по дну в случае выполнения его в виде трапеции и прямоугольника соответственно, и, соответственно, ширина поперечного сечения песчаной дрены по дну трапецеидального сечения и квадратного, м;
m - минимальное заложение откосов для трапецеидального сечения m=0,25 (Справочник по торфу/под. ред. А.В. Лазарева и др. С. 145);
2
h - глубина засыпки картового канала крупнозернистым песком в случае песчаной дрены с поперечным сечением в виде прямоугольника, м, производят, исходя из условия построения в картовом канале прямоугольного либо трапецеидального поперечного сечения песчаной дрены с одинаковой в обоих случаях площадью S, м, поперечного сечения:
2
При S=0,16 м имеем:
В ходе разработки нового способа подготовки выработанного фрезерным способом торфяного месторождения для сельскохозяйственного использования, теоретически рассчитана и экспериментально подтверждена площадь поперечного сечения песчаной дрены, которая образуется при засыпке картовых каналов крупнозернистым песком с пористостью не меньше 0,4 на глубину, зависящую от формы поперечного сечения песчаной дрены, которая, в свою очередь, зависит от формы поперечного сечения картового канала, выполненного мелиоративной техникой, и позволяет сохранить уровень грунтовых вод (УГВ) выработанного торфяника не меньше 0,5 м с использованием существующей остаточной осушительной системы - необходимое условие для освоения отработанных площадей, а именно, возможности обеспечении достаточной проходимости землеройной и сельскохозяйственной техники по поверхности выработанного торфяного месторождения, а значит и возможности сельскохозяйственного использования выработанного фрезерным способом торфяного месторождения. При этом песчаные дрены одновременно служат малосжимаемым основанием для создания проходимости различных механизмов по поверхности образовавшихся полей.
После прекращения работ на торфяном месторождении остается сеть каналов: магистральных, валовых, картовых - все это элементы открытой дренажной сети, которые могут быть использованы для дальнейшего использования выработанных торфяников для освоения отработанных площадей, и в первую очередь, для сельскохозяйственного использования. Конкретно, это сеть картовых каналов, расположенных параллельно через 20 м, обоими концами впадающие в валовые каналы, расположенные перпендикулярно картовым каналам, уровень воды в которых на 0,2 м ниже дна картовых каналов. Ширина и форма картовых каналов зависит от оборудования, применяемого для их выполнения. Как правило, картовые каналы прорывают ковшом экскаватора, имеющим ширину режущей кромки 0,4 м. В последние сроки эксплуатации торфяного месторождения картовые каналы посредством экскаватора углубляют в минеральный грунт, лежащий под слоем торфа. В случае использования другой техники для выполнения картовых каналов профиль их меняется: в поперечном сечении они чаще всего имеют форму трапеции. Данное обстоятельство используют при расчете площади поперечного сечения песчаной дрены, которая образуется при засыпке картовых каналов крупнозернистым песком с пористостью не меньше 0,4, и глубины засыпки им картового канала. Такая схема представляет собой дренаж с питанием инфильтрационными водами (осадками).
Ниже приведен расчет притока воды к песчаной дрене и ее пропускная способность, в сечении которой имеем квадрат со сторонами 0,4 м - лучший вариант выполнения песчаной дрены. Мощность остаточного слоя торфа при этом 1,0 м, УГВ- 0,7 м.
Большинство существующих методов расчета дренажа разработано для условий однородного строения водоносной толщи, хотя на практике это встречается редко. Поэтому существующие методы расчета дренажа в основном приблизительные, многие формулы - эмпирические.
3
В заявленном способе представляем расчет притока воды q, (м/сут.), к дрене с 2-х ее сторон по формуле Дюпюи для однородных фильтрационных сред с инфильтрационным питанием на горизонтальном водоупоре (Л.В. Скрибчинская, A.M. Янголь, С.М. Гончаров и др. Сельскохозяйственные гидротехнические мелиорации. Киев, издательское объединение Вища школа. 1977. С. 256…257):
где
k - коэффициент фильтрации, определяемый опытным путем ~0,15 м/сут.;
Н - мощность водоносного слоя, м;
0
h - глубина воды в дрене, м;
L - длина влияния дрены, которая определяется по формуле (Н.Н. Константинов, Н.А. Петров, Л.И. Высоцкий. Гидравлика. Гидрология. Гидрометрия. Учебник, М., Высшая школа, 1987. С. 392):
где
Н - мощность водоносного слоя, м;
o
h - глубина воды в дрене, м;
- среднее значение уклона кривой депрессии, зависящее от пористости (крупности) грунта; для песчаных грунтов  (Н.М. Константинов и др. С. 393).
В дальнейших расчетах используем формулу (2), поскольку рассматриваем фильтрацию воды к песчаной дрене в двухслойном грунте (Н.М. Константинов и др. С. 392…394).
2
Рассмотрим несовершенную квадратную песчаную дрену с сечением 0,4×0,4 (м), расположенную в нижнем слое песка под слоем верхового торфа мощностью 1 м (фиг. 4). Приближенный гидравлический расчет такой дрены методом фрагментов предложен P.P. Чугаевым (Н.М. Константинов и др. С. 393). В его основу положено предположение о том, что линия тока в точке сопряжения дна дрены со стенкой, принимаемой за начало координат, совпадает с осью ох (фиг. 4). Таким образом можно разделить горизонтальной плоскостью, проходящей через дно дрены, всю мощность водоносного слоя на 2 фрагмента: верхний (торф) и нижний (песок). Ось ох является условной линией водоупора, и из верхнего фрагмента поступление грунтовых вод в дрену происходит лишь через боковые стенки. Расчет этого фрагмента осуществляется как для совершенной дрены.
1
3
Приток воды q (м/сут.) для верхнего фрагмента торфяной залежи на 1 погонный метр песчаной дрены с 2-х ее сторон рассчитываем как для совершенной дрены по формуле:
где
k - коэффициент фильтрации, определяемый опытным путем, ~0,15 м/сут;
1
1
2
H=m+m-0,7-m=1,0+1,7-0,7-1,3=0,7 (м);
1
2
m=1,3 м; m=1 м; m=1,7 м - основные параметры залежи;
0
h - глубина воды в дрене, согласно опытным данным принимаем 0,2 м;
L - длина влияния дрены:
где
принимаем по таблице (Н.М. Константинов и др. С. 393) равным 0,015.
1
После подстановки данных в формулу (1) находим приток воды q для верхнего фрагмента торфяной залежи на 1 погонный метр песчаной дрены:
Питание несовершенной песчаной дрены идет через боковые стенки и через дно. Из верхнего фрагмента вода поступает в песчаную дрену через боковые грани.
2
2
Расчет притока грунтовых вод через половину ширины дна дрены qпроизводим в предположении, что из нижнего фрагмента грунтовые воды поступают в дрену под напором Н, равным превышению уровня грунтовых вод (УГВ=0,7 м) над уровнем воды в дрене:
2
1
2
0
H=m+m-0,7-h=1+1,7-0,7-1,3-0,2=0,5 (м),
где
0
h - глубина воды в дрене, согласно опытным данным 0,2 м (фиг. 4).
2
3
Тогда приток грунтовых вод через половину ширины дна дрены q (м/сут.):
где
k - коэффициент фильтрации, определяемый опытным путем, ~ 0,11 м/сут;
r
q - приведенный расход, определяемый по графику в зависимости от соотношений:  где L - длина влияния дрены (Н.М. Константинов и др. С. 394).
При глубине воды в песчаной дрене 0,2 м и  имеем:
r
тогда  по графику (Н.М. Константинов и др. С. 394) имеем q≈0,05.
2
Приток воды снизу на половину ширины дна дрены q равен:
2
3
q=0,11×0,5×0,05=0,00275 (м/сут.).
Полный приток грунтовых вод на один погонный метр с 2- х сторон в дрену равен:
При установившемся режиме движения воды в торфяной залежи каждая порция грунтовой воды, поступившей на 1 погонный метр песчаной дрены, незамедлительно движется по дрене к валовому каналу.
Пропускная способность песчаной дрены (отток) равна:
где
V - линейная скорость фильтрации воды в дрене, м/сут.;
2
S - фактическая площадь сечения, через которую движется вода, м.
ф
При установившемся режиме движения воды в песчаной дрене при К=50 м/сут. (коэффициент фильтрации крупнозернистого песка по опытным данным равен примерно 50 м/сут., по табличным данным - 1…50 м/сут. (Д.М. Кац, Гидрогеология. Колос. М. 1969. С. 127) и уклоне картового канала 0,006 (уклон картового канала, равнозначно и дрены, равен уклону местности, ВНТП 19-86. Нормы проектирования предприятий. Введено 1986-07-01, п. 3.17).) линейная скорость фильтрации воды в дрене:
V=50×0,006=0,3 (м/сут.).
0
2
При h=0,2 м вода проходит через фактическую площадь сечения 0,4×0,2×0,4=0,032 (м).
Пропускная способность песчаной дрены (отток) равна:
3
Q=V×S=0,3×0,032=0,0096 (м/сут.) на 1 погонный метр песчаной дрены.
3
По расчетным данным приток воды к песчаной дрене с 2-х сторон на 1 погонный метр равен 0,00954 м/сут., т.е. песчаная дрена полностью отводит поступающую в нее воду.
Во время паводка при полном заполнении водой дрены и торфяного слоя уровень грунтовых вод будет равен нулю (УГВ=0), тогда приток к песчаной дрене будет следующий.
Приток для верхней части залежи:
2
При расчете притока воды снизу q (фиг. 4) находим:
2
1
2
0
1
H=m+m-0-m=1+1,7-0-1,3=1,4 (м), h=0,4 м, H=1,4 м.
, β=51.
r
По графику (Н.М. Константинов и др. С. 394) находим: q≈0.01, тогда
2
2
r
q=k×H×q=0,11×1,4×0,01=0,0015.
Общий приток на один погонный метр составит:
1
2
3
q=2(q+q)=2(0,0036+0.0018)=0,00108 (м/сут.).
3
При V=0,3 м/сут. и полном заполнении водой песчаной дрены с квадратным сечением площадью S=0,4×0,4 при пористости песка 0,4 имеем: Q=V×S=0,3×0,4×0,4×0,4=0,0192 (м/сут.).
3
Приток к песчаной дрене при УГВ=0 равен 0,0108 м на 1 погонный м. И в этом случае вода полностью пройдет через песчаную дрену. Осушение до УГВ 0,7…1,0 м займет какое-то время, в то время как для древесных культур затопление возможно на 25-50 суток (Справочник по мелиорации. Б.С. Маслов и др. С. 94).
2
В таблице приведены данные расчета притока и оттока грунтовых вод за сутки при УГВ 0,5; 0,7; 0,8 и 1,0 м к песчаной дрене с площадью поперечного сечения 0,04, 0,16 и 0,49 (м) при глубине воды в ней 0,2 м. Также приведены данные опытов (фактические данные).
Как видно из данных таблицы, при всех рассматриваемых значениях площади сечения песчаной дрены приток воды на 1 погонный м меньше оттока - пропускной способности песчаной дрены.
Изменяя площадь сечения песчаной дрены, крупность песка можно найти оптимальный вариант по пропускной способности песчаной дрены при разных УГВ.
Изобретение иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 представлена схема осушения торфяного месторождения; на фиг. 2 - поперечный разрез карты с профилированной поверхностью; на фиг. 3 - продольный разрез карты; на фиг. 4 показана схема притока грунтовых вод к песчаной дрене; в таблице приведены данные притока грунтовых вод за сутки к песчаной дрене и оттока при разной площади сечения и разном уровне грунтовых вод при глубине грунтовых вод в песчаной дрене 0,2 м.
Осушение при фрезерном способе добычи торфа осуществляется преимущественно открытой сетью. Осушительная сеть состоит из транспортирующих каналов - магистрального 1 и валового 2 и картовых осушителей - картовых каналов 3.
Расстояние В между картовыми каналами 20 м. Глубина картовых каналов в зависимости от типа торфа изменяется от 0,5 до 1,8 м, чтобы обеспечить при послойной разработке норму осушения не меньше 0,5 м.
Валовые каналы 2 примыкают к магистральному 1, а картовые 3 - к валовым 2 под углом 90°. За пределами границ разработки валовые каналы 2 могут примыкать к магистральному 1 под острым углом. Уровень воды в валовых каналах 2 на 0,2 м ниже дна картовых каналов 3. Расстояние А между валовыми каналами 2 равно 500 м.
В существующие очищенные картовые каналы 3 по всей их длине равномерно засыпан крупнозернистый песок с пористостью не меньше 0,4 с образованием песчаной дрены 4. Не заполненная крупнозернистым песком часть картовых каналов 3 засыпана грунтом либо торфом 5.
Для наблюдения за уровнем грунтовых вод Н равномерно через 5 м установлены наблюдательные скважины 6. Дно картовых каналов 3 и наблюдательных скважин 6 углублены в минеральный грунт 7, лежащий под слоем торфа, и находятся ниже водоупора 8.
Заявленный способ подготовки выработанного фрезерным способом торфяного месторождения для сельскохозяйственного использования включает следующие операции:
- сразу после окончания промышленной разработки торфяного месторождения используют продолжающую функционировать дренажную осушительную систему, включающую сеть магистральных 1, валовых 2 и картовых 3 каналов и обеспечивающую уровень грунтовых вод 0,5-1,0 м в период эксплуатации торфяного месторождения и в конце его выработки с остаточным слоем торфа 1,0 м; выработанную залежь до заданной условиями дальнейшего хозяйственного использования мощности придонного слоя обрабатывают соответственно требованиям к рекультивируемым земельным участкам из-под торфоразработок, а именно: очищают площадь от древесины и складочных единиц торфа и их остатков, проводят очистку существующей осушительной сети;
2
1
- в существующие очищенные картовые каналы 3 по всей их длине равномерно засыпают крупнозернистый песок с пористостью не меньше 0,4 с образованием песчаной дрены 4 с площадью поперечного сечения 0,16 м. При этом картовые каналы 3, имеющие в поперечном сечении прямоугольник, засыпают крупнозернистым песком с пористостью не меньше 0,4 на глубину h, равную 0,16/l, м, где l, м - ширина картового канала по дну, а картовые каналы 3, имеющие в поперечном сечении трапецию, - на глубину h м, равную
где b - ширина поперечного сечения картового канала трапецеидального сечения по дну, м;
m - минимальное заложение откосов для трапецеидального сечения, m=0,25 (Справочник по торфу/Под ред. А.В. Лазарева, Корчунова С.С. и др. - М., Недра, 1982. С. 145);
- не заполненную крупнозернистым песком часть картовых каналов засыпают грунтом, либо торфом 5;
- поверхность почвы профилируют;
- на образовавшихся полях (бывшие карты) шириной 500 м и длиной 3 км, где 500 м - расстояние А между валовыми каналами 2, куда впадают концы картовых каналов 3, проводят культуртехнические работы, в состав которых включают известкование и землевание по единой технологии выполнения комплекса этих работ.
Пример конкретного выполнения заявленного способа.
Экспериментальное подтверждение расчетных данных согласно принятому направлению использования выработанных торфяников -сельскохозяйственному, - проводили на торфопредприятии «Оршинский мох». Торфяная залежь - верховая шейхцериево-сфагниевая, мощность остаточного слоя 1 м.
Опыты проводили на трех, расположенных через 20 м картовых каналах с поперечным сечением в виде прямоугольника длиной по 30 м каждый, и на трех, расположенных через 20 м картовых каналах с поперечным сечением в виде трапеции длиной по 30 м каждый. Повторность каждого опыта трехкратная. В таблице представлен лучший вариант опыта.
На данном объекте после фрезерной добычи торфа проводящая сеть хорошо сохранилась, поэтому существующие валовые 2 и картовые 3 каналы используют в качестве осушительной сети. Очищают площадь от древесины и складочных единиц торфа и их остатков, проводят очистку существующей осушительной сети. Имеющиеся несработанные подштабельные полосы, основания узкоколейной дороги, кавальеры используют для засыпки каналов, ям, западин и замкнутых микропонижений.
1. Картовые каналы прорыты ковшом экскаватора, имеющим ширину режущей кромки 0,4 м. В последние сроки эксплуатации торфяного месторождения картовые каналы 3 посредством экскаватора углублены в минеральный грунт 7, лежащий под слоем торфа. При этом часть картового канала 3 в минеральном грунте 7 представляет собой в сечении квадрат со сторонами 0,4 м.
2
В существующие картовые каналы 3 по всей их длине равномерно засыпают крупнозернистый песок с пористостью не меньше 0,4 на глубину h, равную 0,16/l, где l - ширина картового канала по дну. Поскольку картовые каналы 3 прорыты ковшом экскаватора, имеющим ширину режущей кромки 0,4 м, l=0,4 м, глубина засыпки равна h=0,16/0,4=0,4 (м). Образовалась песчаная дрена с площадью поперечного сечения S=0,16 м.
2. Картовые каналы 3 прорыты канавной машиной МТП-32Б. Технические характеристики канавной машины МТП-32Б приведены в Справочнике по торфу/Под ред. А.В. Лазарева, Корчунова С.С. и др. - М., Недра, 1982. С. 152. В поперечном сечении картового канала 3 образовалась трапеция. В последние сроки эксплуатации торфяного месторождения картовые каналы 3 углублены в минеральный грунт 7, лежащий под слоем торфа.
1
В существующие картовые каналы 3, в поперечном сечении имеющие трапецию, по всей их длине равномерно засыпают крупнозернистый песок с пористостью не меньше 0,4 на глубину h м, равную
1
2
m - принимаем 0,25, b - ширина трапеции по дну 0,4 м. После подстановки получаем: h=0,32 м. Образовалась песчаная дрена с площадью поперечного сечения S=0,16 м.
Не заполненную крупнозернистым песком с пористостью n≥0,4 часть картовых каналов в обоих случаях засыпают торфом вровень с поверхностью карты с уклоном 0,006 к валовому каналу. Поверхность почвы профилируют.
Для подтверждения соответствия теоретически рассчитанных и экспериментальных данных проведен следующий опыт.
3
3
Для наблюдений за УГВ в каждой песчаной дрене 4 через 5 м были установлены наблюдательные скважины 6 из жестяных труб с перфорацией в виде отверстий длиной 1,5 м от нижнего конца. С помощью наблюдательных скважин 6 определяли величину линейной скорости воды в каждой песчаной дрене 4 при разных уровнях грунтовых вод (в разное время сезона): в одну наблюдательную скважину 6 запускали солевую метку, в другой через 5 м определяли ее концентрацию. Через песчаную дрену 4 длиной 30 м при УГВ 0,7 м прошло 0,33 м воды при рассчитанном оттоке 0,297 м (табл.). Ошибка 11% вполне допустима для полевых исследований. Для других сечений песчаных дрен ошибка составляет порядка 15…20%.
2
В таблице приведены, наряду с расчетными, и фактические (опытные) данные притока и оттока грунтовых вод за сутки при УГВ 0,5; 0,7; 0,8 и 1,0 м к песчаной дрене с площадью сечения 0,04; 0,16 и 0,49 (м) при глубине воды в ней 0,2 м.
Экспериментально подтверждена лучшая площадь сечения песчаной дрены, которая образуется при засыпке картовых каналов крупнозернистым песком с пористостью не меньше 0,4 на глубину, зависящую от формы поперечного сечения песчаной дрены.
Анализ данных, приведенных в таблице, позволяет сделать следующие выводы:
2
1
1. Песчаная дрена, имеющая поперечное сечение площадью 0,16 м, образованное путем засыпки картового канала на глубину h=0,4 м (прямоугольное сечение песчаной дрены) либо h=0,32 м (трапецеидальное сечение песчаной дрены) от дна канала крупнозернистым песком с пористостью не меньше 0,4, способна отводить большее количество воды по сравнению с притоком воды к ней, обеспечивая УГВ 0,5; 0,7; 0,8; 1,0 м, что позволяет использовать выработанные торфяники под сельскохозяйственные угодья.
2
2
2. Песчаная дрена, имеющая сечение площадью 0,49 м, обеспечивает меньший отток воды по сравнению с оттоком воды в песчаной дрене с площадью поперечного сечения 0,16 м при УГВ 0,5, 0,7 и 0,8 м. Скорость фильтрации в данной песчаной дрене меньше, поэтому больше вероятность ее заиления.
2
2
3. Песчаная дрена, имеющая сечение площадью 0,04 м, способна отводить большее количество воды по сравнению с притоком воды к ней, обеспечивая УГВ 0,5; 0,7; 0,8; 1,0 м. Несмотря на то, что она имеет наименьшее поперечное сечение и наименьший расход песка для ее изготовления, трудоемкость качественного ее изготовления максимальна: большая вероятность промышленного невыполнения сечения 0,2×0,2=0,04 (м) в натуре.
2
4. Исходя из вышеизложенного, предпочтение отдано площади поперечного сечения песчаной дрены, равной 0,16 м.
Заявленный способ позволяет экономить значительные средства, предназначенные на ликвидацию старой осушительной сети и создание новой. При этом сокращаются сроки освоения отработанных площадей, в первую очередь сельскохозяйственного назначения.
Выработанные торфяные месторождения представляют особую ценность, если они расположены недалеко от населенных пунктов в пределах досягаемости маршрутного транспорта, обладают сохранившей эксплуатационной системой водопонижения. Их можно использовать для производства сельскохозяйственной продукции, устройства зон отдыха, парков и др.
Предлагаемый способ подготовки выработанного фрезерным способом торфяного месторождения для сельскохозяйственного использования позволяет реализовать его на выработанных фрезерным способом торфяных месторождениях с мощностью остаточного слоя торфа 1 м сразу после окончания работ по добыче торфа. Способ не требует больших денежных затрат, при реализации его используют стандартное оборудование.