СПОСОБ ПЕРЕКРЫТИЯ СБРОСНОГО КОЛЛЕКТОРА ПУТЕМ ПОДТОПЛЕНИЯ ВЫРАБОТАННОГО ТОРФЯНИКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR OVERLAPPING DISCHARGE COLLECTOR BY MEANS OF FLOODING CUTOVER PEAT AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к добыче торфа, конкретно к работа по восстановлению торфяных болот, и в частности к обводнению выработанных торфяников.
Покрытые торфом болотные земли занимают 21% территории страны, в некоторых районах до 40-50%. В зависимости от возраста болот и интенсивности образования торфа мощность торфяных залежей наиболее часто встречается 1-3 м, но бывает в отдельных понижениях до 8 метров.
Следует отметить, что многие земли торфяных болот в настоящее время имеют большую выработку залежей торфообразующих торфяных болот. Необходимость экологической реабилитации выработанных торфяников, возобновления в них болото - и торфообразовательных процессов, возрождения биосферных функций, а также пожароопасной ситуации при выработанных торфяников (повторное заболачивание) является актуальной задачей.
Можно привести в этом случае Международное совещание «Восстановление торфяных болот в России в целях предотвращения пожаров и смягчения изменения климата», которое проводилось 2016 году (27-28 сентября) - Владимир - национальный парк «Мещера»: Результаты проекта и перспективы сотрудничества, которые являются частью Международной климатической инициативы (iKi), где предпочтение отдано было непосредственно осмотру объектов.
Для примера можно сделать ссылку на публикацию (Задеренко О.И., Ямпольский А.Л., Власов Е.Б. «Временные рекомендации по проектированию обводнения выработанных и выведенных из эксплуатации площадей торфяных месторождений». Часть 3. М., 2008).
Как отмечено в известном источнике (Н.П. Карпенко, Д.А. Манукьян. Системы управления водным режимом на торфяниках для предупреждения их возгорания. Журнал. Мелиорация и водное хозяйство. №4, с. 13-17, 2012), общая площадь торфяников на территории Московской области составляет 254,5 тыс. га, из которых 75 тыс.га являются пожароопасными. В практике активного снеготаяния и обильных дождей происходит подъем уровня горизонтов воды и образование водной поверхности. Однако при этом должны создаваться новые системы, которые могли бы создавать регулируемый водный режим местного стока. Исключающий, в конечном счете, любое возгорание торфяных месторождений. Таким образом, недостаток воды может быть устранен в значительном притоке местного стока вод в болото, который сопоставим с накоплением воды в зарегулированном русле реки или ручья с расходом воды в них, а также возможности перехвата стока близлежащих болот и т.д. Таким образом, перехватить и отвести эти воды для подачи на выработанные торфяники.
Известен способ тушения пожара на глубине, включающий подачу воды ниже уровня поверхности земли, воду подают непосредственно к очагу горения, для чего в зависимости от глубины расположения очага на удаленном расстоянии от него проходят котлован глубиной, соответствующей глубине нахождения огня, и из него пробуривают горизонтальную с установкой обсадкой колонны скважину в направлении очага горения либо, если огонь находится на значительной глубине торфяника, с поверхности земли на удаленном расстоянии от очага горения пробуривают наклонную с установкой обсадной колонны скважину в направлении очага горения и искривляют ее в горизонтальной плоскости на глубине горения торфа, затем в пробуренную любым способом скважину помещают перфорированную на конце бурильную трубу и подают в нее под давлением воду, после ликвидации очага горения бурильную трубу извлекают, а обсадную колонну используют для тушения повторного возгорания (Патент RU №2438739, А62С 3/02 от 10.01.2012).
Недостатком известного решения является использование сложной буровой установки с насосами, для реализации способа с поверхности земли требуется специальный котлован, хранения и отведения воды, кроме того, требует дополнительных энергетических затрат и времени. При этом известное решение ограничено тем, что необходимо долгое время проводить гидродинамическое нагнетание воды или специальной жидкости в очаг горения, т.е. другими словами, не происходит допустимые сроки заполнения отдельных участков и колебаний уровней грунтовых вод в них (в том числе на территории, прилегающей к обводняемой площади), что позволяет полностью исключению возможности возгорания торфяников. Кром того, известный способ приводит к значительному увеличению капитальных и эксплуатационных затрат ввиду значительной стоимости обсадных колонн скважины, бурильной трубы, а также подачи специальной жидкости в виде воды и поверхностью активных веществ под давлением в трубу. Другим недостатком является отсутствие перехватить и отвести местный сток воды в сторону выработанных месторождений торфа.
Известен способ предотвращения пожара в торфяниках, включающий прокладку каналов вокруг очага возможного возгорания, подачу и наполнение каналов водой, в зимний период прокладывают каналы по всему очагу возможного возгорания и намораживают в подготовленных каналах и естественных углублениях ледяные массивы посредством подачи воды в них в зимний период (Патент RU №2254154, А62С 3/02 от 20.08.2005).
Данный способ предотвращения пожара в торфяниках принят как наиболее близкий аналог.
Недостатком известного способа в условиях обводнения выработанных торфяных болот является то, что по технологическим причинам необходимо в каналах накапливать воду и замораживать ее в зимний период. Однако использование таких каналов невозможно обводнить большую часть территории выработанных месторождений торфяных болот, если учитывать их разбросанность и значительную площадь выработок торфа, а также регулировать водосборную площадь этих выработок торфяника. Кроме того, потребуются значительные затраты на поддержание достаточного накопления воды в таких каналах, для эффективного и возможного обводнения торфа, постоянно необходимо в его затоплении, а также отсутствие регулирующих сооружений по трассе сбросных коллекторов, не позволяет перехватить и отвести местный сток для обводнения торфяных выработок и их регулирования стока Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения -упрощения производства работ, снижения объемов и повышения надежности работы при обводнении выработанных торфяников и прилегающим к ним территориям, а также создания гидротехнического сооружения, обеспечивающего регулирование затопленного выработанного торфяника с соблюдением экологической надежности.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что способ перекрытия сбросного коллектора путем подтопления выработанного торфяника, заключающийся в создании использования воды с доступного источника ее поступления на затапливаемые участки выработанного торфяника, водоисточником является площадь выработанного торфяника и создание местных условий болот, когда площадь выработанного торфяника является водосборной, при этом выработанный торфяник имеет уклон в сторону перегораживающего сооружения по отношению к водосборной площади, и осуществляют направляющий элемент расположенный параллельно боковой стенке образованной емкости и выполненный в виде дамбы, полностью перекрывающей сбросной коллектор и частично заходящей в образованную емкость с образованием суженного струенаправляющего канала и дополнительной емкости, при этом в дополнительной емкости располагают заградительное приспособление.
Предлагаемый способ позволяет использовать для выработанного торфяника его аккумулирующую емкость в процессе разработки торфа, наполнение водой происходит в результате дождевых поводковых вод, накопления и таяния снега, которые необходимо зарегулировать и обеспечить оптимальное положение уровня в выработанном торфянике, который накапливает воду, связанное с рельефом местности болот. Благодаря возможности его заполнения в естественных природных условиях, природа, которая создала эти условия, необходимо не только поддерживать этот уровень водосборной площади, но и иметь возможность излишки сбрасывать в построенный коллектор для нижележащих участков выработанных торфяников, т.е. осуществлять переброску излишек воды по уклону местности. А сам сбросной коллектор выполняют в виде подпорного гидротехнического сооружения на случай малой величины расхода и соответственно скорости течения, что должно обеспечивать в верхнем бьефе подпор воды до расположения выработанного торфяника (его выемка образует водосборную площадь с соответствующим обвалованием с боков). Кроме того, накопленный излишний расход воды, постоянно сбрасывается для подачи воды на другие участки торфяника в течение всего сезона эксплуатации водосборной площади, тем самым обеспечивается максимально экологическое вхождение воды в другие участки торфяных болот, что позволяет в целом повысить уровень экологической безопасности, в частности близлежащих деревень, поселков и дачных участков. В струенаправляющем канале образованную емкость за счет того, что его ширина меньше ширины сбросного коллектора, уменьшается и живое сечение потока, вследствие чего скорость течения в верхнем бьефе снижается, а в нижнем бьефе, наоборот, возрастает и, при изменении его направления в верхнем бьефе возникает подпор перед водосборной площадью выработанного торфяника. А значит, этот участок всегда будет подтоплен и заполнен водой (заболочен) до заданного его наполнения, и только излишки его будут сбрасываться в нижний бьеф после образованной емкости, выполненной в виде дамбы, полностью перекрывающей сбросной коллектор и частично заходящей в емкость с образованием струенаправляющего канала, далее имеется заградительное приспособление. Благодаря такой возможности подтопления и урегулирования положения в верхней зоне выработанного торфяника и заполненного водой в зависимости от времени периода года, обеспечивается оптимальное положение его заполнения, а значит максимально экологическая безопасность от возгорания торфяника и восстановления постепенно его первоначального восстановления не зависимо от рельефа местности и геометрических размеров.
Кроме способа перекрытия сбросного коллектора путем подтопления выработанного торфяника, настоящее техническое решение предлагает устройство для его осуществления.
Аналогом также принимаем вышеуказанный прототип, в котором имеется канал и источник.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение эффективности работы затопляемого выработанного торфяника путем регулирования расходов воды.
Технический результат достигается тем, что устройство для перекрытия сбросного коллектора путем подтопления выработанного торфяника, включает доступный источник воды, согласно изобретения, дополнительная емкость снабжена заградительным приспособлением, расположенным между боковой стенкой направляющего элемента, выполненного в виде дамбы, и боковой стенкой дополнительной емкости, выполненной также в виде дамбы, при этом закрепленные к боковым стенкам заградительное приспособление выполнено из задерживающих элементов в виде установленных в ряд погружными в воду поплавками с разделительными перегородками, установленными на всю глубину дополнительной емкости, и верхняя часть которых выше максимального уровня воды в дополнительной емкости, с возможностью вертикального перемещения между ними поплавками в зависимости от изменения уровня воды в дополнительной емкости.
Кроме того, заградительное приспособление может быть выполнено в виде поплавков, закрепленных к связям в виде гибкого троса, и расположенные в плане зигзагообразно.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.
Для проверки изобретения требованию «изобретательского уровня» заявитель провел дополнительный поиск известных решений с елью выявления признаков, совпадающих с отличительными от ближайшего аналога признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, не выявлено влияние предусмотренных существенными признаками заявленного изобретения на достижение технического результата.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень» по действующему законодательству.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображена принципиальная технологическая схема выработанного торфяника и устройство, установленное на повороте сбросного коллектора;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, продольный разрез по образованной емкости;
на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1;
на фиг. 4 - заградительное приспособление в виде гибкой сборной запруды с поплавками, вид сверху.
Заявленный способ перекрытия сбросного коллектора путем подтопления выработанного торфяника представляет собой выработанную водосборную площадь 1 торфяника с источником воды, накопленного в результате дождевых и паводковых осадков, а также от накопления и таяния снега, участок который расположен в границах управляемого источника воды, а излишки воды вытекают через водосливной порог 2 в сбросной коллектор 3. Сбросной коллектор 3 включает размещенную в береговой зоне образованную емкость 4, которая может быть сооружена как на повороте (фиг. 1), так и на прямом участке (не показано) сбросного коллектора 3, на котором устанавливают направляющий элемент 5, представляющий собой, например, сплошную насыпную дамбу, перекрывающую сбросной коллектор и частично заходящую в образованную емкость 4, разделяя ее на две части с образованием суженного струенаправляющего канала 6, который в свою очередь является подпорным сооружением, и дополнительной емкости 7, при этом дамба выступает над поверхностью воды на расстоянии. Учитывающем максимальную величину повышения уровня воды в сбросном коллекторе во время сброса излишек воды из выработанного торфяника 1 или во время паводков.
Направляющий элемент 5 устанавливают таким образом. Чтобы направление потока при входе его в суженный струенаправляющий канал 6, расположенный в меньшей части емкости 4, было расположено в одной плоскости ему и выполняло подпор воды вверх.
В дополнительной емкости 7 образованной емкости 4, устанавливают заградительное приспособление, которое выполняют из нескольких секций, образованных разделительными перегородками 8, установленными на всю глубину образованной емкости, и верхняя часть которых выше максимального уровня воды. Перегородки могут быть выполняться из бетонных, металлических и других прочных материалов, причем крайние перегородки могут иметь в поперечном сечении форму швеллера, а средние - форму двутавра с возможностью помещения в пазы их между ними и вертикального перемещения задерживающих элементов в виде поплавков 9. Поплавки 9 обеспечивают их частичное погружение в воду и являются свободно плавающими между перегородками 8, верх поплавков 9 выступает выше высоты воды, с уплотнениями.
Размеры составных частей устройства определяют, исходя из технологического режима работы сбросного коллектора, связанного с работой для подтопления снизу вверх, в сторону выработанного торфяника, заполняемого водой и поддержания в нем заданного уровня, соответственно при сбросе излишек воды.
Ширина суженного струенаправляющего канала 5 зависит от геометрических размеров сбросного коллектора, глубины его, и глубины самого струенаправляющего канала (рассчитывается по известным формулам гидравлики).
Кроме того, следует учитывать значение скорости добегания движения воды до суженного канала 5, подпор в нем, оказываемый в сторону верхнего бьефа (подтопление водосборной площади выработанного торфяника до расчетного уровня), обеспечивающего задержание воды в границах выработанного торфяника со сбросом излишек воды в нижний бьеф сбросного коллектора.
к
к
к
к
Длину струенаправляющего канала 5 можно изменять не менее 10в (где в - средняя ширина канала). Таким образом, при длине канала менее 10в (м) будет недостаточен подпор воды в сторону верхнего бьефа и, наоборот, выполнение же канала более 10в (м) приведет к увеличению капитальных затрат, что нежелательно для строительства в целом, т.е. в этом случае будет всегда наблюдаться подпор воды в сторону верхнего бьефа сбросного коллектора, соответственно, за счет подтопления самого выработанного торфяника, тем самым поддержания в нем заданного уровня воды, а значит, отсутствие возможности возгорания торфяного болота.
Ширина дополнительной емкости 7, с расположенной в ней заградительным приспособлением, также определяется по расчету гидравлики, но с учетом уже сброса воды в нижнюю часть бьефа сбросного коллектора без какого-либо подпора, т.е. из условия свободного истечения в нижний бьеф с последующим движением воды для других используемых участков выработанных торфяников, связанных со сбросным коллектором по длине трассы (по пути сбросной коллектор также может наполняться из других источников заболоченных мест).
Заградительное приспособление может состоять из нескольких секций, и количество их зависит от ширины дополнительной емкости. Однако число секций должно устанавливаться расчетом так, чтобы не происходило стеснение потока в результате изменения его гидравлических характеристик, когда могут возникать моменты сил, обусловленные лобовым давлением, действующим на заградительное приспособление, что может снизить в целом эффективность работы данного устройства.
По варианту выполнения (фиг. 4) заградительное приспособление может быть выполнено из соединенных в плане зигзагообразно 10 с поплавками между собой и прикрепленных также к дну дополнительной емкости 7 с помощью, например, якорем 11, через поплавки 10, которых пропущены гибкие связи - тросы 12, объединяющие поплавки 10 в торможении верхнего потока воды.
Способ перекрытия сбросного коллектора путем подтопления выработанного торфяника осуществляется следующим образом.
В результате естественного заполнения водой в границах участка выработанного торфяника 1„ определяют длину зарегулированного участка сбросного коллектора 3, вклинивающего в подпорное сооружение, выполненное в виде перегораживающего сооружения по отношению к водосборной площади выработанного торфяника. Сбросной поток воды через водосливной порог 2 направляется в сбросной коллектор 3, далее направляется направляющим элементом 5, например сплошной дамбой, через образованной ею сужением струенаправляющий канал 6 в образованную емкость 4. В струенаправляющем канале 6 за счет того, что его ширина меньше ширины сбросного коллектора, уменьшается и живое сечение потока, вследствие чего увеличивается подпор воды в сторону верхнего бьефа сбросного коллектора 3 до водосбросного порога 2 (образуется подпор воды для слива из торфяника 1), вследствие чего скорость течения из канала 6 нас выходе возрастает и при изменении его направления на выходе из канала 6 в образованную емкость 4, происходит его гашение от заполняемого потока воды как в емкости 4, так и в дополнительной емкости 7 с расположенным в конце последней заградительным приспособлением, осуществляется дополнительный подпор воды, т.е. осуществляется подпор поверхностного слоя воды и накапливанием ее в емкости 4 и 7. В то же время после выхода воды из струенаправляющего канала 6 в емкость 4 происходит снижение скорости потока воды вследствие увеличения его живого сечения, что успокаивает водную поверхность и скорости падают.
По варианту выполнения, заградительное приспособление выполняют между боковым стенками дополнительной емкости 7 при набегании потока, находящегося в емкостях 4 и 7, происходит подпор воды за счет взаимодействия ее с поплавками 10, соединенными между собой и прикрепленными к дну дополнительной емкости 7 с помощью гибких связей 11 и 12.
Таким образом, сбросной коллектор используют как зарегулированный участок подпорного сооружения, соединенного в верхнем бьефе с выработанным торфяником и его регулирования водосборной площади автоматически, как накопительная емкость, которая будет работать в режиме постоянного обеспечения самонапорного выпуска излишек воды для нижележащих участков выработок торфяников по уклону местности.
Особенно при паводках (излишних) расходах, когда резко увеличивается сбросной расход, и, чтобы не переполнить верхний участок в границах выработанного торфяника (это в основном наблюдается в весенний паводок) выше отметки расчетного затопления, в работу вступает сбросной коллектор с направляющим элементом, образующий подпорный канал с емкостью на повороте со сливом через дополнительную емкость с заградительным приспособлением в целом.
Следует отметить, что сработка водосборной площади 1 выработанного торфяника, позволяет автоматически поддерживать в нем заданный уровень при минимальном его заполнении, так как в этом случае, сброс воды отсутствует, переливной порог 2 подтоплен и, рассчитывается на этот случай прекращения слива воды.
В каждом конкретном случае это зависит от местных источников накопления воды в данном регионе, его рельефа местности, соответственно местоположения участков в границах выработанных торфяников (его водосборная площадь).
Благодаря возможности регулирования положения процессами заполнения и сброса излишек воды зарегулированным сбросным коллектором потока воды в зависимости от расположения выработанного торфяника, зависит его постоянное поддержание высокого уровня в течение всего заданного сезонного периода с накоплением дождевых и паводковых вод, накопления снега в зимний период, т.е. обеспечивается оптимальное положение наполнения выработанного торфяника в заданных его границах, и незатапливающего вокруг участки, например, использования населением прилегающих земель, построенных на этих землях жилых строений, дачных участков и т.п., и введением земледелия (примером служит - освоение болот с выработанными торфяниками на землях: - поселок Мирный, Камешковский район, Владимирская область).
Использование данного изобретения позволяет снизить стоимость объекта обводнения, повысить управляемость и гибкость системы при изменении технологических условий, обеспечивая благоприятную эколого-мелиоративную обстановку территории, а это устраняет и его возгорания, а также обеспечивается нормальная работа всех сооружений системы выработанного торфяника.