СПОСОБ ЗАКАЧКИ МЕСТНЫХ ВОД ДЛЯ ОБВОДНЕНИЯ ВЫРАБОТАННЫХ ТОРФЯНИКОВ
LOCAL WATERS PURIFICATION METHOD FOR WATERING OF PEATLANDS

Изобретение относится к добыче торфа, конкретно к работам 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 в 2016 году (27-28 сентября) - Владимир - национальный парк «Мещера»: Результаты проекта и перспективы сотрудничества, которые являются частью Международной климатической инициативы (IKI), где предпочтение было отдано непосредственно осмотру объекта.
Для примера можно сделать ссылку на публикацию (Задеренко О.И., Ямпольский А.Л., Власов Е.Б. Временные рекомендации по проектированию обводнения выработанных и выведенных их 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 пруду-накопителе с расходом воды в ручье, перехватка стока близлежащих болот и т.д. Таким образом, перехватить и отвести эти воды в пруд-накопитель 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 обсадной 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 для 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 в допустимые сроки заполнения отдельных участков и колебаний уровней грунтовых вод на них (в том числе на территории, прилегающей к обводняемой площади), что позволяет полностью исключить возможность возгорания торфяников. Кроме того, известный способ приводит к значительному увеличению капитальных и эксплуатационных затрат ввиду значительной стоимости и сложности обсадных колон скважины, бурильной трубы, а также подачи специальной жидкости в виде воды и поверхностью активных веществ под давлением в трубу. Другим недостатком является отсутствие возможности 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 использованием таких каналов невозможно обводнить большую часть территории выработанных месторождений торфяных болот, если учитывать их разбросанность и значительную площадь выработок торфа. Кроме того, потребуются значительные затраты на поддержание достаточного накопления воды в таких каналах для эффективного и возможного обводнения торфа, постоянно необходимого в его затоплении, а также отсутствие регулирующих сооружений (пруды-накопители и т.д.) не позволяет перехватить и отвести местный сток для обводнения торфяных выработок.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение закачки необходимого объема воды для обводнения каждого из участков выработки торфяника за счет использования аккумулирующей воды местного стока в виде талых снеговых, дождевых вод из рек, ручьев и близлежащих болот и использование сообщающиеся магистральных и распределительных трубопроводов на основе использования передвижной насосной станции, а также создания гидротехнического сооружения между ними для перетока воды на участки торфяника.
Техническая задача решается предлагаемым способом закачки местных вод для обводнения выработанных торфяников, заключающимся в создании использования воды с доступного источника, ее перераспределение в распределители по всей площади торфяника, на выработанном торфянике дополнительно создают искусственный рельеф в виде заградительных вертикальных водонепроницаемых загородок с возможностью перетока на свободные участки между ними, при этом водонепроницаемые загородки подвязывают к кольям, которые ставят вертикально, и нижние концы их заглубляют в грунт торфяника, при этом на площади выработанного торфяника укладывают на дно магистральный и распределительные полиэтиленовые трубопроводы, оснащают их распределительными колодцами-гасителями, в верхней части которые снабжают равномерно по бокам поверхности отверстиями для слива воды и снабжают крышкой, кроме того, входящий первый колодец магистрального трубопровода совмещают с передвижной насосной станцией в виде типа СНП, а выходящий концевой участок его подключают к перегораживающему гидротехническому сооружению, разделяющему выработанный уложенной эксплуатационной дорогой на верхний и нижний участки, колодец которого в центре днища снабжают отводящей вертикальной трубой, соединенной посредством колена при перепаде уровней с полиэтиленовым магистральным трубопроводом с распределительными трубопроводами второго участка, при этом колодец с установленной отводящей вертикальной трубой, сверху снабжают крышкой в виде внешнего цилиндра с винтовым подъемником с возможностью перемещения внешнего цилиндра по высоте.
Кроме того, водонепроницаемую загородку выполняют из недорогих подручных материалов, например щитов из досок, щитов из реек, облицованных полиэтиленовой пленкой, капроновой тканью, и других.
Кроме того, распределительные колодцы-гасители с отверстиями для слива воды и перекрытые сверху крышкой устанавливают глубиной их вертикального расположения, не превышающей максимальную глубину наполнения в процессе выработки верхнего слоя торфа.
Кроме того, эксплуатационную дорогу, разделяющую на верхний и нижний участки выработанного торфяника, выполняют из местного грунта торфяника.
Кроме того, по варианту выполнения начальный участок магистрального напорного трубопровода второго участка выработанного торфяника, может быть оснащен колодцем с задвижкой, который совмещают со второй передвижной насосной станцией в виде СНП и соединяют с источником воды.
Кроме того, колодец с установленной отводящей вертикальной трубой и снабженный сверху крышкой в виде внешнего цилиндра с винтовым приводом, может быть выполнен гидротехническим сооружением как дополнительно осуществляющим для обратного направления и подпитывающим сооружением для подачи воды на первый участок выработанного торфяника при дефиците заполнения в нем воды.
Новым является то, что осуществляют регулирование всего поданного местного стока задерживанием водонепроницаемыми загородками с возможностью перетока на свободные участки между ними, которые создают форму искусственного рельефа. Объем задерживаемой воды перед загородкой равномерно распределяется колодцами-гасителями, которые снабжают равномерно по бокам поверхности отверстиями для слива воды из них по всей площади выработанного торфяника, который в свою очередь разделен эксплуатационной дорогой на два участка с регулируемым гидротехническим сооружением при подъеме уровня. Крышка внешней отводящей вертикальной трубы не позволяет производить подсос воздуха в больших объемах, что обеспечивает равномерный сброс (подачу) воды на второй участок выработанного торфяника посредством магистрального напорного трубопровода с распределительными трубопроводами, оснащенными колодцами-гасителями для слива воды в торфяник.
Глубина сброса воды регулируется путем перемещения внешнего цилиндра, закрепленного подвижно относительно отводящей вертикальной трубы, расположенной в колодце. Сброс потока (подача воды) из более чистых слоев воды из первого участка во второй участок торфяника позволяет перераспределять поступивший сток воды в магистральные трубопроводы как в прямом, так и в обратном направлениях даже при остановке одной из насосной станции, или дефиците (нехватке) воды из какого-либо источника. Использование двух разделенных между собой эксплуатационной дорогой участков позволит поддерживать уровень в каждом из них выработанного торфяника с учетом наличия данного источника (например, водохранилища или реки), а это позволяет повысить уровень экологической безопасности от возгорания выработанного торфяника и восстановление его первоначального состояния независимо от высотного расположения местности и геометрических размеров.
Это позволит более эффективно обводнить участки торфяника как по отдельности, так и в целом всего массива, обеспечивая эколого-мелиоративную обстановку территории.
На фиг. 1 показан способ закачки местных вод для обводнения выработанных торфяников в общем виде; на фиг. 2 представлено гидротехническое сооружение в виде колодца с установленной отводящей вертикальной трубой в общем виде.
Заявленный способ закачки местных вод для обводнения выработанных торфяников, представляет собой строительство в границах выработанного торфяника 1 с управляемым с помощью напорных магистрального 2 и 3 распределительных 4 и 5 полиэтиленовых трубопроводов высокого давления. Строительство ведут следующим образом. В зимний период производят укладку магистральных трубопроводов 2 и 3 с распределительными трубопроводами 4 и 5 на дно выработанного торфяника 1 между загородками 6 и строят искусственные загородки 6 с кольями 7, которые заглубляют, например, известным ударным способом в грунт торфяника. Затем к кольям 7 крепят загородки 6 с помощью подвязки и загородку выполняют, например, щитами из досок или щитов из реек, облицованных полиэтиленовой пленкой. Расстояние между кольями выполняют из расчета отсутствия прогиба и надежной устойчивости в вертикальном положении загородки 6.
Высоконапорные магистральные 2 и 3, распределительные 4 и 5 трубопроводы, размещенные между загородками 6 по длине (по трассе) каждого из них снабжают колодцами-гасителями 8, верхние части которых снабжают равномерно по бокам поверхности отверстиями с крышкой (не показано). При этом магистральные 2 и 3 трубопроводы в начальной своей части соединяют с колодцами 9 и 10, которые совмещают с передвижной насосной станцией 11 и 12 в виде СНП. Колодцы 9 и 10 соединяют соответственно с источником водохранилища 13 и с источником реки 14.
В местах строительства эксплуатационной дороги 15 загородки 6 прерываются, причем эксплуатационная дорога 15 разделяет выработанный торфяник (в зависимости от рельефа и перепада местности) на первый 16 и второй 17 участки, разные по площади затопления. Эксплуатационная дорога 15 отсыпается из грунта торфяника до отметок, исключающих перелив через ее в месте разделения на два участка 16 и 17.
Схема способа включает между участками 16 и 17 с магистральными трубопроводами 2 и 3 гидротехническое сооружение, включающее колодец 18 с отводящей вертикальной трубой 19, посредством колена с перепадом соединяющейся с магистральным трубопроводом 3, внешний цилиндр 20, винтовой привод 21, крышку с отверстиями 22 для сообщения внешнего цилиндра 20 с атмосферой.
Кроме того, передвижные насосные станции 11 и 12 могут работать друг от друга раздельно в зависимости от водности имеющегося источника на данный момент для заполнения торфяника в целом. Это дает возможность подавать воду как в прямом направлении через гидротехническое сооружение 18, так и в обратном направлении на участки 16 и 17, т.е. осуществлять подпитывание из источника 14 реки. При дефиците воды это позволяет выравнивать затапливаемые участки выработанного торфяника 1.
Способ закачки местных вод для обводнения выработанных торфяников работает следующим образом.
Известным методом определяют границу контура выработанного торфяника 1 и разбивают его на участки 16 и 17 насыпной эксплуатационной дорогой 15 из местного грунта. Источники воды используют из водохранилища 13 или реки 14 с подачей передвижной насосной станцией 11 или 12 в магистральные 2 и 3 с распределительными 4 и 5 полиэтиленовыми трубопроводами, снабженными колодцами-гасителями 8.
В режиме подачи воды через боковые отверстия (не показано) на поверхности в верхней части колодца-гасителя 9 и 10 с крышками (не показано) вода изливается и затапливает пространство между загородками 6, выполненными искусственным рельефом, и далее заполняет через свободное пространство между загородками 6 всю территорию выработанного торфяника первой части 16, затем второй части 17 торфяника. При заполнении заданного уровня воды первого участка 16 торфяника поднимается уровень и в колодце 18, вытесняется воздух через отверстие 22 в крышке внешнего цилиндра 20 и вода переливом уходит в отводящую вертикальную трубу 19, далее с перепадом поступает в магистральный трубопровод 3 с распределительными трубопроводами 5 с колодцами-гасителями 10. Крышка внешнего цилиндра 20 для отводящей вертикальной трубы не только позволяет производить подсос воздуха в больших объемах, что обеспечивает равномерный сброс воды по отводящей трубе 19, но и позволяет глубину сброса (подачи) воды регулировать путем перемещения внешнего цилиндра 20, закрепленного подвижно относительно вертикальной трубы 19 в колодце 18.
Сброс потока (забор воды) из более чистых слоев воды колодца 18, расположенного на первом участке 16 магистрального трубопровода 2, позволяет повысить надежную работу второго участка торфяника даже несколько с пониженным статическим напором в магистральном трубопроводе 3. Таким образом, сброс воды осуществляется перетоком воды по вертикальной трубе 19 и далее по магистральному трубопроводу 3 на втором участке 17 торфяника, заполняя постепенно всю его площадь в целом.
По варианту выполнения забор воды может осуществляться одной передвижной насосной станцией 12, связанной с источником реки, в магистральный трубопровод 3. При этом возможно будет гидротехническое сооружение 18 с вертикальной трубой 19 закрыть внешним цилиндром 20 с крышкой или, наоборот, открыть при дефиците (недостаче) воды для обратного излива, наоборот, из вертикальной трубы 19, произвести при этом подпитку первого участка 16 торфяника, в частности, в маловодный год. В целом расширяется диапазон применения гидротехнического сооружения. Таким образом, использование местных источников будет осуществляться в зависимости от потребности в маловодный сезон или в маловодные сухие годы.
Использование данного изобретения позволяет в обводнении выработок торфяника снизить стоимость объекта обводнения выработанного торфяника, повысить управляемость и гибкость системы при изменении технологических условий.
Таким образом, использование изобретения позволяет управлять дифференцированно затоплением каждого из участков выработанного торфяника для больших территорий, обеспечивая благоприятную эколого-мелиоративную обстановку территории, а это устраняет и его возгорания.