СПОСОБ ЗАКАЧКИ МЕСТНЫХ ВОД ДЛЯ ОБВОДНЕНИЯ ВЫРАБОТАННЫХ ТОРФЯНИКОВ Российский патент 2018 года по МПК A62C3/02 

Изобретение относится к добыче торфа, конкретно к работам по восстановлению торфяных болот, в частности к обводнению выработанных торфяников.

Покрытие 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 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 пожароопасная ситуация 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 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 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, A62C 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 обеспечиваются 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 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, A62C 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 нуждающегося в его затоплении, а также отсутствие регулирующих сооружений (пруды-накопители, насосные станции, распределительные устройства) не позволяет перехватить и отвести местный сток для обводнения торфяных выработок.

Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение закачки необходимого объема воды для обводнения каждой выработки торфяника за счет использования аккумулированной воды местного стока в виде талых снеговых, дождевых вод из рек, ручьев и близлежащих болот, и использование сообщающихся магистральных трубопроводов на основе передвижных насосных станций позволяет осуществлять закачку воды от них в лучевые высоконапорные трубопроводы с регулирующими сооружениями, а также улучшить экологическую обстановку.

Техническая задача предлагаемого способа закачки местных вод для обводнения выработанных торфяников, заключающегося в создании использования воды с доступного источника, ее перераспределении в распределители по всей площади торфяника, решается тем, что согласно изобретению на площади выработанного торфяника выкапывают группу траншей, после чего в траншеи укладывают лучевые высоконапорные трубопроводы, оснащенные в конце стояками с рассеивающими водовыпусками, внутренняя полость которых сверху выполнена с насадком-делителем, имеющим ромбовидную форму с вогнутыми боковыми стенками, и рассеивающие водовыпуски снабжены гибкими диафрагмами, выполненными из резины, взаимодействующими с насадком-делителем с выпускными отверстиями на внешней стороне, причем лучевой высоконапорный трубопровод каждый индивидуально соединен соответствующим свободным концом с магистральным трубопроводом с регулируемой задвижкой, совмещенной с передвижной насосной станцией в виде типа СНП, и пруд-накопитель заполняют местным стоком прохождением весеннего половодья при активном таянии снега при положительной температуре, при этом пруд-накопитель открывают в наиболее низких топографических отметках за пределами выработанного торфяника объемом, не меньшим объема выработанного торфяника, для перераспределения общего объема закачки насосной станцией с регулируемым гидросопротивлением.

Кроме того, регулируемое сопротивление состоит из регулируемой задвижки и датчика давления при остановке одной из передвижной насосной станции в любой из групп магистрального трубопровода.

Кроме того, трубопроводы выполняют из полиэтиленового материала, а стояки с рассеивающими водовыпусками с глубиной заложения, не превышающей минимальную в процессе выработки верхнего слоя торфа.

Кроме того, лучевые высоконапорные трубопроводы других участков соединены соответствующим трубопроводом-перемычкой с регулируемым гидросопротивлением с водоводом этой группы лучевых трубопроводов для перераспределения общего объема закачки этими передвижными насосными станциями независимо от их работы в любой из групп с магистральным трубопроводом.

Новым является то, что каждая группа лучевых высоконапорных трубопроводов с максимальным давлением от передвижной насосной станции подпитывается водой из общего магистрального трубопровода, размещенного на разных участках выработанного торфяника с рассеивающими водовыпусками и с регулируемым гидросопротивлением, и соединенных через соответствующий трубопровод-перемычку для перераспределения общего объема закачки этими насосными станциями независимо от их работы в любой из групп с магистральным трубопроводом, даже при остановке одной из насосной станции, создавая условия для окончательного обводнения любого из участков выработанного месторождения торфа. При этом трубопроводы выполняют из современного полиэтиленового материала высокого давления с глубиной заложения, не превышающей минимальную в процессе выработки верхнего слоя торфа.

Совокупность существенных признаков достаточна, а каждый из них необходим для достижения указанного выше технического результата.

На фиг. 1 показан способ закачки местных вод для обводнения выработанных торфяников в общем виде; на фиг. 2 - представлена выноска А регулируемого гидросопротивления задвижки и датчика давления; на фиг. 3 - рассеивающий водовыпуск, разрез.

Заявляемый способ закачки местных вод для обводнения выработанных торфяников представляет собой строительство траншей на выработанной площади торфяника 1 и 2 следующим образом: в зимний период производят отрывку траншей для укладки в траншеи лучевых высоконапорных трубопроводов 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 (концы которых заглушены) из полиэтиленового материала высокого давления, и концы их снабжают полиэтиленовыми стояками 14, сверху снабженными рассеивающими водовыпусками 15, и внутренняя полость которых снабжена насадком-делителем 16, имеющим ромбовидную форму с вогнутыми боковыми стенками 17. Для возможности защиты от поступления обратного тока воды в рассеивающие водовыпуски 15 снабжают гибкими диафрагмами 18 в виде резины, взаимодействующими с насадком-делителем 16 с водовыпускными отверстиями 19 и 20.

Накопление местного стока воды начинают с регулирования его в пруд-накопитель 21 и 22, который располагают в наиболее низких топографических отметках за пределами выработанного торфяника 1 и 2.

Лучевые высоконапорные трубопроводы 3-13, размещенные на выработанных торфяниках 1 и 2, соединяют соответственно с магистральным трубопроводом 23 и 24, сообщающимся с прудом-накопителем 21 и 22. При этом каждый пруд-накопитель 21 и 22 имеет свой выход в колодец, в который погружен всасывающий трубопровод (не показан) передвижной насосной станции 25 и 26 в виде типа СНП, соединенной каждая с напорным магистральным трубопроводом 23 и 24 через переходник.

Работа СНП непосредственно связана с работой пруда-накопителя 21 и 22, к которому подключена система напорного магистрального трубопровода 23 и 24.

Схема способа содержит трубопровод-перемычку 27 с регулируемым гидросопротивлением 28, состоящим, например, из электрифицированной задвижки 29 и датчика давления 30.

Трубопровод-перемычка 27 с регулируемым гидросопротивлением 28 соединяет группу лучевых высоконапорных трубопроводов 3-13 состыкованными с магистральными трубопроводами 23 и 24, изготовленными также из полиэтиленового материала высокого давления (это долговечность труб). После сборки всех трубопроводов 3-13 и 23, 24 засыпают сверху вынутым слоем грунта торфяника из траншеи, и систему всей трасы до пруда-накопителя 21 и 22. Кроме того, передвижные насосные станции 25 и 26 могут работать друг от друга для условий заполнения каждого участка выработанного торфяника. Это дает возможность подавать воду для обводнения выработанных торфяников с разных сторон водой.

Работа СНИП непосредственно связана с работой пруда-накопителя, к которому подключен колодец и магистральный трубопровод 23 и 24, СНП может быть снабжена сигнализатором уровня для заполнения магистрального трубопровода 23 и 24.

Способ закачки местных вод для обводнения выработанных торфяников работает следующим образом.

Известным методом определяют границу контура выработанного торфяника 1 и 2. Затем в пределах границ в зимнее время определяет прокладку траншей под укладку магистральных трубопроводов 23 и 24, лучевых трубопроводов 3-13, выполненных из пластмассового материала, затем монтируют стояки 14 с водовыпусками 15. Далее трубопроводы 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1, 12, 13, 23, 24 засыпают вынутым из траншеи грунтом торфяника.

В режиме подачи воды из пруда-накопителя 21 и 22 через колодец с передвижной насосной станцией 25 и 26, далее вода закачивается в магистральные трубопроводы 23 и 24, которые соединены с лучевыми высоконапорными трубопроводами 3-13.

Под напором вода проходит через рассеивающие водовыпуски 15, во внутренней полости которых размещен насадок-делитель 16, выпускные отверстия водовыпуска с насадком-делителем, которые прикрыты гибкими диафрагмами 18 в виде резины. Обеспечивается заполнение всей площади участка выработанного торфяного месторождения. Скорости течения в подводной части выпуска желательно принимать, возможно, большими (не менее 0,2 м/с) с целью предохранения от заиления вблизи труб 3-13 с рассеивающими водовыпусками 15, а также следует располагать их на достаточной высоте труб 3-13 от дна торфяника во избежание размыва дна с водовыпусками 15, особенно в случаях отсутствия работы системы трубопроводов. Гибкие диафрагмы 18 в виде резины защищают водовыпускные отверстия рассеивающих водовыпусков 15 от попадания плавающего сора и позволяют выполнять роль рыбозащитного устройства при отсутствии подачи воды из пруда-накопителя 21 и 22, также препятствуют попаданию и молоди рыб в водовыпуски 15 и в трубы 3-13.

При технологической остановке одной из передвижных насосных станций 25 или 26 происходит перераспределение потока воды в системе магистральных трубопроводов 23 и 24 (водоводов). При этом часть воды поступает через трубопровод-перемычку 27 с регулируемым гидросопротивлением 28 в систему лучевых трубопроводов 3-13 через магистральные трубопроводы 23 и 24. В результате этого режим работы СНП также может меняться, например, в большую степень подачи воды в магистральный трубопровод 23 или 24.

Следует отметить, что все элементы системы в подводной части обводняемого выработанного торфяника защитить устройство от коррозии при выполнении всех составляющих конструкции из пластмассового материала.

С началом весеннего периода года по мере повышения температуры окружающего воздуха начинается процесс активного таяния окружающего снежного покрова, идет прохождение весеннего паводка в зависимости от рельефных условий до расположения выработанных торфяников, при этом происходит значительное накопление воды в пруду-накопителе с его заданным расположением и геометрическими размерами. Вследствие этого запас воды для обводнения выработок торфяника станет достаточным, следует также отметить, что возможно его постоянное наполнение на протяжении всего длительного периода его использования и более эффективно при работе насосной станции, что позволяет обводнить участки, как по отдельности, так и всех участков данного массива торфяных выработок в целом.

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 позволяет управлять дифференцированно затоплением каждого из участков выработанного торфяника для больших территорий, обеспечивая благоприятную эколого-мелиоративную обстановку территории.

Изобретение относится к добыче торфа, конкретно к работам по восстановлению торфяных болот, в частности к обводнению выработанных торфяников. Способ закачки местных вод для обводнения выработанных торфяников заключается в использовании воды с доступного источника, ее перераспределении в распределители по всей площади торфяника. Согласно изобретению на площади выработанного торфяника выкапывают группу траншей, после чего в траншеи укладывают лучевые высоконапорные трубопроводы, оснащенные в конце стояками с рассеивающими водовыпусками, внутренняя полость которых сверху выполнена с насадком-делителем, имеющим ромбовидную форму с вогнутыми боковыми стенками, и рассеивающие водовыпуски снабжены гибкими диафрагмами, выполненными из резины, взаимодействующими с насадком-делителем с выпускными отверстиями на внешней стороне, причем лучевой высоконапорный трубопровод каждый индивидуально соединен соответствующим свободным концом с магистральным трубопроводом с регулируемой задвижкой, совмещенной с передвижной насосной станцией в виде типа СНП, и пруд-накопитель заполняют местным стоком прохождением весеннего половодья при активном таянии снега при положительной температуре, при этом пруд-накопитель отрывают в наиболее низких топографических отметках за пределами выработанного торфяника объемом, не меньшим объема выработанного торфяника, для перераспределения общего объема закачки насосной станцией с регулируемым гидросопротивлением. Изобретение обеспечивает эффективную закачку местных вод в магистральные и лучевые трубопроводы с рассеивающими водовыпусками за счет повышения управляемости и гибкости системы при изменении технологических условий для возобновления болот до первоначального его приближения месторождения торфа с водной растительностью, а также улучшает экологическую обстановку. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ закачки местных вод для обводнения выработанных торфяников, заключающийся в использовании воды с доступного источника, ее перераспределении в распределители по всей площади торфяника, отличающийся тем, что на площади выработанного торфяника выкапывают группу траншей, после чего в траншеи укладывают лучевые высоконапорные трубопроводы, оснащенные в конце стояками с рассеивающими водовыпусками, внутренняя полость которых сверху выполнена с насадком-делителем, имеющим ромбовидную форму с вогнутыми боковыми стенками, и рассеивающие водовыпуски снабжены гибкими диафрагмами, выполненными из резины, взаимодействующими с насадком-делителем с выпускными отверстиями на внешней стороне, причем лучевой высоконапорный трубопровод каждый индивидуально соединен соответствующим свободным концом с магистральным трубопроводом с регулируемой задвижкой, совмещенной с передвижной насосной станцией в виде типа СНП, и пруд-накопитель заполняют местным стоком прохождением весеннего половодья при активном таянии снега при положительной температуре, при этом пруд-накопитель отрывают в наиболее низких топографических отметках за пределами выработанного торфяника объемом, не меньшим объема выработанного торфяника, для перераспределения общего объема закачки насосной станцией с регулируемым гидросопротивлением.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулируемое сопротивление состоит из регулируемой задвижки и датчика давления при остановке одной из передвижной насосной станции в любой из групп магистрального трубопровода.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что трубопроводы выполняют из полиэтиленового материала, а стояки с рассеивающими водовыпусками с глубиной заложения, не превышающей минимальную в процессе выработки верхнего слоя торфа.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что лучевые высоконапорные трубопроводы других участков соединены соответствующим трубопроводом-перемычкой с регулируемым гидросопротивлением с водоводом этой группы лучевых трубопроводов для перераспределения общего объема закачки этими передвижными насосными станциями независимо от их работы в любой из групп с магистральным каналом.