Способ зимней добычи многолетнемерзлого торфа Российский патент 2020 года по МПК E21C49/00 C10F5/00 

Изобретение относится к торфяному производству, а именно, к технологии зимней добычи торфа ненарушенной структуры в условиях многолетней мерзлоты.

Известен способ добычи торфа ненарушенной структуры (см. SU № 1046520, кл. Е21С 49/00, опубл. 07.10.1983), включающий нарезание кусков торфа из залежи, формирование фигур сушки и вывозку высушенного торфа к местам складирования, причем, куски торфа нарезают произвольной формы, а формирование фигур сушки производят одновременно с нарезанием кусков путем погрузки их в решетчатые контейнеры, устанавливаемые на поверхности залежи.

Недостатком известного решения является значительная металлоемкость процесса, обусловленная, главным образом, изготовления решетчатых контейнеров, что при значительных объемах добычи торфа существенно удорожает себестоимость работ. Кроме того, способ предполагает добычу торфа на осушенной и предварительно подготовленной к эксплуатации торфяной залежи, для чего потребуются дополнительные затраты времени и ресурсов.

Из раннего уровня техники также известен способ зимней добычи торфа ненарушенной структуры (см. SU № 48432, кл. Е21С 49/00, С10F 5/00, опубл. 31.01.1937), включающий нарезание блоков (брусков) торфа из мерзлой залежи и формирование фигур сушки, причем формирование фигур сушки производят под навесом, в специальном сарае, крыша и боковые стенки которого составлены из поворотных в вертикальной плоскости створок.

Формирование фигур сушки вручную является достаточно трудоемкой операцией, с учетом того, что каждый блок (брусок) мерзлого торфа может весить до 70 кг. Кроме того, способ предполагает использование для сушки торфа специальных сооружений (сараев), что при больших объемах добычи торфа является экономически не рациональным.

Способ зимней добычи торфа ненарушенной структуры (см. FI № 56853, кл. C10F 3/00, опубл. 31.12.1979) включает нарезание блоков торфа из мерзлой залежи, формирование фигур сушки и вывозку высушенного торфа к местам складирования. При этом известное техническое решение предполагает формирование фигур сушки непосредственно на местах его добычи, на предварительно уложенную под ее основание водонепроницаемую пленку, или вывозку нарезанного торфа на суходол с последующей укладкой его в фигурные сушки.

Известное решение требует выполнение дренажно-осушительных работ, что связано со значительными капитальными затратами. Кроме того, сопряжен с трудоемкостью укладки блоков торфа в фигуры сушки, беспорядочно загружаемых в кузова транспортных средств при вывозке к месту укладки, и последующей разборки фигур сушки. При этом неизбежно крошение вырезанных блоков торфа при выполнении погрузочно-разгрузочных работ, что снижает качество получаемой продукции и затрудняет формирование фигур сушки.

Наиболее близким к заявленному решению является способ зимней добычи торфа ненарушенной структуры (см. RU № 2001275, кл. Е21С 49/00, С10F 5/02, опубл. 15.10.1993), включающий нарезание блоков торфа из мерзлой залежи, формирование фигур сушки и вывозку высушенного торфа к местам складирования, блоки торфа нарезают с дугообразной концентрической кривизной двух противолежащих поверхностей, а формирование фигур сушки производят на подвижном основании транспортного средства, после чего их вывозят на поле сушки и разгружают путем скатывания с подвижного основания с сохранением целостности всей фигуры. При этом блоки торфа нарезают на всю глубину промерзания залежи, а первый слой блоков укладывают на подвижное основание влажной поверхностью границы промерзания вверх, в сторону направлении наращивания фигуры сушки.

Недостатком известного способа является отсутствие прогнозной оценки глубины промерзания торфяного слоя и обеспечение полноты выемки торфяного слоя в мерзлом состоянии, что удобно для складирования для последующей сушки.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности процесса добычи и сушки торфа в условиях многолетней мерзлоты.

Для решения поставленной задачи способ зимней добычи многолетнемерзлого торфа, включающий нарезание блоков торфа из мерзлой залежи на всю глубину промерзания продольными и поперечными пропилами, формирование фигур сушки и складирование, отличается тем, что перед осуществлением добычи торфа выполняют предварительную оценку толщины промерзания залежи, например, посредством георадарного исследования, при нарезании внешние грани крайних блоков пропиливают под углом 70–80°, при этом толщина и ширина вырезаемого блока соответствуют глубине промерзания залежи, а длина блока составляет не менее трех ширин блока, формирование фигур сушки производят расположением блоков в шахматном порядке, оставляя между блоками пустоты (пространства), ширина которых составляет не менее 1/3 длины блоков. Кроме того, формирование фигур сушки производят непосредственно на месте отработанных полос для нарезания блоков. Кроме того, сформированные фигуры сушки покрывают влаговетрозащитной пленкой.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Новый признак об определении глубины промерзания торфяного слоя, например, георадарным исследованием, позволяет предварительно оценить мощности мерзлой залежи торфа и определить исходя из глубины промерзания геометрические параметры извлекаемых блоков, построить плановый подход в организации работ по зимней добыче торфа, в т.ч. путем подбора производственных площадок. Кроме того, предварительная разведка способствует извлечению торфа с минимальными потерями, т.к. добычу торфа выполняют после промерзания на всю глубину до коренных пород или песчано-глинистых отложений.

Признак о выполнении продольных и поперечных пропилов определяет размеры и правильные формы извлекаемых блоков, что облегчает работы по формированию фигур сушки, при этом нарезка внешних граней крайних на площадке блоков под углом 70–80° позволяет легче извлекать из массива распиленной залежи.

Признак о складировании блоков в фигуры на площадке для сушки в шахматном порядке, при котором между блоками формируются сквозные пустоты, позволяет ускорить и улучшить качество процесса сушки торфа.

В условиях многолетней мерзлоты месторождения торфа дислоцированы вокруг озер и на болотистых местностях, что исключает добычу в летний период. В связи с этим, добычу торфа, как правило, выполняют в зимний период, когда торф промерзает на всю мощность и может выдержать технику.

Таким образом, по достижении глубины промерзания торфяной залежи, способной выдержать нагрузку от колесной машины, приступают к нарезанию блоков торфа из мерзлой залежи. Для чего, после подготовки производственной площадки к добыче путем очистки снежного покрова, растительности, определяют глубину промерзания торфяной залежи посредством метода георадиолокации.

Заявленное решение иллюстрируется чертежом, где на фигуре 1 показана схема организации нарезания блоков торфа из мерзлой залежи на производственной площадке, фигуре 2 – схема складирования извлеченных блоков на площадке для сушки.

Сущность заявленного решения заключается в том, что машиной, оборудованной баровым или дисковым рабочим органом, производят в торфяной залежи вначале продольные пропилы 2, затем поперечные пропилы 3. Параметры блока 1 определяются глубиной промерзания, при этом толщина и ширина извлекаемого блока 1 равны глубине промерзания, а длина принимается в соотношении 1:3 к глубине промерзания (см. фиг. 1). При этом, для облегчения извлечения внешнюю грань крайних блоков 4 нарезают под углом 70–80°, остальные – под прямым углом. В результате, извлекаемые блоки отделяются от массива продольными 2 и поперечными 3 пропилами, при этом снизу ограничиваются сезонно талым слоем 5 и илисто-глинистыми отложениями 6, что позволяет легко отделить блоки от массива.

Для извлечения блоков мерзлого торфа используют специальную технику, например, вилочный погрузчик, далее, блоки перевозят на площадку для укладки в фигуры сушки (см. фиг. 2). Укладку производят на суходоле или на специально подготовленную площадку сушки, для чего, с целью интенсификации зимней сушки, блоки складируют в фигуры 7, располагая в шахматном порядке, таким образом, чтобы между блоками образовались сквозные пространства (пустоты) 8 с шириной из расчета, например, 1/3 длины блоков. Сформированные фигуры из блоков для сушки, например, в форме пирамиды, могут быть дополнительно накрыты влаговетрозащитной пленкой. Таким образом, воздухопроницаемые фигуры блоков подвергаются интенсивной сублимационной сушке, что позволяет интенсифицировать процесс сушки торфа.

Способ зимней добычи многолетнемерзлого торфа осуществляется следующим образом.

Глубину промерзания торфа определяют георадаром, например, марки ОКО-2 в комплекте с антенным блоком АБ-250, на основании анализа волновой картины одним из трех критериев: высокие значения амплитуд, связанные со значительной контрастностью электрофизических свойств талых и мерзлых пород; регулярные отражения, образующие протяженные оси синфазности, характерные для пород со слоистым залеганием; присутствие повторных отражений сигналов.

Измерения проводятся на постоянной базе профилирования. На участках с контрастными отражениями в местах скважин выполняются измерения на переменной базе с разносом, например, до 20 метров, с целью определения значения скорости по годографу отраженной волны.

При георадарных измерениях верхний промерзший слой характеризуется минимальным поглощением электромагнитных волн, что создает оптимальные условия для изучения торфяных отложений. А выдержанность свойств верхнего слоя по латерали исключает влияние приповерхностных условий при георадиолокационном профилировании.

Задача картирования торфяных месторождений является фактически классической задачей георадиолокации: большой контраст между диэлектрическими проницаемостями торфа (50-80) и вмещающей породы (6–30), обеспечивает четкую корреляцию осей синфазности отраженных волн даже в условиях сильного затухания электромагнитной волны.

При достижении глубины промерзания торфяной залежи, способной выдержать нагрузку от колесной машины, допускается приступать к нарезанию блоков 1 торфа из мерзлой залежи. Для чего, машина, оборудованная баровым или дисковым рабочим органом, производит продольные 2, начиная с края залежи, затем поперечные 3 пропилы в торфяной залежи. При этом внешнюю грань крайних блоков 4 нарезают под углом 70–80°, остальные – под прямым углом. Расстояние между продольными пропилами 2 определяет длину извлекаемых блоков 1, которая, например, составляет 3 глубины промерзания. Поперечными пропилами 3 определяют ширину блоков 1, которая может составить не менее толщины блока 1.

После выполнения пропилов залежи, распиленные блоки 1 мерзлого торфа извлекают с помощью вилочного погрузчика и направляют на сушку, для чего, нарезанные блоки 1 укладывают в фигуры сушки 7 на суходоле или на специально подготовленной площадке для сушки. Укладку можно также производить на месте отработанных полос для нарезания блоков посредством плоского перемещения блоков 1 из зоны нарезки в зону укладки. Таким образом, полоса, на которой произведена экскавация торфа, также может исполнять функции дополнительной осушительной сети.

С целью интенсификации зимней сушки при складировании фигуры 7 формируют укладкой блоков 1 в шахматном порядке, таким образом, чтобы между блоками 1 образовались пустоты 8 с шириной из расчета, например, 1/3 длины блоков. Образовавшуюся фигуру сушки 7, выполненной, например, в форме пирамиды, можно накрывать влаговетрозащитной пленкой. За счет укладки торфа в воздухопроницаемые фигуры достигается более интенсивная сублимационная сушка за непродолжительное время. Далее, высушенные блоки торфа, при необходимости, могут быть вывезены к отдельным местам складирования (см. фиг. 1, 2).

Использование настоящего изобретения позволяет повысить эффективность добычи и сушки торфа в условиях многолетней мерзлоты в зимнее время без существенного удорожания всего процесса за счет оптимизации организации работ по добыче торфа из мерзлой залежи и сушке извлеченных блоков.

Изобретение относится к торфяному производству, а именно к технологии зимней добычи торфа ненарушенной структуры в условиях многолетней мерзлоты. Способ включает нарезание блоков торфа из мерзлой залежи на всю глубину промерзания продольными и поперечными пропилами, формирование фигур сушки и складирование, отличается тем, что перед началом добычи торфа выполняют предварительную оценку толщины промерзания залежи, например, посредством георадарного исследования, при нарезании внешние грани крайних блоков пропиливают под углом 70–80°, при этом толщина и ширина вырезаемого блока соответствуют глубине промерзания залежи, а длина блока составляет не менее трех ширин блока, формирование фигур сушки производят расположением блоков в шахматном порядке, оставляя между блоками пустоты (пространства), ширина которых составляет не менее 1/3 длины блоков. Использование изобретения позволяет повысить эффективность добычи и сушки торфа в условиях многолетней мерзлоты в зимнее время без существенного удорожания всего процесса за счет оптимизации организации работ по добыче торфа из мерзлой залежи и сушки извлеченных блоков. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ зимней добычи многолетнемерзлого торфа, включающий нарезание блоков торфа из мерзлой залежи на всю глубину промерзания продольными и поперечными пропилами, формирование фигур сушки и складирование, отличающийся тем, что перед началом добычи торфа выполняют предварительную оценку толщины промерзания залежи, при нарезании внешние грани крайних блоков пропиливают под углом 70–80°, при этом толщина и ширина вырезаемого блока соответствуют глубине промерзания залежи, формирование фигур сушки производят расположением блоков в шахматном порядке, оставляя между блоками сквозные пустоты, ширина которых составляет не менее 1/3 длины блоков.

2. Способ зимней добычи многолетнемерзлого торфа по п. 1, отличающийся тем, что предварительную оценку толщины промерзания залежи выполняют посредством георадарного исследования.

3. Способ зимней добычи многолетнемерзлого торфа по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что сформированные фигуры сушки покрывают влаговетрозащитной пленкой.