Способ осушения высокообводненных торфяных залежей верхового типа Советский патент 1984 года по МПК E21C49/00 

Изобретение относится к торфяному производству и может быть использовано в торфяной промьппленности для осушения преимущественно высокообводненньЬс торфяных залежей верхового типа, а также в мелиорации, сельском хозяйстве и строительстве на торфяниках.

Известен способ осушения торфяных залежей, в том числе и верхового типа, включающий отрывку каналов и отвод по ним поверхностных вод Канал открывают за один проход на полную (проектную) глубину и одновременно заполняют их водой до уровня, обеспе чивающего устойчивость стенок. После этого производят постепенное снижени уровня воды в канале до отметки дна П. Использование указанного способа на высокообводненных торфяных залежах, где влажность выше 93%, а прочность на сдвиг менее 6 кПа, т.е. на месторождениях с грядово-мочажным и градово-озерными комплексами, приводит к тому, что каналы полностью деформируются или их прокопка на полную глубину вообще невозможна вследствие низко несущей способности залежи в предлагаемый период копания каналов. Кроме того, их использовани удлиняет нормативные сроки ввода площадей в эксплуатацию, приводит к .большим объемам земляных работ за счет многоэтапного углубления осушителей и к загрязнению водоприемников сточными торфяно-болотными кислыми и богатыми органикой водами поскольку их сброс осуществляется прямо из залежи по открытым каналам в водоприемник. Наиболее близким к предлагаемому является способ осущения высокообвод ненных торфяных залежей верхового типа, включающий поэтапное выполнение проводящих и регулирующих открытых каналов С2 3. Недостатком известного способа является большая продолжительность процесса осушения и значительные объемы земляных работ вследствие многоразового (от 3 до 6 раз) углубл ния траншей-осушителей на залежах верхового типа с высокой обводненностью и очень низкой прочностью. Длительность предварительного осу шения при использовании данного способа на залежах с градово-мочажным и градово-озерным комплексом (иаиболее трудноосушаемые и распространенные среди торфяных залежей верхового типа) составляет 5-6 лет, что в 2-3 раза больше предусмотренного нормами технологического проектирования торфяных предприятий. К недостаткам следует отнести также и низкую эффективность работы траншейосушителей, которая обусловлена тем, что прочность торфяных залежей низка и составляет 3-8 кПа. При данной прочности канал работает всего лишь несколько дней, а порой часов и минут. Так, тратшея-осушитель или канал любой другой формы, выполненный на торфяной залежи верхового типа,влажность торфа которой выше 94% и прочность лишь 6 кПа, заплывает вслед за проходом машины. Поэтому большие затруднения связаны с реализацией данного способа на сильнообводненных торфяных залежах верхового типа с наличием значительного количества озер, озерков, мочажин, окнищ и т.д. Выполнение открытых осушителей на такой основе вызывает необходимость применения дополнительных мероприятий - искусственное намораживание, работа копающих машин на еланях и т.п., что связано с дополнительньми затратами и опасностью работы для машин и людей. Деформация каналов, их незначительная начальная глубина понижает эффективность осушения и поэтому их располагают близко друг от друга (10 м). Это вызывает резкое возрастание объема земляных работ. Кроме того, сброс в открытые водоприемники статических (вековых) поверхностных и частично внутризалежных вод при выполнении осушителей загрязняет их. В реках, озерах и других водоемах увеличивается цветность воды, содержание взвешенных веществ в виде органической массы, которая уменьшает содержание кислорода, интенсиф1Л1;ирует развитие микроорганизмов и бактерий в воде. Все это приводит к быстрому загрязнению водоема, уничтожению живых организмов и в последующем к за.болачиванию. Цель изобретения - повышение эффективности осушения. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу осушения высокообводненных торфяных залежей верхового типа, включающему поэтапное выполнение проводящих и регулирующих открытых каналов, в зимний

период перед выполнением открытых каналов на залежи вдоль трасс открытых каналов равномерно на осушаемой площади прокладывают сеть водопоглощающих скважин на глубину, равную глубине залегания водоносного горизонта, и сбрасывают по ним воду в водоносный горизонт, а затем выполняют открытые каналы в три этапа: летом, осенью и зимой до проектной глубины.

Кроме того, расстояние между водопоглотающими скважинами d определяется по формуле где К - безразмерный коэффициент, зависящий от диаметра скважины; Кф - коэффициент фильтрации торфа, м/сут; t - время осушения, сут; 8д - коэффициент пористости; Q - коэффициент сжимаемости тор фяной залежи, кг/м. На фиг. 1 изображена принципиальная схема гидрологического разреза высокообводненного торфяного месторождения верхового типа; на фиг. 2 схема реального гидрологического .раз реза высокообволненной торфяной залб верхового типа месторождения Уломско I; на фиг. 3 - схема разреза торфяно залежи, -осуиземой водопоглощающими скважинами и каналами; на фиг. 4 схема размещения водопоглощающих скважин и каналов, вид в плане. Осушение высокообводненной торфян залежи верхового типа производят сле дующим образом. В зимний период, когда на озерах озерках, мочажинах и других непроходимых местах образуется ледовой покров и резко возрастает несущая способность залежи 1 (фиг. 1 и 2), в тех местах залежи, где ее влажносТ в естественном залегании составляет более 93%, а прочность на сдвиг (по оценке сопротивления торфа сдвигу) менее 6 кПа, пробуривают и оборудую водопоглощающие скважины. Причем их распЬлага;ют равномерно по осушиваемо площади в первую очередь в озерах,озерках и мочажинах и по трассам будущих водопроводящих каналов (фиг. А). Для предотвращения забива ния скважины оборудуют фильтрами. Скважины пробуривают до водоносного

минерального горизонта, лежащего под торфяной залежью и водоупором, и в него сбрасывают поверхностную и внутризалежную воду. Бурят и оборудуют водопоглощающие скважины на расстояНИИ эффективного действия, которое определяется исходя из скорости консолидации, фильтрационных свомств подстилающего грунта и напоров воды в поглощающем горизонте и в залежи. Оно определяете по известному уравнению:

(1 + Ро

d К

а где d - расстояние между водопоглощающими скважинами, м; К - безразмерный коэффициент, зависящий от диаметра скважины } Кф-коэффициент фильтрации торфа, м/сут; Q- коэффициент пористости; Q - коэффициент сжимаемости торфяной залежи, кг/м, Выполняют водопоглощающие скважины в зимний период по той причине, что в декйбре-марте уровень грунтовых вод находится на самой нижней отметке (период межени). В июне-июле, после понижения уровня весенних паводковых вод, производят отрывку водопроводящих каналов на глубину 1,4 м и каналовосушителей на глубину 1,0-1,4 м. На этом заканчивается второй этап осушения. В сентябре-октябре углубляют водопроводящие каналы до глубины 2,02,4 м и сеть каналов-осушителей до 1,4-1,6 м с одновременной закладкой временных мостов-переездов. На четвертом этапе осушения - в ноябре-феврале доводят осушительную и водопроводящую сеть до проектных отметок. Далее извлекают часть обсадных труб из водопоглощающих скважин и переставляют их .на новый неосушенный участок массива. Оставшуюся часть водопоглощающих скважин используют для регулирования уровня грунтовых вод. Для этого в летний пожароопасньй период при эксплуатационном осушении (2 года и более) водопоглощающие скважины закрывают (тампонируют), а в дождливые сезоны, когда уровень грунтовых вод находится от поверхности залежи на расстоянии, меньше предусмотренного нормативами осушения производственных площадей, их открывают и тем самым интенсифицируют осушение полей добычи торфа. Закрыти и открытие водопоглощающих скважин п предлагаемому способу производят либо путем поднятия обсадной трубы в допоглощающей скважины выше водоносного горизонта, т.е извлечением-ее нижней части из водоносного горизонт и помещением в водоупор, либо путем спускания и тогда скважина работает т.в, вода поступает в водоносный горизонт. Этими.двумя способами тампонированием и поднятием осадной трубы производят регулировку уровня грунтовой воды. На фиг. 2 видно, что под водонепроницаемьм (водоупорным) слоем 2 и малопроницаемым слоем 3 залегает водоносный горизонт 4 который выходит в реки Уломку и IleVy что дает возможность сбрасывать воду из залежи в водоприемники. Использование предлагаемого способа позволяет кругльзй год в отличие от известных способов сбрасьгоать пос редством водопоглощающих скважин 5 поверхностные и, что особенно важно, внутризалежиые воды. Известные способы осушения торфяных верхо вого типа с использованием открытых каналов или часто расположенных траншей-осушителей позволяют лишь сбрасывать поверхностные воды до глубины 0,5 м, что недостаточно для технологии торфяного производства. Кроме того, сброс даже этих вод возможен лишь в том случае, если водопррводящие каналы (магистральный и валовые) будут работоспособны, что весьма трудно осуществить на практик осушения высокообводненных торфяных земель верхового типа. Деформация (полная или частичная) одного из водопровод}ящих каналов (даже на небольшом участке) создает подпор по всей осушительной сети на десятках и сотнях гектаров, тем самым резко снижая осушенность залежи. В связи с этим удлиняются сроки осушения и возрастают объемы земляных работ. Пр использовании предлагаемого способа осушение залежи начинается сразу на всей осушаемой площади и не зависит от работоспособности открытых осушителей. Каналы прокапывают уже на предварительно уплотнившейся залежи доводят их за 2-4 прохода до проектных глубин (вместо 6-8 проходов). Поскольку осушение торфяной залежи (удаление свободной воды) происходит по всей толще, то это обусловливает равномерную ее осадку и уплотнение. Это в свою очередь позволяет повысить прочность на большую глубину, а следовательно, и прокапывать более глубокие первоочередные каналы - не 0,8-1,0 м, как это рекомендовано нормативными документами, а более J,0 м. Это позволяет выполнять каналы за меньшее число проходов копающей машины. Уровень грунтовых вод при сочетании водопоглощамщих скважин с открытыми осушитейями располагается ниже на 0,3-0,5 м, что позволяет уменьшить их количество на единицу площади в среднем в 2 раза, т.е. каналы или тpaншeи-ocyшиfeлй выполнять не через 10 м (согласно известному способу), а через 20 м, создавая тем самым сразу технологические карты, принятые в. технологии торфодобычи. Водопоглощающие скважины позволяют в сочетании с открытыми каналами снизить влажность верхнего разрабатываемого слоя на 2-4% и интенсифицировать процесс осушения. Преимущество предлагаемого,способа заключается в том, что водой из залежи через Водопоглощающие скважины и водоносный горизонт можно наполнять пересыхающие реки, озера, водохранилища в период летней межени, когда резкое снижение урО1Вня грунтовых вод, а следовательно, и уменьшение запасов воды в водоприемниках наносит значительный ущерб народному хозяйству. Способ осушения торфяных залежей верхового типа, залегающих на водоразделах, подстилаемых водонепроницаемым слоем толщиной до 2,0 м и водоносными горизонтами, можно использовать также при локальном осушении трасс будущих автодорог, железнодорожных магистралей ЛЭП и т.д., Проходящих через подобные торфяные залежи. По этим трассам размещают сеть водопоглощающих скважин, а после, понижения грунтовых вод нарезают каналы вдоль трасс и производят отсыпку грунта. Это позволяет интенсифицировать процесс осушения залежи и снизить капитальные затраты на выторфовывание. Поверхностные воды в начальный осушения сбрасывают в водоносные горизонты, богатые кальциевыми солями. При фильтрации по ним снижа7.10 тся кислотность и окисляемость тор- фяно-болотных вод, уменьшается количество взвешенных органических веществ и цветность, т.е. происходит их очистка. Поступающая в водоприемник вода самоочищается. Это имеет большое природоохранное значение, поскольку только в начальный период осушения верховой залежи при снижении ее влажности с 94 до 89% из 0,5 м верхнего слоя сбрасывается в водоприемники только со 100 га около 0,5 млн.м воды. Таким образом значительное количество кислых торфяно-болотных вод, богатых органикой, значительно улучшает свои качественные характеристики и не заг рязняет водоприемники при их сбросе по предлагаемому способу. Способ осушения высокообводненных торфяных залежей верхового типа позво.ляет удалять воду прежде всего из наиболее обводненных участков - озер, озерков, окнищ, мочажин, водяных жил и мешков, внутризалежных водяных русел, в то время как согласно известному способу эти места осушаются либо в последнюю очередь из-за невозможности подъездак ним мелиоративной техники, либо вообще не осушатся и замедляют процесс осушения, создавая подпитки, подпоры, градиенты перетока воды к осушаемым площадям и не формируя осушители.

1. СПОСОБ ОСУШЕНИЯ ВЫСОКО-/. : ОБВОДНЕННЫХ ТОРФЯНЫХ ЗАЛЕЯЖИ ВЕРХОВОГО ТИПА, включающий поэтапное выполнение проводящих и регулирующих открытых каналов, отличающийся тем, что, с целью повышения эф. фективности осушения, в зимний период перед выполнением открытых каналов на залежи вдоль трасс открытых каналов равномерно на осушаемой площади прокладывают сеть водопоглощающих скважин на глубину, равную глубине залегания водоносного горизонта, и сбрасывают по ним воду в водоносный горизонт, a затем выполняют открытые каналы в три этапа: летом, осенью и зимой, до проектной глубины. 2, Способ по п. 1, о т л и ч a ющ и и с я тем, что расстояние между водопоглощающими скважинами d определяется по формуле K-f K.tCH|o). о К - безразмерный коэффициент, где зависящий ОТ диаметра скважины; Кф- коэффициент фильтрации е торфа; t - время осушения; а - коэффициент сжимаемости торфяной залежи; EQ- коэффициент пористости.

Стреляное

оз. Сахачево

II II

«iffrrj- -у p-7iW///7// A V/ //y /y/7 ;/ /// //

tntlV IЛЛлняг ..

Пвтуж I

tf /W // /ч/ м

Ч Ч

Я /VM

а f н

Hfv fv а rJ w

II Л

«/-ЧЛ Ь-Й.,

ПШн

|,,

- орФяная водоупорный залежй горизонт

3feii 4 g ctfgg6« fi - A j - Водоносный

naooAL ° горизонт ° движение воды .

1 i I . I , / 1 I«

г;:

. JyTV

Фиг,