CC BY
222
СЕМИНАР 14
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
44 © В.Б. Добрецов, В.Ф. Шуйский,
Л.В. Иванько, С.М. Штин, 2001
УДК 624.132.345:628.8(075.80) х 4
В.Б. Добрецов, В.Ф. Шуйский,
Л.В. Иванько, С.М. Штин
ЭКОЛОГИЯ ОЗЕРА КАК ОСНОВНОЙ КРИТЕРИЙ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ САПРОПЕЛЯ
настоящему времени опубликовано достаточно много работ, содержание которых озер как водоистот
отмечает несостоятельную необходимость широкого освоения озерных месторождений сапропеля, который, как и продукты его переработки, с успехом может быть использован в сельском хозяйстве, животноводстве, в медицине и промышленности [1, 2, 3, 4]. И это в условиях резкого снижения добычи горно-химического сырья для производства минеральных удобрений (внесение их в почву за последние десять - двенадцать лет снизилось в 10-15 раз) имеет чрезвычайно важное значение [5].
Следует отметить, что разработка озерных залежей сапропеля, особенно при совершенствовании существующих и использовании создаваемых вновь технологий, является практически единственным случаем, когда добыча полезного ископаемого сопровождается в основном позитивными результатами: добывается органоминеральное сырье для сельского хозяйства и сырье для ряда других отраслей, производится очистка водоемов с определенным восстановлением гидрологического режима прилегающих территорий, и возобновлением деятельности чников, возникает возможность рыборазведения, обеспечиваются предпосылки создания рекреационных зон, что в настоящее время имеет особую социальную значимость. В настоящее время рассматривается возможность использования сапропелей для целей рекультивации на открытых горных работах.
Отметим, что к озерному сапропелевому месторождению и к земельному отводу неприменимы стандартные подходы. По нашему мнению проблема рациональной добычи и переработки сапропелей, их использование выливается в сложную системную проблему междисциплинарного характера. На рис. 1 показана блок-схема комплексного использования озерного месторождения и земельного отвода. Естественно она приведена в самом общем виде. Как будет показано ниже каждое озерное месторождение при проектировании его разработки потребует сугубо индивидуального подхода, тем более, что многие озерные месторождения расположены вблизи от населенных пунктов и промышленных объектов.
Следует подчеркнуть, что перечисленные выше положительные результаты освоения озерных месторождений сапропеля, должны и могут быть получены только с учетом особенностей экосистемы каждого отдельного конкретного озера и с
Рис. 1. Блок-схема комплексного освоения озерного месторождения сапропеля и земельного отвода
максимально возможным выполнением требований рационального использования природных ресурсов при эксплуатации подводных месторождений.
Что касается рационального использования природных ресурсов, то целесообразно привести схему Лопотко М.З. [6], разработанную им еще в 1978 г. (рис. 2), где предусмотрено комплексное использование и сапропеля, и воды, извлекаемых из озера в процессе разработки. Технологически здесь предусматривается намыв сапропелевой пульпы непосредственно на поля без предварительной первичной ее переработки.
В соответствии с требованиями лимнологов в начальной стадии, предшествующей широкому освоению месторождений сапропелей (прогнозные запасы сапропелей РФ составляют около 300 млрд. м3), укрупненно и, в определенной степени условно, их можно разделить на три большие группы.
I. Погребенные месторождения сапропеля. К ним следует отнести месторождения погибших озер, когда залежь сапропеля перекрыта торфяниками. Разработка таких месторождений осуществляется открытым способом экскаваторами со всеми его общеизвестными преимуществами и недостатками.
II. Месторождения озер, потерявших рыбо- и водохозяйственное значение, когда слои воды над иловой залежью составляет 0,5-1,0 м. Здесь, с точки зрения добычных работ могут быть использованы любые существующие и разрабатываемые методы добычи и первичной переработки сапропеля, однако их выбор определяется технико-экономическими преимуществами и недостатками каждой схемы, а также требованиями экологии для каждого отдельного случая. Однако с целью более полного извлечения сапропеля раз-
Рис. 2. Схема гидромеханизированной очистки озера с утилизацией сапропеля:
1 - землесосный снаряд; 2 - отстойник; 3 - использование высушенного сапропеля в качестве удобрения сельскохозяйственных культур; 4 - орошение посевов отстойными водами; 5 - почвенная очистка отстойных вод; 6 - возвращение отстойной воды в водоем
личной консистенции отработку озерного месторождения целесообразно осуществлять в две стадии. Первоначально специальными техникой и технологией отрабатывается слой сапропеля текучей консистенции (подробнее такие методы рассматриваются ниже), а затем земснарядами или грейферными экскаваторами осуществляется отработка сапропеля более плотной консистенции. Наиболее целесообразно здесь применение земснарядов с широкими грунтозаборными, рабочими органами [7].
III. И, наконец, третья, наиболее значительная часть месторождений, располагающихся в озерах, имеющих рыбо- и водохозяйственное значение со сбалансированной флорой и фауной, но требующих удаления определенной части объема сапропеля, что позволит улучшить экологическое состояние озера и эффективно утилизировать донные осадки, т.е. рационально использовать природные ресурсы. Основным экологическим требованием специалистов-лимнологов, подлежащим обязательному выполнению при разработке таких озерных месторождений сапропеля, является обеспечение сохранности и недопустимость нарушения целостности верхней зоны сапропелевой залежи и распространения в воде облака взвеси при осуществлении добычных работ.
Необходимо подробнее остановиться на основных негативных последствиях разработки озерных сапропелей наиболее распространенными экскаваторными (грей-ферными экскаваторами) и гидромеханизированными (земснарядами с центробежными грунтовыми насосами) способами извлечения сапропелей из озерных залежей.
1. Нарушения окислительно-восстано-
вительного режима водоема. Как известно в большинстве озер воды и приповерхностный слой донных осадков характеризуются окислительными условиями (Eh>200 мВ). На глубине нескольких сантиметров от поверхности в седи-ментах происходит резкое скачкообразное
уменьшение окислительно-восстановительного потенциала до нуля (так называемый «редокск-
лин»). Все слои ниже редоксклина имеют восстановительные условия. При нарушении ратификации донных осадков происходит окисление восстановленных седиментов. Это сопровождается возникновением условий гипоксии или даже аноксии в водной среде, ведущих к массовой гибели гидробионтов - рыб и беспозвоночных животных («замор»). Соответственно, создание экологически щадящих технологий, не нарушающих целостности верхнего слоя ила должно предотвращать возникновение заморов.
2. При экскаваторной и земснарядной разработке происходит высвобождение из донных осадков отложений депонированных биогенных соединений и поллютантов за счет нарушения структуры сапропеля. Это провоцирует резкое увеличение внутренней биогенной нагрузки на экосистему и ускорение эвтрофирования озера. Негативные последствия для биоты водоема имеет также мобилизация депонированных поллю-тантов из глубинных слоев седиментов.
3. Практически неизбежное возникновение облака взвеси при использовании существующих способов разработки земснарядами с гидравлическими и механическими рыхлителями и грейферными экскаваторами сопровождается значительными увеличением мутности воды, ведущей к ухудшению ее биологического качества и к массовой гибели планктона и бентоса. Последняя обусловлена не только гипоксией из-за окисления взвешенного органического вещества в толще воды, но и механическим воздействием взвеси на гидробионты (ингибирование процессов дыхания, питания и др.), а также дальнейшей седиментацией взвеси, наносящей ущерб зообентосу и нерестилищам рыб. При оценке ущерба гидроэкосистемам от существующих методов добычных работ взмучивание оказывается одним из наиболее вредных факторов.
4. Крайне отрицательно на зообентос влияют также механические воздействия, что является следствием спускоподъемных операций при разработке сапропелей грейферными экскаваторами, а также вертикальными и радиальными перемещениями стрел земснарядов, опорных свай, тросов. Как известно большинство организмов зообентоса населяет поверхностные слои сапропелевых залежей. Количественные показатели обилия зообентоса (плотность, биомасса, продукция) уменьшаются с глубиной экспоненционально. При оценке обилия зообентоса профундали (глу-
бинной зоны озер) по любому из этих показателей под единицей площади дна не менее 90% приходится именно на верхний метровый слой седиментов. Кроме этого необходимо учитывать и другие механические нарушения инфраструктуры верхнего слоя сапропеля, сопутствующие некоторым горно-строительным и монтажным работам при освоении озерных сапропелей. Установлено, что засыпка бентосных организмов слоем породы всего лишь в несколько сантиметров вызывает их массовую гибель, в связи с чем особое внимание необходимо уделять процессам дампинга.
Следует подчеркнуть, что гибель зоопланктона и бентоса при производстве гидромеханизированных и экскаваторных работ по добыче сапропеля по существующим технологиям ведет как минимум к двум важным негативным эффектам. Во-первых, наносится ущерб рыбному хозяйству из-за недополучения рыбной продукции вследствие подрыва кормовой базы рыб. Во-вторых, при этом уменьшается и устойчивость озерной экосистемы к дальнейшим воздействиям, т.к. гидробионты активно участвуют в процессах ее самоочищения.
Вышеизложенное предопределяет необходимость создания таких новых методов добычи и первичной переработки озерных сапропелей, которые позволили бы избежать существенных изменений как абиотических, так и биотических характеристик пресноводных водоемов.
Очевидно, что при отмеченных выше ограничениях, разработка подводной залежи сапропеля для месторождений III группы с уровня ее кровли невозможна, что практически исключает использование стандартной экскаваторной в земснаряд-ной техники и соответствующей технологии производства добычных работ. Добычные работы, можно производить только непосредственно из толщи сапропелевой залежи. При этом на первой стадии рационального освоения озерных месторождений по новым технологиям можно говорить о допустимости разработки илов текучей и, частично, вязко-текучей консистенции без их предварительной подготовки к выемке в подводном забое. С этой целью необходима разработка таких технологий и технических средств их осуществления, когда извлечение сапропелей текучей консистенции будет производиться из нижней части этой толщи при постепенном опускании верхней части, не подлежащей нарушению, до допустимых по экологическим признакам
пределов.
Следует подчеркнуть, что сапропели относятся к слабым органоминеральным грунтам, обладающими высокой естественной влажностью, достигающей 800-1300 % [8]. Их гидрофильность обусловлена высокоразвитой пористостью, причем она тем больше, чем больше содержание органического вещества. В отличие от других орга-но-минеральных грунтов сапропели содержат частицы размером менее 0,25 мм при равном содержании органического вещества.
Исследования ряда озер Тверской области (озера Мец, Кубыча и Волчино) показали, что консистенция неминерализированных и слабо-минерализированных сапропелей - текучая в верхних слоях и студенистая в нижних. У дна залегает минерализированный слой мощностью
0,1 -0,6 м с содержанием органики около 5%. Было установлено, что в слабоминерализированных слоях гравитационного уплотнения не происходит и плотность сапропеля близка к единице, т.е. практически равна плотности вода - текучая консистенция. Очевидно, что илы этого региона в значительной степени могут отрабатываться технологиями без их предварительной подготовки к выемке в подводном забое. По данным работы [2] в озерах Белоруссии также преобладают сапропе-ли жидко- и вязкотекучей консистенции (до 90 %). Илы пластичной консистенции составляют около 9, а полутвердой - всего 1 % общего объема выявленных запасов, т.е. можно проследить аналогию с озерами Тверской обл. Так же характеризуются и сапропели озер Карелии, где сосредоточено более 70 % прогнозных запасов сапропелей РФ.
Особый интерес, что определяюще важно для создания новых технологий добычи, представля-
ет степень подвижности сапропеля под покрывающим его слоем воды. Отмечается [8], что сапропель естественной влажности в выемках неустойчив и откосы его имеют заложение т = 20 и более, т.е. менее 3°. Показатель консистенции для сапропелевых отложений находится в пределах 3,4-3,7 [1], что также указывает на их текучесть. По мнению специалистов ВНИИГИМ водонасыщенные малосвязные сапропели (обычно это верхний слой мощностью 2,5-3,0 м) можно разрабатывать свободным всасыванием при скорости 1,1-2,0 м/с без предварительного рыхления.
Отмеченное позволяет говорить о том, что если извлечение будет осуществляться из слоя ила текучей консистенции, приток сапропеля из толщи залежи к месту выемки (подводному забою) будет равномерным из всего окружающего пространства.
Покрывающий ил слой воды будет опускаться вслед за удаляемым сапропелем без участия в технологическом процессе выемки [9, 10].
Отмеченные свойства текучих сапропелей явились решающим фактором при создании новых технологических схем разработки и техники их осуществления. Некоторые принципиальные схемы экологичных и малоотходных технологий различной степени проработки для сапропелей текучей консистенции, созданные нами, рассматриваются ниже.
1. Разработка погружными грунтовыми насосами с максимально возможным по длине илоза-борным пульповодом (рис. 3).
Принципиально возможны два варианта расположения грунтового насоса:
а) насос расположен на некотором расстоянии Z выше уровня воды в озере;
б) насос расположен на некотором расстоянии Zl ниже уровня водоема (погружной грунтовый насос).
Для случая «а» максимальная длина всасывающего пульповода L рассчитывается по выражению:
Г \
L =
-1
где V - допустимый вакуум перед грунтовым насосом; g - ускорение свободного падения; X - коэффициент Дарси; Б - диаметр всасывающего пульповода; V - скорость течения сапропеля во всасывающем пульповоде.
Пренебрегая высотой расположения грунтового насоса 2 над уровнем водоема (что соответствует реальной действительности при эксплуатации центробежных грунтовых насосов), получим расчетную формулу для Ь:
( \
L =
V_ 2 g
-1
для случая «б» формула приобретает вид:
(" Л
L =
V + Z . 2g
-1
т.е. грунтовый насос здесь работает в более выгодном энергетическом режиме (работа с «подпором») чем и определен выбор погружного грунтового насоса.
Подобная схема технически реализуется достаточно просто при ведении добычных работ непосредственно с берега при опущенном в ил всасывающем пульповоде с пригрузом (крутой берег) или со специального пирса или мостков (пологие берег и дно озера).
2. Разработка скважиной со сложной пространственной ее траекторией (рис. 4).
В СПбГГИ разработана и испытана (доц. Ю.Б.
Рис.3. Разработка погружными грунтовыми насосами с максимальной длиной илозаборного пульпопровода:
1 - илозаборный пульпопровод; 2 - грунтовый насос; 3 -напорный пульпопровод; 4 - аккумулирующая емкость; 5 -нижняя граница сапропеля текучей консистенции; 6 -уплотненный ил; 7 - слой воды; 8 - сапропель текучей консистенции.
Синай) оригинальная буровая установка с силовым вертлюгом-вращателем (крутящий момент до 50 кНм). Созданный экспериментальный образец буровой установки позволил успешно пробурить серию горизонтальных и наклонных скважин диаметром 214,5 мм длиной от 300 до 700 м со сложными пространственными траекториями. Для бурения и последующего разбурива-ния пилотной скважины до диаметра, не превышающего 300 мм можно использовать буровой станок ЗИФ-1200 и бурильные трубы геологоразведочного сортамента. Для бурения скважин большего диаметра целесообразно использовать зарубежные станки, например, японской фирмы «КОКЕН» (станок FS-100 Super). Основные расчетные формулы аналогичны варианту разработки 1, рассмотренному выше.
В процессе селективной выемки ила различного качественного состава использованные криволинейные участки скважины перекрываются цементными
пробками, а основная скважина проходится на очередной горизонт разрабатываемой толщи сапропеля и заканчивается следующим искривленным участком.
3. Работа по схеме «шурф-скважина».
По этой технологической схеме вначале (рис. 5) проходится накопительный шурф, а затем из него - вскрывающая горизонтальная скважина в нижней границе (почве) толщи текучего сапропеля.
Основная расчетная формула для определения потерь напора в скважине, являющейся пульповодом для сапропеля, имеет вид:
Рис. 4. Скважинная разработка:
1 - технологический ангар (сгущение, обезвоживание, фасовка и упаковка, сапропеля); 2 - накопительный котлован; 3 - слой воды; 4 - прямолинейный участок добычной скважины; 5 - искривленные участки добычной скважины для селективной выемки сапропеля; 6 - нижняя граница сапропеля текучей консистенции
Hh _
L - Іл
■ + %-------------------------
PC - g 2g
L_
D
где HH - потери напора; т0 - начальное сопротивление сдвига; V - скорость течения сапропеля; Ь и Б - длина и диаметр скважины.
Время заполнения накопительного шурфа самотеком:
_ 200•Н0 ;
0 Qo ;
Очевидно, что время заполнения шурфа-накопителя зависит от величины Н0 (т.е., от длины Ь и диметра Б скважины-пульповода - рис. 5) и от расхода Q0 (т.е. от диаметра и количества скважин). Из шурфа на перерабатывающие агрегаты ил подается грунтовым насосом. Такая схема
Рис.6. Разработка погружными илозаборными агрегатами:
1 - погружной илозаборный агрегат; 2 - технологический ангар; 3 - понтонная трасса; ^ - слой воды; НИТК - мощность ила текучей консистенции; hИA - высота погружного илозаборного агрегата, по уровню среза илозаборника грунтового насоса
так же как и предыдущая технология может быть использована при больших запасах и мощности сапропелевого месторождения.
4. Разработка погружными илозаборными агрегатами (рис. 6).
Погружной илозаборный агрегат имеет гибкую связь (на тросах) с несущим понтоном. В качестве привода рационально использовать гидродвигатель компактно сагрегированный с грунтовым насосом. Гидродвигатель позволяет плавно регулировать частоту вращения рабочего колеса насоса в зависимости от технологических характеристик разрабатываемого сапропеля. Грунтовый насос может быть перистальтическим (шланговым) или погружным
низконапорным центробежным упрощенной конструкции. Оба варианта насосов разработаны СПбГГИ и успешно испытаны в лабораторных и натурных условиях [11].
Применительно к разработке илов текучей консистенции, а также их селективной выемке, представляется целесообразным изменить расположение грунтозаборного агрегата в толще иловой залежи. На рис. 7 показана его принципи-
альная схема. Грунтозаборник расположен вертикально вверх срезом так, что ил постоянно под собственным весом и давлением вышележащих слоев поступает в рабочую камеру грунтового насоса. Ниже располагается гидродвигатель. Для интенсификации процесса грунтозабора агрегат может быть снабжен рыхлителем спирального типа, расположенным на продолжении вала рабочего колеса или вибронаконечником в виде пространственной решетки.
Подобный илозаборный агрегат позволит осуществлять достаточно строгую селективную
Den. 5. Daaioa її пба'а «шурф-скважина»:
1 - технологический ангар; 2 - шурф; З - скважина; 4 -слой воды над иловой залежью; 5 - нижняя граница сапропеля текучей консистенции
выемку ила: агрегат будет погружаться в ил на определенную заданную глубину, а срез грунто-заборника, обращенного вверх будет находиться на нижней границе разрабатываемого слоя.
Нижеприведенный расчет погружного илоза-борного агрегата, который может найти широкое использование, показывает достаточную простоту его гидросистемы и возможность несложного изготовления.
Рассмотрим вариант объемного гидропривода с гидросистемой, работающей на масле. При этом параметры добычного насоса агрегата приняты следующими: расход по илу текучей консистенции Q равен 150 м3/ч = 0,04 м3/сек; напор Н = 5 м (низконапорный грунтовый насос, как наиболее простая конструкция); плотность сапропеля рс = 1600 кг/м3 (берем с запасом); КПД грунтового насоса агрегата ^ = 0,5. Тогда потребная мощность двигателя составит:
„ _ • Q•H _ 160°9^0,045 _ 63кВт
Ч 0,5 1000 ’
При определенной нами мощности электродвигателя масляного насоса достаточно и целесообразно применение дроссельной системы регулирования (рис. 8) - потери при работе переливного клапана экономически оправданы. В связи с этим насос может быть принят нерегулируемым (изменение числа оборотов приводного
насоса осуществляется за счет работы переливного клапана). Выбираемый насос не несет заданной моментной нагрузки и должен обеспечивать частоту вращения =1500-3000 об/мин. В этих условиях наиболее целесообразными являются обратимые машины (мотор-насосы) [12]. Из существующих подходящим для определенной нами мощности является аксиально-поршневой мотор-насос марки МНА-16/200 (мощность в режиме работы мотора - 7,25 кВт, насоса - 8,7 кВт). Принятый мотор-насос удобен еще и тем, что максимальная частота вращения в режиме мотора (что должно соответствовать частоте вращения рабочего колеса насоса погружного илозаборного агрегата) равна 3000 об/мин, номинальная частота вращения мотора 1500 об/мин. Остальные основные параметры насоса следующие: давление -20 МПа, рабочий объем - 16 см3, расход - 27,8 л/мин, кпд - 0,9, масса - 16,5 кг. Основные размеры: длина - 2,35 мм, поперечные размеры 130 х130 мм.
Таким образом, в системе будут работать две совершенно одинаковые машины: а) в режиме насоса; б) в режиме мотора. На рис. 8 приведена схема гидросистемы с
дроссельным регулированием при последова-
тельно включенном дросселе. В рассматриваемой схеме реверс гидромотора не предусмотрен поскольку это не вызывается технологическими требованиями.
Следует отметить, что для наших целей в качестве привода для насоса погружного ило-заборного агрегата может рассматриваться вариант использования вместо мотор-насоса МНА шестеренчатого мотор-насоса МНШ-32У (мощность в режиме мотора - 7 кВт, насоса -10,5 кВт). Отметим, что конструктивно, шестеренчатые насосы проще.
В качестве переливного клапана можно принять конструкцию Г54-2 с расходом 35 л/мин при массе 2,8 кг и размерах 200х60х60
Рис. 8. Принципиальная схема пидружнотомы по-
иружНицшогашарврати» агрегата с дроссельным
р егул11уро>иан;1не1рукцця;г1Йг-р^эж!н!орр(г-эу|11лизвидро1ас^р;2, - -
видргрмнторрвЬ АасослирующитаафоссллЕо 4п-ырерши5нойо-
кружной5г->у]и]дронйсо1а;сос- бл-кррбдвигаколвро7 нафошьтр; -йлооброрный ктпайо^-^ливниражрыхлитель; 9 - напорный пульповод; 10 - несущие тросы
мм. Дросселем может являться конструкция Г77-14 с массой 6,5 кг и размерами 175x105x130 мм. Аккумулирующую емкость принимаем в расчете на трехминутный расход, т.е. ее объем составит 105 литров. Масса остальных элементов системы
- 10 кг. Для нашего примера целесообразно принять всасывающие шланги диаметром 30 мм, а нагнетающие диаметром 20 мм при массе одного метра 4 кг.
Система регулирования работает следующим образом. Переливной клапан постоянно открыт и пропускает не менее 5% расхода, подаваемого насосом на гидромонитор. Когда дроссель прикрывается, часть постоянно подаваемого нерегулируемого насосом расхода идет через переливной клапан, увеличивая утечку через него. При этом скорость вращения гидромотора уменьшается. Для увеличения скорости вращения гидромотора, а, следовательно, увеличения числа оборотов рабочего колеса грунтового насоса, необходимо путем регулирования рукояткой увеличивать проходное сечение отверстия дросселя.
Достаточно подробное рассмотрение методики расчета гидросистемы погружного илозаборного агрегата вызвано тем, что подобная техника может с успехом применяться во всех рассматриваемых схемах в качестве основного (добывающего) или вспомогательного (перекачивающего) оборудования. Возможность длительного нахождения и работы погружного илозаборного агрегата на одной точке стояния при разработке сапропелей текучей консистенции позволяет кардинально изменить способ транспортирования добытого ила естественной влажности, если это диктуется требованиями потребителя. Применительно к условиям
оз. Коди-Ярви (Карелия) разработан вариант использования мостового сооружения на понтонной основе, связывающего добычной агрегат с бере-
гом. Были выбраны серийно выпускаемые понтоны КСУ грузоподъемностью 27 т, из которых формировалась трасса для автосамосвалов ЗИЛ-ММЗ-4505.
5. Разработка с использованием погружного илозаборного колодца.
По предлагаемой схеме железобетонный колодец диаметром D опускается в толщу сапропеля (рис. 9) на глубину Нь которая определяется прочностными характеристиками донных отложений конкретного месторождения. Мощность слоя воды над сапропелевой залежью равна h, диаметр регулируемого впускного отверстия - d, а перепад уровней ила в озере и колодце - Н, Н0 -расстояние от уровня ила до центра впускного отверстия, Н\ - толща сапропеля текучей консистенции.
При наибольшем перепаде уровней ила в озере и в колодце расход через впускное отверстие составит:
—(р в-ь + р о'Н 0);
Р с
рв - плотность воды; л - коэффициент расхода (0,8); рс - плотность сапропеля.
Время наполнения колодца до нижней кромки впускного отверстия:
Т _
Н - к\ Н0 +
4Q
С достаточной степенью уверенности можно говорить, что разрабатываемые нами технологии в значительной степени устраняют отмеченные ранее недостатки экскаваторного и земснарядно-го способов разработки сапропеля.
Выше были рассмотрены некоторые создаваемые нами варианты щадящей технологии выемки текучих сапропелей из озерных отложений. Однако необходимо остановиться и на вопросах первичной переработки.
При земснарядной и экскаваторно-грейферной разработке сапропеля, добытый ил размещается на специально оборудованных береговых площадях (в чеках-отстойниках или на площадках суш-
Рис 9. К гидравлическому расчету погружного колодца: к - слой воды; Н1- мощность воды; Н - разница в уровнях сапропеля в озере и добычном колодце; Н0 - расстояние от уровня сапропеля в озере до оси выпускного отверстия; й - диаметр впускного отверстия.
1 2 3 4 5
5. Работа по схеме «шурф -скважина» То же То же То же То же
6. Мобильная блочномодульная То же Добыча сапропеля только текучей консистенции и, частично, вязко-текучей. То же Некоторые минимальные и разовые нарушения экологии озера и прилегающих территорий при сооружении технологических и вспомогательных объектов.
7. Схема с ис- пользова-нием погру-жных илозаборных колодцев То же Добыча сапропеля только текучей консистенции. То же То же
ки-обезвоживания) до приобретения ими необходимой влажности. При этом гидромеханизированная разработка предопределяет отчуждение значительных береговых площадей в связи с чрезвычайно низкой консистенцией перекачиваемой пульпы (3 %—5 % сапропеля). Экскаваторная разработка требует меньших площадей для устройства площадок, обезвоживания и сушки добытого сапропеля, поскольку извлекается ил естественной влажности с незначительным разжижением его при зачерпывании и подъеме ковша. Однако в обоих случаях нарушается экологическое состояние прибрежных территорий с проявлением ряда негативных последствий.
В связи с этим в СПбГГИ разработана блочномодульная технология добычи и первичной переработки сапропеля. Суть ее состоит в том, что добычной блок подает ил естественной влажности на сгуститель, а затем сгущенный ил перемещается на переработку на обезвоживатель до достижения им необходимой влажности (60-65 %
- для удобрений, 25-27 % - для выполнения компонентов при изготовлении стройматериалов и керамических изделий и т.д.). После этого осуществляется фасовка и упаковка готовой продукции на соответствующих поточных линиях-блоках.
При этом весь комплект модулей располагается на головном пакете понтонов в специальных укрытиях (разработка погружными илозаборными агрегатами и погружным колодцем), либо на берегу в ангарах (скважинная разработка по схеме «шурф-скважина»). Для всех перечисленных технологических операций по переработке добытого сапропеля существует реальный набор отечественной и зарубежной техники, которая может быть успешно использована (с некоторыми доработками) на практике. Сравнительные характеристики существующих и разрабатываемых технологий приведены в табл. 1, 2.
В заключении следует подчеркнуть, что при существующем сейчас уровне технических и технологических возможностей освоения озерных сапропелей с минимальными нарушениями экосистемы для озер, имеющих водо- и рыбохозяйственное значение (и прилегающих территорий) по щадящим технологическим схемам реально говорить целесообразности массовой разработки сапропелей только текучей и , частично вязкотекучей консистенции. В качестве вариантов можно предложить схемы, созданные в СПбГГИ и рассмотренные в настоящей статье.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Фомин А.И. Технология добычи местных удобрений (сапро-пелей). - М. Высшая школа, 1969.
2. Лопотко М.3., Кислое Н.В. Использование сапропелей в народном хозяйстве СССР и за ру-
бежом. - М., Изд-во ЦБНТИ Мин-топпром РСФСР, 1990.
3. Добрецое В.Б., Лигоцкий Д.Н., Зайцев В.А. Гидромеханизи-
рованная разработка донных озерных месторождений. - СПб., Изд-во СПбГГИ, 1995.
4. Добрецов В.Б., Холоднякова В.А. Экология и технология разработки сапропелевых месторождений. - СПб., Изд-во СПбГгИ, 1996.
5. Тимченко А.И. Геологогенетические проблемы фосфори-тообразования. Путь
развития фосфатно-сырье-вой базы в России и странах СНГ.// Горный вестник. 1966 (специальный выпуск).
6. Лопотко М.З. // Озера и сапропель. Минск. Наука и техника. 1978.
7. Штин С.М. //Опыт и перспективы разработки сапропеля. Горный журнал. № 6, 1998.
8. Меламут Д.Л. Гидромеханизация в ирригационном и сельскохозяйственном строительстве. М., Стройиздат, 1967
9. Добрецов В.Б. Освоение озерных месторождений сапропелевых илов России.// Горный журнал. № 8, 1995.
10. Добрецов В.Б. О создании сапропелевой промышленности в России.// Горный вестник. № 4, 1988.
11. Галустьян Э.Л., Добрецов В.Б. Рациональная технология добычи сапропелевых илов.// Горный вестник. № 6, 1998.
12. Ковалевский В.Ф. и др. Справочник по гидроприводам горных машин. Изд. 2-ое переработанное и дополненное. М. Недра, 1973.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
У------------------------------------------------------------------------7
Добрецов Виктор Борисович - доктор технических наук, профессор, Санкт-Петербургский государственный горный институт (Технический университет).
Шуйский В. Ф., Иванько Л.В - СПбГГИ (ТУ).
Штин Сергей Михайлович - кандидат технических наук, вице-президент ФПК «Гидромехстрой».
