CC BY
386Труды Инсторфа 11 (64)
13
УДК 622.331
Гамаюнов С.Н.
Гамаюнов Сергей Николаевич, д. т. н., проф. каф. торфяных машин и оборудования Тверского государственного технического университета (ТвГТУ). Тверь, Академическая, 12. [email protected]
Гамаюнова А.Н.
Гамаюнова Александра Николаевна, аспирант кафедры торфяных машин и оборудования ТвГТУ
К ВОПРОСУ О КЛАССИФИКАЦИИ СПОСОБОВ ДОБЫЧИ ТОРФА
Аннотация. Обоснованы отличительные признаки, и выполнена систематизация способов производства торфяной продукции из торфа-сырца, добываемого из залежи различными методами.
Ключевые слова: торф, способ добычи, вид сырья, способ производства, классификация.
Gamayunov S.N.
Gamayunov Sergey N., Dr. Sc., Prof. of the Chair of Peat Machinery and Equipment of the Tver State Technical University. Tver, Academicheskaya, 12
Gamayunova A.N.
Gamayunova Alexandra N., a graduate student of the Chair of Peat Machinery and Equipment of the Tver State Technical University
ON THE CLASSIFICATION OF METHODS OF PEAT EXTRACTION
Abstract. Distinctive features and systematization of ways of production of peat products from the raw material extracted from a deposit by various methods are considered.
Key words: peat, method of peat extraction, type of raw material, production method, classification.
14
Труды Инсторфа 11 (64)
В научной и учебной литературе, в публикациях в сети интернет, посвящен-н ых торфяной отрасли, заявляется множество способов добычи торфа: фрезерный, гидравлический, багерный, скреперноэлеваторный, элеваторный, резной, фрез-формовочный, кусковой и др. [1-4]. Следует отметить, что в ГОСТ 21123-85 «Торф. Термины и определения» дается дефиниция только следующим способам добычи торфа.
Фрезерный способ добычи торфа - послойное фрезерование торфяной залежи с полевой сушкой и уборкой торфа.
Скрепер-бульдозерный способ добычи торфа - послойное рыхление поверхности торфяной залежи с образованием расстила торфяной крошки, полевая сушка и уборка.
1. Экскаваторный способ добычи кускового торфа - экскавация торфа из торфяной залежи, его переработка, транспортирование, формование с образованием расстила кускового торфа, полевая сушка и уборка.
2. Фрезформовочный способ добычи кускового торфа - щелевое или послойное фрезерование торфяной залежи с формованием торфа, полевой сушкой и уборкой.
3. Кусковой способ добычи торфяной подстилки - нарезка торфа низкой степени разложения с последующей сушкой и уборкой. Однако до настоящего времени не разработана классификация способов добычи торфа, которая учитывала бы все многообразие предложенных технических решений их реализации.
Попытки систематизировать все множество способов и технологических схем добычи торфа предпринимались неоднократно и продолжаются по сей день [2-4]. Несомненно, что навести порядок в этом разнообразии очень важно для лучшего понимания исследуемой предметной области, так как нахождение удачной классификации может иметь целый ряд существенных результатов, и в частности, подсказать возможные пути совершенствования торфяной техники. Поэтому классификация по возможности должна быть достаточно содержательной.
Основной вопрос при разработке той или иной классификации - что заложить в ее основу - может решаться по-разному, в зависимости от того, для кого она создается и на решение какой задачи направлена.
Так, по оценке степени экологического риска, в работе [2] способы добычи торфа
подразделяются на поверхностно-послойные, карьерные и селективные. Впервые установлен рискологический ряд способов и технологий для экологической оценки добычи торфа: фрезерный - поверхностный кусковой - щелевой кусковой - багерный - экскаваторный -селективный - гидроторф.
В зависимости от технико-экономических показателей добычи торфа авторами работы [3] предложена следующая классификация способов добычи торфа по мере убывания эффективности: фрезерный; скрепер-бульдозерный; экскаваторный; фрезформовочный; гидравлический; элеваторный; багерный; резной.
Авторы [3] считают, что все существующие способы добычи торфа можно разделить по степени механизации и промышленному значению на три группы:
1. Наиболее механизированный: фрезерный, багерный; гидравлический.
2. Механизированные: скреперно-элеваторный; гидроэлеваторный.
3. Ручные: элеваторный; резной.
Кроме того, внося еще больший сумбур в рассматриваемую тему, предлагают способы добычи торфа классифицировать по следующим признакам:
1) по форме добываемой торфопродукции -торфяная крошка или торфяной кусок;
2) по направлению торфодобычи - послойноповерхностное или карьерно-глубинное;
3) по виду переработки торфопродукции. Наиболее целостная классификация способов добычи торфа дана в работе [4]. Авторы проанализировали типы способов; группу, вид способа; характер первичного нарушения залежи; средства механизированной добычи; средства полевой переработки; транспортировку; сушильный процесс; цеховую переработку; получаемую продукцию. Учитывая особенности механизации и состав технологий, способы добычи торфа подразделяют на несколько групп:
1. Резной: ручной послойный и карьерный; машинорезной; элеваторный.
2. Машиноформовочный: элеваторный формованный; экскаваторный многоковшовый (багерный); экскаваторный одноковшовый; скреперно-элеваторный.
3. Гидравлический: гидроскреперный; гидроэлеваторный; гидравлический.
4. Фрезерный: селективный; фрезформовоч-ный; фрезерный (механический, пневматический, раздельный); бульдозерный.
Труды Инсторфа 11 (64)
15
Без сомнения, данная классификация объединяет все самые распространенные технологические схемы добычи торфа, однако есть в ней и некоторые противоречия. Например, пятая группа объединяет фрезерные виды способов добычи торфа. Однако фрезерный способ добычи торфа, предложенный и разработанный в 1927 г. Инсторфом, - послойно-поверхностный способ разработки торфяной залежи, при котором добыча торфа осуществляется c поверхности тонкими слоями за короткие циклы, а конечная продукция, получаемая по этому способу - фрезерный торф [5, т. 5, с. 346]. Практики вряд ли согласятся, что, снимая верхний слой залежи бульдозером с отвалом, мы сможем получить крошку фрезерного торфа. Кроме того, при фрезформовочном способе извлечение массы торфа идет не с поверхности, а из слоя залежи 40 см.
Проблематично будет определить, куда по этой классификации можно отнести гидрофрезерный способ добычи торфа [6] (который успешно до сих пор используют в Белоруссии при добыче сапропеля [7]) и самый перспективный по экологической безопасности способ скважинной гидродобычи торфа (СГДТ) [2], совмещающий положительные стороны гидравлического и селективного способов.
Следует также отметить, что авторы работы [4] считают пригодными для маломасштабной добычи торфа следующие способы: ручной; экскаваторный; бульдозерный; гидроэкскаваторный; плуговой; фрезерный; формованного куска. Однако упоминания о некоторых из этих способов также не представлены в разработанной ими классификации «способов добычи торфа».
Такое многообразие «способов» и трудности в их систематизации связано с тем, что совмещаются понятия «способ добычи торфа» и «способы производства торфяной продукции», а в некоторых случаях и «технологическая схема добычи торфа».
В толковом словаре Ушакова дается определение добычи как «извлечение богатств из недр Земли». Естественно, схожее определение дается и в «Горной энциклопедии»: «Добыча полезных ископаемых - процессы извлечения твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых из недр Земли с помощью технических средств» [5, т. 2, с. 234].
Напомним, что процесс добычи полезных ископаемых заключается в разработке месторождений полезных ископаемых. При разра-
ботке месторождений производится выемка полезного ископаемого и транспортировка его к местам дальнейшей переработки или полезного использования, исходя из чего под способом добычи торфа будем понимать методы перевода торфа, находящегося в залежи, в подвижное состояние выемочно-погрузочным оборудованием.
Именно поэтому многие из упомянутых выше «способов добычи торфа» и названы по основному устройству, нарушающему целостность залежи и осуществляющему выемочнопогрузочные действия: специальной лопатой-резаком - резной; струей воды высокого давления - гидравлический; экскаватором -экскаваторный; многоковшовым экскаватором (багером) - багерный способ и т. д. По аналогии, когда структура поверхности залежи измельчалась с помощью плуга - плуговой, а фрезерного барабана - фрезерный способ добычи торфа.
Таким образом, многие из перечисленных выше способов добычи не являются таковыми, а их нужно рассматривать как способы производства торфяной продукции - совокупность производственных процессов, имеющих целью получение торфяной продукции.
Напомним, что в основу «фрезерного способа добычи торфа» положено изобретение от 1923 г. инженера И.А. Рогова «Способ получения торфяного топлива в виде порошка и крошки с поверхности болот». Фрезерный торф не добывают, а его производят из добытого торфа-сырца. Поэтому нужно рассматривать не «фрезерный способ добычи торфа», а «фрезерный способ производства торфяной продукции», ибо конечным результатом технологического процесса является продукция -топливный крошкообразный высушенный торф (а при другой условной влаге - торф для приготовления компостов и др.).
В свою очередь, технологический процесс промышленного производства фрезерного торфа в зависимости от вида получаемой продукции и применяемого оборудования осуществляется по нескольким технологическим схемам [8]. Следует отметить, что применение разнообразных технологических схем и используемого для их реализации многовариантного оборудования влияет на показатели производства и качество получаемой торфяной продукции.
Аналогично торфяную подстилку или кусковой торф, упомянутые в ГОСТ 21123-85, не
16
Труды Инсторфа 11 (64)
добывают, а производят из добытого по определенному способу торфа-сырца, используя соответствующее технологическое оборудование по резке или формованию, сушке и пр. Мы, конечно, не вправе вносить изменения в государственный стандарт, но предлагаем в дальнейшем понимать, что большинство так называемых способов добычи торфа следует называть способами производства торфяной продукции, например, кусковой способ производства торфяной подстилки, экскаваторный способ производства кускового торфа и т. п.
Всем технологическим процессам торфяного производства свойственно одно - вначале извлекается из залежи торфяное сырье в том или ином виде, а уже потом из него различными приемами получают продукцию в полевых условиях или поставляют для дальнейшей переработки.
Обобщая опыт технологии добычи полезных ископаемых открытым способом и торфяного производства можно заключить, что торф из залежи добывают разнообразным выемочно-погрузочным оборудованием, используя способы перевода торфа в подвижное состояние, основанные:
• на экскавации;
• гидромеханизации;
• механическом рыхлении.
Экскавация - технологический процесс
отделения горной массы (горных пород или полезных ископаемых) от массива или навала, осуществляемый путем внедрения в него исполнительного (рабочего) органа машины, который при этом наполняется экскавируемой породой; осуществляется экскаваторами, буль-
дозерами, скреперами, погрузчиками и пр. [5, т. 5, с. 453].
Под гидродобычей полезного ископаемого понимается такая технологическая схема, при которой разрушение породного массива и транспортировка горной массы производится с помощью энергии потока воды [9]. Вариантами гидродобычи являются скважинная гидродобыча, гидромониторная разработка на открытых горных работах, земснарядная разработка и др. В частности, гидромониторная разработка - ведение горных работ посредством разрушения породного массива струей воды гидромонитора [5, т. 2, с. 52], которую в технологии торфяного производства называют гидравлическим способом (гидроторф).
Механическое рыхление представляет собой процесс послойного отделения от массива и одновременного разрушения горных пород [10], осуществляемый специальным оборудованием - рыхлителем [5, т. 4, с. 434].
Используя эти способы перевода торфа, находящегося в залежи, в подвижное состояние, получают торфяное сырье в виде:
• кусков близко к правильной формы;
• в виде комков различного размера;
• гидромассы;
• крошки.
Поэтому в качестве классифицирующего признака способов производства торфяной продукции в полевых условиях предлагается принять вид добываемого торфа-сырца, получаемого при деструкции залежи различными способами добычи (табл.)
Ручной резной торф известен уже не одну сотню лет, и способ его производства приме-
Табл. Основные способы производства торфяной продукции в зависимости от видов торфа-сырца
Fig. The main methods of production of peat products, depending on the types of peat raw obtained by various methods of extraction
Основа способа добычи торфа Вид добываемого торфа-сырца Способ производства торфяной продукции
Экскавация КУСКАМИ Ручной резной
Машино-резной
КОМКОВАТЫЙ Экскаваторный
Багерный
Бульдозерный
Гидромеханизация ГИДРОМАССА Гидравлический
Земснарядный
СГДТ
Механическое рыхление КРОШКООБРАЗНЫЙ Фрезерный
С пассивным рыхлением
Фрезформовочный
Труды Инсторфа 11 (64)
17
няется в некоторых странах до сих пор. Торф вырезают из залежи специальными лопатами-резаками в виде кирпичей (кусков) с ненарушенной структурой, которые затем высушивают и используют на топливо или в строительстве.
На промышленных предприятиях торфяные куски ненарушенной структуры и заданных размеров вырезают из залежи экскаватором, у которого вместо ковша устанавливают специализированную насадку, или самоходной машиной типа Steba. Поэтому указанный в ГОСТ 21123-85 «Кусковой способ добычи торфяной подстилки» есть не что иное, как машино-резной способ производства торфяной продукции в виде кусков (кирпичей) близко к правильной формы, поставляемых после сушки и уборки для дальнейшей переработки.
Комковатое торфяное сырье получается после экскавации залежи различными техническими средствами. В настоящее время наиболее распространены технологические схемы, в которых торфяное сырье извлекают одноковшовым экскаватором или срезают слой торфа с поверхности залежи ножом бульдозера [11]. За границей и сейчас используют багеры различной конструкции, подающие комковатый торф для дальнейшей переработки и получения кускового топлива. В эту группу способов производства торфяной продукции, использующих такое сырье, также можно включить: элеваторный, в котором экскавацию осуществляют вручную лопатами; скреперно-элеваторный, в котором экскавация торфа из залежи осуществляется с помощью специального ковша - скрепера.
Общее у всех способов производства торфяной продукции с использованием на добыче торфа метода гидромеханизации - получение гидромассы торфа и транспортирование ее по трубопроводу для дальнейшей переработки.
Одним из первых промышленных способов производства торфяного топлива является гидравлический способ добычи торфа. Он основан на размывке торфяного массива струей воды, идущей под сильным напором из гидромонитора. Торф при этом превращается в текучую гидромассу, которую торфососами от рабочего карьера перегоняли по трубам для дальнейшей переработки и разлива на поля сушки и проведения других технологических операций производства кускового топливного торфа. Очевидно, что и «гидрофрезерный способ добычи торфа» [6] также относится к этой
группе, так как торф из залежи добывают в виде гидромассы, а затем ее передают на переработку и получают крошкообразную торфяную продукцию.
Вместо торфососов применяли элеваторные («гидроэлеваторный способ») или скреперные («гидроскреперный способ») установки, которые вычерпывали гидромассу из забоя и передавали ее для первоначальной переработки и перекачки на поля сушки.
Делаются попытки применения других технических средства гидромеханизации для извлечения торфа из обводненных месторождений - земснарядом, оснащенного специальным фрезеро-шнековым разрыхлителем [12]. В процессе разрушения и перемешивания с помощью данного устройства отфрезерованной торфяной массы с водой образуется торфяная пульпа, которая по трубопроводу подается в цех по производству торфяного топлива.
Современной разновидностью гидромеханизации добычи торфа является метод скважинной гидродобычи торфа, который осуществляется с помощью размыва отдельных генетических слоев торфяной залежи тонкими струями воды высокого давления с одновременным засасыванием получаемой торфяной пульпы (гидромассы) и дальнейшим транспортированием ее по трубопроводам на модульный участок переработки торфа [2].
Крошкообразное торфяное сырье получают механическим рыхлением, то есть посредством деструкции поверхности залежи активными или пассивными агрегатами и устройствами.
Как отмечалось, фрезерный способ производства получил свое название от начальной операции фрезерования - процесса обработки торфяной залежи фрезами. При этом добыча торфа-сырца осуществляется активным рыхлением залежи.
Способы производства фрезерного торфа в зависимости от используемых машин по перемещению торфа с поверхности залежи (уборке) подразделяют на бункерный, перевалочный, пневматический. К этой группе технологических схем производства торфяного крошкообразного топлива относится также технология добычи торфа с раздельной уборкой из наращиваемых валков и многие другие их разновидности [8].
Когда разрыхляют поверхность торфяной залежи пассивными рабочими органами -дисковыми лущильниками, культиваторами, плугами и пр., - то получаемый при этом торф
18
Труды Инсторфа 11 (64)
нельзя называть фрезерным. Такая добыча торфяного сырья используется во многих технологических схемах производства торфа для сельскохозяйственного использования, например, «скрепер-бульдозерный способ добычи торфа» (по ГОСТ 21123-85), который назван и в этом случае по наименованию машины, занятой уборкой готовой продукции.
Предлагается все многообразие технологических схем, использующих для разрыхления сельскохозяйственное и ему аналогичное оборудование, называть способами производства крошкообразного торфа с пассивным рыхлением торфяной залежи.
В так называемом фрезформовочном способе добычи кускового торфа (по ГОСТ 2112385) добыча торфа осуществляется дисковой или винтовой (шнековой) фрезой в виде крошки, которая поступает в агрегат по ее формованию в куски с последующей выстилкой их на поля сушки. Именно поэтому его отнесли в группу способов производства торфяной продукции, использующих крошкообразный торф, несмотря на то что конечной продукцией данного технологического процесса производства является кусковое топливо.
Таким образом, используя различные технические средства, извлечь торф из залежи, то есть добыть полезное ископаемое, можно только тремя способами, основанными на экскавации, гидромеханизации, механическом рыхлении. При этом получается торф-сырец в виде соответственно кусков или комков, гидромассы, крошки, из которых в дальнейшем по многообразным технологическим схемам производства получают торфяную продукцию как в полевых, так и заводских условиях. В связи с этим вместо традиционно используемых названий разнообразных «способов добычи» торфа следует применять термин «способы производства» той или иной торфяной продукции.
Исходя из рассмотренных представлений, в работе проведена классификация не по типам используемой техники на основной операции технологического процесса, а по виду торфа-сырца, извлекаемого из залежи различными способами добычи.
Библиографический список
1. Богатов, Б.А. Добыча и переработка горных пород. Осадочные горные породы: учебное
пособие / Б.А. Богатов, Н.И. Березовский. -Минск: БНТУ 2005. - 134 с.
2. Торф. Ресурсы, технологии, геоэкология / В. И. Косов [и др.]. - СПб.: Наука, 2007. - 452 с.
3. Жигульская, А.И. Новое оборудование и технологии комплексной безотходной добычи и переработки ресурсов торфяного месторождения: учеб пособие / А.И. Жигульская, Т.Б. Яконовская. - Тверь: ТвГТУ 2012. - 160 с.
4. Перспективное использование выработанных торфяных болот: монография / Под общей редакцией д. г. н. В.В. Панова. -Тверь: Триада, 2013. - 280 с.
5. Горная энциклопедия: в 5 томах / Гл. ред. Е.А. Козловский. - М.: Советская энциклопедия. - 1991.
6. Зюзин, В.А. Гидромеханизированная разработка торфяных месторождений с применением послойного разлива гидромассы /
B. А. Зюзин, И.Л. Рапиовец / Тр. Калининского торфяного института. Вып. X. - М.: Госэнергоиздат, 1959. - С. 63-69.
7. Мисников, О.С. Анализ технологий разработки торфяных месторождений в странах дальнего и ближнего зарубежья / О.С. Мисников, А.Е. Тимофеев, А.А. Михайлов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М: МГГУ 2011. -№ 9. - С. 84-92.
8. Васильев, А.Н. Перспективные технологии производства фрезерного торфа: Учебное пособие / А.Н. Васильев. - Тверь: ТГТУ 2007. - 184 с.
9. Рыльникова, М.В. Систематизация и структуризация технологических схем гидродобычи твердых полезных ископаемых / М.В. Рыльникова, В.А. Юков, Ю.В. Корнеев // ГИАБ. - 2012. - № 2. - С. 64-71.
10. Шпанский, О.В. Технология и комплексная механизация добычи нерудного сырья для производства строительных материалов: учеб. для вузов /О.В. Шпанский Ю.Д. Буянов. - М.: Недра, 1996. - 426 с.
11. Гамаюнов, С.Н. Совершенствование средств механизации малотоннажной добычи торфа / С.Н. Гамаюнов, А.Н. Гамаюнова // Известия вузов. Горный журнал. - № 1. -2014. - С. 4-12.
12. Штин, С.М. Гидромеханизированная добыча торфа и производство торфяной продукции энергетического назначения /
C. М. Штин. - М.: Горная книга, 2012. - 357 с.
