CC BY
36
Для ЭМС с асинхронным двигателем
Юп
Тм = J-
М,.
где а0 и Мк - постоянные величины.
В случае систем с упругими связями, экспериментальное определение момента инерции каждого звена проводится по той же методике. Для этого выделяется рассматриваемый участок кинематической цепи (рис. 4) и по алгоритмам (7) - (10) определяют момент инерции этого участка. Значения МАВ, а0АВ рассматриваемого участка в характерных точках определяют с помощью датчиков момента и скорости.
Точность определения момента инерции можно проверить сравнением измеренных величин с величинами, полученными аналитически по выражениям:
( „г Л
I
= I
= Ф
Фал + (yjÄÄ У
sin
yt + arctg
YJä
"ää у
sin (rt+фАл);
jJ.
J I-2
Рлв = arctg—^ ; М mAA = ®m^ КАв + (J АВ У
AB
Из последнего получим: com =
М
mAA
л!к2АВ +(JAB У
Рис. 4. Многомассовая расчётная схема
Таким образом, оперативный метод определения обобщённых динамических параметров позволяет реализовать систему контроля технического состояния машин и решать задачи технического обслуживания на современном уровне. В качестве примера можно привести разработанную систему контроля и регулирования загрузки привода одноковшового экскаватора в эксплуатационных режимах, защищённую патентом [3].
Библиографический список
1. Математические основы теории автоматического регулирования: учеб. пособие для вузов / под ред. Б.К. Чемодано-ва. М.: Высш. шк., 1971. 808 с.
2. Мозгалевский А.В., Калявин В.П., Костанди Г.Г. Диагностирование электронных систем. Л.: Судостроение, 1984. 224 с.
3. Леоненко С.С., Глухих В.И., Леоненко А.С., Прокопьев А.Ю. Способ контроля и регулирования загрузки привода одноковшового экскаватора в эксплуатационных режимах и устройство для его осуществления: пат. № 23764222 Рос. Федерация. МПК Б02Р 9/20, Н02Р 5/00; заявл. 11.07.2008; опубл. 20.12.2009. Бюл. № 35.
УДК 622.882
ВЛИЯНИЕ ЭКСПОЗИЦИИ ОТКОСОВ ОТВАЛОВ НА ПРОЦЕСС ИХ САМОЗАРАСТАНИЯ
Б. Л. Тальгамер1, А. В. Шиверновский2, Е. А. Коробкова3, Ю. Г. Рославцева4
1,4Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 2,3Черемховский горнотехнический техникум, 665400, г. Черемхово, ул. Ленина, 26.
Рассмотрены факторы, влияющие на естественное самозарастание нарушенных земель, проанализированы результаты полевых работ, проведенных на Черемховском разрезе и Центральном участке Заларинского гипсового месторождения. Дана оценка влияния экспозиции склонов отвалов на интенсивность восстановления растительного покрова. Ил. 10. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: нарушенные горными работами земли; эрозия; выполаживание поверхности; самозарастание.
EFFECT OF THE EXPOSURE OF DUMP SLOPES ON THE PROCESS OF THEIR SELF-OVERGROWING
1Тальгамер Борис Леонидович, доктор технических наук, профессор, декан горного факультета, тел.: (3952) 405197, e-mail: go_gor@istu.edu
Talgamer Boris Leonidovich, Doctor of technical sciences, professor, Dean of the Mining Faculty, tel.: (3952) 405197, e-mail: go_gor@istu.edu
2Шиверновский Анатолий Васильевич, преподаватель, тел.: (39546) 50590. Shivernovsky Anatoly Vasilievich, lecturer, tel.: (39546) 50590.
3 Коробкова Елена Ананьевна, заместитель директора по учебной работе, тел.: (39546) 50590, e-mail: korobel@yandex.ru; Korobkova Elena Ananievna, Deputy Director for Academic Affairs, tel.: (39546) 50590, e-mail: korobel@yandex.ru;
4Рославцева Юлия Геннадьевна, магистр, техник кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, тел.: (3952) 405104, e-mail: Roslavtseva@mail.ru
Roslavtseva Yulia Gennadievna, holder of a Master's degree, technician of the chair of Exploitation of Natural Resources Deposits, tel.: (3952) 405104, e-mail: Roslavtseva@mail.ru
B.L. Talgamer, A.V. Shivernovsky, E.A. Korobkova, Yu.G. Roslavtseva
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074. Cheremhovo Mining and Technical College, 26, Lenin St., Cheremhovo, 665400.
The authors consider the factors affecting the natural self-overgrowing of disturbed lands. They analyse the results of the field works carried out in Cheremhovo open-cast and in the central site of Zalarinsky gypsum deposit. They give the assessment of the effect of the exposure of dump slopes on the intensity of revegetation. 10 figures. 3 sources.
Key words: lands disturbed by mining; erosion; flattening of the surface; self-overgrowing.
В настоящее время значительная часть нарушенных горными и строительными работами земель оставляется под самозарастание. К таким землям относятся участки после природоохранного направления рекультивации, а также законсервированные объекты. Процесс самозарастания таких земель проходит в различных условиях и где-то он почти не требует интенсификации, а где-то восстановления растительности на поверхности практически не происходит.
На процесс естественного зарастания нарушенных земель влияет значительное количество факторов: состав пород; степень расчленения поверхности; высота отвалов и глубина выработок; углы откосов; расположение относительно водоёмов и уровня грунтовых вод; удалённость от леса и состав растительности на прилегающих территориях и т.д.
Немаловажное и неоднозначное влияние на процесс восстановления растительности оказывает экспозиция склонов. В некоторых случаях для самозарастания предпочтительнее южные склоны, а в некоторых, наоборот, - северные. Для выработок, оставленных под самозарастание, как правило, с более увлажненной поверхностью бортов и дна, южная и юго-западная экспозиции способствуют лучшему прогреванию и выживаемости самосева. Склоны выработок с северной экспозицией из-за недостатка тепла и света зарастают более медленно. В то же время склоны отвалов и насыпей с южной экспозицией из-за недостатка влаги зарастают в условиях умеренного климата, как правило, гораздо хуже северных.
Для северной экспозиции при уклоне 2-5° интенсивность солнечного освещения уменьшается по сравнению с горизонтальной поверхностью на 25%, а при уклоне 6° - почти на 50% [1]. По сравнению с равнинными участками склоны южной экспозиции получают больше тепла, северные - меньше; на южных склонах температура поверхности в вегетативный период (>10°С) возрастает примерно на 0,5%, а на северных склонах - снижается на 0,5% на 1° уклона. На склонах западной и восточной экспозиций эта разница незначительная и её можно не учитывать [2]. Таким образом, температурный режим поверхностного слоя зависит от экспозиции склона. При этом следует отметить, что в первую половину вегетации склоны юго-западной экспозиции прогревается сильнее, чем склоны северо-западной экспозиции. Во второй половине вегетации ситуация меняется: более высокие температуры фиксируются на склоне северо-западной экспозиции. Большая разница температуры нагрева наблюдается не только на склонах с разной экспози-
цией, но и в пределах одного склона. Вогнутые части нагреваются в дневные часы на 4-6° больше, чем выпуклые, приподнятые участки. Склоны с разной экспозицией получают разный запас влаги: южные - меньше, северные и восточные - больше. Склоны южных экспозиций за счёт усиления испаряемости и поверхностного стока имеют меньшие запасы воды в породах. Величины коэффициентов увлажнения на южных склонах уменьшаются примерно на 1% на 1° уклона. На северных склонах до 10° коэффициент увлажнения увеличивается примерно на 0,35% на 1° уклона, а в интервале 10-20° - на 0,2% на каждый 1° уклона, превышающего 10°. При дальнейшем увеличении крутизны склонов увеличение увлажнения почвы может не наблюдаться [3].
Кроме освещенности и увлажнения на самозарастание склонов с разной экспозицией оказывает различное влияние ветровое воздействие, препятствующее закреплению и развитию растительности, усиливающее или ослабляющее эрозионные процессы.
С целью оценки интенсивности самозарастания откосов отвалов в зависимости от их экспозиции нами были проведены полевые исследования на Черемхов-ском угольном месторождении.
Исследования проводились на отвалах, имеющих разную ориентацию по странам света и срок существования от 18 до 55 лет. Исследования показали, что наибольшее влияние на экзогенные геологические процессы, которые в основном формируют поверхность, профиль и углы откосов отвалов, влияют следующие факторы:
- гранулометрический состав горных пород, слагающих отвал;
- петрографический и минеральный состав горных пород;
- время существования отвала;
- количество и характер атмосферных осадков;
- ориентация отвала относительно стран света;
- направление и скорость ветра.
Иркутский угольный бассейн расположен в южной части Сибирской платформы и протянулся от пред-горьев Восточных Саян в северо-западном направлении полосой шириной до 100 км от оз. Байкал до г. Нижнеудинска. Расположение хребтов Восточных Саян определяет направление ветров, имеющих в пределах Черемховского района юго-восточное или северо-западное направление.
С учётом приведённых выше факторов исследования проводились на отвалах, имеющих юго-восточную, северо-западную, южную и северную ори-
ентацию склонов. Замеры углов наклона откосов отвалов проводились по профилям, располагающимся в средней части отвала перпендикулярно его простиранию. Породы, составляющие отвалы, в основном представлены песчаниками (73%), из них 40% имеют кремнистый цемент, что обуславливает VIII категорию крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова, и требуют при выемке проведения буровзрывных работ. Остальные песчаники имеют глинистый цемент. Глинистые породы (глина, алевролиты, аргиллиты) составляют 25%.
Полевые исследования проводились на трёх отвалах, где были отстроены четыре профиля на склонах с разной экспозицией (рис. 1). Ниже приведена краткая информация по намеченным профилям с описанием условий и состояния восстановления растительного покрова.
m
¡5U
50
I Ё4|
Мо
£ Е
/ 4
/ ''nF 3 ПР2
1Р1
Рис. 1. Профили исследуемых склонов отвалов
Профиль № 1. Замеры углов проводились в средней части отвала № 1, расположенного на нерабочем борту, образованном при проходке разрезной траншеи экскаватором ЭШ-15/90 в 1960 году (возраст отвала 50 лет), и имеющего юго-восточную ориентацию. Профиль имеет падение на юго-запад. Высота отвала составляет 40 м, углы откоса изменяются от 27о в нижней части до 29о в верхней части при наличии трёх практически горизонтальных площадок оползания. Первоначальные углы откоса составляли порядка 45о. Наличие останцев крепких пород на отвале позволило определить, что горные породы, преимущественно песчаного состава, за период стабилизации отвала подвергались процессам физического выветривания (рис. 2). Разрушенные обломочные породы под действием эолового переноса были рассеяны как в пределах карьерного поля, так и за его пределами. Мощность слоя смытых (снесённых) со средней части откоса отвала горных пород была около 2-3 м. В результате этих экзогенных процессов произошло уменьшение угла откоса отвала.
Хаотичное распределение глинистых пород в отвале при его отсыпке и неравномерное удаление разрушенных песчаных пород с отвала привело к возникновению оползней в период интенсивных дождей, о чём свидетельствуют три оползневых площадки на изучаемом профиле.
Рис. 2. Останцы крепких пород на отвале № 1
Несмотря на значительный срок существования отвала на нём зафиксированы лишь редкие группы деревьев, представленные тополями (Popylus), реже соснами (Pinus silvestris), имеющими высоту до 3-х м и возраст не более 10-15 лет (рис. 3). Откос отвала имеет островное травяное покрытие, представленное (в порядке распространённости) пореем (Agropyron), тысячелистником (Achillea millefolium), горошком мышиным (Vikiреже a cracca), полынью (Artemisia absinthium), осотом (Sonchusarvensis), овсянкой (Testuka), камнеломкой (Saxi traga), кровохлёбкой (Sanguigorba), донником (Melli lotus officinalis). Преобладание порея указывает на то, что почва уплотнена и накопление гумуса в дальнейшем будет происходить более интенсивно, что приведёт к скорейшему восстановлению плодородия почвы. Аналогичная картина наблюдалась и на других отвалах, имеющих юго-восточную и юго-западную экспозиции.
Рис. 3. Тополя и сосны на юго-западном склоне отвала № 1 (профиль № 1)
Профиль № 2. Замеры углов проводились в средней части отвала, образованного экскаватором ЭШ-15/90 в 1980 году (возраст отвала 30 лет) и имеющего северо-западную ориентацию. Склон имеет ориентацию на северо-восток. Высота отвала составляет 45 м, углы откоса от 32о в нижней части до 35о в
3
верхней части при наличии двух практически горизонтальных площадок оползания. Первоначально углы откоса составляли около 45о.
Процессы физического выветривания происходили медленнее, чем на склоне по профилю № 1, о чём свидетельствуют останцы песчаников с кремнистым цементом. Мощность слоя горных пород, перемещённого ветром и разрушенного процессами выветривания, составляет около 1 м. Большое ветровое воздействие на северо-западные склоны приводит к сносу с них снегового покрова в зимний период и, как следствие, к большей глубине промерзания, что также негативно влияет на закрепление древесной растительности. На склоне выросли группы сосен и берёз высотой от 3 до 5 м, тополя встречаются изредка и имеют высоту чуть больше 1 м. Травяной покров прерывистый, по своему составу аналогичен покрову профиля № 1 (рис. 4).
Рис. 4. Растительность на северо-восточном откосе отвала № 2 (профиль № 2)
Профиль № 3. Замеры углов проводились в средней части отвала, образованного экскаватором ЭШ-15/90 в 1955 году (возраст отвала 55 лет) и ориентированного на север. Высота отвала составляет 50 м, углы откоса изменяются от 43о в нижней части до 49о в верхней части.
Процессы физического выветривания, о чём свидетельствует наличие останцев песчаников, происходили очень медленно. На склоне растут отдельные сосны (Pinus silvestris), кусты облепихи (Hyppophae rnamnoides) высотой до 2,5 м. Наблюдаются участки склона, покрытые редкой травой или без неё (рис. 5). Травяной покров состоит (по распространённости) из клевера красного (Trifolium repens), мха (Ptiliumcrista castrensis), тысячелистника (Achillea millefolium). На участках склона, представленных глинистыми породами, наблюдаются сплошные заросли облепихи высотой до 2,5 м с редким травяным покровом (рис. 6).
Рис. 5. Растительность на северном склоне отвала № 3 (профиль № 3)
Рис. 6. Заросли облепихи на глинистых породах северного склона
Профиль № 4. Замеры углов проводились в средней части отвала, образованного экскаватором ЭШ-15/90 в 1955 году (возраст отвала 55 лет) и ориентированного на юг. Высота отвала составляет 50 м. В результате интенсивно происходящих экзогенных процессов углы откоса увеличились от 60о в нижней части и до 70-75° в верхней части.
Процессы выветривания, денудации продолжаются до сих пор, что приводит к накоплению обломочного материала у подножия отвала. Верхняя часть и основание отвала поросли редким кустарником (облепихой) и травой (рис. 7).
Рис. 7. Южный склон отвала № 3 (профиль № 4)
По результатам полевых исследований можно сделать следующие выводы:
- наименьший срок стабилизации и более мощный растительный покров имеют отвалы, ориентированные на север (рис. 8);
склоны зарастают преимущественно облепихой, а северные, северо-западные и юго-западные - ивой.
х ^с-в
ю-з ю-в
Рис. 8. Плотность древесной растительности, шт/м , на склонах отвалов с углом естественного откоса, имеющих разную экспозицию после самозарастания
в течение нескольких десятков лет для условий Черемховского угольного разреза
- на отвалах, ориентированных на юго-восток и северо-запад, происходят интенсивные экзогенные процессы, что приводит к их выполаживанию и переносу значительных масс обломочного материала, слагающих отвалы на прилегающую территорию. Наибольшее влияние на эти процессы оказывает ветер, имеющий в районе месторождения северо-западное и юго-восточное направления;
- отвалы, ориентированные на юг, подвергаются интенсивному воздействию экзогенных процессов и имеют длительный срок стабилизации (более 50 лет).
Аналогичные наблюдения были проведены на Центральном участке Заларинского гипсового месторождения, отрабатываемого ЗАО «Нукутский карьер» (рис. 9, 10), а также на отвалах, образованных при добыче песчано-гравийной смеси в пойме р. Ангара. Результаты этих наблюдений в целом соответствуют предыдущим и указывают на более интенсивное зарастание северных склонов отвалов и очень медленное - южных. При этом с уменьшением высоты отвалов и крутизны их склонов влияние экспозиции уменьшается. Для невысоких отвалов вскрышных пород в пойме р. Ангара при достаточной увлажнённости поверхности разница была не столько в плотности растительного покрова, сколько в видовом составе растений. Южные, юго-восточные и северо-восточные
Рис. 9. Южный склон отвала № 6 Нукутского гипсового карьера
Рис. 10. Растительный покров на северном склоне отвала № 2 Нукутского гипсового карьера
Результаты полевых исследований указывают на необходимость большего выполаживания южных склонов отвалов в процессе рекультивации или консервации на длительный срок. При этом с увеличением высоты отвалов угол наклона выполаживаемой поверхности должен сокращаться. Если при высоте отвалов, сложенных рыхлыми отложениями, до 5 м угол наклона откосов может составлять до 30°, то при высоте отвалов Н=10-15 м он должен быть уменьшен до 18-23°, а при Н > 15-20 м - до 12-18°.
Библиографический список
1. Техника и технология рекультивации на открытых разработках / А.К. Полищук, А.М. Михайлов, И.И. Заудальский и др. М.: Недра, 1977. 214 с.
2. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия земель сельскохозяйственного назначения. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2003. 240 с.
3. Карменов И.И., Фриев Т.А. Бонитировка почв на основе почвенно-экологических показателей // Почвоведение. 1982. № 5. С. 13-21.
