Способ подачи местных вод для обводнения выработанных торфяников и устройство его осуществления - RU2662473C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к добыче торфа, конкретно к работам по восстановлению торфяных болот, и в частности к обводнению выработанных торфяников.

Покрытые торфом болотные земли занимают 21% территории страны, в некоторых районах до 40-50%. В зависимости от возраста болот и интенсивности образования торфа мощность торфяных залежей наиболее часто встречается 1-3 м, но бывает в отдельных понижениях до 8 метров.

Следует отметить, что многие земли торфяных болот в настоящее время имеют большую выработку залежей торфообразующих торфяных болот. Необходимость экологической реабилитации выработанных торфяников, возобновления в них болото - и торфообразовательных процессов, возрождения биосферных функций, а также пожароопасной ситуации при выработанных торфяников (повторное заболачивание) является актуальной задачей.

Можно привести в этом случае Международное совещание «Восстановление торфяных болот в России в целях предотвращения пожаров и смягчения изменения климата», которое проводилось 2016 году (27-28 сентября) - Владимир - национальный парк «Мещера»: Результаты проекта и перспективы сотрудничества, которые являются частью Международной климатической инициативы (IKI), где предпочтение было отдано непосредственно осмотру объекта.

Для примера можно сделать ссылку на публикацию (Задеренко О.И., Ямпольский А.Л., Власов Е.Б. «Временные рекомендации по проектированию обводнения выработанных и выведенных из эксплуатации площадей торфяных месторождений». Часть 3. М., 2008).

Как отмечено в известном источнике (Н.П. Карпенко, Д.А. Манукьян. Системы управления водным режимом на торфяниках для предупреждения их возгорания. Журнал. Мелиорация и водное хозяйство. №4, с. 13-17, 2012), общая площадь торфяников на территории Московской области составляет 254,5 тыс. га, из которых 75 тыс. га являются пожароопасными. В практике активного снеготаяния и обильных дождей происходит подъем уровня горизонтов воды и образование водной поверхности. Однако при этом должны создаваться новые системы, которые могли бы создавать регулируемый водный режим местного стока, исключающий, в конечном счете, любое возгорание торфяных месторождений. Таким образом, недостаток воды может быть устранен в значительном притоке местного стока вод в болото, который сопоставим с накоплением воды в зарегулированном русле реки или ручья с расходом воды в них, а также возможности перехвата стока близлежащих болот и т.д. Таким образом, перехватить и отвести эти воды для подачи на выработанные торфяники.

Известен способ тушения пожара на глубине, включающий подачу воды ниже уровня поверхности земли, воду подают непосредственно к очагу горения, для чего в зависимости от глубины расположения очага на удаленном расстоянии от него проходят котлован глубиной, соответствующей глубине нахождения огня, и из него пробуривают горизонтальную с установкой обсадной колонны скважину в направлении очага горения либо, если огонь находится на значительной глубине торфяника, с поверхности земли на удаленном расстоянии от очага горения пробуривают наклонную с установкой обсадной колонны скважину в направлении очага горения и искривляют ее в горизонтальной плоскости на глубине горения торфа, затем в пробуренную любым способом скважину помещают перфорированную на конце бурильную трубу и подают в нее под давлением воду, после ликвидации очага горения бурильную трубу извлекают, а обсадную колонну используют для тушения повторного возгорания (Патент RU №2438739, А62С 3/02 от 10.01.2012).

Недостатком известного решения является использование сложной буровой установки с насосами, для реализации способа с поверхности земли требуется специальный котлован, хранения и отведения воды, кроме того, требует дополнительных энергетических затрат и времени. При этом известное решение ограничено тем, что необходимо долгое время проводить гидродинамическое нагнетание воды или специальной жидкости в очаг горения, т.е. другими словами, не происходит допустимые сроки заполнения отдельных участков и колебаний уровней грунтовых вод на них (в том числе на территории, прилегающей к обводняемой площади), что позволяет полностью исключению возможности возгорания торфяников. Кроме того, известный способ приводит к значительному увеличению капитальных и эксплуатационных затрат ввиду значительной стоимости и сложности обсадных колон скважины, бурильной трубы, а также подачи специальной жидкости в виде воды и поверхностью активных веществ под давлением в трубу. Другим недостатком является отсутствие перехватить и отвести местный сток воды в сторону выработанных месторождений торфа.

Известен способ предотвращения пожара в торфяниках, включающий прокладку каналов вокруг очага возможного возгорания, подачу и наполнение каналов водой, в зимний период прокладывают каналы по всему очагу возможного возгорания и намораживают в подготовленных каналах и естественных углублениях ледяные массивы посредством подачи воды в них в зимний период (Патент RU №2254154, А62С 3/02 от 20.08.2005).

Данный способ предотвращения пожара в торфяниках принят как наиболее близкий аналог.

Недостатком известного способа в условиях обводнения выработанных торфяных болот является то, что по технологическим причинам необходимо в каналах накапливать воду и замораживать ее в зимний период. Однако использование таких каналов невозможно обводнить большую часть территории выработанных месторождений торфяных болот, если учитывать их разбросанность и значительную площадь выработок торфа. Кроме того, потребуются значительные затраты на подержание достаточного накопления воды в таких каналах, для эффективного и возможного обводнения торфа, постоянно необходимо в его затоплении, а также отсутствие регулирующих сооружений (пруды-накопители, зарегулированные русла и т.д.) не позволяет перехватить и отвести местный сток для обводнения торфяных выработок.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения -расширения области применения и повышения эффективности работы путем обеспечения регулирования и экологической надежности при обводнении выработанных торфяников и прилегающих к ним территориям, а также создания гидротехнического сооружения для обеспечения перетока воды на участки торфяника.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что способ подачи местных вод для обводнения выработанных торфяников, заключающийся в создании использования воды с доступного источника. Ее перемещение на затапливаемые участки выработанного торфяника, согласно изобретения водоисточником является площадь русла ручья и создания условий для источника, который проходит по уклону местности, и который дополнительно разделяют в средней части насыпной дамбой на самостоятельные каналы, начальные участки которых связаны с верхним бьефом, а концевые участки - с основными участками выработки месторождений торфа, при этом концевой участок каждого канала выполняют в плане сужающимися от верхнего бьефа к нижнему бьефу, с коленообразным разворотом не менее 180° по отношению к начальному участку, и осуществляют перехват затопленного участка канала в виде пойменного участка, и перегораживающее водопереливное сооружение в виде короба, со стороны нижнего бьефа размещают в каждом канале, при этом перегораживающее водопереливное сооружение в виде короба, с возможностью забора воды за пределы пойменного участка выполняют с автоматическим сбросом воды уровня верхнего бьефа и, затопления участка выработанного торфяника до расчетного его наполнения.

Кроме того, сужающую боковую стенку канала, в сторону коленообразного поворота, снабжают струенаправляющим элементом, установленным на пороге, с возможностью поворота в горизонтальной плоскости и выполняют в виде горизонтальной секторной пластины, которая выполнена дугообразной с кромкой, струенаправляющий элемент обращен к подпорному перегораживающему водопереливному сооружению.

Предлагаемый способ позволяет использовать местный сток, например ручья, вытекающего из вышерасположенных болот, перенасыщенных излишками воды, как от таяния снега, так и от дождевых паводковых вод, который необходимо зарегулировать

(задержать) в виде пойменного участка в ручье (канала), перевести в спокойное состояние, а через коленообразный разворот со струенаправляющим элементом подачи воды затем подают эту воду на выработанные торфяники вокруг с прилегающей территории ручья. Поток воды распределяется и переводится из турбулентного (бурного) в ламинарный (спокойный), режим, обеспечивают подачу больших объемов местного стока. Кроме того, накопленный объем воды в зарегулированном участке русла - в течение всего сезона эксплуатации источника, тем самым обеспечивается максимально экологическое вхождение воды в выработанные торфяные болота, а это позволяет участки торфяника в течение всего сезона эксплуатации источника, тем самым обеспечивается максимально экологическое вхождение воды в выработанные торфяные болота, а это позволяет повысить уровень экологической безопасности от возгорания выработанного торфяника и его первоначального восстановления, не зависимо от рельефных условий расположения местности и геометрических размеров.

Кроме способа подачи местных вод для обводнения выработанных торфяников, настоящее техническое решение предлагает устройство для его осуществления.

Аналогом также принимаем вышеуказанный прототип, в котором имеется канал и источник.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение эффективности работы для обводнения выработанных торфяников, путем регулирования расходов воды.

Технический результат достигается тем, что устройство для подачи местных вод для обводнения выработанных торфяников, включает канал с водой, согласно изобретения концевые участки канала имеют подпорное перегораживающее водопереливное сооружение в виде короба с возможностью вертикального перемещения, в верхней части напорной сливной торцевой стенки короба выполнено водопропускное отверстие, снабжено с внутренней стороны короба подпружиненным клапаном с внутренней стороны короба с размещенным над ним водосливным козырьком, а в нижней части другой сливной торцевой стенки короба, установленной в наклонных направляющих, выполнено водовыпускное отверстие.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Для проверки изобретения требованию «изобретательского уровня» заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от ближайшего аналога признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, не выявлено влияние предусмотренных существенными признаками заявляемого изобретения на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень» по действующему законодательству.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображена принципиальная технологическая схема подачи местных вод для обводнения выработанных торфяников;

на фиг. 2 показано предлагаемое сооружение для регулирования уровня воды как регулировочное и подпорное сооружение;

на фиг. 3 показан узел струенаправляющего элемента, выполненный в виде горизонтальной секторной пластины с вертикальной дугообразной пластины.

Заявленный способ подачи местных вод для обводнения выработанных торфяников, представляет собой источник воды, который проходит по уклону местности между расположенными с боков выработанные участки 1 и 2 торфяника, и представляет собой в этих границах управляемый источник воды в виде ручья 3, вытекающего из ближайшего болота (не показано) данной территории, с которой аккумулируются воды, например, втекающих в ручей. Ручей 3, содержащий верхний 4 и нижний 5 бьефы разделяют в средней его части насыпной разделяющей дамбой на два самостоятельных канала 7 и 8

начальные участки, которых связывают с верхним бьефом 4, а концевые участки - с основными участками выработки месторождения торфа. Концевые участки выполняют коленообразным разворотом не менее 180° (т.е. на угол 180° и более) по отношению к начальному участку ручья 3 в виде верхнего бьефа 4. Устройство для регулирования уровня воды в концевых участках нижнего бьефа канала размещают перегораживающее водопереливное сооружение, которое выполняют в виде короба 10, установленного с возможностью принудительного перемещения по наклонным к горизонту направляющим 11. В верхней части напорной стенки 12 короба 10 выполняют водопропускное отверстие 13. Водопропускное отверстие 13 снабжают подпружиненным клапаном 14 с внутренней стороны короба 10, над которым размещают по ширине короба водосливной козырек 15. В нижней части другой сливной торцевой стенки 16 короба 10 выполняют водовыпускное отверстие 17, сообщение которого с нижним бьефом выполнено свободно. Стенку 16 выполняют в виде части сливного щита и снабжают в верхней части своей регулятором 18 ее положения. Перегораживающее водопереливное сооружение 10 верхнего бьефа работает в автоматическом режиме и позволяет повысить точность и надежность работы пойменного участка зарегулированного ручья в месте забора воды за счет поддержания в нем (канала) постоянного напора (уровня) воды для перетока ее на затапливаемые участки 1 и 2 торфяника.

Кроме того, по всей ширине нижнего бьефа со стороны торцевой стенки 16 короба 10 размещают водослив 9 из монолитного бетона, т.е. ниже берегов ручья (канала).

В местах расположения коленообразного разворота 9 каналов 7 и 8 к водоприемному отверстию 20 на входе в сторону выработанных торфяных участков 1 и 2, снабжают отверстия 20 бетонными порогами 21 и устанавливают на каждом из них с возможностью поворота с горизонтальными плоскостями на оси 22 струенаправляющий элемент, выполненный в виде горизонтальной секторной пластины 24 прикрепленной к дугообразной кромке вертикальной дугообразной пластине 25. Элемент 23 обращен дугообразной пластиной 25 к перегораживающему водопереливному сооружению в виде короба 10.

Способ подачи местных вод для обводнения выработанных торфяников осуществляется в предлагаемом устройстве следующим образом.

С помощью определения протекания ручья 3 между выработанными участками 1 и 2 торфяника определяют требуемую длину зарегулированного участка русла ручья (подпора сбросного коллектора), вклинивающего между участками торфяника, обустраивают разделение с помощью насыпной разделительной дамбы 6 на два самостоятельных огороженных между собой друг от друга канала 7 и 8, для чего используют их как накопительные зарегулированные пойменные участки русла ручья, которые будут работать в режиме обеспечения самонапорного выпуска воды в каждый из участков каналов 7 и 8 в сторону выработанных торфяников.

Для наполнения каналов 7 и 8 (пойменных участков), перегораживающее водопереливное сооружение в виде короба 10 занимает нижнее положение с установленной стенкой 16 определяемом уровнем воды в каналах 7 и 8 (пойменных участков). Положение перегораживающего сооружения в виде короба 10 поддерживают с помощью регулятора 18 положения. Этот процесс производят путем перемещения стенки 16 короба 10 по направляющим 11. При этом при излишках воды в канале 7 и 8 возникает давление на сливной короб со стороны стенки 12 (p - давление воды), что при превышении необходимого уровня воды в зарегулированном участке в виде каналов 7 и 8, вода начинает давить на напорную торцевую стенку 12 короба 10. Под действием этой силы подпружиненный клапан 14, снабженный с внутренней стороны короба, отжимается и также открывает водопропускное отверстие 13, через которое вода поступает в короб 10. Кроме того, при превышении заданного уровня часть воды устремляется через сливные стенки короба 10 в полость его, а из нее - через водовыпускное отверстие 17, а другая часть воды переливается через водослив 19 и также поступает транзитом в ручей 3.

Вода транзитом в ручей 3 (при отсутствии подачи воды через коленообразный разворот 9 в сторону выработанных участков 1 и 2 торфяника) может поступать по дну каналов 7 и 8, минуя верх короба 10, это может происходить благодаря расположению короба 10, перемещаемого по направляющим 11 вверх.

При понижении уровня воды в канале 7 или 8, соответственно, напор воды уменьшается, и давление на подпружиненный клапан 14 тоже уменьшается, при этом последний отжимается пружиной в исходное положение. Это обеспечивает

Автоматическое поддержание уровня воды на пойменном участке русла (каналов 7 и 8) для заданной направленной подачи воды самотеком через установленную горизонтальную плоскость струенаправляющего элемента 23 на оси вращения 22 и выполненного в виде горизонтальной секторной пластины с прикрепленной к дугообразной вертикальной дугообразной пластиной 25 с кромкой, самотеком в сторону затапливаемых участков 1 и 2 выработанных торфяников. Таким образом, для создания необходимого уровня воды в зарегулированных участках каналов 7 и 8 над порогом 21 со струенаправляющими элементами 23, вода свободно поступает в местах расположения коленообразных разворота 9 непосредственно из каналов 7 и 8, далее вода поступает через струенаправляющие элементы 23 на участки 1 и 2 выработанных торфяников, заполняют их в полном объеме, при этом высотные отметки, которых назначаются исходя до первоначального значения заполнения болот, связанное с торфоразработками.

При паводковых (излишних) расходах, когда резко увеличивается расход, и чтобы не переполнять участки 1 и 2 выработанных торфяников выше отметки расчетного их затопления, в работу вступает гидротехническое сооружение, выполненное в виде перегораживающего водопереливного сооружения в виде короба 10 с водопропускным отверстием 14 с переливными в верхней части напорной стенки 12, а также через боковые стенки водослива 19, к которому крепится стенка 11 в виде щита с регулятором 18 ее положения. Элемент 23 путем вращения вокруг оси 22 приводом выдвигается в сторону каналов 7 и 8, обеспечивая беспрепятственный пропуск больших расходов на участки 1 и 2 торфяника.

Следует отметить, что когда перегораживающее водопереливное сооружении в виде короба 10 закрывает нижний бьеф каналов 7 и 8, позволяет погасить энергию потока в русле ручья 3 и образовать зарегулированные участки в виде каналов 7 и 8, что обеспечивает заданный забор воды с перетоком ее далее на участки 1 и 2 выработанных торфяников, т.е. заполняя постепенно всю площадь в целом. Следовательно, уровень воды пойменного участка стабилизируется даже при подаче в него излишек паводковых вод от водоисточника, а также при любых отклонениях по каким-либо другим причинам (ремонтные работы и т.д.).

В каждом конкретном случае это зависит от местных источников данного региона в зависимости и потребности в обводнении выработанных торфяников.

Следует отметить, что данная связь, связанная с переходными процессами в режиме срабатывания воды в зарегулированном участке поймы ручья, зависит от работы вышеотмеченного перегораживающего переливного сооружения, работающего в автоматическом режиме перелива со сливной стенкой уровня воды верхнего бьефа.

Таким образом, сбор воды в зарегулированные участки поймы ручья может осуществляться в течение всего заданного сезонного периода с подпиткой местных вод из существующих болот или других водоисточников, как с паводками водами, так и без них.

Использование данного изобретения позволяет снизить стоимость объекта обводнения, повысить управляемость и гибкость системы при изменении технологических условий, обеспечивая благоприятную эколого-мелиоративную обстановку территории, а это устраняет и его возгорания, а также обеспечивается нормальная работа всех сооружений системы обводнения торфяников.

Реферат

Группа изобретений относится к добыче торфа, конкретно к работам по восстановлению торфяных болот, и, в частности, к обводнению выработанных торфяников. Способ подачи местных вод для обводнения выработанных торфяников заключается в создании использования воды с доступного источника, ее перемещение на затапливаемые участки выработанного торфяника и создания условий для источника, который проходит по уклону местности. При этом водоисточником является площадь русла ручья. Причем источник дополнительно разделяют в средней части насыпной дамбой на самостоятельные каналы, начальные участки которых связаны с верхним бьефом, а концевые участки - с основными участками выработки месторождения торфа. При этом концевой участок каждого канала выполняют в плане сужающимися от верхнего бьефа к нижнему бьефу с коленообразным разворотом не менее 180° по отношению к начальному участку. Осуществляют перехват затопленного участка канала в виде пойменного участка. При этом в каждом канале размещают перегораживающее водопереливное сооружение в виде короба со стороны нижнего бьефа. При этом перегораживающее водопереливное сооружение в виде короба с возможностью забора воды за пределы пойменного участка выполняют с автоматическим сбросом воды уровня верхнего бьефа и затопления участка выработанного торфяника до расчетного его наполнения. Техническим результатом является повышение эффективности работ по обводнению выработанных торфяников путем регулирования расхода воды. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула