CC BY
14УДК 622.2 (075.8)
Столбикова Г.Е.
Столбикова Галина Евгеньевна - кандидат технических наук, доцент кафедры горного дела, приро-дообустройства и промышленной экологии ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет», Тверь. E-mail: gtp1938@mail.ru
Черткова Е.Ю.
Черткова Елена Юрьевна - кандидат технических наук, доцент кафедры горного дела, природообус-тройства и промышленной экологии ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет», Тверь. E-mail: lastochka-w@mail.ru
Купорова А.В.
Купорова Александра Владимировна - старший преподаватель кафедры горного дела, природо-обустройства и промышленной экологии ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет», Тверь. E-mail: borale@inbox.ru
МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЦИКЛОВЫХ СБОРОВ С УЧЕТОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОРГАНИЗАЦИИ ДОБЫЧИ ФРЕЗЕРНОГО ТОРФА
Аннотация. В статье приведен анализ методов расчета цикловых сборов фрезерного торфа. Предложен усовершенствованный метод расчета цикловых сборов в процессе проектирования технологических и производственных показателей добычи.
Ключевые слова: цикловой сбор, фрезерный торф, метод, влагосодержание, коэффициент.
Stolbikova G.E.
Stolbikova Galina Evgen'evna - candidate of technical sciences, Associate Professor, Department of Mining, Environmental Engineering and Industrial Ecology, Tver State Technical University, Tver. E-mail: gtp1938@ mail.ru
Chertkova E.Yu.
Chertkova Elena Yuryevna - candidate of technical sciences, Associate Professor, Department of Mining, Environmental Engineering and Industrial Ecology, Tver State Technical University, Tver. E-mail: lastochka-w@ mail.ru
Kuporova A.V.
Kuporova Alexsandra Vladimirovna, senior lecturer Department of Mining, Environmental Engineering and Industrial Ecology, Tver State Technical University, Tver. E-mail: borale@inbox.ru
METHODS FOR CALCULATION OF CYCLE HARVESTS TAKING INTO ACCOUNT TECHNOLOGICAL SCHEMES OF THE ORGANIZATION OF THE MINING OF MILLING PEAT
Abstract. The article provides an analysis of the methods for calculating cycle harvests of milling peat. An improved method for calculating cycle harvests was proposed in the process of designing technological and production indicators of production.
Keywords: cycle harvests, milling peat, method, moisture, coefficient.
В настоящее время в горнодобывающих отраслях большинства экономически р а звитых стран основное внимание уделяется таким подходам, которые уже на геотехнологическом этапе позволяют обеспечить качественные характеристики сырья, позволяющие значительно сокращать расходы на его дальнейшую переработку с получением конкурентоспособной продукции. В процессе проектирования технологических и производственных показателей добычи фрезерного торфа в условиях рыночных отношений возникает необходимость усовершенствования методов расчета цикловых сборов фрезерного торфа. В применяемую на данный момент формулу расчета цикловых сборов фрезерного торфа предложено ввести поправочные коэффициенты, учитывающие потери готовой продукции от предыдущего цикла, влияние неравномерности слоя торфяной крошки на интенсивность сушки, а также различные потенциальные возможности естественной сушки регионов расположения торфяных производств.
Поправочные коэффициенты определяются на основе рекомендаций Всероссийского научно-исследовательского института торфяной промышленности (ВНИИТП) по расчету цикловых сборов. Методы расчета цикловых сборов рекомендованы для двух технологических схем добычи фрезерного торфа - с применением бункерных уборочных машин с механическим принципом сбора, с применением пневматического принципа сбора.
На сегодняшний день проектными и научно-исследовательскими организациями разработано два метода расчетов цикловых сборов. Первый метод бывшего Московского торфяного института (МТИ). Второй метод Всероссийского научно-исследовательского института торфяной промышленности. По методике МТИ [1], которая была разработана еще в 30-40-х гг. ХХ века, цикловые сборы рассчитываются по формуле
100-со,, с
(1)
где 10 - коэффициент перевода из кг/м2 в т/га; Нф - средняя (нормативная) глубина фрезерования, м; уэ - плотность неуплотненной торфяной залежи, кг/м3; шэ - эксплуатационная влажность верхнего слоя торфяной залежи, %; ас - коэффициент циклового сбора; шу - условная влажность готовой продукции, %.
Условная влажность установлена 40% при уборке фрезерного торфа на топливо и для производства брикетов, а также при поставке сырья с целью получения теплоизоляционного и подстилочного материала и 55% при поставке торфа для дальнейшего производства различного вида удобрений.
Достоинство формулы (1) заключается в несложности расчетов, однако она имеет и несколько существенных недостатков:
• нормативная глубина фрезерования торфяной залежи была принята при условии испарения влаги из слоя торфяной крошки в количестве 2,4 кг/м2 за сутки независимо от региона расположения торфяного производства. Однако дальнейшими исследованиями ВНИИТП было установлено, что по различным регионам потенциальные возможности дней для сушки торфа имеют существенное различие, достигающее ±20% [2];
• после фрезерования во втором и последующих циклах после осадков слой фрезерной крошки формируется из вновь зафрезеро-ванной торфяной залежи и остатков высушенного торфа от предыдущего цикла, которые снижают начальную влажность и позволяют повысить цикловые сборы. Однако этот фактор при расчете цикловых сборов по формуле (1) не учтен;
• работами ВНИИ торфяной промышленности было установлено, что весь комплекс метеорологических факторов, влияющих на сушку торфа, целесообразно заменить одним показателем - величиной испаренной влаги с водонасыщенной поверхности почвенного испарителя системы Н.М. То-польницкого [3]. В формуле (1) при расчете глубины фрезерования основным показателем интенсивности сушки принята величина испарения влаги из слоя торфа. По данным авторов, испарение влаги из слоя торфа зависит от среднесуточной температуры воздуха, относительной влажности воздуха в дневное время, облачности в 15 ч и количества осадков, что значительно усложняет расчеты;
• формула (1) справедлива при средней пов-торности ворошения в технологическом цикле в количестве 2,75;
• исследованиями ВНИИТП было установлено, что из-за неравномерности расстила фрезерной крошки интенсивность сушки снижается, однако этот фактор в формуле (1) не учтен.
По методике ВНИИТП [3, 4] цикловые сборы (т/га) рекомендовано рассчитывать по формулам:
Чц=10Рс[1 + УГу)ас; (2)
Р ГУ Л )0'25 (3)
где 10 - коэффициент перевода из кг/м2 в т/га; Рс - удельная загрузка торфяной крошки после фрезерования в пересчете на абсолютно сухое вещество, кг/м2; - условное влагосо-держание, кг/кг; ас - коэффициент циклового сбора; /э - средняя многолетняя эффективная испаряемость с поверхности почвенного испарителя за сутки, кг/м2; тц - плановая продолжительность цикла, сутки; М - коэффициент, учитывающий тип залежи и степень разложения торфа, равновесное, начальное и конечное влагосодержание, число ворошений и сроки их выполнения, а также увлажнение слоя торфяной крошки при ворошениях; кь - коэффициент снижения интенсивности сушки торфа из-за неравномерности расстила фрезерной крошки; унс - насыпная плотность слоя фрезерного торфа в пересчете на абсолютно сухое вещество, кг/м3; dср - средневзвешенный диаметр частиц фрезерного торфа, м.
Расчеты цикловых сборов по формулам (2 и 3) выполняются с учетом более полного влияния на сушку торфа метеорологических, технологических и организационных факторов. Однако эта методика не была внедрена в нормы технологического проектирования для расчета цикловых сборов фрезерного торфа по следующим основным причинам:
• из-за относительно трудоемкой методики расчета коэффициента М по отдельным периодам сушки между технологическими операциями;
• в формуле (3) коэффициент, учитывающий снижение интенсивности сушки из-за неравномерности расстила, рекомендован с очень широким диапазоном (от 1,10 до 1,25), что позволяет субъективно занижать расчетные цикловые сборы;
• расчеты по формулам (2 и 3) предусматривают переход от понятия влажности торфа на влагосодержание, что негативно воспринимается персоналом торфяных производств.
В основу расчета цикловых сборов с механическим принципом уборки заложена мето-
дика МТИ, но с введением в нее следующих изменений. Во-первых, следует учитывать снижение начальной влажности во втором и последующих циклах после осадков за счет потерь торфяной крошки от предыдущего цикла. Методикой ВНИИТП при расчете начального влагосодержания во втором и последующих циклах после осадков предусмотрено применение общего коэффициента циклового сбора, однако при расчетах необходимо исключить ту часть торфяной крошки, которая вдавливается в торфяную залежь движителями торфяных машин. Во-вторых, необходимо учитывать потенциальные возможности сушки торфа конкретного региона расположения торфяного производства. В-третьих, в расчеты вводится коэффициент снижения интенсивности сушки из-за неравномерности расстила нафрезеро-ванной крошки.
В процессе проектирования разработки торфяного месторождения фрезерным способом с механическим принципом уборки цикловые сборы необходимо рассчитывать по усовершенствованной формуле
%.ср<а1<1Ц.з +029,сЖ//Кн> (4)
где qц,ср - средневзвешенное значение циклового сбора, т/га; а1, а2 - доля циклов в сезоне после осадков и при выполнении второго и последующих циклов после осадков (по данным ВНИИТП, а1 = 0,4; а2 = 0,6); qцз, qцсc - цикловые сборы фрезерного торфа, рассчитанные при эксплуатационной нормативной влажности верхнего слоя торфяной залежи и при начальной влажности с учетом остатков высушенного торфа от предыдущего цикла, т/га; К - коэффициент, учитывающий потенциальные возможности дней сушки конкретного региона в сравнении со средними погодными условиями, применительно к которым была обоснована нормативная глубина фрезерования; Кь - коэффициент, учитывающий снижение интенсивности сушки фрезерной крошки из-за неравномерности расстила.
Цикловые сборы фрезерного торфа в первом цикле после осадков рассчитываются по формуле (1), которая была заложена в основу норм технологического проектирования [5]. Однако коэффициент циклового сбора принимается по уточненным данным ВНИИТП. При выполнении второго и последующих циклов после осадков сборы торфа также рассчитываются по формуле (1), однако начальное вла-
госодержание определяется в соответствии с методикой ВНИИТП по формуле
= - Wyб)(1 - Щ / 100) + (5)
где WЭшC - эксплуатационное (начальное) вла-госодержание слоя торфяной крошки после фрезерования вместе с высушенными остатками торфа от предыдущего цикла, кг/кг; Wэз -эксплуатационное влагосодержание верхнего слоя торфяной залежи, кг/кг; Wyб - влагосодержание убранного фрезерного торфа, кг/кг; ЕП/ - суммарные потери фрезерного торфа при валковании и уборке, %; Wср - среднее по всему слою влагосодержание фрезерного торфа при уборке, кг/кг.
Влагосодержание, т. е. отношение массы воды к массе сухого вещества в торфе, определяется по формуле
100-со
где ш - относительная влажность торфа, %.
Для расчета относительной влажности торфа по влагосодержанию применяют формулу
ш =-.
1 + ]Л/
При уборке торфа на топливо, брикетирование и в качестве подстилочного материала (условная влажность 40%) расчетную влажность при уборке принимают 45%, а при условной влажности 55% уборочная влажность 60%.
Потери фрезерного торфа при валковании и уборке составляют примерно по 10-15% на каждую операцию. На действующем производстве эти потери рекомендуется определять экспериментально.
Среднее по всему слою влагосодержание при уборке с механическим принципом сбора принимают равным расчетному влагосодер-жанию убранного фрезерного торфа, т. е. Wср = Wyб, кг/кг.
Коэффициент, учитывающий потенциальные возможности дней сушки по метеорологическим условиям, определяется по формуле
(6)
^э.ср
где /э/ - средняя многолетняя эффективная испаряемость за сутки в регионе, где планируется добыча фрезерного торфа, кг/м2; /эср -эффективная испаряемость с поверхности
почвенного испарителя за сутки, которая соответствует величине испарения влаги из слоя фрезерного торфа при определении нормативной глубины фрезерования, кг/м2.
По методике МТИ испарение влаги из слоя фрезерного торфа при двухдневном цикле и средней категории дней сушки составляет 2,4 кг/м2 за сутки [1], а по методике ВНИИТП [6] средняя величина эффективной испаряемости для дней с категорией сушки Д-2 составляет 4,3 кг/м2.
Коэффициент, учитывающий снижение интенсивности сушки в результате неравномерности расстила после фрезерования (рыхления), определяется по формуле [7]
К = 1 + аи2, (7)
где а - эмпирическое число; иь - коэффициент вариации толщины слоя после фрезерования.
До начала разработки торфяного месторождения коэффициент вариации толщины слоя, по данным ВНИИТП, можно принять равным 0,30. В процессе же эксплуатации торфяного месторождения коэффициент необходимо определять экспериментально.
Среднее значение эмпирического коэффициента в формуле (7), по данным ВНИИТП, составляет а = 1,25 (интервал от 1 до 1,5).
В технологических процессах добычи фрезерного торфа с применением пневматического метода уборки торфа цикловые сборы целесообразно рассчитывать по методике ВНИИТП в соответствии с формулами (2 и 3). Коэффициент снижения интенсивности сушки за счет неравномерности расстила фрезерного торфа определяется по формуле (7). Коэффициенты циклового сбора принимают в соответствии с проектной толщиной сушимого слоя в пределах от 0,3 до 1,0. При расчете начального влагосодержания во втором и последующих циклах после осадков по формуле (5) среднее по всему слою влагосодержание принимается в соответствии с табл. 1.
Коэффициент М в формуле (3) можно с достаточной точностью рассчитать по формуле
М = ао + а^, (8)
где ао и а1 - эмпирические коэффициенты (табл. 2); Wн - начальное влагосодержание фрезерного торфа, кг/кг.
Начальное влагосодержание (кг/кг) верхнего эксплуатационного слоя торфяной залежи
Таблица 1. Среднее влагосодержание по всему слою при уборке фрезерного торфа
пневматическими машинами
Table 1. Average moisture content throughout the layer when harvesting milling peat by pneumatic machines
Влагосодержание убираемого торфа, кг/кг Среднее влагосодержание (кг/кг) при коэффициенте сбора
0,3 0,5 0,7 0,8 1,0
1,2 1,88 1,68 1,48 1,38 1,20
1,0 1,70 1,50 1,30 1,20 1,00
0,8 1,47 1,29 1,09 0,99 0,80
0,67 1,29 1,14 0,95 0,84 0,67
0,5 1,05 0,91 0,78 0,64 0,50
0,4 0,88 0,75 0,60 0,52 0,40
Таблица 2. Эмпирические коэффициенты для расчета М применительно к пневматическому принципу уборки фрезерного торфа
Table 2. Empirical coefficients for M calculation in relation to pneumatic principle of milling peat harvesting
Тип залежи Степень разложения, % Эмпирические коэффициенты ао/а1 при числе ворошений за цикл
1 2 3
Верховой 10-45 -1,61/1,45 -1,08/1,18 -0,75/1,02
Низинный 20-50 -1,71/1,54 -1,10/1,21 -0,83/1,07
Низинный <20 -1,21/1,39 -0,37/1,06 -0,07/0,94
держании верхнего эксплуатационного слоя торфяной залежи и с учетом остатков торфа от предыдущего цикла, т/га.
Выполненные расчеты в соответствии с формулами (1-8) применительно к механическому принципу сбора позволяют констатировать, что можно заложить в проекты пониженные до 15% цикловые сборы в сравнении с теми значениями, которые определяются по рекомендации ранее действующих норм технического проектирования [5]. При расчете по формулам (8-11) для пневматического принципа сбора с однодневной длительностью цикла цикловые сборы составляют примерно 70-75% от нормативного циклового сбора при двухдневной продолжительности цикла.
Библиографический список
1. Справочник по торфу / Под ред. А.В. Лазарева и С.С. Корчунова. - М.: Недра, 1982. -760 с.
2. Временная инструкция по определению технологических показателей добычи торфа. - Л.: изд-во ВНИИ торфяной промышленности, 1976. - 44 с.
3. Малков Л.М. Влияние метеорологических условий на технологические показатели добычи фрезерного торфа / Л.М. Малков. -
для третьего и последующих лет эксплуатации определяется по формулам:
а) для низинного типа
_ 82,9-0,195Д ; эз_100-(82,9-0Д95Я)'
б) для верхового типа
w = 83,0-0,1357? (g)
33 100-(83,0-0,135Я)'
где R - степень разложения торфа, %.
Для первого и второго года разработки торфяного месторождения начальное влагосодержание, рассчитанное по формуле (9), увеличивается на 0,55 кг/кг.
Начальное влагосодержание с учетом остатков торфа
W3,=tW3.3-Wy6)ac+Wcp. (10)
Средневзвешенное значение циклового сбора определяется по формуле
Vp=0'4.3+0'8V, (11)
где 0,2 и 0,8 - доля циклов в сезоне после осадков и при выполнении второго и последующих циклов после осадков; q43, qHC - цикловые сборы, рассчитанные при начальном влагосо-
Л.: Изд-во ВНИИ торфяной промышленности, 1969. - 33 с.
4. Малков Л.М. Влияние метеорологических условий сезона на основные технологические показатели добычи фрезерного торфа. Труды ВНИИТП, вып. 30 / Л.М. Малков. - М.: Недра, 1970. - С. 49-64.
5. Нормы технологического проектирования предприятий по добыче торфа. ВНИИТП 19-86. - М.: Изд-во МТП РСФСР, 1986. - 117 с.
6. Методика расчета количества циклов добычи фрезерного торфа и эффективной испаряемости. - Л.: Изд-во ВНИИ торфяной промышленности, 1981. - 44 с.
7. Малков Л.М. Исследование процесса сушки фрезерного торфа в тонких слоях. Труды ВНИИ торфяной промышленности, вып. XXI. Л.М. Малков, А.И. Чураева. - Л.: Гостоптехиздат, 1963. - С. 96-178.
