CC BY
180№4 (57) 2011
ТРУДЫ
ИНСТОРФА
УДК 622.331(05)
ББК 26.343.4я5
Труды Инсторфа: научный журнал. № 4 (57) (июль-декабрь 2011 г.). Тверь: ТвГТУ, 2012. 64 с.
Учредитель и издатель: Тверской государственный технический университет
Главный редактор проф., д. т. н. Б.В. Палюх Научный редактор акад., д. т. н. И.И. Лиштван
Редакционный совет: проф., д. т. н.
A.Е. Афанасьев; проф., д. т. н. А.Н. Васильев; проф., д. т. н. Н.И. Гамаюнов; проф., д. т. н.
B.И. Горячев; проф., д. т. н. Н.В. Гревцев; чл.-корр. РАСХН, д. с-х. н. Л.И. Инишева; проф., д. т. н. Б.Ф. Зюзин (зам. научного редактора); проф., д. т. н. Н.В. Кислов; проф., д. т. н.
А.В. Кондратьев; проф., д. т. н. В.И. Косов; проф., д. т. н. В.П. Круглов; д. б. н. О.Л. Кузнецов; д. б. н. Е.Д. Лапшина; проф., д. т. н. А.М. Лукьянчиков; проф., д. т. н. Б.И. Масленников; проф., д. т. н.
А.В. Михайлов; проф., д. т. н. В.А. Миронов; проф., д. т. н. Л.Н. Самсонов; д. т. н. В.Г. Селеннов; проф., д. т. н. В.Ф. Синицин; д. б. н. А.А. Сирин; проф., д. х. н. Э.М. Сульман; проф., д. ф-м. н.
А.В. Твардовский, д. б. н. Т.К. Юрковская
Редакционная коллегия: проф., д. т. н. С.Н. Гамаюнов; проф., д. т. н. Ю.Н. Женихов; доц., д. т. н. О.С. Мисников; д. г. н. В.В. Панов (зам. главного редактора); проф., д. т. н. В.И. Суворов; доц., д. т. н. К.В. Фомин.
Секретарь редакционной коллегии к. т. н.
А.Е. Тимофеев
Технический редактор к. т. н. В.В. Кузовлев
Свидетельство о регистрации Эл № ФС 77-41964 выдано 9.09.2010 г. Федеральной службой Рос-комнадзор
Редактор Чеховская О.В.
Корректор Самборская Т.С.
Технический редактор Соколова А.Ю.
Подписано в печать 29.12.12 Формат 60 х 84 1/8
Физ. печ. л. 6,0 Усл. печ. л. 7,44 Уч.-изд. л. 6,96 Редакционно-издательский центр ТвГТУ 170026, г. Тверь, наб. Афанасия Никитина, 22 ISSN 2224-1523
© Тверской государственный технический университет, 2012
СОДЕРЖАНИЕ Войтехов М.Я.
Об определении восстановления нарушенных торфяных болот (3)
Ахметьева Н.П., Лапина Е.Е., Михайлова А.В.
Изменение химического состава болотных вод после пожаров 2010 года (на примере водосбора Иваньковского водохранилища) (12)
Михайлов А.В.
Добыча торфяного сырья и эмиссия парниковых газов (17)
Женихов Ю.Н.
Нормативно-правовое обеспечение разработки торфяных и сапропелевых месторождений (25)
Мисников О.С.
Оценка эффективности гидрофобной модификации цементов добавками на основе торфяного сырья (38)
Гамаюнов С.Н.
Принципы развития послойноповерхностного способа добычи торфа (48)
Копенкина Л.В.
Вклад профессора С.Г. Солопова в развитие научной школы торфяной механики (к 110-й годовщине со дня рождения)(59)
Рецензия на книгу «Углеродные кредиты и заболачивание деградированных торфяников. Климат-биоразнообразие-землепользование. Теория и практика -уроки реализации пилотного проекта в Беларуси». Под ред. Франциски Таннебер-гер и Венделина Вихтманна (63)
УДК 504.062.4
Войтехов М.Я.
Войтехов Михаил Ярославович, сотрудник Талдомской администрации особо охраняемых природных территорий (ТАООПТ). Московская область, Талдомский район. [email protected]
Vojtechov M.J.
Vojtechov Michael Y., employee of Taldomskaya administration of the nature protected territories (TAOOPT). Moscow, Taldom district.
ОБ ОПРЕДЕЛЕНИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАРУШЕННЫХ ТОРФЯНЫХ БОЛОТ
Аннотация. В работе представлен анализ основных понятий в области восстановления нарушенных торфяных болот. Предлагается адаптировать специфические понятия, связанные с торфяниками, к общеэкосистемным, в том числе принятым в западноевропейских и североамериканских странах.
DETERMINATION OF RESTORING OF DEGRADED PEATLANDS
Abstract. The paper presents an analysis of the basic concepts in restoration of damaged peatlands. It is offered to adapt the specific concepts connected with the peatlands to the general ecosystems concepts accepted in countries of Western Europe and North America.
Ключевые слова: торфяник, нарушенное болото, рекультивация, восстановление экосистем, регенерация, реставрация экосистем.
Keywords: peatland, damaged mire, reclamation, restoration of ecosystem, regeneration, restoration of ecosystems.
Для восстановления торфяных
б олот, торфяников или торфяных месторождений в зависимости от степени их нарушенности и географических условий требуются разные подходы и соответствующие им системы понятий, обеспечивающие проведение научных исследований и практических мероприятий.
Болотообразовательный процесс, неотъемлемой частью которого является накопление органогенной горной породы -торфа, является процессом геологическим, ведущим в том числе к изменению рельефа поверхности болота. С позиций фитоценологии сукцессию сфагнового болота можно охарактеризовать эклектичным словосочетанием «эндогенный (автогенный) гологенез» (эндоэкогологенез) -смена растительности под влиянием медленно (не катастрофически) меняющихся внешних по отношению к ней факторов, источником изменения которых является сама растительность. «Неформальность» болотных экосистем диктует необходимость специфических подходов к их восстановлению.
В русскоязычной литературе приобрели популярность следующие предложения белорусских авторов о толковании терминов, характеризующих первичные цели преобразования нарушенных болот: «Мероприятия, обеспечивающие
дальнейшее использование антропогенно нарушенных болот, обозначаются терминами рекультивация, ренатурализация, регенерация и реабилитация. Эти термины широко применяются не только к болотам, но и к другим антропогенно нарушенным экосистемам и природнотерриториальным комплексам, например, к различным карьерам, лесам, озёрам и т. д.
Применительно к нарушенным болотам под рекультивацией понимается подготовка полностью или частично выработанных торфяных месторождений для дальнейшего использования в различных направлениях: природоохранном, сельскохозяйственном, лесохозяйственном, рекреационном и др.
Под ренатурализацией понимается обязательное и полное восстановление всей совокупности природных компонентов нарушенных болотных экосистем,
обеспечение их взаимодействия, самоорганизации и саморегулирования с целью возврата к естественному состоянию. Применительно к выработанным торфяным месторождениям и деградированным торфяным почвам ренатурализация невозможна из-за невозможности в обозримом будущем восстановления утраченных торфяных залежей, являющихся неотъемлемыми компонентами болот. Термин ренатурализация болот широко использовался в Западной Европе в течение многих лет, однако в последней западноевропейской монографии1 он заменен более точным термином - реабилитация. По этой же причине не может быть применим к восстановлению болот заимствованный из биологии термин «регенерация», предусматривающий восстановление у животных и растений утраченных органов.
Под реабилитацией понимается восстановление способности нарушенных болот к выполнению биосферных и хозяйственных функций. В отличие от ренатурализации реабилитация не предусматривает обязательного и полного восстановления всех утраченных компонентов болотных экосистем. При проведении реабилитации приоритетным является восстановление биосферных функций болотных экосистем, их способности к сре-досохранению, ресурсовоспроизводству, а также саморегулированию и самоорганизации. Существует единственный способ реабилитации антропогенно нарушенных болот - повторное заболачивание. Облесение нарушенных болот или создание на них водоёмов не могут быть отнесены к реабилитационным мероприятиям, поскольку при этом не восстанавливаются многие биосферные функции» [3, с. 38-39].
Понятию рекультивации посвящён ГОСТ «Рекультивация земель. Термины и определения» [9], в котором дано его официальное толкование: «Комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и народнохозяйственной ценности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды в соответствии с интересами общества»; выделены её этапы: технический и биологический; последний определён как «комплекс
1 Jooston H., Clarke D. Wise Use of Mires and Peat-lands. Finland, 2002.
агротехнических и фитомелиоративных мероприятий по восстановлению плодородия нарушенных земель».
В научной литературе предлагалось более экологизированное понятие рекультивации: «Биологический этап рекультивации должен обеспечить создание экосистемы, обладающей устойчивостью, саморегуляцией, мелиоративными и оздоровительными свойствами» (восстановление плодородия предлагалось отнести к техническому этапу) [22], и понятие биологической рекультивации - «восстановление биоценоза зонального типа» [21].
В учебном пособии В.В. Панова трактовка понятия «рекультивация болот» преимущественно утилитарная: «Рекультивация торфяных почв в основном направлена на использование нарушенных земель под сельскохозяй-ственные культуры, пруды, лесопосадки и т. п. В широком смысле под рекультивацией понимают меры предотвращения негативных последствий техногенных нарушений» [18, с. 10].
Учитывая неоднозначность трактовки разными авторами термина рекультивация и необходимость различать среди первичных целей преобразования нарушенных болот: 1) предусматривающие восстановление экосистем, осуществляющих торфообразование, и 2) не предусматривающие этого, нам представляется целесообразным использовать во втором, более узком, но шире используемом значении определение утилитарная рекультивация.
Необходимо отметить, что авторы приведённых выше определений [3], говоря о реабилитации, сводят перечень необходимых действий к «повторному заболачиванию», приравнивая его в цитируемой статье к повторному обводнению - восстановлению важного абиотического фактора болотообразования; приоритетные задачи реабилитации - к саморегулируемому ресурсовоспроизвод-ству и средосохранению, т. е. также трактуют это понятие утилитарно, видимо, представляя восстановление биоразнообразия как автоматическое следствие восстановления болотообразовательного процесса. Однако восстановление гидрорежима даже в природных зонах, где болота являются зональным явлением, - не-
обходимый, но не всегда достаточный шаг к восстановлению биоразнообразия болотных экосистем не в геологическом масштабе времени.
В англоязычной литературе данный аспект рассматривается в категориях стратегий восстановления/использования нарушенных болот: стратегия биоразнообразия (biodiversity strategy) - восстановление исходных сообществ; стратегия регуляции (regulation strategy) - восстановление для сокращения неблагоприятных побочных последствий осушения, например, уменьшения паводков, повышения пожарной опасности; стратегия производства (production strategy) - для обеспечения производства продовольствия, лесоматериалов, индустриального сырья, в т. ч. выращивания сфагнового мха как товарного продукта [28] (производство мха в качестве субстрата для растениеводства рассматривается некоторыми авторами как отрасль сельского хозяйства: болотоводство - paludiculture, Sphagnum farming [27]).
Также в англоязычной литературе предлагается различать методические подходы в зависимости от степени нару-шенности болотных экосистем и, если нарушения не были существенными, именовать меры по восстановлению - repair (заживление, мелкий ремонт), а если была значительная потеря торфа, - rebuild (реконструкция, капитальный ремонт) [28].
Данная «двучленная» классификация подходов к восстановлению нарушенных биогеосистем соответствует предложению других авторов различать среди нарушений бедствия (disaster) и катастрофы (catastrophe). Бедствия - нарушения, к встречам с которыми виды и их сообщества приобрели эволюционные приспособления и которые не приводят к гибели популяций и экосистем. Катастрофы -нарушения, к встречам с которыми виды не имеют эволюционных приспособлений и которые приводят к гибели ценопопу-ляций и необратимому разрушению экосистем [4].
Для изучения воздействия нарушений на виды и популяции этих категорий, возможно, достаточно. Но применительно к сукцессионным рядам, включающим виды, для части которых одни и те же нарушения станут бедствием, а для других
окажутся катастрофой (прежде всего, если нарушения катастрофичны для эдифика-торов сукцессий), необходимо расширить понятийные ряды, характеризующие нарушения, и мероприятия по восстановлению биогеоценозов и их сукцессионных рядов.
В качестве шага к решению этой задачи можно предложить уточнённые трактовки уже предложенных методических подходов.
Реконструкция болот - восстановительные мероприятия на территориях незаменимого абиотического компонента (торфяной залежи) или субкомпонента (слоя верхового торфа) исходных экосистем, которые уничтожены или необратимо нарушены в результате хозяйственной деятельности (добыча торфа, сельское хозяйство) или пожаров.
После катастрофических нарушений восстановление болотного биогеоценоза проходит по типу сингенеза (в трактовке Б.М. Миркина2). Реконструкция болот осуществляется преимущественно в рамках стратегии регуляции (их реабилитация3), но может и являться первым этапом в рамках стратегии биоразнообразия.
Репарация болотного биогеоценоза проходит по типу эндоэкогенеза или автогенеза на территориях, подвергшихся только осушению без вовлечения в хозяйственную деятельность (неудачные попытки мелиорации, периферийное влияние мелиоративных проектов или осушения торфяных залежей для промышленных целей и т. д.), на которых сохранившиеся компоненты достаточны для
2 По Б.М. Миркину : «основной ареной его развития, когда он может претендовать на роль главной компоненты вариации, являются первые стадии сукцессии» [14, с. 76]. Применение данного определения к не полностью выработанным торфяникам может встретить возражение, что раз ценоти-ческая среда - торф - сохранилась, речь идёт о демутации (в трактовке С.М. Разумовского [19]). Однако при радикальном осушении, применяемом при фрезерной или скрепер-бульдозерной добыче, торф меняет свои физические свойства, и, на наш взгляд, осушенные торфяники оказываются тем редким примером ландшафтов, которые не имеют аналогов в природе.
3 В.В. Панов указывал: «Понятие реабилитация (rehabilitation) естественных функций болот включает в себя анализ геосферной оценки вос-
становления» [18, с. 10].
самовозрождения экосистем при восстановлении гидрорежима; флора сохранила весь демутационный комплекс гидросерии - прежде всего присутствуют эдифи-каторы основных стадий сукцессии болотных фитоценозов.
Восстановление болот, помимо обводнения, может включать дополнительные мероприятия по регулированию сукцессий. Например, для ускорения репарации переходных болот иногда целесообразно удалить древесный ярус, являющийся конкурентом сфагновых мхов и способный существенно затормозить восстановление собственно болотной экосистемы.
При невозможности сплошного затопления торфяников в ходе реконструкции сфагновых болот для быстрого решения проблемы подготовки субстрата, пригодного для роста сфагнов, если свойства торфа в результате переосушки необратимо изменились, предложена в Финляндии [29] и внедряется также в США [30] методика «растений-нянек» (nursing plants). В качестве таких растений используются мох Polytrichum alpestre (в российской литературе этот вид чаще именуется P. strictum) и пушица влагалищная (Eriophorum vaginatum), способные колонизировать пересохшие торфа и создавать среду, пригодную для сфагнов. И в целом при реконструкции целесо-образно проводить последовательное распространение диаспор видов последующих стадий сукцессий для их ускорения.
В рамках стратегии сохранения биоразнообразия иногда встаёт также более специфическая проблема восстановления реликтовых экосистем. Известно, что реликтовые компоненты способны сохраняться лишь в составе сукцессионных рядов [12], и если некоторые реликтовые виды ещё уцелели на месте нарушенных реликтовых экосистем, они обречены на вымирание в случае, если выпали эдифи-каторы предыдущих стадий развития биогеоценозов.
Даже после того как факторы, вызвавшие нарушение экосистем, перестали на них действовать, восстановительные сукцессии невозможны [10]. Если болото подверглось субкатастрофическим на-
рушениям4 и сохранившиеся фрагменты заключительных стадий сукцессии деградируют, для восстановительных мероприятий, включающих реинтродукцию недостающих видов-эдификаторов болотообразовательного процесса, подходит определение экологическая реставрация.
Термин реставрация использовался в российской литературе применительно к болотам как синоним восстановления [2,
8, 17, 18]. В других отраслях естественных наук при экологической реставрации предусматривается восстановление флористической и ценотической полночлен-ности [23]; естественной структуры и природного видового состава [26]; доми-нантов естественных сообществ; «флористического и фитоценотического разнообразия деградированных ... экосистем» [25]. А.А. Тишков, определяя экологическую реставрацию как «комплекс мероприятий, направленных на восстановление разрушенных экосистем до близкого к исходному (зонально обусловленному) состоянию» [20, с. 70], и раздельно рассматривая экологическую реставрацию, «цель которой заключается в стимулировании процессов естественного восстановления биоты» [20, с. 71], и реабилитацию экотопа и экосистемы, в то же время говорит про «собственно работы по экологической реставрации (рельефа, почв, растительности, животного населения)» [20, с. 74]; называет «основным принципом реализации идей экологической реставрации при восстановлении нарушенных экосистем ... использование ... закономерностей первичных и вторичных сукцессий, их имитацию для всех без исключения компонентов» [20, с. 72], актуальной её задачей «в средней и южной тайге - формирование коренного древо-
4 Субкатастрофическими мы в данном контексте именуем нарушения в реликтовых экосистемах либо на больших территориях зональных экосистем, катастрофичные прежде всего для эдифи-каторов сукцессий, но не всех специфических видов флоры. Сохранившиеся после субкатастро-фических нарушений фитоценозы и их фрагменты не составляют непрерывные сукцессионные ряды, что грозит усечением сукцессии с формированием диаспорических субклимаксов и вымиранием сохранившихся видов её заключительных стадий.
стоя, минуя длительно-производные стадии» [20, с. 217].
Неоднозначность толкования понятия экологическая реставрация связана с проблемой перевода англоязычного ecological restoration: слово restoration означает восстановление в широком смысле, в том числе реставрацию, ренатурализацию, реабилитацию и т. д. Допустимым переводом ecological restoration является и восстановление экосистемы. Нам представляется целесообразным применительно к болотам использовать определение экологическая реставрация в значении специальных мер по восстановлению природного видового состава и структуры именно биологического компонента биогеоценоза5, прежде всего сук-цессионных рядов, и не только зональных, но и реликтовых экосистем, существовавших в данном болотном биогеоценозе до его нарушения и необходимых для сохранения находящихся под угрозой вымирания видов - природных либо антропогенных реликтов (возможно, реставрация экосистемы было бы более точным определением, но термин экологическая реставрация уже вошёл в научный оборот).
В болотах зоны интенсивного тор-фонакопления (таёжной зоны), где виды-эдификаторы сукцессий болот широко распространены в неболотных - лесных биогеоценозах и «диаспорический голод» маловероятен, более характерна репарация. Для нарушенных азональных болот, прежде всего, имеющих реликтовые компоненты, нуждающиеся в специальных мерах по сохранению, необходимо восполнение недостающих видов сукцессионного ряда гидросерии. В случае, когда низинные стадии болотообразования восстановились в результате проведённых ранее мероприятий по восстановлению гидрорежима или естественных процессов, эко-
5 Как указал А.Г. Исаченко, «экосистема - биоцентрическая система, биота является ее «хозяином», в отличие от геосистемы, где «все компоненты равноправны» [11, с. 20]. Определение
В.В. Панова, где «понятие реставрации болота рассматривается как компенсация ему вследствие промышленного использования» [19, с. 10], представляется нам чересчур технократичным и не имеющим отношения к экологической реставрации.
логическая реставрация может этим мероприятием и ограничиться.
Например, наиболее эвтрофный из сфагновых мхов флоры бывшего СССР -гидрофильный Sphagnum teres [5], являющийся основным пионером-торфообра-зователем сфагновой стадии болотообразовательного процесса в болотах степи и лесостепи, начавших развитие с эвтроф-ной стадии, и образующий пограничный слой между низинным и переходным торфом [13], быстро выпадает при осушении (даже в условиях морского климата Прибалтики [1]). При этом распространение мезо- и олиготрофных мезофильных видов сфагнов и их свиты оказывается ограничено территорией, покрытой образовавшимися до осушения мезо- и олиго-трофными торфами, но изменения их физических свойств вследствие осушения (уменьшение фильтрационной способности и капиллярной влагоёмкости) и постепенная минерализация ведут к неизбежности деградации и утраты уцелевших олиготрофных и мезотрофных фрагментов реликтовых сообществ. Экологическая реставрация реликтовых биогеоценозов здесь должна включать реинтродукцию S. teres [7] и других эвтрофных видов сфагнов, обеспечивающих регенерацию субкомпонента исходного биогеоценоза -недеградированного осушением сфагнового торфа. Учитывая скорость прироста их биомассы, для формирования субстрата, пригодного для колонизации мезо-фильными видами сфагнумов и их свитой, в благоприятных условиях может быть достаточно нескольких лет.
Мнение белорусских коллег о непригодности понятия «регенерация» к восстановлению целых биогеоценозов разделяется не всеми авторами. Например, в европейской монографии [31] предлагается такая трактовка: «Синонимы восстановления включают реабилитацию, реституцию и т.д. Восстановление - активное направление регенерации. Регенерация -спонтанное повторное развитие к состоянию, существовавшему до нарушения»6.
6 В оригинале: «Synonyms for restoration include rehabilitation, restitution, xxxx. Restoration is the active pendant of regeneration. Regeneration is the spontaneous re-development to a state as existed before disturbance» [31].
В.В. Панов считает, что «термин «восстановление» болот определяется как комплекс технических мероприятий, направленных на возбуждение или оживление процесса регенерации или роста болот»; «Восстановление или регенерация торфяных болот - это использование алгоритмов их функционирования, позволяющих адаптировать их к новым потенциально неизвестным условиям и субстратам. Это научное направление, предметом исследования которого является класс объектов, происхождение и развитие которых в равной степени определяется техногенным и естественным генезисом. Регенерация болот предполагает использовать в равной степени естественные процессы и искусственные мероприятия, влияющие на возобновление процессов болотообразования, торфообразова-ния и торфонакопления. Изменение условий внешней среды ведёт к единовременному появлению или генерации новой формы, структуры или состава природного объекта, отражающей стадии развития объектов. В отличие от генерации понятие регенерации включает в себя процесс восстановления формы, состава, облика или каких-либо других свойств природного объекта под воздействием внешних факторов в сочетании с сохранившимися свойствами самого объекта» [18, с. 10].
В смежных научных дисциплинах определение «регенерация» используется, например, в значении регенерации почвы и её микробиоты на месте горных выработок [15]; регенерации защитных лесных насаждений - естественного возобновления и формирования нового поколения искусственных лесополос в степной зоне [24].
Таким образом, разными авторами даются весьма разнообразные трактовки понятия «регенерация», порой взаимоисключающие друг друга даже в одной работе. Позиция большинства авторов укладывается в определение [31]: регенерация - спонтанный эндогенный процесс восстановления системой недостающих частей. Искусственные мероприятия, влияющие на возобновление процессов болотообразования, торфообразования и торфонакопления, о которых пишет В.В. Панов, являются активным направлением регенерации - реконструкцией бо-
лот. Искусственные мероприятия и естественные процессы, на наш взгляд, следует обозначать разными терминами. Однако В.В. Панов, безусловно, прав в том, что «объектом регенерации следует считать не растительность, а торфяное тело» [18, с. 12]. Противоречия в разных определениях, предложенных В.В. Пановым, который видит объектом регенерации то торфяное болото, то торфяное тело, составляющее основу целостности торфяного болота, возможно, связаны с проблемой перевода англоязычных текстов. В русской естественно-научной литературе, как было обосновано более полувека назад
В.Н. Сукачёвым, а затем, более подробно,
Н.И. Пьявченко, болото - географический ландшафт (биогеоценоз), создающий условия для накопления торфа, а торфяник -геологическое или почвенное образование, являющееся компонентом этого ландшафта, в то время как в англоязычной литературе, посвящённой в том числе восстановлению болот [31], слово peatland = торфяник - используется и в значении болота.
Напрашивается мысль: по аналогии с делением рекультивации на технический и биологический этапы именовать техническим этапом воссоздание гидрорежима, благоприятного для повторного заболачивания, а мероприятия по регулированию сукцессий, первичной колонизации переосушенных торфяников, реинтродукции выпавших эдификаторов - биологическим этапом реконструкции болот. Однако, учитывая «неформальность» болотных биогеоценозов, где растительный покров, определяющий скорость нарастания торфяной залежи (являющейся, по определению, горной породой [9]) и её свойства, с начала развития болотообразовательного процесса приобретает функцию первичного компонента болотной геосистемы, воссоздание гидрорежима, как было показано нами ранее, можно производить и биологическими методами (заполнение осушительных канав сфагновым очёсом при благоприятных условиях может происходить в срок до двух десятилетий) [6].
Активные мероприятия по реабилитации болотных экосистем корректнее выражать в категориях задач и методов их решения. В зависимости от глубины или масштаба нарушений исходного болотно-
го ландшафта и сопутствующих факторов, способствующих или препятствующих репарации и регенерации, методы могут быть техническими или биологическими. При небольших нарушениях (например, неудачные проекты мелиорации) активные действия могут сводиться к поддержке естественных процессов. При катастрофических для болота нарушениях его реконструкция должна начинаться с технических методов.
Выделение этапов восстановления болот возможно лишь конкретно для каждого объекта с учётом его специфики, набор этапов и их количество могут различаться. В качестве обязательного следует выделить только предлагаемый некоторыми авторами подготовительный этап, включающий обследование и типизацию нарушенных территорий, изучение специфики их условий, определение направлений целевого использования восстанавливаемых площадей, выбор методов, составление технико-экономических обоснований и технических проектов [16].
Библиографический список
1. Аболинь, А.А. Динамика растительного покрова на пойменном болоте под влиянием осушения / А.А. Аболинь // Генезис и динамика болот. М.: МГУ,
1978. С. 86-89
2. Бакка, А.И. Модельный проект по восстановлению болот в Нижегородской области: первые итоги / А.И. Бакка,
A.А. Каюмов, А.И. Широков // Восстановление торфяных болот в России: значение для регионов. Материалы семинара 11-12 марта 2003 года. Нижний Новгород, 2004. С. 21-25.
3. Бамбалов, Н.Н. Изменение функций болот в результате антропогенных нарушений и реабилитации / Н.Н. Бамбалов,
B.А. Ракович // Природные ресурсы: межведомственный бюллетень НАН и МСХ Республики Беларусь, 2004. № 2.
C. 38-51.
4. Бигон, М. Экология. Особи, популяции и сообщества: в 2-х т. Т. 1 / М. Бигон, Дж. Харпер, К. Таунсенд; пер. с нем. М.: Мир, 1989. 667 с.
5. Брадис, Е.М. Евтрофные и мезотрофные сфагновые болота УССР / Е.М. Брадис, Т.Л. Андриенко // Типы болот СССР и
принципы их классификации. Л.: Наука, 1974. С. 115-120.
6. Войтехов, М.Я. Восстановление осушен-
ных лесоболотных угодий (на примере Дубненского лесоболотного массива). Проблемы. Практика. Теория / М.Я. Войтехов. М.: АПКиППРО, 2009.
140 с.
7. Войтехов, М.Я. Проблемы сохранения Лупишкинского болота в Тульской области / М.Я. Войтехов; под научн. ред.
О.В. Буровой, Е.М. Волковой // Проблемы изучения и восстановления ландшафтов лесостепной зоны: сборник научных статей. Тула, 2010. С. 71-77.
8. Галанина, О.В. Рабочее совещание Международной группы по охране болот /
О.В. Галанина // Ботанический журнал. Т. 87. 2002. № 3. С. 160-163.
9. ГОСТ 17.5.1.01-83. Рекультивация земель. Термины и определения / Охрана природы. Земли. Издание официальное. М.: Изд-во стандартов, 2002.
10. Исаков, Ю.А. Зональные закономерности динамики экосистем / Ю.А. Исаков,
Н.С. Казанская, А.А. Тишков. М.: Наука, 1986. 152 с.
11. Исаченко, А.Г. Ландшафтоведение и физико-географическое районирование /
А.Г. Исаченко. М.: Высшая школа, 1991. 366 с.
12. Кучеров, И.Б. Проблема консерватизма видового состава растительных сообществ / И.Б. Кучеров // Труды Карельского научного центра РАН. Серия Биогеография. Вып. 10. 2010. С. 3-15.
13. Лисс, О.Л. Болота Западно-Сибирской равнины / О.Л. Лисс, Н.А. Березина. М.: МГУ, 1981. 206 с.
14. Миркин, Б.М. Теоретические основы современной фитоценологии / Б.М. Мир-кин, М.: Наука, 1985. 137 с.
15. Напрасникова, Е.В. Особенности регенерации биогенных свойств нарушенных земель в условиях лесостепи Средней Сибири / Е.В. Напрасникова // Степи Северной Евразии = Steppes of Northern Eurasia: эталонные степные ландшафты: проблемы охраны, экологической реставрации и использования: материалы III Международного симпозиума. Оренбург: ИПК Газпромпечать
ООО Оренбурггазпромсервис, 2003. С. 363-364.
16. Основы инженерной биологии с элементами ландшафтного планирования / составитель и ответственный редактор Ю.И. Сухоруких. Майкоп-Москва: Т-во научных изданий КМК, 2006. 281 с.
17. Панов, В.В. Восстановление - регенерация выработанных торфяных болот /
В.В. Панов, Н.В. Веселов // Восстановление торфяных болот в России: значение для регионов. Материалы семинара11-
12 марта 2003 года. Нижний Новгород, 2004. С. 62-72.
18. Панов, В.В. Болотообразовательный процесс и торфяные ресурсы. Восстановление торфяных болот: учебное пособие / В.В. Панов. Томск: Издательство Томского государственного педагогического университета, 2007. 80 с.
19. Разумовский, С.М. Закономерности динамики биоценозов / С.М. Разумовский. М.: Наука, 1981. 231 с
20. Тишков, А.А. Экологическая реставрация лесных экосистем и проблемы развития системы охраняемых природных территорий (ОПТ) Русской равнины / А.А. Тишков // Совещание «Леса Русской равнины». Тезисы докладов 16-18 ноября 1993. М.: ИНИОН РАН, 1993. С. 216-219.
21. Тишков, А.А. Экологическая реставрация нарушенных экосистем Севера /
A.А. Тишков. М.: Изд-во УРАО, 1996. 116 с.
22. Травлеев, А.П. Принципы оптимизации техногенных ландшафтов / А.П. Травле-ев // Проблемы антропогенной динамики биогеоценозов. Доклады на VIII ежегодном чтении памяти академика
B.Н. Сукачева. М.: Наука, 1990. С. 81-85.
23. Туманян, А.Ф. Научные аспекты эффективности восстановления деградированных ландшафтов Прикаспия / А.Ф. Туманян, М.М. Шагипов. М.: Современные тетради, 2007. 175 с.
24. Хайрутдинов, А.Ф. Регенерация искусственных экосистем на лесоаграрных ландшафтах: монография / А.Ф. Хайрутдинов [ и др. ]. М.: МГУЛ, 2002. 35 с.
25. Шамсутдинов, Н.З. Экологическая реставрация полупустынных пастбищ Северо-Западного Прикаспия / Н.З. Шамсутдинов // Степи Северной Евразии = Steppes of Northern Eurasia: эталонные степные ландшафты: проблемы охраны, экологической реставрации и использования: материалы III Международного симпозиума. Оренбург: ИПК Газпромпе-
чать ООО Оренбурггазпромсервис, 2003.
С. 583-585.
26. Шварц, Е.А. Сохранение биоразнообразия: сообщества и экосистемы /
Е.А. Шварц. М.: Т-во научных изданий КМК, 2004. 12 с.
27. Gaudig G. Sphagnum farming in progress -experiences and perspectives / After Wise Use - The Future of Peatlands. Proceeding of the 13th International Peat Congress. Tul-lamore, Ireland, 8-13 June 2008. Tullam-ore, 2008. P. 4-7.
28. Gorham, E. Peatland restoration: A brief assessment with special reference to Sphagnum bogs / E. Gorham, L. Rochefort // Wetlands Ecology and Management, 2003. P. 109-119.
29. Groeneveld, E.V.G., & Rochefort, L. Nursing plants in peatland restoration: on their potential to alleviate frost heaving problems // Suo. 2002. 53: 73-85.
30. Rochefort, L. North American approach to the restoration of Sphagnum dominated peatlands / L. Rochefort, F. Quinty, S. Cam-peau // Wetlands Ecology and Management, 2003. P. 3-20.
31. Schumann, M. A global peatland restoration manual / M. Schumann, H. Joosten. Greifswald, 2006.
УДК 556.3:543.3:614.849 Ахметьева Н.П.
Ахметьева Нина Петровна, к. г.-м. н., с. н. с. лаборатории гидрогеологических проблем охраны окружающей среды Института водных проблем РАН (ИВП РАН), г. Москва, Губкина, 3, [email protected]
Лапина Е.Е.
Лапина Елена Егоровна, к. г.-м. н., с. н. с. Иваньковской НИС ИВП РАН, г. Москва, Губкина, 3, shtriter [email protected]
Михайлова А.В.
Михайлова Алла Викторовна, к. х. н., с. н. с. Института геохимии и аналитической химии им.
В.И. Вернадского РАН (ГЕОХИ РАН), г. Москва, Косыгина, 19, [email protected]
ИЗМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА БОЛОТНЫХ ВОД ПОСЛЕ ПОЖАРОВ 2010 ГОДА (на примере водосбора Иваньковского водохранилища)
Аннотация. Выполнен химический анализ болотных вод и установлено их изменение в связи с пожарами 2010 года на территории Тверской области. Приведены результаты аннали-за 50 проб воды, отобранных в июле - сентябре 2010 года и мае 2011 года. Проанализированы 70 образцов торфа, влияющего на формирование водного стока и его качество. Выявленные изменения напрямую связаны с пожарами: от свалок - по воздуху и стокам; от торфяных залежей как среды формирования водного стока с присущими торфяным болотам характеристиками - рН, формами нахождения элементов, наличием ценных органических веществ и другим.
Ключевые слова: гидрология болот, осушенные торфяники, химический анализ, определение элементов, Иваньковское водохранилище, торфяные пожары, экология.
Akhmetyeva N.P.
Akhmetyeva Nina P. Dr., Institute of Water Problems of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Gubkina, 3
Lapina E.E.
Institute of Water Problems of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Gubkina, 3
Mikhailova A.V.
Mikhailova Alla V., Dr., Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of V.I. Vernadsky of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Kosyigina, 19
CHANGE OF THE CHEMICAL
COMPOUND OF PEAT WATERS AFTER FIRES OF 2010 (on the example of water catchment area of the Ivankovsky water reservoir)
Abstract. The chemical analysis of peatlands' waters is made for the fixing of changes of their compound after the fires of 2010 in the Tver region. Results of the analysis of 50 tests of the water which have been selected in July-September, 2010 and in May, 2011 are given. 70 samples of the peat influencing on the formation of a water drain and its quality are analysed. The revealed changes directly are connected with fires: from dumps - by air and to drains; from peat deposits as environments of formation of a water drain with characteristics inherent in peat mires: pH, forms of elements, existence of valuable organic substances and others.
Keywords: peat land hydrology, drained peat-lands, chemical analysis, determination of elements, Ivankovsky water reservoir, peat fires, ecology.
Введение
На водосборе Иваньковского водо-хранилища широко представлены торфя-ные болота всех типов, составляющие около 10% его площади. Исследовались в разной степени болота: Ор-шинский мох, Шумновское, Конаковский мох, Тарлаков-ский мох, Дубнинский массив (Московская область), Галицкий мох, Озерецко-Неплюевское, Вешка и Кума-ничник [1].
При анализе результатов учитывалось около тысячи данных физикохимических анализов торфа и воды с определением содержания в них N Р, К+, №+, Са2+, Mg2+, Fe(II, III), SO42-, С1-, НС03-, величин рН и Е^ перманганатной окисляемости (ПО), цветности и др. Выборочно использовались данные по содержанию в торфе органических веществ и тяжелых металлов близ источников загрязнения: Конаковской ГРЭС и общегородской белавин-ской свалки (полигон ТБО) г. Конаково. Анализировались ранее полученные данные химического анализа болотных вод -дрен, топей, истоков малых рек (порядка 500 определений), сделанных в период с 1990 по 2010 гг.
Целью настоящей работы является обобщение результатов полевых и экспериментальных исследований по торфяникам, подвергшимся пожарам за лето 2010 г., и сравнение их с ранее полученными при мониторинге состава природных вод данными [2].
Объекты и методика исследований
В 2010 г. заложено 6 маршрутов по торфяным болотам Тверской области, затронутым пожарами или расположенным вблизи горевших лесов и свалок. Данные представлены по трем объектам, наиболее отвечающим целям работы.
Окраина Галицкого мха с переходной торфяной залежью (рис. 1, 2). Здесь отобраны пробы воды из колодца глубиной
1.8 м и образцы торфа на различной глубине: 0; 0.2; 0.4; 0.6 и 0.7 м; разрез одной точки по глубине представлен на рис. 2.
Верховое болото Шумновское. Пожар 2010 года охватил примыкающую к нему территорию свалки и леса до ЛЭП, на-
правленной от Конаковской ГРЭС на юго-восток. Основное направление ветра в августе - сентябре было на северо-восток, таким образом, частицы дыма от горящих свалки и леса попадали на болото. Здесь отобраны пробы воды из 8 точек.
Рис. 1. Торфяник Галицкий мох, вблизи пос. Радченко (30.08.2010)
Fig. 1. Galitsky moss peatland, near the Radchenko settlement, a second visit (30.08.2010)
Рис. 2. Яма на торфяной гари глубиной 0.7 м Fig. 2. Hole in the burning peat of 0.7 m in depth
На низинном Озерецко-Неплюев-ском торфянике аналогичные работы вы-
полнялись на его горевшей, северовосточной части вблизи д. Андреевское.
Химический состав воды и торфа, степень кислотности и редокс-потенциал (рН и ЕЦ измеряли в химической лаборатории Иваньковской НИС (ИВП РАН), анализ торфа также выполнили в ГЕОХИ РАН. Отбор проб проводили согласно известным рекомендациям [3] и ГОСТ [4]. Воду анализировали сразу после взятия проб. Кислотность воды и вытяжек из-меряли на потенциометре рН-673. Элементы определяли по общепринятым методикам [5]. Пробы торфа перед анализом высушивали до воздушно-сухого состояния, растирали и просеивали через сито с размером ячеек сетки 2.0 мм. Зольность определяли по ГОСТ 11306-83, гигроскопическую влажность - по ГОСТ 5180-84.
Результаты
Полученные результаты и данные прошлых лет позволяют сделать следующие предположения:
1) болотные воды верховых болот в естественном состоянии имеют рН 3.4-5, отличаются высокой цветностью до 500 град по Р^Со шкале, низким содержанием Са2+ и Mg2+ (около 1-2, редко до 3 мг-экв/л), достаточно часто сульфат-ионы превышают гидрокарбонат-ионы; в воде часто присутствует трехвалентное железо в количестве 1-1.3 мг/л, содержание легкорастворимого органического вещества (ПО) составляет 20-50 мг О2/л; общая минерализация вод относительно мала - до 100 мг/л.
Концентрации соединений азота, фосфора и калия небольшие, обычно намного меньше, чем в грунтовых водах прилегающей территории; органическое вещество находится преимущественно в виде фульвокислот (в углеродных единицах на 1 л воды содержание ФК варьирует в пределах 4.5-35), гуминовые кислоты присутствуют в количестве 4-15 мг/л;
2) в низинных болотах величины рН меняются до 7.7; воды имеют высокую цветность, однако ниже, чем в верховых торфяниках (60-400, в среднем - 145 град по Р^Со шкале), содержание Са2+ и Mg2+ повышается до 3-6 мг-экв/л, содержание легкоокисляемого органического вещества (ПО) составляет от 12.5 до 92 мг О2/л (в
среднем - 37 мг 02/л), железа общего 0.1-
3.2 мг/л (в среднем - 1.1 мг/л); общая минерализация в сравнении с верховыми болотами повышается на 30-^40 мг/л. В низинных болотах абсолютное содержание гидрокарбонатов всегда больше содержания сульфатов;
3) химический состав переходных болот занимает промежуточное положение между верховыми и низинными болотами.
В целом после торфяных пожаров состав торфа и болотных вод изменяется. Торф гарей становится пористым, более водопроницаемым за счет частичного спекания и образования твердых кусков диаметром до 1 см.
Результаты анализа горелого торфа, взятого у поселка Радченко, представлены в табл. 1.
Таблица 1. Изменение гигроскопической влажности и зольности торфа под гарью*
Table 1. Change of hygroscopic moisture and ash content under the burning peat*
В горелом торфе повышаются концентрация железа, ионов кальция, магния, натрия и калия, сульфат-иона, сухого остатка и степень насыщенности основаниями; зольность торфа местами достигает 90%. Повышается рН до 6.5-7.4 против 3.4-6.0 в естественных болотах верхового и переходного типа. Гигроскопическая влажность образцов составляет от 5.4% на поверхности до 20.3% на глубине 0.4 м.
Результаты анализа болотных вод Галицкого мха из скважин, пробуренных до пожара (2003) и через два года после пожара на гари, и колодца глубиной 1.8 м, выкопанного на болоте (период отбора -август), представлены в табл. 2.
Выгорание торфа отразилось на характере болотных вод. В сравнении с ра-
N п/п Глубина, м Гигроскопическая влажность, % Зольность, %
1 Поверх- ность б.4 64. O
2 O.1 9.O 49.O
3 O.2 9.б 18.4
4 O.3 1O.4 17.б
б O.4 2O.3 16.3
б O.5 - -
*Aнaлиз торфа выполнен в ГЕОXИ РAН
нее полученными данными, в болотных водах, вскрытых скважинами непосредственно под гарью, общая минерализация возросла в 2 раза, рН составил порядка 6.6, содержание ионов кальция увеличилось в
2-3 раза, резко изменилось соотношение Са/Mg, несколько возросло содержание сульфатов; концентрация ионов общего железа возросла в 3.5 раза и составила
20.8 мг/л.
Таблица 2. Химический состав воды до и после пожаров 2010 г., Галицкий Мох (мг/л)
Table 2. The chemical composition of the water before and after the fires in 2010, Galitsky Moss (mg/l)
Примечание. Пропуски в графах означают, что данный параметр не определялся
В поверхностных водах (канавах, водоемах, болотных водотоках) также увеличилась общая минерализация (в 1.2^ 1.4 раза), величина рН передвинулась в слабо щелочную сторону менее резко увеличилось количество ионов кальция и суммарное содержание ионов общего железа.
Результаты обследования низинного Озерецко-Неплюевского массива представлены в табл. 3, где приведен химический состав болотных вод (БВ) до и после пожаров 2010 г.
Анализы воды из магистрального канала в силу его больших размеров и соответственно значительного влияния на химический состав атмосферных осадков не показывают явных следов влияния пожаров, хотя основные тенденции просматриваются и здесь.
На влияние пожаров указывает состав воды небольших в сравнении с магистральными и потому более чувствительных картовых каналов. В них происходит сдвиг рН в щелочную сторону, растут концентрации ионов кальция, гидрокарбонатов и сульфатов.
По составу болотные воды Шумнов-ского болота, по данным многолетних наблюдений авторов, отличаются низкими величинами рН (3.85-6.81, в среднем около 5.2), малой минерализацией (20-50 мг/л), высокой цветностью (130-500 град по Р^Со шкале) и повышенным количеством железа (1.2-3.5 мг/л в пределах топи, до
5.2 мг/л в дренажных водах).
Таблица 3. Химический состав воды до и после пожаров 2010 г., Озерецко-Неплюевское болото (в мг/л)
Table 3. The chemical composition of the water before and after the fires in 2010, Ozeretskoe-Neplyuevskoe mire (in mg/l)
№ п/п Компонент Магистральный канал Картовый канал
200б 2011 200б 2011
1 рН 7.12 7.б б.49 7.7
2 Минерализация 219.0 172.0 407.0 474.0
3 Цветность 125.0 б5.0 300.0 1В0.0
4 ПО 30.5 25.0 50.5 33.В
5 НСОЗ 152.0 11б.0 2В7.0 342.0
б NO3 0.В4 0.1 0.В4 1.7
7 NO2 0.0б 0.01 0.0б 0.0
В NH4+ 0.39 0.4 0.9 1.0
9 Cl- 2.0 2.2 2.1 13.0
10 S О ф. - 10.0 14.0 б.4 9.б
11 PO43- 0.03 0.0 0.В4 0.17
12 Ca2+ 24.0 30.0 72.0 В4.0
13 Mg2+ В.5 В.5 17.0 20.0
14 Fe(II, III) 0.В 0.2 2.б 2.б
В южной части Шумновского болота в 0.5-0.7 км от границы пожара в августе 2010 года по линии скважин ручного бурения с шагом в 100 м обнаружены изменения в химическом составе болотной воды:
1) общая минерализация в целом в сравнении с фоном повысилась в 1.1—1.2 раза;
2) содержание суммы № + К по сравнению с фоновым возросло в 2-5 раз;
3) содержание ионов кальция также несколько увеличилось.
Повторно болотные воды Шумновского болота были отобраны на анализ в августе 2011 г. в точке 1 (табл. 4). Отмечены следующие изменения:
№ п/п Ком- по- нент Скважины 1 Колодец
2003 2012 2010 2011 2012
1 рН б.2В б.б2 7.1 7.2 7.0
2 ине- али- ация иаа 199.0 З9В.0 272.0 377.0 ЗВ2.0
3 Цвет- ность 450.0 90.0 191.0 В0.0 105.0
4 ПО 59.4 3б.0 12.0 31.0 25.0
5 НСОз 97.В 90.0 1В2.0 244.0 21 б.0
б NO3- 1.3 3.0 б.2 0.29 1.3
7 NO2- 0.04 0.2 - 0.02 -
В NH4+ 0.7 б.4 З.В4 1.5 0.31
9 Cl- 1.3 11.0 4.0 4.0 0.В
10 S О Ф. - 22.3 31.0 10.0 25.0 б7.0
11 P О ф. - 0.29 0.07 0.57 0.31 0.52
12 Ca2+ 3б.0 19В.0 50.0 50.2 Вб.0
13 Mg2+ 3б.0 23.0 7.3 9.7 В.4
14 Fe(II, III) 5.7 20.В 4.2 1.б 2.1
1) значение общей минерализации несколько снизилось и составляет 60 мг/л, но оно более высокое, чем фоновое;
2) величина рН типична для верхового Шумновского болота;
3) концентрация иона кальция снизилась и стремится к прежнему значению;
4) содержание легкоокисляемого органического вещества увеличилось в 1.3-
1.7 раза;
5) концентрация ионов общего железа имеет тенденцию к росту.
Таблица 4. Химический состав воды, отобранной в центральной, южной и восточной частях Шумновского болота (в мг/л)
Table 4. The chemical composition of the water sampled in the central, southern and eastern parts of Shumnovskoe mire (in mg/l)
№ п/п Компо- нент Август 2010, южная часть Август 2011
Центр болота Т. 1 Т. 2 Т. 3 Т. 1
1 рН 4.В 4.б 5.1 5.б 5.1
2 Минера- лизация б4.0 б5.0 б3.0 52.0 б0.0
3 Цвет- ность 200.0 21б.0 251.0 2В0.0 120.0
4 ПО 73.0 57.0 52.0 б4.0 99.0
5 НСОЗ 37.0 37.0 37.0 31.0 30.5
б NO3- З.б1 З.В З.В 3.1 1.7
7 no2- 0.0б 0.0В 0.0В 0.03 0.02
В NH4+ З.В 4.0 4.1 2.7 1.б
9 Cl- 1.0 1.0 1.3 0.1 2.9
10 S О ф. - 5.0 5.4 3.4 3.0 7.В
11 P о ф. - 0.4 0.55 0.3 0.11 0.49
12 Ca2+ 10.0 10.0 10.0 В.0 б.0
13 Mg2+ 1.2 1.2 0.б 0.0 2.0
14 Fe(II, III) 1.б 2.0 2.4 1.2 2.5
Примечание. Т. 1, Т. 2, Т. 3 - точки на болотах, откуда брались анализы
Проведенные исследования показали, что воды верховых болот более устойчивы к влиянию пожаров, чем воды низинных болот; после площадных возгораний в болотных водах в наибольшей степени увеличиваются концентрации ионов кальция, сульфатов и железа (II, III).
Следует учитывать, что болотные воды естественного болота могут меняться в течение года и ряда лет в зависимости от водности и структуры стока даже в случае отсутствия пожара на самом массиве болота.
На низинном Озерецко-Неплюевс-ком болоте вблизи д. Андреевское вода, взятая нами из водоема, образованного на месте торфяного карьера, свидетельствует об изменении химического состава ти-
пичных для низинных болот вод. В озере обнаружены повышенные значения общей минерализации (434 мг/л), сульфатов (54 мг/л), хлоридов, ионов кальция, магния, натрия и калия; рН составил 7.3; цветность воды снизилась до 52, ПО составила 11 мг О2/л (против обычных 37).
Таким образом, при последующем за пожарами обводнении торфяников физико-химические процессы в болотных водах могут иметь следующие изменения.
При поступлении поверхностных обогащенных кислородом вод с рН около 7.0, с общей минерализацией 300400 мг/л (обычные речные воды Нечерноземной полосы России) произойдет их смешивание с болотными водами, содержащими большое количество органических веществ, с низкими значениями рН. Это, несомненно, приведет к изменению условий жизни водной растительности, ракообразных, планктона и др. Кроме того, известно, что фульвокислоты и гуминовые кислоты болот являются активными сорбентами (комплексообразователями) тяжелых металлов, поступающих из атмосферы.
При резком изменении физикохимической обстановки в болотах могут произойти и изменения в способности болотных вод коагулировать и осаждать металлы и другие вещества, в том числе опасные для здоровья людей, такие как ртуть, мышьяк и др.
Библиографический список
1. Ахметьева, Н.П. Экологическое состояние природных вод водосбора Иваньковского водохранилища и пути по сокращению их загрязнения / Н.П. Ахметьева, Е.Е. Лапина, М.В. Лола. М.: УРСС, 2008. 240 с.
2. Панов, В.В. Восстановление выработанных и нарушенных торфяных болот / В.В. Панов // Материалы Всероссийского торфяного форума. Тверская область, Эммаус, 27-28 апреля 2011. Тверской ИнноЦентр, 2011. С. 112-114.
3. Лурье, Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод / Ю.Ю. Лурье. М.: Химия, 1984. 448 с.
4. Государственный контроль качества воды. М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. 688 с.
5. Унифицированные методы исследования качества вод. М.: Секретариат СЭВ, 1983. Т. 2, ч. 1. Методы химического анализа вод. 195 с.
УДК 622.331:622.22
Михайлов А.В.
Михайлов Александр Викторович, д. т. н., заместитель генерального директора ОАО «Всероссийский научноисследовательский институт торфяной промышленности», Санкт-Петербург, Фермское шоссе, 22, [email protected]
Michailov A.V.
Mihaylov Alexander V., Prof., deputy general director of the Russian research institute of peat industry, St.-Petersburg, Fermskoe highway, 22
ДОБЫЧА ТОРФЯНОГО СЫРЬЯ И ЭМИССИЯ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ
Аннотация. Рассмотрены способы управления болотными системами при добыче торфа с позиций анализа эмиссии парниковых газов, а также концепция экскаваторного способа добычи торфа на топливо с повторным заболачиванием выработанных торфяных карьеров.
Ключевые слова: эмиссия парниковых газов, торфяные месторождения, экскаваторный способ добычи торфяного сырья, повторное заболачивание.
EXTRACTION OF PEAT AND GREENHOUSE GAS EMISSIONS
Abstract:: Ways of management of the developed peatlands are considered from the positions of the analysis of greenhouse gas emissions. The concept of excavating method of fuel peat extraction and restoration of the cutaway peat quarries is considered.
Keywords: greenhouse gas emissions, peat deposits, excavating method of peat extraction, restoration.
В настоящее время технология добычи торфа послойным фрезерным способом испытывает существенные трудности из-за низкого качества продукции, ненадежности поставок потребителю, а также высокого уровня пожароопасности, природоохранных и экономических рисков.
Зная несовершенство применяемой технологии, необходимо переходить на новые способы добычи торфяного сырья с учетом:
• увеличения продолжительности сезона добычи;
• снижения зависимости от неблагоприятных погодных факторов;
• снижения воздействия на окружающую среду.
Торфяники являются важным компонентом глобального цикла углерода (С), как источник и накопитель С. В северных торфяниках, занимающих площадь приблизительно 3,5 млн км2, аккумулировано 220-460 млрд т (22-46 Гт) С, который продолжает накапливаться в торфе, при образовании которого в аэробных условиях выделяется двуокись углерода (СО2), а в анаэробных условиях - метан (СН4) [1, 2].
Многофункциональность болот как природно-хозяйственных объектов (добыча торфа, сельскохозяйственные угодья, лесоводство) определяет разнообразие подходов к оценке депонированного в них углерода.
Особенности неосушенных болот [3]:
• прирост биомассы преобладает над ее разложением;
• происходит переход химических элементов из биогенного круговорота в геологический;
• круговорот углерода не замкнут;
• очищают атмосферу от избытка диоксида углерода и обогащают ее кислородом.
По оценкам разных авторов, от 0,5 до 7% первичной фитопродукции болотной растительности превращается в СН4, при этом вклад болотных экосистем в глобальную эмиссию метана может достигать 15%.
На верховых болотах эмиссия возрастает с 4,6 до 11 г СО2/(м2-сут), а на низинных - уменьшается с 3,5 до 2,8 г СО2/(м2-сут)[4]. Наблюдение на участках верхового болота с различным уровнем
болотных вод (УБВ) показало, что понижение УБВ на 5 см ведет к увеличению эмиссии СО2 на 4-5%.
По экспертным оценкам в верховых болотах России содержится 28,4 Гт (в низинных - 0,75 Гт) углерода, который был накоплен примерно за 10 тыс. лет, т. е. средний темп изъятия углерода из атмосферы российскими болотами составляет
2,8 Мт С/год.
В болотах накоплено до 40% углерода, содержащегося в литосфере, а их площадь не превышает 10% площади суши. Торфяники, составляя лишь 3% суши, содержат 25% углерода. По последним данным, площадь болот мира оценивается в 6,41-106 км2. В России общая площадь за-торфованных заболоченных земель составляет 3,69-106 км2 (21,6% территории страны) с содержанием углерода 113,5-109 т, в том числе площадь торфяных болот -1,39-106 км2 , содержащих 100,9-109 т углерода [5].
Зеленые растения аккумулируют углерод, часть которого затрачивается на дыхание самих растений, а остальная часть идет на образование биомассы растений (фитомасса). Одним из основных показателей биологической продуктивности является чистая первичная продукция фитоценоза ^РР), величина которой зависит от видового состава растительного сообщества, климатических и гидротермических условий. Поэтому №Р болот может изменяться в широких пределах -от 210 до 3400 г м2 год1. У северных торфяников наблюдаются низкие проценты №Р и разложения по сравнению с другими экосистемами [6]. При отмирании фитомассы образуется мортмасса, которая разлагается с образованием СО2 и почвенного органического вещества (ПОВ), одновременно происходит и минерализация ПОВ.
Согласно данным научной литературы, в северных торфяниках средняя скорость накопления углерода в торфе составляет около 29 г м2 год1 или 10% от средней ежегодной №Р за прошедшие 5000-10 000 лет [1]. Это означает, что ежегодно накапливается 70-100 млн т углерода.
Согласно данным исследований, поток СН4 в атмосферу от северных болот, в зависимости от типа болота, может со-
ставлять от -0.15 до 22.3 мг м2 ч1, т. е. в отдельных случаях может происходить поглощение метана торфяной залежью. При оценках большое значение имеет не только общее содержание метана в торфе, но и зависимость концентрации метана от глубины залежи, так как при продвижении к поверхности метан может окисляться до СО2.
В дополнение к роли поглотителя углерода северные торфяники испускают СН4. Все вместе они - существенный источник СН4 в атмосферу; составляют 3-5% глобальной эмиссии метана [7]. Эта эмиссия является переменной в пространстве и времени из-за сложного взаимодействия факторов, которые влияют на производство и транспорт СН4 в пределах месторождения торфа. Потери СН4 от торфяников составляют обычно меньше 10% от ежегодного потока С в атмосферу [8].
В конечном счете, эмиссия СН4 является результатом разложения опада и накопленного торфа при недостатке кислорода, т. е. ниже горизонта грунтовых вод. Положение уровня воды существенно влияет на количество СН4, выпущенного из торфяников, в которых этим процессом управляет толщина аэробного поверхностного слоя. Когда горизонт грунтовых вод низок, СН4 может быть окислен в СО2 метанотрофными бактериями прежде, чем он достигнет атмосферы. Поток углерода в экосистемах торфяника показан на рис. 1
[9].
Катотелм, или торфяная залежь, состоит из разложившегося и уплотненного материала, который находится ниже горизонта грунтовых вод. Условия здесь в основном анаэробные, микробная деятельность низкая, за исключением отдельных прослоек торфа, и разложение органического вещества торфа происходит очень медленно. Акротелм, или деятельный слой торфяной залежи, - это верхний слой из еще не полностью разложившихся растительных остатков торфа в торфянике. Его толщина лежит в пределах 5-50 см(в некоторых случаях до 1 м).
Атмосфера
Рис. 1. Цикл углерода в болотных экосистемах
[9]
Fig. 1. Cycle of carbon in mire ecosystems [9]
Теоретически предполагается, что у накопления торфа на поверхности Земли есть предел: разложение торфа внутри залежи в какой-то момент становится равным его приросту на поверхности торфяника.
Долгосрочная очевидная норма накопления C (LORCA) в северных торфяниках оценена в 20-30 г C м-2 год-1. Исследование, сделанное на торфяниках в восточной Канаде (Ontario, Quebec, New Brunswick, New Scotland), указывает, что недавние нормы накопления C (RERCA) до 8 раз больше, чем LORCA [10]. Нормы накопления C в восточных канадских торфяниках за прошлые 150 лет колебались от 40 до 117 г C м2 год1, со средним значением 73 г C м 2 год1. Это соответствует данным по Северной Америке (31-93 г C м2 год1) [13, 14] и Финляндии (40-81 г C м2 год1) [11, 12]. Кажется, что северные торфяники в настоящее время аккумулируют больше C, чем в отдаленном прошлом. Это увеличение может быть связано с изменением климата, содержания азота и CO2 в атмосфере [10].
Если скорость эмиссии метана составляет 1,7 г CH4 м2 год1, то такое выделение метана с поверхности болот сравни-
мо с поглощением углекислого газа на той же площади со скоростью 0,1 мг С га1 год1. По оценкам МГЭИК, пресноводные болота выделяют от 7 до 40 г СН4 м 2 год1 и поглощают до 0,35 т С га1 год1 .
В торфяной залежи находятся основные запасы углерода, причем они практически поровну распределяются между верховыми типами залежей (21,8 • 109 т) и, в сумме, переходными, смешанными и низинными (20,8 • 109 т) [15].
Болота, крупнейший природный источник метана, поставляют в атмосферу примерно 0,11 Гт СН4 в год из общей глобальной эмиссии 0,50-0,54 Гт СН4 в год (рис. 2).
1400 1200 1000 800 600 400 200 0
1 2 3
Рис. 2. Количество парниковых газов и кислорода, выделенных и поглощенных 1 га естественных болот за год, кг/га:
1 - балансовое поглощение СО2 верховыми и низинными болотами; 2 - балансовое выделение О2; 3 - эмиссия СН4 с верховых и низинных болот [3]
Fig. 2. Emission and consumption of greenhouse gases and oxygen with one hectar of natural mires for one year, kg/ha:
1 - CO2 consumption with oligotrophic and eutrophic mires, 2 -O2 emission; 3 - CH4 emissions [3]
Осушение болот для сельскохозяйственного и другого землепользования приводит к быстрому выделению накопленного углерода [16] (рис. 3).
Потенциальные скорости накопления / выделения углерода при некоторых способах управления болотными территориями приведены в таблице.
10000
8000
6000
4000
2000
0
12 3 4
Рис. 3. Количество парниковых газов, выделенных и поглощенных естественными и осушенными болотами за 2000 г., тыс. т:
1 - балансовое поглощение СО2 естественными болотами; 2 - эмиссия СН4 с естественных болот; 3 - эмиссия СО2 с осушенных торфяных почв; 4 - эмиссия СО2 с нарушенных торфяных месторождений [3]
Fig. 3.. Emission and consumption of greenhouse gases with the natural and drained mires in 2000, kt:
1 - CO2 consumption by the natural mires;
2 - CH4 emissions from the natural mires; 3 - CO2 emissions from drained peat soils; 4-CO2 emissions from disturbed peat deposits [3]
Таблица. Потенциальные скорости накопления/выделения углерода при некоторых способах управления болотными территориями
Table. Potential rate of accumulation/emission of carbon in some ways to manage wetland areas
Способы управле- ния Скорости накопления/ выделения углерода (т С на га в год) Другие парниковые газы и воздействия
Перевод в с/х угодья Северные и умеренные широты: -1 до -19 (выброс) — СН4 (суммарный эффект: увеличение эмиссии парниковых газов в зависимости от начальной эмиссии СН4, современной эмиссии С02)
Перевод в лесопосадки Северные и умеренные широты: -0.3 до -2.8 (выброс) — СН4 (суммарный эффект: от слабого увеличения до слабого уменьшения эмиссии парниковых газов)
Восста- новление болот 0,1-1,0 +++СН4 (суммарный парниковый эффект примерно нулевой)
Создание новых заболо- ченных земель Краткосрочно: от -0,1 до -2; долгосрочно: 0-0,05 Краткосрочно - выбросы парниковых газов; долгосрочно - стабили-зация баланса и погло-щение парниковых газов
у 9 т 8
4050.1
П
136^6 Г"| 94'5 1 1
I W *=7 —
Осушение торфяных месторождений приводит к рискам возникновения пожаров и дополнительному выбросу диоксида углерода. По данным МЧС, за последние 10 лет в Белоруссии зарегистрировано 42 211 пожаров на торфяниках площадью 62 458 га. Среднегодовое количество таких пожаров составляет 4221 на площади 6246 га. Расчеты показывают, что среднегодовой выброс в атмосферу диоксида углерода при глубине сгорания торфяного слоя 0,3 м составляет около 6302 тыс. т, при 0,5 м - 10 503 тыс. т, при 0,75 м -15 754 тыс. т, при 1 м - 21 005 тыс. т. Это сопоставимо с годовой эмиссией СО2 со всех 1247,9 тыс. га осушенных торфяных почв и нарушенных торфяных месторождений Белоруссии, которая в 2000 году составила 13 344,9 тыс. т [3].
После выработки торфяных месторождений и пожаров на осушенных низинных торфяниках, подстилаемых сапропелем, формируется амфибиальный водно-воздушный режим с резкой сменой окислительных и восстановительных процессов; после сгорания на полях образуется слой минерализованного торфа толщиной 1 см/год и более; выбросы СО2 в атмосферу составляют 22 т/га и более. Осушенные низинные торфяники, подстилаемые песками, супесями и суглинками, зарастают суходольной растительностью в течение нескольких лет.
Осушенные верховые торфяники после выработки и пожаров ведут себя иначе. Торфяники верхового типа не зарастают; образуется слой минерализованного торфа не более 1 см/год; выбросы СО2 в атмосферу составляют 18 т/га и более.
Основным путем решения проблемы пожаров на антропогенно нарушенных торфяных болотах, использование которых в сельскохозяйственном, лесо- и водохозяйственном и других направлениях нецелесообразно, является экологическая реабилитация естественных функций болот путем повторного заболачивания. Использование выработанных торфяных месторождений под водоемы значительно дешевле их рекультивации для сельского хозяйства. Согласно правилам и порядку определения и изменения направлений использования выработанных торфяных месторождений и других нарушенных болот Республики Беларусь [17], проведение
повторного заболачивания по экологическим и экономическим показаниям является обязательным для выработанных торфяных месторождений, разработка которых проводилась багерно-экскаватор-ным способом.
Процесс добычи торфа на неосушен-ных торфяниках экологически обоснован как способ управления экосистемой торфяного месторождения. Технология добычи влажного торфяного сырья устраняет ряд проблем, вызванных технологией добычи фрезерного торфа. Чтобы обеспечить сушку и уборку торфа по применяемым в настоящее время технологиям, требуется осушить огромные площади и на длительное время изменить естественные функции болот. Технология добычи влажного торфяного сырья позволяет экосистемам торфяных месторождений перейти в естественное состояние и быстро восстановиться, а применение экологической реабилитации их функций приводит к возобновлению процесса накопления углерода.
Управление торфяными месторождениями оказывает положительное влияние на местный углеродный баланс.
Согласно комплексным полевым исследованиям, торфяники с высоким уровнем грунтовых вод характеризуются эмиссией метана, превышающей количество поглощаемого углекислого газа. Поэтому экскавация торфяного сырья на месторождениях с высокой эмиссией метана приводит к почти полному сокращению эмиссии парниковых газов.
Торфяные месторождения после экскавации торфа на всю глубину могут быть относительно легко и быстро восстановлены как функционирующие заболоченные места. Экскавация натурального торфа разрешает прогрессивное восстановление области производства так, чтобы в определенное время воздействовали только на относительно малую область торфяника. Это минимизирует проблемы запыленности атмосферы и путем осторожного гидрологического мониторинга и водного менеджмента позволяет уменьшать отрицательные эффекты на местные водные системы.
После добычи торфа и восстановления новые заболоченные места становятся потребителями углерода из-за более
активно восстанавливающейся поверхностной растительности. Процесс добычи/восстановления приводит к сокращению эмиссии парниковых газов [18]. Как показано на схеме (рис. 4), до добычи торфа - эмиссия СН4 в 10 раз больше, чем поглощается СО2. После добычи торфа и образования карьера СО2 поглощается в 10 раз больше, чем эмиссия СН4 с той же площади. При этом снижение эмиссии парниковых газов в эквиваленте СО2 составляет 3 т СО2 в год с гектара площади торфяного месторождения [18].
1 і >10 10.t > 1
Подстилающий грунт Подстилающий грунт Добыча торфа
Рис. 4. Схема снижения эмиссии при экскавации торфа из карьера [18]
Fig. 4. Scheme to reduce emissions at the excavation of peat from a quarry [18]
Исследования, проведенные в Ирландии компанией Bord na Mona по повторному заболачиванию, основывались на трех методах [19] к созданию озер на выработанных торфяных месторождениях:
• полное удаление слоя торфа до минерального основания с формированием глубокого бассейна (1,0-2,0 м) для образования озера;
• неполное удаление слоя торфа с формированием неглубокого бассейна (1,0 м) для образования озера;
• обводнение низменных участков выработанных торфяных месторождений (0,5—1,0 м).
Результаты показали, что в первом подходе озеро становится олиготорф-ным водоемом, во втором - евтрофным, а в третьем подходе - кислым и дистроф-ным. Данные предполагают, что устойчивый, стабильный водный режим озера может быть создан при использовании методов 1 и 2.
Многолетние исследования, проведенные в Швеции на вновь образованных озерах глубиной от 0,8 до 1,0 м [20], пока-
зали, что восстановление растительности происходит довольно быстро, и спустя несколько лет появляется около 40 видов растений (Рис. 5). Главными разновидностями являются Glyceria fluitans L. (1015%), Juncus effuses (1-15%), Potamogeton natans (1-5%), Phragmites australis (540%), Glyceria fluitans (10-30%), Carex rostrata и Carex spp. (5-20%) а также Equi-setum limosum, Alisma Plantago-aquatica и Bidens tripartite.
Рис. 5. Реабилитация функций торфяника путем повторного заболачивания: вверху - до обводнения; внизу - спустя восемь лет после [20]
Fig. 5. Peatland rehabilitation functions by rewetting: above - to; the bottom - eight years after flooding[20]
Экскаваторный способ позволяет осуществлять практически круглогодичную добычу торфяного сырья. Это снижает общие затраты и повышает эффективность производства (подробнее - в работе А.В. Михайлова и др. [21]). Происходит быстрый возврат торфяного месторождения в исходное состояние экосистемы: водоем -болото, существовавшее раннее. Это позволяет снизить риск возникновения торфяных пожаров на всех этапах добычи и восстановления водно-болотных экоси-
стем, кроме того, полностью исключить сброс болотных сточных вод в открытые водоприемники, сопутствующие осушению болот при всех существующих способах добычи торфа, поскольку данная система водопользования имеет замкнутый цикл.
Заключение
1. Заболоченные территории России сталкиваются с практикой регулирования землепользования и другими макроэкономическими стратегиями, которые обычно способствуют хозяйственному использованию этих территорий, нарушающих естественный баланс парниковых газов и, как правило, вызывают увеличение парникового эффекта. В зависимости от практики и стратегии использования, болота в России могут служить стоком парниковых газов или источником пополнения углекислого газа, метана и закиси азота в атмосфере.
2. По данным МГЭИК, на долю заболоченных территорий мира приходится практически нулевой суммарный выброс трех основных парниковых газов (СО2, CH4 и N2O). Нарушение этого баланса может сделать заболоченные территории существенным и долговременным источником парниковых газов. «Сырые» экскаваторные технологии торфодобычи могут обеспечивать снижение выбросов парниковых газов, что является основой сохранения и рационального управления болотами России.
Библиографический список
1. Gorham, E. Northern peatlands: role in the carbon cycle and probable response to climate warming. Ecological Applications, 1(2), 1991. P. 182-195.
2. Turunen, J., Tomppo, E., Tolonen, K. and Reinikainen, A. Estimating carbon accumulation rates of undrained mires in Finland -application to boreal and subarctic regions. Holocene, 12: 2002. P. 69-80.
3. Бамбалов, Н.Н. Проекты по повышению качества стоков парниковых газов: методологические и технологические проблемы / Н.Н. Бамбалов, В.А. Ракович. Институт проблем использования природных ресурсов и экологии НАН Бела-
руси. Режим доступа: www.climate-
by.com/Files/Docs/
1202804560_Bambalov.pdf.
4. Александров, Г.А. Глобальные изменения климата и регулирующая роль болот / Г.А. Александров, Г.С. Голицын, И.И. Мохов, В.К. Петухов // Изв. РАН, сер. географическая. № 2. 1994. С. 5-15.
5. Заварзин, Г.А. Цикл углерода в природных экосистемах России / Г.А. Заварзин // Природа. № 7. 1994. С. 15-18.
6. Lafleur, P.M., Roulet, N.T. and Admiral, S.W. 2001. Annual cycle of CO2 exchange at a bog peatland. Journal of Geophysical Research, 106. P. 3071-3081.
7. Prather, M., et al. 2001. Atmospheric chemistry and greenhouse gases. In: Houghton, J.T., et al. (Eds.), Climate Change 2001: The Scientific Basis, Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, UK.
8. Alm, J., Talanov, A., Saarnio, S., Silvola, J., Ikkoknen, E., Aaltonen, H., Nykanen, H. and Martikainen, P.J. 1997. Reconstruction of the carbon balance for microsites in a boreal oligotrophic pine fen. Ecologia, V. 110. P. 423-431.
9. Ontario Ministry of Energy report («An Assessment of the Viability of Exploiting Bio-Energy Resources Accessible to the Atikokan Generating Station in Northwestern Ontario») gives important recognition to the use of peat fuel in Ontario. Режим доступа: www.peatresources.com.
10. Turunen, J.J.,Tanttu, J.,Cameron, F. Minimum phase compensation in speech coding using hammerstein model. In INTERSPEECH-2004, 2685-2688. (2004).
11. Tolonen, K. and Turunen, J. 1996. Accumulation rates of carbon in mires in Finland and implications for climate change. Holo-cene, 6. P. 171-181.
12. Pitkanen, A., Turunen, J. and Tolonen, K. 1999. The role of fire in the carbon dynamics of mire, Eastern Finland. Holocene, 9. P. 453-462.
13. Wieder, R.K., Novak, M., Schell, W.R. and Rhodes, T. 1994. Rates of peat accumulation over the past 200 years in five Sphagnum-dominated peatlands in the United States. Journal of Paleolimnology, 12. P. 35-47.
14. Turetsky, M.R., Wieder, R.K., Williams, C.J. and Vitt, D.H. 2000. Organic matter accumulation, peat chemistry, and permafrost melting in peatlands of boreal Alberta. Ecoscience, 7. P. 379-392.
15. Гинзбург, А.С. Значение болот России для смягчения антропогенного изменения климата (экспертная оценка) / А.С. Гинзбург // Семинар «Роль механизмов Киотского протокола в развитии лесо- и землепользования в России». Москва, 14 марта 2005 года.
16. Kasimir-Klemedtsson, A., L. Klemedtsson, K. Berglund, P. Martikainen, J. Silvola, and
O. Oenema. 1997: Greenhouse gas emissions from farmed organic soils: a review. Soil Use and Management, 13. P. 245-250.
17. ТКП 17.12-01-2008 (02120) «Охрана окружающей среды и природопользование. Территории. Правила и порядок определения и изменения направлений использования выработанных торфяных месторождений и других нарушенных болот». Утв. и введен в действие Мин. природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь от 31 окт. 2008 г. № 4-Т.
18. May 2010 presentation by Dr. P. Telford, President and CEO of Peat Resources Limited, about the company's pursuit of two major peat-fuel opportunities in northern Ontario and the United Kingdom. Режим доступа: www.peatresources.com.
19. Lally H., Higgins T., Colleran E. and Gor-mally, M. 2008. Lakes: A new concept for wildlife conservation on Irish Cutaway Peatlands. Proceedings of 13th International Peat Congress: After Wise Use - The Future of Peatlands. Vol. 1. Tullamore, Ireland. P. 409-413.
20. Lundin L., Lode E., Stromgren, M. and Nilsson, T. 2008. Wetland: wise after-use at terminated peat cuttings. Proceedings of 13th International Peat Congress: After Wise Use - The Future of Peatlands. Vol. 1. Tullamore, Ireland. P. 409-413.
21. Михайлов, А.В. Перспективы развития новых технологий добычи торфа / А.В. Михайлов [и др.] // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Москва: Изд-во «Горная книга». 2010. № 9.
С. 189-194.
УДК 662.31.33:662.331
Женихов Ю.Н. Jenichov УЖ
Женихов Юрий Николаевич, д. т. н., проф., заведующий кафедрой «Природообустройство и экология» ФГБУ ВПО Тверской государственный технический университет (ТвГТУ), Тверь, Академическая, 12, [email protected]
Zhenikhov Yury N., Prof., Head of the Nature Management and Ecology of the Tver State Technical University, Tver, Academicheskay, 12
НОРМАТИВНОПРАВОВОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАЗРАБОТКИ ТОРФЯНЫХ И САПРОПЕЛЕВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Аннотация. Задачей настоящей статьи не является критика применения существующего законодательства о недрах для организации предприятий по добыче торфа и сапропеля. Целью является рассмотрение нормативного обеспечения намечаемой деятельности по разработке торфяных и сапропелевых месторождений от формирования инвестиционного замысла до начала эксплуатации объекта.
Ключевые слова: общераспространенные полезные ископаемые, лицензия на право пользования участком недр, запасы, горный отвод, технический отчет.
REGULATORY SUPPORT OF PEAT AND SAPROPEL FIELDS
Abstract. . The aim of this article is not to criticize the existing legislation on mineral resources in the field of peat and sapropel mining, but to examine the regulatory support of planned activities on the development of peat and sapropel deposits from the creating of investment plan to the mining process.
Keywords: common natural resources, the license for the use of subsoil, reserves, mining lease, technical report.
Торф и сапропель относятся к общераспространенным полезным ископаемым (ОПИ). ОПИ - часто встречающиеся в определенном регионе горные породы и минералы, используемые преимущественно в качестве строительных материалов, а также подземные воды первого водоносного горизонта, не являющиеся источником централизованного водоснабжения.
В соответствии с Законом РФ от 21.02.1992 № 2395-1 «О недрах» (ст. 4), к полномочиям органов государственной власти субъектов Российской Федерации в сфере регулирования отношений недропользования на своих территориях относится формирование совместно с Российской Федерацией региональных перечней полезных ископаемых, относимых к ОПИ (табл. 1). В качестве примера будем рассматривать региональное законодательство двух областей Центральной России -
Тверской и Ярославской.
Торф и сапропель (кроме используемых в лечебных целях) относятся к ОПИ.
Порядок предоставления недр для разработки месторождений ОПИ, порядок пользования недрами юридическими лицами и гражданами в границах предоставленных им земельных участков с целью добычи ОПИ устанавливаются, в соответствии со ст. 18 закона РФ «О недрах», законами и иными нормативными правовыми актами субъектов Российской Федерации.
Предоставление недр в пользование, в том числе предоставление их в пользование органами государственной власти субъектов Российской Федерации (ст. 11 закона РФ «О недрах»), оформляется специальным государственным разрешением в виде лицензии, включающей установленной формы бланк с Государственным гербом Российской Федерации, а также
Таблица 1. Перечни общераспространенных полезных ископаемых по Тверской и Ярославской областям Table. 1. Lists of common minerals in the Tver and Yaroslavl Regions
Наименование нормативно-правового акта Перечень ОПИ
Тверская область
Об утверждении Перечня общераспространенных полезных ископаемых по Тверской области. Распоряжение МПР РФ 23 октября 2006 г. N 50-р Администрация Тверской области 23 октября 2006 г. N 469-ра Галька, гравий, валуны; глины (кроме бентонитовых, палыгорскитовых, огнеупорных, кислотоупорных, используемых для фарфорово-фаянсовой, металлургической, лакокрасочной и цементной промышленности, каолина); доломит (кроме используемого в металлургической, стекольной и химической промышленности); известняки (кроме используемых в цементной, металлургической, химической, стекольной, целлюлозно-бумажной и сахарной промышленности; для производства глинозема, минеральной подкормки животных и птицы); мергель (кроме используемого в цементной промышленности); облицовочные камни (кроме высокодекоративных и характеризующихся преимущественным выходом блоков 1-2 группы); пески (кроме формовочного, стекольного, абразивного; для фарфорово-фаянсовой, огнеупорной и цементной промышленности; содержащего рудные минералы в промышленных концентрациях); песчано-гравийные, гравийно-песчаные, валунно-гравийно-песчаные, валунно-глыбовые породы; сапропель (кроме используемого в лечебных целях); сланцы (кроме горючих); суглинки (кроме используемых в цементной промышленности); торф (кроме используемого в лечебных целях)
Ярославская область
Об утверждении Перечня общераспространенных полезных ископаемых по Ярославской области. Распоряжение МПР иЭ РФ 11 марта 2009 г^ 11-р Правительство Ярославской области 11 марта 2009 г. N 459-п Галька, гравий, валуны; глины (кроме бентонитовых, палыгорскитовых, огнеупорных, кислотоупорных; используемых для фарфорово-фаянсовой, металлургической, лакокрасочной и цементной промышленности; каолина); известковый туф, гажа; пески (кроме формовочного, стекольного, абразивного; для фарфорово-фаянсовой, огнеупорной и цементной промышленности; содержащего рудные минералы в промышленных концентрациях); песчано-гравийные, гравийно-песчаные, валунно-гравийно-песчаные, валунно-глыбовые породы; сапропель (кроме используемого в лечебных целях); суглинки (кроме используемых в цементной промышленности); торф (кроме используемого в лечебных целях)
текстовые, графические и иные приложения, являющиеся неотъемлемой составной частью лицензии и определяющие основные условия пользования недрами.
Лицензия удостоверяет право проведения работ по геологическому изучению недр, разработке месторождений полезных ископаемых.
Порядок предоставления лицензии
От формирования инвестиционного замысла до получения лицензии на право пользования недрами соискателю лицензии необходимо пройти ряд этапов.
На всех этапах лицензирования исполнительный орган государственной власти субъекта РФ оказывает государственные услуги, включенные в реестр государственных услуг (функций). Однако реестр государственных услуг в области недропользования в разных субъектах РФ по составу различен. Так, в Тверской области в реестр включена только одна государственная услуга по выдаче лицензий (табл. 2), в то время как в Ярославской области перечень услуг гораздо шире (табл. 3).
Таблица 2. Выписка из реестра государственных услуг по Тверской области
Table 2. Extract from the register of public services in the Tver region
Последовательность действий лицензиата и лицензирующего органа представлена в табл. 3. Подготовка и утверждение перечней участков недр местного значения осуществляются органами ис-
полнительной власти субъектов Российской Федерации по согласованию с федеральным органом управления государственным фондом недр или его территориальными органами. Необходимость такого согласования внесена в ст. 2.3 закона РФ «О недрах» Федеральным законом РФ от
30 ноября 2011 года N 364-ФЗ.
Перечень документов, представляемых в лицензирующий орган, в разных субъектах РФ достаточно стабилен. В Тверской области для получения права пользования участком недр заявитель должен представить в лицензирующий орган документы (в двух экземплярах) (Постановление Администрации Тверской области от 27.09.2006 № 249-па), к числу наиболее значимых из которых следует отнести:
1) заявление о предоставлении права пользования участком недр с указанием цели его использования;
2) данные о месторождении, подтвержденные материалами государственной экспертизы запасов (в том числе информация, подтверждающая выполнение работ по геологическому изучению месторождения за счет средств заявителя в случае наличия такового); количестве и качестве запасов или ресурсов, их балансовой принадлежности (для целей добычи);
3) для геологического изучения -контуры участка из плана землепользования, при этом конкретный масштаб топографического плана определяется Департаментом;
4) согласие собственника земельного участка, землепользователя или землевладельца на предоставление соответствующего земельного участка для проведения работ, связанных с геологическим изучением и иным использованием недр (пп. 4.2.7 в ред. Постановления администрации Тверской области от
04.03.2008 N 44-па);
5) данные о финансовых возможностях заявителя, необходимых для выполнения работ, связанных с намечаемым пользованием недрами (копия бухгалтерского баланса заявителя и приложений к нему с отметкой налогового органа о его
Наимено- вание услуги Правовой акт, устанавливающий услугу
Выдача лицензий на пользование участками недр, со-держащими месторождения ОПИ, или участками недр местного значения Закон РФ от 21.02.1992 № 2395-1 «О недрах», п. 9 ст. 4, п. 7 ст. 10.1, ст. 16, Закон Тверской области от 06.06.2006 № 57-ЗО «О порядке пользования недрами в Тверской области, п. 10 ст. 4, ст. 6, ст. 7; Постановление Администрации Тверской области от 27.09.2006 № 249-па «О Порядке оформления, государственной регистрации и выдачи лицензий на пользование участками недр, содержащими месторождения общераспространенных полезных ископаемых, или участками недр местного значения, а также участками недр местного значения, используемыми для целей строительства и эксплуатации подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых», п. 1.2 Порядка...
принятии, банковские и иные гарантии на получение средств для освоения месторождения и другое);
6) данные о технических и технологических возможностях заявителя, а также других организаций, привлекаемых им в качестве подряд-
чиков (о наличии технологического оборудования, квалифицированных специалистов для ведения работ на участке недр или наличие договоров со сторонними организациями, привлекаемыми в качестве подрядчиков).
Таблица 3. Выписка из реестра государственных услуг по Ярославской области и действия недропользователя при лицензировании участка недр
Table 3. Extract from the register of public services in the Yaroslavl Region about the actions of the subsoil user when licensing a site of a subsoil
Действия недропользователя Наименование услуги Правовой акт, устанавливающий услугу
Выбор объекта - торфяного месторождения -для геологического изучения и добычи торфа Заявление в лицензирующий орган о включении объекта в перечень для лицензирования (с приложением кратких сведений об объекте, включая географические координаты угловых точек) Составление программы (перечня) для лицензирования участков недр Включение в перечень объектов для лицензирования Предоставление в федеральный орган управления государственным фондом недр и его территориальный орган предложения по формированию программы лицензирования пользования участками недр и дополнений к ней (для согласования) Закон РФ от 23.02.92 № 2395-1 «О недрах», ст.16; Закон Ярославской области от 11.02.2003 № 3-з «О недропользовании в Ярославской области», ст.12.1; Постановление Администрации Ярославской области от 20.03. 2007 № 95 «О реорганизации департамента агропромышленного комплекса, охраны окружающей среды и природопользования Ярославской области»
После согласования перечня
Подготовка материалов для участия в конкурсе (аукционе), подача заявки и документов на конкурс (аукцион), участие в конкурсе или аукционе Подготовка условий конкурса (аукциона) в отношении каждого участка недр или группы участков недр, содержащих крупные месторождения общераспространенных полезных ископаемых, а также формирование и утверждение персонального состава конкурсных комиссий Закон РФ от 23.02.92 № 2395-1 «О недрах», ст.16; Постановление Администрации области от 26.05.2004 № 102-а «О проведении конкурсов для разработки крупных месторождений общераспространенных полезных ископаемых» Постановление Администрации Ярославской области от 20.03.2007 № 95
После победы в конкурсе или аукционе
Проведение лицензирования пользования участками недр, содержащими месторождения общераспространенных полезных ископаемых, или участками недр местного значения Закон РФ от 23.02.92 № 2395-1 «О недрах», ст. 16; Закон Ярославской области от 11.02.2003 № 3-з «О недропользовании в Ярославской области», ст.12.1; Постановление Губернатора области от 19.08.2005 № 516 «Об утверждении Порядка оформления, государственной регистрации и выдачи лицензий на пользование участками недр»; Постановление Администрации Ярославской области от 20.03.2007 № 95, п. 3.4.9.
Разработка условий пользования участками недр, распоряжение которыми относится к компетенции субъекта РФ Закон РФ от 23.02.92 № 2395-1 «О недрах», ст. 16; Закон Ярославской области от 11.02.2003 № 3-з, ст. 12-1; Постановление Губернатора области от 19.08.2005 № 516; Постановление Администрации; Ярославской области от 20.03. 2007 № 95, п. 3.4.9
Лицензионное соглашение
Приложением к лицензии на право пользования участком недр является лицензионное соглашение. Соглашением устанавливаются:
1) предварительные границы горного отвода в целях проведения ревизионных работ для уточнения и постановки на баланс предприятия промышленных запасов торфа в пределах участка, обозначенного угловыми точками с географическими координатами;
2) условия пользования участком недр по объемам, основным видам работ и срокам их проведения:
• указываются сроки производства ревизионных работ в целях уточнения объемов пригодных к отработке запасов полезного ископаемого с последующим их утверждением экспертной комиссией по запасам и постановкой на баланс предприятия;
• указываются сроки подготовки, согласования и утверждения технического проекта разработки и рекультивации месторождения. До утверждения технического проекта разработка месторождения запрещается;
• оформление горного отвода. После утверждения технического проекта границы горного отвода уточняются и регистрируются в Госгортехнадзоре и включаются в лицензию в качестве неотъемлемой составной части;
• оформление в соответствии с земельным законодательством землеотводных документов;
• ежегодное составление плана развития горных работ на предстоящий год;
• обеспечение своевременной и качественной организации ведения гео-лого-маркшейдерской документации в процессе добычи полезного ископаемого;
• соблюдение требований природоохранного законодательства.
Подсчет запасов торфа и сапропеля, их государственная экспертиза и утверждение
Материалы по подсчету запасов подготавливаются в соответствии со следующими инструктивно-методически-ми документами:
• инструкция по разведке торфяных месторождений СССР, 1983 г. Мин-гео-ПГО Торфгеология;
• дополнения и изменения к инструкции по разведке торфяных месторождений СССР, изд. 1987 г.;
• инструкция по проведению поисковых и поисково-оценочных работ», изд. 1995 г.;
• инструкция по разведке озерных месторождений сапропеля РСФСР, 1988 г.
Результаты ревизионных работ оформляются в виде геологического отчета, оформленного в соответствии с требованиями ГОСТ Р53579-2009 «Отчет о геологическом изучении недр. Общие требования к содержанию и оформлению», и приказа Минприроды РФ от 23 мая 2011 г. № 378 «Об утверждении требований к составу и правилам оформления представляемых на государственную экспертизу материалов по подсчету запасов твердых полезных ископаемых».
В соответствии со ст. 29 и п. 14.1 ст. 14 закона РФ «О недрах» запасы полезных ископаемых разведанных месторождений подлежат государственной экспертизе (ГЭ).
Материалы по подсчету запасов представляются на ГЭ заявителем в виде отчета, состоящего из текстовой части и текстовых, табличных и графических приложений. Текстовая часть отчета состоит из следующих разделов:
• Титульный лист.
• Список исполнителей.
• Реферат.
• Содержание отчета.
• Введение.
• Геологическое строение месторождения полезных ископаемых.
• Методика геолого-разведочных работ.
• Вещественный состав и технологические свойства ПИ.
• Гидрогеологические условия разработки МПИ.
• Горно-геологические, инженерногеологические, горно-технические и экологические условия разработки МПИ.
• Попутные полезные ископаемые.
• Вопросы охраны окружающей среды.
• Подсчет запасов ПИ.
• Сопоставление данных разведки и разработки МПИ при проведении геолого-разведочных и эксплуатационных работ на разведуемых и разрабатываемых МПИ.
• Оценка степени изученности и подготовленности МПИ для промышленного освоения.
• Заключение.
• Список используемых источников. Требования к содержанию каждого
раздела содержатся в приказе Минприроды № 378.
Предоставление недр в пользование для добычи полезных ископаемых разрешается только после проведения ГЭ их запасов. Заключение ГЭ о промышленной значимости разведанных запасов полезных ископаемых является основанием для их постановки на государственный учет.
Во исполнение требований закона РФ «О недрах» Правительство РФ приняло Постановление от 11.02.2005 № 69 «О государственной экспертизе запасов полезных ископаемых, геологической, экономической и экологической информации о предоставляемых в пользование участках недр, об определении размера и порядка взимания платы за ее проведение».
Региональное законодательство детализирует процедуру проведения этой государственной услуги (закон Тверской области от 06.06.2006 № 57-ЗО «О порядке пользования недрами в Тверской области», п. 4 ст. 4; закон Ярославской области от 11.02.2003 № 3-з «О недропользовании в Ярославской области», ст. 10-ж.; Постановление Администрации Ярославской области от 20.03.2007 № 95 «О реорганизации департамента агропромышленного комплекса, охраны окружающей среды и природопользования Ярославской области», п. 3.2.23.).
В этой связи в реестр государственных услуг субъекта РФ включается «Проведение государственной экспертизы за-
пасов полезных ископаемых, геологической, экономической и экологической информации о предоставляемых в пользование участках недр, содержащих месторождения общераспространенных полезных ископаемых...». Предоставляет эту услугу уполномоченный орган исполнительной власти: в Тверской области - МПРиЭ, в Ярославской - Департамент охраны окружающей среды и природопользования.
Для проведения ГЭ в части участков недр, содержащих месторождения ОПИ, участков недр местного значения, заявитель направляет в адрес уполномоченного органа исполнительной власти соответствующего субъекта Российской Федерации следующие материалы и документы (п. 10 Постановления Правительства РФ № 69):
1) заявление;
2) документы, подтверждающие оплату государственной экспертизы в полном объеме;
3) материалы подсчета запасов (в 3-х экземплярах на бумажном носителе и в электронном виде);
4) авторскую справку об особенностях геологического строения месторождения, методике, объемах и результатах проведенных геологоразведочных работ и подсчете запасов (в
3-х экземплярах на бумажном носителе и в электронном виде).
Размер платы за проведение ГЭ
устанавливается в зависимости от запасов полезных ископаемых (прил. 1 к Постановлению Правительства РФ № 69)
(табл. 4)
Таблица 4. Размер платы за проведение государственной экспертизы
Table 4. The fee for state examination
Результаты ГЭ излагаются в заключении, которое подписывается членами экспертной комиссии.
Вид полезного ископаемого, участка недр Категории месторо- ждений Размер платы (тыс. руб.) Запасы, млн куб. м
Месторождения общераспространенных полезных ископаемых крупные 75 Более 5
средние 50 1-5
мелкие 25 Менее 1
После прохождения ГЭ геологический отчет регистрируется в отделе геологии и лицензирования субъекта РФ и с заключением ГЭ, с паспортом участка недр, с ведомостью машиночитаемого варианта отчета направляется в ФГУ НПП «Росгеолфонд» - 1 экз., ФГУ «ТФИ по ЦФО» - 1 экз. и филиал субъекта РФ ФГУ «ТФИ по ЦФО» - 2 экз.
Подготовка, согласование и утверждение технического проекта разработки и рекультивации торфяного или сапропелевого месторождения
В соответствии со ст. 23.2 закона РФ «О недрах» порядок подготовки, согласования и утверждения технических проектов разработки месторождений полезных ископаемых устанавливается Правительством Российской Федерации по видам полезных ископаемых и видам пользования недрами.
Правительство РФ приняло Постановление от 3 марта 2010 г. № 118 «Об утверждении Положения о подготовке, согласовании и утверждении технических проектов разработки месторождений полезных ископаемых и иной проектной документации на выполнение работ, связанных с пользованием участками недр, по видам полезных ископаемых и видам пользования недрами».
Основные положения этого постановления следующие:
1. Подготовка проектной документации осуществляется пользователем недр или организацией, привлекаемой пользователем недр для подготовки проектной документации (далее - проектная организация), на основании технического задания на проектирование, разработанного и утвержденного пользователем недр, и имеющейся геологической и иной информации о недрах.
2. Проектная документация, подготовленная проектной организацией, подписывается уполномоченным лицом проектной организации, заверяется печатью этой организации и передается пользователю недр для согласования и утверждения в установленном порядке.
3. Проектная документация до утверждения пользователем недр подлежит согласованию с комиссией, создаваемой Федеральным агентством по недропользованию или его соответствующим территориальным органом (далее - комиссия).
Комиссия осуществляет согласование проектной документации в отношении твердых полезных ископаемых (включая общераспространенные): проект опытно-промышленной разработки месторождения, технический проект разработки месторождения, технический проект ликвидации или консервации горных выработок, скважин, иных подземных сооружений, технологическая схема первичной переработки минерального сырья.
Для согласования проектной документации пользователь недр подает в Федеральное агентство по недропользованию или его территориальный орган заявление с указанием своих полного и сокращенного наименований, организационно-правовой формы и места нахождения, а также перечня прилагаемых к заявлению документов:
а) проектная документация (2 экземпляра на бумажном носителе и 2 экземпляра в электронном виде);
б) копия предыдущего решения комиссии (если рассмотрение проектной документации проводится повторно);
в) в случаях, предусмотренных законодательством Российской Федерации, копии заключений:
• государственной экспертизы запасов;
• государственной экспертизы проектной документации и результатов инженерных изысканий;
• государственной экологической экспертизы;
• экспертизы промышленной безопасности;
г) копия лицензии на пользование участком недр, в пределах которого находится месторождение полезного ископаемого или подземное сооружение, не связанное с добычей полезных ископаемых, со всеми приложениями и дополнениями к ней.
4. Проектная документация, прошедшая согласование с комиссией в соответствии с настоящим Положением, утверждается пользователем недр.
Рассмотрим требования к разработке технического проекта в плане необходимости получения заключений, которые предъявляются для согласования технических проектов по разработке и рекультивации торфяных и (или) сапропелевых месторождений.
Технический проект на разработку торфяного или сапропелевого месторождения следует подготавливать в соответствии с приказом Министерства природных ресурсов и экологии РФ от 25 июня
2010 г. N 218 «Об утверждении требований к структуре и оформлению проектной документации на разработку месторождений твердых полезных ископаемых, ликвидацию и консервацию горных выработок и первичную переработку минерального сырья».
Технический проект должен содержать разделы, представленные ниже. В приказе № 218 содержится расшифровка каждого раздела.
Приказ Минприроды N 218 содержит требования к форме представления данных технического отчета. Содержание технического отчета должно отвечать нормативной документации, регламенти-
рующей разработку торфяных месторождений, куда относятся: Нормы технологического проектирования предприятий по добыче торфа (ВНТП 19-86); Постановление Госгортехнадзора РФ от 9 сентября 2002 г. N 57 «Об утверждении Единых правил безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом» ПБ-03-498-02 и др.
Согласования технического проекта
Постановление Правительства РФ от 3 марта 2010 г. № 118 не дает четкого ответа, какие согласования необходимы. В постановлении речь идет о том, что в случаях, предусмотренных законодательством Российской Федерации, для согласования требуются копии заключений: государственной экспертизы запасов; государственной экспертизы проектной документации и результатов инженерных изысканий; государственной экологической экспертизы (ГЭЭ); экспертизы промышленной безопасности. При этом нет комментариев, какие согласования требуются для проектов разработки ОПИ, в том числе - торфяных месторождений.
Заключение государственной экспертизы запасов недропользователь получает на стадии подсчета запасов и их утверждения.
С 1 января 2007 года внесены поправки в ФЗ «Об экологической экспертизе» (Федеральный закон от 18.12.2006 № 232-ФЗ), в силу которых все ТЭО и проекты на строительство, реконструкцию... были исключены из числа объектов государственной экологической экспертизы (ГЭЭ). Таким образом, в настоящее время технические отчеты на добычу, переработку торфа, сапропеля, других ОПИ не проходят ГЭЭ, если они не размещаются на особо охраняемых природных территориях.
В Постановлении правительства РФ от 5 марта 2007 г № 145 «О порядке организации и проведения государственной экспертизы проектной документации и результатов инженерных изысканий» (в ред. Постановлений Правительства РФ от 29.12.2007 N 970, от 16.02.2008 N 87, от
07.11.2008 N 821) перечисляются виды объектов капитального строительства,
1. Общая пояснительная записка 12. Организация и технические решения при ведении работ в опасных зонах
2. Геологическое строение шахтного (карьерного) поля 13. Управление производством, предприятием. Организация и условия труда работников
3. Технические решения 14. Архитектурностроительные решения
4. Гидромеханизация горных работ (при наличии) 15. Инженернотехническое обеспечение. Сети и системы
5. Отвальное хозяйство 16. Генеральный план и внешний транспорт
6. Карьерный транспорт 17. Организация строительства
7. Техника безопасности при ведении открытых горных работ 18. Охрана недр и окружающей среды
8. Осушение поля карьера (разреза) 19. Мероприятия по обеспечению пожарной безопасности
9. Способы проветривания карьера (разреза) 20. Инженернотехнические мероприятия гражданской обороны. Мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций
10. Технологический комплекс на поверхности 21. Сметная документация
11. Качество полезного ископаемого 22. Экономическая оценка эффективности инвестиций
23. Графические приложения и документация
организация и проведение государственной экспертизы в отношении которых относится к полномочиям ФГУ «Главгосэкспертизы России» - государственному учреждению, подведомственному Федеральному агентству по строительству и жилищно-коммунальному хозяйству. В их числе есть особо опасные и технически сложные объекты, на которых ведутся горные работы.
В то же время в соответствии с п. 3 ст. 49 Градостроительного Кодекса РФ от 29 декабря 2004 г № 190-ФЗ (в ред. ФЗ от
30.12.2008 г. № 309-ФЗ) государственная экспертиза проектной документации не проводится в случае, если для строительства, реконструкции, капитального ремонта не требуется получение разрешения на строительство.
В настоящее время разработка торфяных месторождений ведется зачастую без сооружения объектов капитального строительства. Технические проекты направляются на государственную геологическую экспертизу в ФГУ Предприятие по экспертизе проектов и результатов геоло-го-разведочных работ (ФГУП «Геолэкс-пертиза»). Представления технического проекта на государственную экспертизу проектной документации в ФГУ «Главэкспертиза России» не требуется, если есть подтверждение проектной организации и заключение государственной геологической экспертизы об отсутствии в техническом проекте объектов капитального строительства.
В соответствии с Федеральным законом РФ от 21 июля 1997 года N 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных промышленных объектов» (в ред. Федерального закона от 30.12.2008 г. № 309) к категории опасных производственных объектов относятся объекты, на которых получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся, транспортируются, уничтожаются опасные вещества, в том числе, горючие вещества - жидкости, газы, пыли, способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удалении, а также объекты, на которых ведутся горные работы. Торфяные предприятия в этой связи попадают под категорию опасных производственных объектов и на технический проект требу-
ется заключение промышленной безопасности.
Таким образом, для согласования технического проекта на разработку и рекультивацию торфяного месторождения необходимо получить заключение государственной экспертизы запасов; заключение государственной геологической экспертизы; заключение промышленной безопасности и предоставить справку проектной организации об отсутствии объектов капитального строительства.
Горный отвод
В соответствии со ст. 7 закона РФ «О недрах» участок недр предоставляется пользователю в виде горного отвода -геометризованного блока недр.
Предварительные границы горного отвода устанавливаются лицензионным соглашением в виде участка с угловыми точками, с географическим координатами. По глубине горный отвод ограничивается нижней границей подсчета запасов.
После утверждения технического проекта границы горного отвода уточняются и регистрируются в Госгортехнадзоре. Документы, удостоверяющие уточненные границы горного отвода, включаются в лицензию в качестве неотъемлемой составной части. Документом, удостоверяющим уточненные границы горного отвода, является горноотводной акт, который выдается на основании представленного пользователем недр проекта горного отвода.
Проект горного отвода оформляется в соответствии с требованиями Инструкции по оформлению горных отводов для разработки месторождений полезных ископаемых (РД 07-192-98), утвержденной Постановлениями Министерства природных ресурсов Российской Федерации от
7 февраля 1998 г. N 56, Федерального горного и промышленного надзора России от
31 декабря 1997 г. N 58 (зарегистрировано Минюстом России 13 марта 1998 г., регистрационный N 1485) и дополнениями и изменениями, внесенными в Инструкцию приказом Ростехнадзора и МПР РФ от
13 июля 2006 года «О внесении дополнений и изменений в инструкцию по оформлению горных отводов для разработки месторождений полезных ископаемых».
Постановление Правительства РФ от
3 мая 2012 г. № 429 «Об утверждении Положения об установлении и изменении границ участков недр, предоставляемых в пользование» предусматривает возможность однократного изменения границ участка недр в сторону его увеличения в целях геологического изучения и (или) разведки и добычи того вида полезных ископаемых, который указан в лицензии на пользование недрами. На день подачи заявки предлагаемая к включению в границы участка недр часть недр должна являться сопредельной по отношению к представленному в пользование участку недр, не представлена в пользование или в отношении предлагаемой к включению в границы участка недр части недр не принято решение о проведении конкурса или аукциона на право пользования участками недр.
Это нововведение позволяет недропользователю развивать свое производство (без получения лицензии) на сопредельной территории.
Оформление в соответствии
с земельным законодательством
землеотводных документов
Особенностью участков земли, на которых расположены торфяные болота и содержащийся в них торф и сапропель, является то, что такие участки могут быть поверхностными водными объектами, водно-болотными или сельскохозяйственными угодьями, землями гослесфонда, земельными участками под застройку. На торфяные месторождения распространяется действие множества законов, подзаконных актов.
Предоставление пользователю недр земельных участков, необходимых для ведения работ, связанных с пользованием недрами, из земель, находящихся в государственной или муниципальной собственности, в аренду осуществляется без проведения торгов (конкурсов, аукционов) (Земельный кодекс РФ от 25.10.2001 г. № 136-ФЗ, ст. 30, п. 2.2). Порядок расчета размера арендной платы за указанные земельные участки определяется Постановлением Правительства РФ от 16.07.2009 г. № 582 «Об основных принципах определения арендной платы при аренде зе-
мельных участков, находящихся в государственной или муниципальной собственности, и о правилах определения размера арендной платы, а также порядка, условий и сроков внесения арендной платы за земли, находящиеся в собственности Российской Федерации».
Для земель лесного фонда недропользователю требуется заключить договор пользования лесным участком с внесением арендной платы (Лесной кодекс РФ, ст. 45; Постановление Правительства РФ от 28 мая 2007 г. № 324 «О договоре аренды лесного участка, находящегося в государственной или муниципальной собственности»). Ставки платы за единицу объема лесных ресурсов и ставки платы за единицу площади лесного участка, находящегося в федеральной собственности, установлены Постановлением Правительства РФ от 22 мая 2007 г. N 310.
В это постановление Постановлением Правительства РФ от 09.11.2009 N 907 введен абзац, устанавливающий льготы: «при использовании лесных участков, находящихся в федеральной собственности, занятых болотами, для разработки месторождений торфа применяется наименьший размер ставки платы, установленной для субъекта Российской Федерации (муниципального образования), с коэффициентом 0,1».
Перевод земель сельскохозяйственных угодий или земельных участков в составе таких земель из земель сельскохозяйственного назначения в земли промышленности осуществляется в соответствии с требованиями Федерального закона РФ от 21.12.2004 г. № 172-ФЗ «О переводе земель или земельных участков из одной категории в другую».
Утверждение нормативов потерь и сведения об изменении запасов
В законе РФ «О недрах» (ст. 23) формулируются основные требования по рациональному использованию и охране недр, в том числе:
• обеспечение наиболее полного извлечения из недр запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и попутных компонентов;
• достоверный учет извлекаемых и оставляемых в недрах запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и попутных компонентов при разработке месторождений полезных ископаемых. Нормативы потерь полезных ископаемых утверждаются в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 29.12.2001 г. № 921 «Об утверждении Правил утверждения нормативов потерь полезных ископаемых при добыче, технологически связанных с принятой схемой и технологией разработки месторождения» (в ред. Постановлений Правительства РФ от 05.02.2007 № 76, от 07.11.2008 № 833, от 23.07.2009 № 605, от 03.02.2012 № 82). В частности, нормативы потерь общераспространенных полезных ископаемых утверждаются недропользователем в составе проектной документации.
Нормативы потерь твердых полезных ископаемых уточняются в зависимости от конкретных горно-геологических условий, применяемых схем, способов и систем разработки участка месторождения, планируемого к разработке в предстоящем году, при подготовке годовых планов развития горных работ.
Нормативы потерь твердых полезных ископаемых (включая общераспространенные), не превышающие по величине нормативы, утвержденные в составе проектной документации, ежегодно утверждаются недропользователем, а сведения об утвержденных нормативах потерь недропользователь направляет в территориальный орган Федеральной налоговой службы, в котором он состоит на учете, в 10-дневный срок со дня их утверждения.
При отсутствии утвержденных нормативов потерь все фактические потери полезных ископаемых относятся к сверхнормативным до утверждения нормативов потерь.
Для месторождения, которое содержит несколько видов полезных ископаемых (например, торф и сапропель) нормативы потерь утверждаются по каждому виду полезных ископаемых, имеющему промышленное значение и числящемуся на государственном балансе запасов полезных ископаемых.
Сведения об извлечении полезных ископаемых при добыче, о фактических потерях представляются по форме № 70-тп, утвержденной Постановлением Госкомстата РФ от 18.06.1999 № 44 (ред. от 03.09.2002). Типовая форма 70-тп представляется недропользователем до 5 февраля органу, осуществляющему государственное регулирование в соответствующей отрасли экономики; территориальному органу Госгортехнадзора России; территориальному геологическому фонду; Российскому федеральному геологическому фонду МПР России; МПР России -Госкомстату России (по согласованной программе). Заполнение формы 70-тп осуществляется в соответствии с Инструкцией по заполнению формы № 70-тп «Отчет об извлечении полезных ископаемых при добыче», утв. ЦСУ СССР 05.02.1985 г. № 42-24/6.
Учет состояния и движения запасов всех полезных ископаемых, кроме угля, горючих сланцев, нефти и газов, ведется по форме N 5-гр, утвержденной Постановлением Госкомстата РФ от 13.11.2000 № 110 (ред. от 03.09.2002) «Сведения о состоянии и изменении запасов твердых полезных ископаемых. Форма № 5-гр». Порядок заполнения отчетных балансов по формам № 5-гр содержит Инструкция по учету запасов полезных ископаемых и составлению отчетных балансов по формам N 5-гр и 5-гр (уголь).
Отчет по форме 5-гр представляется недропользователем до 5 февраля органу, осуществляющему государственное регулирование в соответствующей отрасли экономики; территориальному органу Госгортехнадзора России; территориальному геологическому фонду; Российскому федеральному геологическому фонду МПР России; МПР России; Госкомстату России (по согласованной программе).
Отчетный баланс запасов по форме N 5-гр и типовая форма № 70-тп составляются горнодобывающими предприятиями по данным первичного геологомаркшейдерского учета запасов, по данным подсчета запасов и годовых отчетов предприятий, а также с учетом протоколов ТКЗ по утверждению запасов. Производство маркшейдерских работ осуществляется на договорной основе организаци-
ей, имеющей лицензию на осуществление данного вида деятельности (Федеральный закон от 4 мая 2011 г. № 99-ФЗ, ст. 12, п. 43).
Выполнение требований
природоохранного
законодательства
Лицензионным соглашением предусмотрен запрет на добычу торфа или сапропеля без наличия утвержденного технического проекта. Но болота в границах залежи торфа на нулевой глубине в соответствии с Водным Кодексом РФ, ст. 5 являются поверхностными водными объектами. Водные объекты для разведки и добычи полезных ископаемых предоставляются в пользование (ст. 11 Водного Кодекса РФ) на основании соответствующего решения. При разработке торфяного месторождения в водоприемник сбрасываются дренажные воды из осушительной сети. Сброс сточных и (или) дренажных вод осуществляется также на основании решения о предоставлении водоприемника (ручья, реки) в пользование. Решения о предоставлении водных объектов в пользование в соответствии со ст. 31 Водного Кодекса РФ регистрируются в государственном водном реестре. Без получения таких разрешений и их регистрации вести добычу ОПИ нельзя.
Правила подготовки и принятия решения о предоставлении водного объекта в пользование утверждены Постановлением Правительства РФ от 30.12.2006 г. № 844. К заявлению о предоставлении водного объекта в пользование прилагаются документы (п. 9 Правил), среди которых:
• информация о намечаемых заявителем водохозяйственных мероприятиях и мероприятиях по охране водного объекта с указанием размера и источников средств, необходимых для их реализации;
• сведения о наличии контрольноизмерительной аппаратуры для контроля качества воды в водном объекте;
• материалы в графической форме с отображением водного объекта, указанного в заявлении о предоставлении водного объекта в пользование,
и размещения средств и объектов водопользования, а также пояснительная записка к ним.
К заявлению о предоставлении в пользование водного объекта для сброса сточных и (или) дренажных вод, помимо названных документов, требуется представить:
• расчет и обоснование заявленного объема сброса сточных и (или) дренажных вод и показателей их качества;
• сведения о наличии контрольноизмерительной аппаратуры для учета объемов и контроля (наблюдения) качества сбрасываемых сточных и (или) дренажных вод.
Решение о предоставлении водного
объекта в пользование выдает орган исполнительной власти субъекта РФ по типовой форме, утвержденной приказом Минприроды РФ от 14.03.2007 г. № 56.
Далее в соответствии с природоохранным законодательством хозяйствующему субъекту необходимо разрабатывать проект нормативно допустимых сбросов загрязняющих веществ; проект предельно допустимых выбросов вредных веществ в атмосферу; согласовывать их, утверждать нормативы сбросов и выбросов, получать разрешения на сброс и выброс. Необходимо организовывать систему обращения с отходами производства и потребления.
В соответствии с требованиями ст. 19 Федерального закона РФ № 99 «О лицензировании отдельных видов деятельности» основанием для включения плановой проверки лицензиата в ежегодный план проведения плановых проверок является: 1) истечение одного года со дня принятия решения о предоставлении лицензии или переоформлении лицензии;
2) истечение трех лет со дня окончания последней плановой проверки лицензиата.
Согласно ст. 9 Федерального закона РФ от 26.12.2008 № 294 «О защите прав юридических лиц и индивидуальных предпринимателей при осуществлении государственного надзора и муниципального контроля» основанием для проведения плановой проверки государственного экологического контроля является истечение трех лет со дня:
1) государственной регистрации юридического лица, индивидуального предпринимателя;
2) окончания проведения последней плановой проверки юридического лица, индивидуального предпринимателя.
Кодекс РФ «Об административных правонарушениях» от 30.12.2001 № 195-ФЗ предусматривает наложение административного штрафа на юридических лиц за ряд правонарушений, например: за нарушение требований по охране недр и гидроминеральных ресурсов, которое может вызвать загрязнение недр и гидроминеральных ресурсов либо привести месторождение полезных ископаемых и гидроминеральных ресурсов в состояние, непригодное для разработки (ст. 8.9.) - от трехсот тысяч до пятисот тысяч рублей; за нарушение требований по рациональному использованию недр (ст. 8.10) - от восьмисот тысяч до одного миллиона рублей.
УДК 669.64
Мисников О.С.
Мисников Олег Степанович, д. т. н., заведующий кафедрой «Геотехнология и торфяное производство» ГОУ ВПО «Тверской государственный технический университет» (ТвГТУ), Тверь, Академическая, 12, [email protected]
Misnikov O.S.
Misnikov Oleg S., Prof., Head of Chair of Geotechnology and Peat Production of the Tver State Technical University, Tver, Academicheskay, 12
ОЦЕНКА
ЭФФЕКТИВНОСТИ
ГИДРОФОБНОЙ
МОДИФИКАЦИИ
ЦЕМЕНТОВ
ДОБАВКАМИ
НА ОСНОВЕ
ТОРФЯНОГО СЫРЬЯ
Аннотация. Проведена оценка влияния торфяных гидрофобных добавок на свойства модифицированного портландцемента. Определено содержание в исследуемых материалах органических и минеральных компонентов. Повышение прочности модифицированных цементов вызвано увеличением дисперсности частиц при совместном помоле клинкера и добавок. Разработанный метод позволяет изолировать цемент от воздействия капельножидкой и парообразной влаги. Изоляция происходит посредством связывания твердых частиц модификатора размером от нескольких десятков до сотен нанометров с частицами цемента, а также за счет процессов, происходящих на наноуровне при обработке цемента жидкими компонентами гидрофобно-модифицирующей добавки.
ASSESSMENT OF CEMENT HYDROPHOBIC MODIFICATION EFFECTIVENESS BY ADDITIVES BASED ON PEAT RAW MATERIAL
Abstract. The assessment of influence of peat hydrophobic additives on properties of the modified portlandtsement is carried out. The content of organic and mineral components in studied materials is defined. Increase of durability of the modified cements is caused by increase in dispersion of particles at a joint grinding of clinker and additives. The developed method allows isolating cement from influence of liquid and vaporous moisture. Isolation happens by means of linkng of firm particles of the modifier from several tens to hundreds nanometers in size with cement particles, and also due to the processes happening on a nanolevel at processing of cement by liquid components of hydrophobic modifying additive.
Ключевые слова: торф, гидрофобизация, цемент.
Keywords: peat, hydrophobic modification, cement.
Научные исследования по физико-химическому обоснованию процессов гидрофобной модификации минеральных дисперсных материалов добавками на основе торфяного сырья были начаты в Тверском государственном техническом университете в 2002 году. В результате этих исследований был разработан универсальный метод гидрофобной обработки минеральных вяжущих материалов продуктами термо- и механохимической деструкции органического вещества торфа. Он основан на гид-рофобизующем воздействии вносимых в материал твердых компонентов, а также образовании на цементных частицах водоотталкивающих адсорбционных нанопленок, относящихся к битумным соединениям [1, 2]. Их размер составляет 2, 3 ... 10 нм, что соответствует размеру асфальте-новых комплексов и агрегатов битумных компонентов [3]. Формирование на поверхности частиц битумных нанопленок не допускает слипания сыпучего материала, и одновременно их толщины достаточно для изоляции от капельно-жидкой и парообразной влаги.
Однако, несмотря на достаточно высокие эксплуатационные характеристики гидрофобно-модифицированных цементов, которые достаточно подробно описаны в научно-технической литературе [4, 5], основным недостатком является высокая стоимость метода получения сплошных пленочных покрытий на минеральных частицах. Наиболее перспективным решением этой проблемы является создание по разработанному принципу концентрированных органоминеральных и органических гидрофобных модификаторов, внесение которых возможно непосредственно в шаровую мельницу при помоле цементного клинкера. Кроме непосредственного влияния твердых компонентов на минеральные зерна цемента в ходе совместного измельчения гидрофобной добавки и цементного клинкера ожидается протекание дополнительного процесса механохимического нанесения битумных пленок. Это обусловлено тем, что при помоле в шаровой мельнице при соударении шаров между собой развиваются локально за время 10 4 с давление до 1470 МПа и температура до 1000°С на площади порядка 10 3 ... 10 5 см2 [6]. Необходимо
отметить, что сплошные покрытия таким методом обеспечить достаточно проблематично, но в то же время при оптимизации параметров процесса помола возможно создание дискретных пленочных образований на цементных частицах, которые позволят достаточно эффективно изолировать их от воздействия капельножидкой и парообразной влаги.
Для проведения исследований в лабораторных условиях был смоделирован процесс промышленного производства портландцемента. Для получения контрольного образца (цемент № 1) был использован цементный клинкер (г. Старый Оскол, Белгородская область) и гипсовый камень в концентрациях 95% и 5% соответственно, которые в процессе совместного помола в шаровой мельнице измельчались до удельной поверхности 340 ± 10 м 2/кг. При получении экспериментальных образцов цементов дополнительно использовался органоминеральный гидрофобно-модифицирующий концентрат (цемент № 2) и органическая добавка (цемент № 3). При их внесении содержание минеральных вяжущих ингредиентов в модифицированных цементах снижалось на 2 и 3% соответственно. Таким образом, минеральные компоненты замещались органическими модифицирующими добавками [7].
Анализ элементного состава полученных минеральных вяжущих ингредиентов проводился на приставке рентгеновского рентгеноспектрального анализа OXFORD INSTRUMENTS к растровому электронному микроскопу Carl Zeiss SUPRA-50-VP. Для определения элементного состава исследуемые порошки компактировались. В результате проведенных исследований был определен элементный состав цементов (табл. 1).
Анализ данных показывает, что элементные составы всех трех образцов, определенные методом энергодисперсионного рентгеновского микроанализа, практически совпадают. Основное отличие модифицированных цементов состоит в увеличенном содержании углерода, который входит в состав твердых и жидких компонентов добавки.
Таблица 1. Состав образцов цемента по данным рентгеноспектрального рентгеновского микроанализа
Table 1. The composition of cement samples according to X-ray microanalysis
Эле- мент Содержание элементов (атомные проценты)
цемент № 1 цемент № 2 цемент № 3
C 4,2 ± 0,5 10,9 ± 0,5 11,0 ± 0,4
O 61,5 ± 0,3 58,1 ± 0,3 55,8 ± 0,3
Mg 0,46 ± 0,05 0,32 ± 0,05 0,26 ± 0,05
Al 1,52 ± 0,03 1,04 ± 0,03 1,31 ± 0,03
Si 7,4 ± 0,1 6,7 ± 0,1 6,0 ± 0,1
S 0,85 ± 0,03 0,50 ± 0,03 0,92 ± 0,03
K 0,51 ± 0,02 0,14 ± 0,02
Ca 22,7 ± 0,1 21,3 ± 0,1 23,1 ± 0,1
Fe 0,9 ± 0,1 1,0 ± 0,1 1,4 ± 0,1
Na 0,22 ± 0,02
Согласно данным рентгеноструктурного анализа (рис. 1), основной фазой во всех трех образцах цемента является сложный оксид-силикат кальция-магния-алюминия с моноклинной структурой (54CaO•16SiO2•Al2Oз•MgO). Помимо этого в состав образцов входят гипс (CaSO4•2H2O), а также гуанидин сульфат гексагидрат алюминия ((С^Н6)(А^04)2-6Н20). В образцах различается лишь соотношение между количеством указанных фаз. В образце цементов № 2 и № 3 дополнительно обнаружено присутствие гидроксофосфата алюминия (А1(Р04)(0Н)3).
цемент 1
Са
Fe
4
т
...I............I.......
12 3 4
Full Scale 1010 cts Cursor: 2.758 (115 cts)
1 2 3
Full Scale 101Q cts Cursor: 2.753 (103 cts)
Рис. 1. Спектры характеристического рентгеновского излучения образцов цемента №1 (вверху), №3 (внизу)
Fig. 1. Characteristic X-ray emission spectra of cement samples № 1 (above), № 3 (down)
Таблица 2. Межплоскостные расстояния в контрольном и модифицированных образцах цементов
Table 2. Interplanar distances in the control and modified samples of cement
№ образца Межплоскостные расстояния, d [A]
Цем. 1 3,G7 2,6 1,9 1,77 1,67 1,54 1,46 1,3 1,13 1 ,G5 1 ,G1 G,95 G,89 G,84 G,8
Цем. 2 2,6 2,25 1,89 1,59 1,35 1,29 1,13 1 ,GG G,91
Цем. 3 2,58 2,23 2,G1 1,8G 1,58 1,34 1,28 1,12 G,99 G,91
Исследования методом просвечивающей электронной микроскопии проводились на микроскопе JEOL JEM-100CXII.
Образцы готовились путем нанесения частиц порошка на аморфную углеродную пленку, выполняющую роль подложки, а также проводящего материала для стока электрического заряда с поверхности образца. Значения межпло-скостных расстояний, определенных по картине электронной дифракции для исследованных образцов, приведены в табл. 2.
При детальном анализе контрольного цемента установлено, что размер частиц вяжущего основной фракции варьирует в диапазоне от одного до нескольких микрон. В соответствии с данными электронной дифракции установлено, что во всех образцах также присутствует мелкая фракция частиц цемента с размером в несколько десятков нанометров (рис. 2, 3). При этом в модифицированных образцах (рис. 3) дополнительно обнаружено наличие островков с отличной от основного материала морфологией, имеющих размеры от 50 до 300 нм.
По всей видимости, данные островки представляют собой скопления частиц мелкой фракции органической добавки. При внесении добавки в минеральное вяжущее первичная стадия модифицирования образцов происходит посредством связывания таких островков с микронными частицами цемента. Вполне вероятно, что такой механизм позволяет изолировать дисперсный материал от воздействия капельно-жидкой влаги, однако принятая гипотеза не объясняет защиту его от парообразной влаги, так как размер незащищенной поверхности частиц на два по-
рядка больше размера молекул воды [8, 9].
Рис. 2. Электронно-микроскопическое изображение частицы контрольного цемента при разном увеличении
Fig. 2. Electron microscope image of the particle of the control cement at different magnifications
менениям функциональных свойств.
Таблица 3. Результаты определения функциональных свойств цементов
Table 3. Results of the determination of the functional properties of cement
№ Измеряемый показатель Номер пробы цемента
до аспираи ии после аспирации
1 2 Э 1 2 3
1 Остаток на сите № 009, % 14,9 1 Q,7 8,8 14,8 9,8 9,5
2 Истинная плотность, кг/м 3 3Q1Q 295Q 294Q 295Q 288Q 292Q
Э Удельная поверхность, м 2 /кг ЭЭ6 ЭЭ6 ЭЭ4 331 332 32Q
4 Нормальная густота, % 24 3Q ЭЭ 28 31 33
5 Начало схватывания, час 2,5 2,5 2,5 3,5 4,Q 8,Q
6 Конец схватывания 4,5 8,5 13,5 5,5 8,5 13,5
7 Прочность при изгибе,2 суток 3,4 3,4 3,3 Q,8 1,1 1,4
е Прочность при изгибе,7 суток 5,8 6,5 6,1 2,4 3,Q 4,1
9 Прочность при изгибе, 28 суток 7,6 7,5 7,4 5,7 6,3 7,Q
1Q Прочность при сжатии, 2 суток 13,3 13,7 13,5 3,4 4,Q 5,2
11 Прочность при сжатии, 7 суток 26,4 29,6 33,6 1Q,6 12,8 17,8
12 Прочность при сжатии, 28 суток 37,3 42,7 4Q,6 26,Q 32,Q 36,Q
Рис. 3. Электронно-микроскопические изображения частиц цементов, обработанных органоминеральной (вверху) и органической (внизу) модифицирующими добавками
Fig. 3. Electron microscopic images of particles of cement treated with organic and mineral (above) and organic (down) modifying additives
Определение функциональных
свойств контрольного и модифицированных образцов цемента сразу после помола, а также после аспирации их воздухом с относительной влажностью 95-98% в течение 7 суток позволило оценить эффективность их изоляции по разработанному методу с учетом реальных технологических процессов, используемых в производстве (табл. 3). Для определения свойств вяжущих использовались действующие в настоящее время нормативные документы (ГОСТ 10178, ГОСТ 31108 и др.).
При анализе экспериментальных данных (табл. 3) установлено, что внесение гидрофобно-модифицирующих компонентов приводит к существенным из-
Прежде всего, наблюдается увеличение прочности экспериментальных цементов в возрасте 7 и 28 суток. Это заметно при определении прочности на сжатие до аспирации влажным воздухом -12 ... 27% (7 суток) и 9 ... 14% (28 суток). Но особенно ярко это выражается после моделирования длительного срока хранения цементов в условиях высокой относительной влажности воздуха (аспирации влажным воздухом). Причем здесь увеличение прочностных свойств проявляется даже при малых (2 суток) сроках твердения. Прочность увеличивается при испытаниях на изгиб: на 38 ... 75% (2 суток); 25 ... 71% (7 суток); 11 ... 23% (28 суток) и на сжатие: 18 ... 53% (2 суток); 21 ... 68% (7 суток); 23 ... 38% (28 суток). Но, что особенно важно, такая обработка позволяет достаточно надежно изолировать вяжущее от воздействия парообразной влаги и практически полностью сохранить начальные свойства цемента (см. табл. 3). Увеличение прочности цементов до аспирации можно объяснить положительным
влиянием модифицирующих добавок на интенсификацию процесса помола цементного клинкера, что следует из экспериментальных данных (см. табл. 3). Остаток частиц на сите с ячейкой 90 мкм в модифицированных цементах снижается на 29 ... 41% до аспирации и на 34 ... 36% после аспирации.
Гидрофобные компоненты, находящиеся в цементной смеси, даже при механическом перемешивании раствора препятствуют проникновению воды к частицам минерального вяжущего и тем самым затрудняют протекание процессов гидратации. Это сказывается на увеличении сроков начала и конца схватывания, однако в большинстве случаев они соответствуют требованиям ГОСТ 31108 (начало схватывания), хотя могут и незначительно их превышать (конец схватывания, цемент № 3).
Таким образом, проведенные исследования позволили установить, что разработанный метод гидрофобизации защищает материал не только от воздействия капельно-жидкой влаги, но и частично от водяного пара. При этом наиболее вероятным механизмом защиты частиц гидрофобно-модифицированного цемента является процесс образования дискретных пленочных покрытий с размером, сопоставимым с размером молекул воды при обработке цемента жидкими компонентами гидрофобно-модифицирующей добавки. При таком механизме парообразная влага попадает на поверхность слоя гидрофобно-модифицированного цемента и частично проникает к зернам минерального вяжущего материала (рис. 4). Затем на поверхности слоя происходит ее конденсация и образование пленки капельножидкой влаги толщиной около 1-2 мм (рис. 5). Тонкий слой сконденсированной жидкой влаги не проникает вглубь слоя цемента за счет поверхностного гидрофобного эффекта и является своеобразным защитным экраном от парообразной влаги, находящейся в атмосфере.
Эта гипотеза косвенно подтверждается кинетикой механизма набора прочности модифицированных цементов (см. табл. 3, строки 7-12). На ранних сроках твердения наблюдается замедленный набор прочности цементов после принудительной обработки их паром. Это сви-
детельствует о том, что небольшая часть цемента гидратировала при хранении и потеряла свою активность. Но эта потеря прочности компенсируется при твердении хорошо сохранившейся большей части вяжущего, тем более что гидрофобно-модифицированный цемент изначально обладает более высокой прочностью (превышение на 10 ... 27%).
С/юй южп&нсго ценен/па
Рис. 4. Схема механизма защиты слоя гидрофобного цемента от водяного пара
Fig. 4. Scheme of the mechanism of protection of hydrophobic layer of cement from water vapor
Анализ снимков контрольных частиц портландцемента, сделанных при помощи растрового электронного микроскопа JSM-7001F с катодом Шоттки (термополевая эмиссия), до и после модификации добавкой, полученной на основе верхового торфа, также позволяет обнаружить качественные изменения их поверхности после обработки [10].
Для оценки природы взаимодействий пленочных покрытий с минеральной составляющей была проведена серия экспериментов с использованием инфракрасной спектрометрии. Исследования проводились при комнатной температуре в диапазоне от 400 до 5000 см 1 с использованием ИК Фурье-спектрометра Bruker IFS 113v со спектральным разрешением
2 см 1 . В экспериментах измерялись спектры пропускания и диффузного отражения ИК-излучения. Для измерения спектров пропускания тонкий слой цемента наносился на подложку KBr, а для измерения спектров диффузного отражения массивный объем порошка цемента насыпался в специальную чашечку, которая поме-
щалась в приставку диффузного отражения. Измерялся свет, рассеянный порошком в широком диапазоне углов распространения световых пучков. В обеих методиках измерения выполнялись в вакууми-рованном спектрометре для устранения влияния паров воды и углекислого газа окружающей атмосферы.
Рис. 5. Конденсация водяного пара при хранении гидрофобно-модифицированного цемента в условиях 100%-ной влажности воздуха
Fig. 5. Condensation of water vapor during storage of hydrophobically modified cement in 100% humidity
Во всех спектрах отчетливо наблюдаются линии поглощения в области ниже 1800 см 1 (рис. 6). Несмотря на то что количество модификатора в образце № 2 составляет 10%, в спектре практически все его линии поглощения имеют такое же спектральное положение и форму, как и в спектре контрольного образца. Это обусловлено тем, что идентичные линии наблюдаются и в модификаторе. Таким образом, в модифицированном образце для большинства линий не наблюдается изменения структуры спектров в результате модифицирования.
1 контрольный образец №1, без модификатора
Wavenumbers, cm-1
Рис. 6. ИК-спектры пропускания образцов на подложке KBr: 1 - цемент № 1; 2 - цемент № 2; М1 - органоминеральная модифицирующая добавка
Fig. 6. IR transmission spectra on the substrate KBr: 1 - cement number 1; 2 - cement number 2; М1 - organic and mineral modifying agent
Основные отличия наблюдаются в области линий поглощения 1622 и 1130 см 1 . В модификаторе линия поглощения вблизи 1622 см 1 - очень широкая в отличие от узких линий 1622 см1 в контрольном и модифицированном образцах. Возможно, это связано с тем, что поглощение модификатора в этой области не столь велико. Заметные изменения наблюдаются в области колебаний связей Si-O. В контрольном образце соответствующая им линия поглощения состоит из двух слабо разрешенных линий 1126 и 1146 см1. Это свидетельствует о двух разных локальных конфигурациях связей Si-Ox. Наблюдаются интенсивная линия поглощения 1155 см 1 и два плеча при 1119 и 1097 см 1 . В спектре модифицированного образца доминирует линия 1151 см 1 и присутствует плечо при 1126 см 1 . Таким образом, в спектрах контрольного образца, модификатора и модифицированного образца наблюдаются пары колебательных мод при 1126 и 1146 см 1 , 1119 и 1155 см 1 , 1126 и 1151 см 1 соответственно. Однако обнаружить это удается только при анализе спектров диффузного отражения в увеличенном масштабе по оси абсцисс (в статье не приведено). Такое различие в спектральных положениях объясняется суммированием спектра исходного образца со спектром модификатора.
Спектры тех же образцов, что и на рис. 6, измеренные методом диффузного отражения, представлены на рис. 7. По своей сути спектр диффузного отражения является спектром пропускания. Однако метод диффузного отражения является более чувствительным по сравнению с примененным выше методом пропускания в области волновых чисел V > 1300 см 1 . В спектре контрольного образца отчетливо наблюдаются интенсивные линии О-Н-колебаний 3407 и 3554 см 1 .
1 контрольный образец №1, без модификатора
2 образец №2 с модификатором типа1
Рис. 7. ИК-спектры диффузного отражения образцов: 1 - цемент № 1; 2 - цемент № 2; М1 -органоминеральная модифицирующая добавка
Fig. 7. IR diffuse reflectance spectra of samples: 1
- cement number 1; 2 - cement number 2; М1 -organic and mineral modifying agent
В спектре органоминерального модификатора имеется широкая линия поглощения 3400 см 1 , характерная для О-Н колебаний воды, и линии поглощения С-Н колебаний 2852 и 2922 см 1 . На спектре модифицированного образца (см. рис. 7, спектр 2) хорошо заметно, что линии С-Н и О-Н колебаний модификатора не проявляются в спектре модифицированного образца, а именно: отсутствуют С-Н колебания и соотношение интенсивностей линий - 3407 и 3554 см 1 остается таким же, как в контрольном образце. При наличии заметного количества ОН-групп модификатора интенсивность линии 3407 см 1 в модифицированном образце должна стать больше значения 3554 см -1.
Спектры пропускания образцов на подложке KBr представлены на рис. 8. В спектре цемента № 3 заметные изменения по сравнению с контрольным образцом
наблюдаются только в области колебаний связей Si-O. В спектре органического модификатора подобные линии не наблюдаются, а имеются лишь слабые линии 1157 и 1267 см 1 . Интенсивная линия поглощения модификатора 1034 см 1 не наблюдается в спектре модифицированного образца.
1 контрольный образец №1, без модификатора
Wavenumbers, cm-1
Рис. 8. ИК-спектры пропускания образцов на подложке: спектр 1 - цемент № 1; 2 - цемент № 3, М2 - органическая модифицирующая добавка
Fig. 8. IR transmission spectra on the substrate: 1
- cement number 1; 2 - cement number 2; М1 -organic modifying agent
Спектры образцов, соответствующих рис. 8, но измеренные методом диффузного отражения, представлены на рис. 9. В отличие от предшествующих данных (см. рис. 7) в спектре модифицированного образца отчетливо видны линии С-Н колебаний 2854 и 2924 см 1 . Кроме этого, соотношение интенсивности линий поглощения 3407 и 3554 см 1 в модифицированном образце меняется на противоположное по сравнению с контрольным, что можно объяснить вкладом широкой линии поглощения О-Н колебаний (3400 см1) органического модификатора в спектр модифицированного образца. Отмечается также присутствие С-Н колебаний в модифицированном образце.
Обобщая результаты экспериментов, необходимо подчеркнуть, что в процессе обработки цемента гидрофобномодифи-цирующими добавками наблюдаются изменения спектров в области С-Н (около 2900 см 1 ) и О-Н (около 3500 см 1 ) колебаний. В случае органоминеральной до-
бавки присутствующие в модификаторе линии 2852 и 2922 см 1 не проявляются в спектре модифицированного ей образца (цемент № 2), в отличие от спектра цемента с добавкой органического модификатора (цемент № 3). Вероятнее всего, это связано с меньшим количеством органического вещества в концентрате (в пересчете на конечную массу модифицируемого цемента - 2%) или с проявлением более интересного, не наблюдаемого ранее эффекта, а именно, разрушения С-Н-связей в результате механохимического воздействия при совместном помоле органоминерального модификатора с цементным клинкером и гипсом. Частично эту гипотезу подтверждает отсутствие в органоминеральном модификаторе линии 1034 см 1 , которая приписывается колебаниям С-ОН и отчетливо проявляется в органическом модификаторе (ср. рис. 6 с рис. 8). Необходимо также подчеркнуть, что структура линий О-Н колебаний цемента (около 3500 см 1 ) радикально отличается от таковой в воде и в модификаторах. По-видимому, в этом случае ОН-комплексы встроены в кристаллическую решетку как контрольного образца, так и модифицированных образцов цемента.
1 контрольный образец №1, без модификатора
2 образец №3 с модификатором типа2
Рис. 9. ИК-спектры диффузного отражения образцов: спектр 1 - цемент № 1; 2 - цемент № 3; М2 - органическая модифицирующая добавка
Fig. 9. IR diffuse reflectance spectra of the samples: 1 - cement number 1; 2 - cement number 2; М1 - organic modifying agent
Таким образом, взаимодействие между дисперсной фазой цемента и молекулами органической добавки осуществляется путем образования водородных связей поверхностных силанольных групп
^-ОН) частиц цемента с кислородсодержащими группами добавки (С-ОН, С = О), например, SiOH ••• О(Н)С, СОН ••• О(Н^, SiOH ••• О = С. Дисперсионное неспецифическое (ван-дер-ваальсовое) взаимодействие, по-видимому, также вносит определенный вклад в энергию адгезии системы «цемент - добавка».
Ковалентных связей при адсорбции молекул добавки на поверхности дисперсной фазы цемента не образуется (такими связями, например, могут быть Si-O-C связи или координационные связи с атомами алюминия АШО(Н)С). На это указывает также отсутствие каких-либо новых линий в ИК- и КР-спектрах модифицированных цементов по сравнению со спектрами входящих в их состав компонентов.
Этот факт свидетельствует о том, что при использовании модифицированных цементов по прямому назначению (приготовление вяжущих строительных растворов) при механическом воздействии на них (перемешивание) частицы и дискретные пленочные покрытия добавки достаточно легко удаляются с поверхности частиц минеральных вяжущих компонентов, обеспечивая тем самым их нормальную гидратацию и твердение раствора.
Библиографический список
1. Мисников, О.С. Физико-химические ос-
новы гидрофобизации минеральных вяжущих материалов добавками из торфяного сырья / О.С. Мисников // Теоретические основы химической технологии. 2006. Т. 40. № 4. С. 455-464.
2. Мисников, О.С. Гидрофобизация сухих строительных смесей добавками из органических биогенных материалов /
О.С. Мисников [и др.]// Строительные материалы. 2004. № 10. С. 2-4.
3. Лиштван, И.И. Физико-химические ос-
новы технологии торфяного производства / И.И. Лиштван [и др.]. Минск: Наука и техника, 1983. 232 с.
4. Хигерович, М.И. Гидрофобно-
пластифицирующие добавки для цементов, растворов и бетонов / М.И. Хигерович, В.Е. Байер. М.: Стройиздат,
1979. 125 с.
5. Пащенко, А.А. Гидрофобизация / А.А. Пащенко [и др.]. Киев: Наукова думка, 1973. 240 с.
6. Остроушко, А.А. Физико-химические основы получения твердофазных материалов электронной техники /
А.А. Остроушко, Ю.В. Могильников http://virlib.eunnet.net/metod_materials ^т7/^ех.Ы:т.
7. Мисников, О.С. Применение современ-
ных высокотехнологичных методов исследования при изучении свойств модифицированных цементов
/О.С. Мисников, Е.Ю. Черткова // Вестник ТвГУ. Серия: Химия. № 29. Минск: Наука и техника, 2011. С. 131-138.
8. Щукин, Е.Д. Коллоидная химия / Е.Д. Щукин, А.В. Перцов, Е.А. Амелина. М.: Высшая школа, 1992. 414 с.
9. Дерягин, Б.В. Поверхностные силы
/ Б.В. Дерягин, Н.В. Чураев, В.М. Мул-лер. М.: Наука, 1985. 398 с.
10. Мисников, О.С. Гидрофобизация мине-
ральных дисперсных материалов добавками на основе торфа / О.С. Мисников, А.Е. Тимофеев, Е.Ю. Черткова // Труды Инсторфа: научный журнал.
№ 2 (55). Тверь: ТвГТУ. 2011. С. 15-33.
УДК 622.331:622.271.9
Гамаюнов С.Н. Gamayunov S.N.
Гамаюнов Сергей Николаевич, д. т. н., профессор кафедры торфяных машин и оборудования (ТМО) ГБОУ ВПО «Тверской государственный технический университет», Тверь, Академическая, 12, [email protected]
Gamayunov Sergey N., Professor of the Chair of Peat Machinery and Equipment of the Tver State Technical University, Tver, Akademicheskay, 12
ПРИНЦИПЫ РАЗВИТИЯ ПОСЛОЙНОПОВЕРХНОСТНОГО СПОСОБА ДОБЫЧИ ТОРФА
Аннотация. Обоснована необходимость в разработке адаптивной технологии добычи крошкообразного торфа для локального потребления. Предложено модернизировать широко распространенную промышленную технологическую схему с раздельной уборкой из наращиваемых валков, в которой предполагается разработать и использовать машины и агрегаты многоцелевого назначения. Адаптивная технологическая схема позволит добывать одним комплексом оборудования торф в малых объемах и различного условного качества. Намечены перспективные рынки сбыта оборудования адаптивной технологии в других отраслях народного хозяйства.
Ключевые слова: торф, добыча, объем производства, технологическая схема, адаптация, оборудование, многоцелевой погрузчик.
PRINCIPLES OF DEVELOPMENT OF THE SURFACE PEAT EXTRACTION METHOD
Abstract. Need for development of adaptive technology of production of crumb peat for local consumption is proved. It is offered to upgrade the widespread industrial technological scheme with separate harvesting from increased rolls in which it is supposed to develop and use cars and units of a universal purpose. The adaptive technological scheme will allow to extract peat in small volumes and various conditional quality with using one complex of the equipment. Perspective sales markets of the equipment of adaptive technology in other branches of a national economy are planned.
Keywords: peat, mining, technological scheme, adaptation, equipment, multi-purpose loader.
В различных регионах нашей страны появляется интерес к потреблению продукции на основе торфа. В этой связи развиваются и организовываются предприятия малого и среднего бизнеса по производству разнообразного по качеству торфа для малой энергетики, сельского хозяйства и других целей, требующих сравнительно малых объемов добычи. Однако на рынке торфяного оборудования ни за рубежом, ни тем более в нашей стране нет комплексов оборудования по малотоннажной добыче торфа, которые можно было бы эксплуатировать на небольших по площади месторождениях.
Назрела необходимость в разработке новых или усовершенствовании известных технологических схем добычи крошкообразного (в том числе фрезерного) торфа поверхностно-послойным способом. В современных условиях нужна такая адаптивная технология и соответствующая схема механизации, с помощью которых можно было бы добывать торф как для энергетических целей и подстилки (с условной влажностью Юу=40%), так и сельскохозяйственный торф с Юу = 55% (для компостирования, озеленения, приготовления грунтов и удобрений и т. п.), а также повышенной влажности (Юу = 65%) для производства инновационной продукции в заводских условиях [1].
В нашей стране, как и во многих странах мира, в основном уделяется внимание совершенствованию промышленных способов добычи торфа [2]. Однако практика требует обратить внимание производителей торфяной продукции на потребности современного рынка, направить знания и опыт ученых и машиностроителей на создание новых технологий в области торфодобычи [3]. По прогнозам, по-прежнему при тенденции сокращения торфяной промышленности будут открываться небольшие предприятия по локальной добыче и переработке торфа для нужд сельского хозяйства [4] и малой энергетики [5], озеленения и бальнеологии и др. производств, требующих сравнительно небольших объемов сырья.
В последние годы создаются благоприятные условия для развития проектов по созданию объектов малой энергетики, которые позволят удовлетворить энерге-
тические потребности небольших городов, поселков, предприятий [5]. Для системы отопления небольшого поселка с числом жителей около 1000 человек расчетная тепловая отопительная нагрузка составляет 2 Гкал/ч. Для получения такого количества тепла в отопительный сезон в твердотопливной котельной необходимо сжечь 5 тыс. т фрезерного торфа.
В работе [1] были показаны альтернативные пути использования торфа, которые подразумевали создание новых производств по выпуску инновационной продукции на основе гранулированного торфа. Например, для производства средства для борьбы с гололедицей «РастоПит» в объеме 8 тыс. т требуется порядка 15 тыс. т торфяного сырья влажностью 65% и около 5 тыс. т топливного торфа.
Таким образом, для многих современных и вновь вводимых производств по переработке и использованию торфа требуются сравнительно небольшие объемы добычи и поставки сырья и топлива.
Этот вывод подтверждают исследования, проведенные А.В. Михайловым [6]. Были проанализированы особенности работы 340 торфодобывающих компаний России (по данным отраслевого бизнес-справочника предприятий России) при общем объеме добычи торфа в России в
2011 году около 2 млн т. Установлено, что 52% компаний добывают торф в объеме менее 5 тыс. т; 39% - от 5 до 10 тыс. т; 3,4% - от 10 до 20 тыс. т; 3% - от 20 до 40 тыс. т; 2% - от 40 до 60 тыс. т; 0,3% - от 60 до 100 тыс. т; 0,3% - более 100 тыс. т. Следовательно, 91% торфодобывающих компаний являются мелкими производителями торфяной продукции с объемами добычи не более 10 тыс. т.
К этим статистическим данным по количеству торфодобывающих компаний и величине добываемого ими торфа применим закон Парето, т. е. принцип 20/80 (20% фирм занимают 80% рынка). Тогда выясняется, что 68 (20%) из 340 организаций добыли 1600 тыс. т (80% от 2 млн т) торфа. Таким образом, в среднем одна процветающая торфяная компания добывает (1600 : 68) порядка 20 тыс. т торфа в год.
Для добычи такого количества торфа, как 20 тыс. т за сезон, необходимо укомплектовывать предприятия подхо-
дящим оборудованием. В Финляндии, Ирландии, Канаде и Белоруссии изготавливают оборудование для добычи фрезерного торфа, которое предназначено для средних (от 40 тыс. т/год) и крупных (от 60 тыс. т/год) масштабов производства [7]. А для маломасштабной добычи (около 20 тыс. т/год) крошкообразного торфа с возможностью его получения одним комплексом оборудования как с условной влагой 40 и 55%, так и повышенной - 65%, предложений нет ни за рубежом, ни, тем более, в России. Но опыт создания такого оборудования для этого сегмента рынка в нашей стране есть [8].
Таким образом, для отечественных ученых, технологов и машиностроителей есть интересная задача, обусловленная потребностью рынка, которую нужно как можно быстрее решить, опережая потенциальных заграничных конкурентов. И в этом самый дешевый путь - модернизация наиболее прогрессивных технологий под нужды сегодняшнего дня [3].
В настоящее время многие компании малого бизнеса добывают торф с помощью экскаватора. Некоторые исследователи считают, что это самый простой и дешевый способ добычи торфа-сырца. Однако при этом они не оценивают качество получаемой продукции, возможности дальнейшего ее использования.
Торф, извлекаемый из карьера ковшом экскаватора, в большей части состоит из крупных комков и имеет высокую влажность. В некоторых компаниях для его измельчения и частичной подсушки используют дополнительные экскаваторы с ковшевыми дробилками, которые позволяют измельчать, просеивать и «проветривать» влажный торф. Однако, как показывает практика, торф даже при неоднократном его пропускании через такое устройство невозможно высушить до влажности ниже 70%. Поэтому его нельзя использовать даже для приготовления ком-постов. А если учесть, что вместе с торфом ковшом экскаватора извлекается и часть минеральной подложки, и, как следствие, повышается зольность торфа, то такое сырье вообще становится непригодным для большинства видов продукции, выпускаемой на его основе. Таким образом, добываемый с помощью экскаватора торф в основном предназначен для невзыска-
тельного потребителя, использующего его при озеленении территорий или мелиорации почв.
Сырьем для большинства традиционных и новых видов торфяной продукции является обезвоженный крошкообразный (в том числе фрезерный) торф, добываемый послойно-поверхностным способом. Этот способ дает возможность максимально использовать энергию Солнца для сушки торфа и активно регулировать процесс его обезвоживания до заданных показателей качества. Разработано несколько технологических схем добычи торфа поверхностно-послойным способом [9].
Большое распространение получила скреперно-бульдозерная технологическая схема добычи торфа. Она основана на применении при выполнении операции уборки и штабелирования торфа скрепер-бульдозера типа СБТ-3, а рыхление залежи производится на глубину 20-25 мм с помощью дисковых борон, культиваторов или лущильников. Эта схема отличается простой организацией производства и нашла в свое время широкое применение в системе Минводхоза и Минсельхоза СССР на небольших участках и при разработке мелких месторождений местного значения. Данные комплексы оборудования для добычи торфа для компостов использовали и сами сельскохозяйственные организации. Рекомендовалось для удовлетворения потребности близлежащего среднего колхоза (т. е. с площадью полей 5-6 тыс. га) комплектовать механизированную колонну техникой, позволяющей добывать 25-30 тыс. т в год торфа для компостирования (Юу = 55%).
Хотя этот способ значительно упрощает организацию работ по добыче торфа и обеспечивает снижение его себестоимости, имеются два существенных недостатка: 1) технологический процесс добычи совершенно не гарантирует качества продукции по влажности, которая часто составляла 75-80%; 2) требуется дополнительное оборудование по погрузке и транспортированию торфа с полей добычи. Очевидно, что топливный торф (Юу=40%) таким способом добыть невозможно.
Для добычи торфа для нужд сельского хозяйства на участках малой мощности ВНИИ торфяной промышленности бы-
ла предложена технологическая схема с применением шнекороторных уборочных машин [10].
Технология включает в себя уборку торфа с юу = 55% непосредственно из расстила полунавесной на трактор шнекороторной машиной типа УШР-1 с переброской его к середине карты, где по ее продольной оси образуется складочная единица. В результате последовательных проходов уборочного агрегата по сужающейся спиралеобразной схеме на каждой карте по ее продольной оси образовывалась складочная единица, при этом, по заявлению разработчиков способа, дополнительной операции по оформлению штабеля не требовалось. Машина была рассчитана на добычу 15-20 тыс. т торфа для компостирования за сезон.
Рыхление залежи в процессе добычи торфа производили простейшими почвообрабатывающими орудиями пассивного действия, например, дисковым лущильником. Операция ворошения при необходимости выполнялась тем же лущильником с установкой дисков на минимальный угол атаки.
При вывозке торфа в зимний период его хранение организовывали либо непосредственно в штабелях, образованных в процессе добычи на каждой карте, либо в укрупненных складочных единицах. Во втором варианте торф транспортировали из технологических штабелей в укрупненные складочные единицы, расположенные на суходоле вблизи автодорог, с помощью гусеничных прицепов типа МТП-24Б. В комплекс оборудования также входили бульдозер-штабелер и отдельное погрузочное средство.
Следует отметить, что машина УШР-
1 создана на базе роторного снегоочистителя и состоит из скрепера, шнека, роторного метателя с направляющим кожухом, направляющей воронки и др. Поэтому вызывает сомнение возможность использования ротационного метателя на технологических площадках, имеющих высокую засоренность древесными включениями, которые могут заклинивать лопасти. Кроме того, трудно предположить, что УШР-1 можно применять при добыче топливного торфа в ветреную погоду и, наоборот, торфа повышенной влажности из-за воз-
можного его налипания в направляющем кожухе.
Для получения торфа с различной условной влажностью, в зависимости от требований потребителя, предпочтение следует отдать промышленному фрезерному способу добычи [11].
Самым известным способом добычи крошкообразного торфа (с Юу=40 и 55%) является технологическая схема с комплексом бункерных машин типа МТФ-43А [9]. До сих пор на многих мелких предприятиях используют эту технику, выпущенную в конце прошлого тысячелетия, эксплуатируемую в прицепе к тракторам ДТ-75Б. В последние годы на рынке появились ее модификации: МТФ-43А-К, АТУ-20 и т. п., которые агрегатируются с колесными тракторами. Хотя они и стали более мобильными, кардинальных изменений в технологическую схему не внесли. Вне зависимости от того, сколько в комплексе на одном участке торфодобычи работает уборочных машин - одна или шесть, все равно в комплекс средств механизации нужно включать отдельные высокопроизводительные машины и агрегаты по фрезерованию, ворошению, валкованию, ока-рованиванию, которые при малых объемах производства большую часть сезона будут простаивать. Помимо этого нужны средства погрузки (экскаватор, фронтальный погрузчик и т. п.) и доставки торфа (чаще всего используют гусеничные тележки МТП-24Б) от штабелей с карт добычи к месту промежуточного складирования на суходоле перед погрузкой в автотранспорт.
Две другие технологические схемы, в которых используются при уборке перевалочные и пневматические машины, рассматриваться не будут из-за отмеченных в первой схеме недостатков, а также по той причине, что они предназначены только для добычи торфа пониженной влажности (Юу=40%).
В литературе по технологии торфяного производства изложено, что технологический процесс добычи торфа фрезерным способом состоит из цикла последовательных операций: фрезерования, ворошения, валкования, уборки и штабелевания, выполняемых системой самоходных и прицепных к тракторам машин [2, 9]. Однако при этом забывается, что потреби-
тель готов платить деньги не за торф, находящийся на подштабельных полосах полей добычи производителя, а за продукцию у себя на месте потребления.
Вопросу удобства отгрузки потребителю уделяется мало внимания как уже на существующих предприятиях, так и при открытии новых. Покупают высокопроизводительную импортную технику, например, пневматическую, работают по традиционным схемам со складами на краю карт, а потом начинаются проблемы с доставкой этого торфа к месту отгрузки. Приходится привлекать дополнительные технологические единицы: фронтальные погрузчики (или экскаваторы) и тракторные прицепы, которые доставляют торф на специальные площадки для перегрузки в автотранспорт. При этом на площадке опять создаются складочные единицы, где торф накапливается перед отгрузкой потребителю. Естественно, все это приводит к значительному удорожанию продукции. Не спасает даже наличие узкоколейной железной дороги, содержание и прокладка которой не окупается объемами перевозимого добытого торфа. Установлено, что в некоторых случаях до 80% себестоимости уходит на эту побочную «технологическую» операцию. Поэтому никоим образом нельзя исключать из технологического процесса производства торфа его отгрузку и доставку к потребителю. Только в случае, когда учитывается стоимость торфа не в полевом франко-штабеле производителя, а на складе потребителя, можно сравнивать преимущества той или иной схемы добычи торфа. Так и происходит на практике, когда производитель и потребитель - одно лицо, т. е. когда фирма добывает торф для собственных нужд (для дальнейшей переработки, сжигания на объектах малой энергетики и т. д.).
Технологические схемы добычи торфа нужно рассматривать как состоящие из следующих операций, выполняемых самоходным или агрегатируемым с тракторами оборудованием:
I. Нарушение целостности слоя залежи (экскавация, фрезерование, рыхление).
II. Интенсификация обезвоживания.
III. Валкование.
IV. Погрузка в транспортное средство.
V. Транспортировка к месту складирования.
VI. Создание складочных единиц (штабелирование).
VII. Погрузка в транспортные средства для перемещения торфа к месту перегрузки.
VIII. Транспортирование торфа на площадку перегрузки.
IX. Создание складочной единицы на площадке перегрузки.
X. Погрузка в транспортные средства специального или общего пользования.
XI. Доставка к месту потребления.
В некоторых технологических схемах отдельные операции из этого перечня могут отсутствовать вследствие специфики процесса производства, а также совмещаются (выполняются одновременно многофункциональными комбайнами), либо несколько из них осуществляются одной и той же машиной. Все существующие технологические схемы промышленной добычи фрезерного торфа требуют для своей реализации не только немалого парка единиц узкоспециализированной техники (этот вопрос в статье не рассматривается), но и в целом большого количества наименований разнотипного задействованного оборудования.
Так, в технологической схеме добычи торфа с применением бункерных уборочных машин операции погрузки торфа и его транспортировки к месту промежуточного складирования совмещены (IV + V) и осуществляются одной машиной, погрузки из полевого штабеля и складочных единиц в месте перегрузки - одной самоходной машиной, например, фронтальным погрузчиком (VII и X). Остальные операции требуют соответствующих отдельных средств механизации (табл. 1).
Таблица 1. Разнообразие оборудования, задействованного при выполнении операций в технологической схеме добычи фрезерного торфа с применением бункерных машин
Table 1. Variety of equipment used in operations in the technological scheme of production of milled peat with using hopper cars
Таким образом, реализация добычи торфа по этой схеме требует как минимум девять наименований задействованного оборудования. Сколько бы ни планировалось задействовать бункерных уборочных машин: две (для добычи 20 тыс. т торфа) или пять (минимум в промышленном комплексе), все равно требуется использование большей части из вышеперечисленного оборудования. Также вызывает сомнение возможность добывать бункерными машинами торф повышенной влажности (более 65%) из-за ограниченной грузоподъемности машин, а также возможного налипания убираемой продукции в ковшах элеватора и закрытых полостях бункера-накопителя. Особо следует подчеркнуть, что, как и было всегда, в межсезонье основную массу оборудования нельзя использовать в хозяйственной деятельности предприятия. Поэтому большую часть года оборудование по промышленной добыче фрезерного торфа простаивает.
Делались попытки по модернизации этой технологии. Так, в начале 1980-х годов исследователями в Белоруссии с целью совмещения процессов валкования с уборкой (III + IV + V) было предложено установить двухсекционный скребковый валкователь между трактором и присое-
диненной к нему уборочной машиной. В наше время эта идея реализована финскими машиностроителями в бункерной уборочной машине JMK-40, в которой подборщик торфа установлен перед трактором [8]. Предлагается также использовать для формирования штабелей фронтальный погрузчик [6]. Однако кардинальных изменений в данный способ эти попытки снижения номенклатуры использованного оборудования не вносят.
Таким образом, возможных путей адаптации данной технологической схемы для нужд малого бизнеса нами не выявлено.
Считается, что наиболее прогрессивной на сегодняшний день является промышленная технологическая схема с раздельной уборкой из наращиваемых валков [10]. Ее концепция была предложена в 1968 г. сотрудниками ВНИИТП, а в 1980-х годах эта технологическая схема была ими испытана и усовершенствована. В качестве погрузчика торфа из валка предлагалось использовать разработанную ими самоходную машину, выполненную на базе МТП-29А, производительностью до 1000 м3/ч.
В Финляндии провели дальнейшую модернизацию этого способа и разработали высокопроизводительный комплекс средств его механизации. Ключевой машиной этого комплекса является погрузчик для непрерывного подбора валка фрезерного торфа и погрузки его в прицеп рядом едущего трактора. Этот ленточный погрузчик агрегатируется с колесным полноприводным трактором и состоит из приемного аппарата, выгрузного конвейера с направляющей воронкой, трансмиссии с пневматическими колесами, главной рамы, подъемного устройства выгрузного конвейера. С агрегатами такого типа производительностью 2500-3200 м3/ч технологическая схема с раздельной уборкой из наращиваемых валков известна во всем мире как метод Хаку (НАКУ).
Суть технологии по методу Хаку состоит в следующем. Валкование торфа осуществляют с помощью скребкового валкователя, навешанного впереди трактора. Одновременно с валкованием проводится операция по разрыхлению слоя залежи прицепленным к тому же трактору фрезерным барабаном. Таким образом,
Оборудование Операции
Трактор с фрезерным барабаном (МТФ-13, МТФ-17, МТФ-18 и т. п.), или рыхлителем (РТП-1), или лущильником (ЛДГ-5, ЛДГ-10) I
Трактор с ворошилкой (типа МТФ-22, ВФ-18СЗ) II
Трактор с валкователем (типа МТФ-33Б, МТФ-31) III
Трактор с уборочной машиной (типа МТФ-43А) IV + V
МТФ-71А VI
Грейферный кран, экскаватор, фронтальный погрузчик и др. VII и X
Трактор с прицепом (типа МТП-24Б) VIII
Бульдозер IX
Вагоны ж/д или автотранспорт XI
фрезерование нового слоя и валкование осуществляются одновременно, т. е. за один проход трактора выполняется сразу две технологические операции. При работе по этой схеме посередине каждой карты образуется валок, наращиваемый в последующие 3-5 циклов, уборка торфа из укрупненного валка производится вне цикла, продолжительность которого - два дня. На операции интенсификации сушки используют известные технические решения по ворошению торфа. Как отмечалось, погрузка торфа из укрупненного валка осуществляется ленточным погрузчиком в специально сконструированные бункерные прицепы большой вместимости. Обычно с одним погрузчиком работают
4-6 прицепов, которые транспортируют торф к штабелям, формируемым на окраине торфяного месторождения, где к ним возможен подъезд автотранспорта под погрузку и для дальнейшей транспортировки торфа потребителям. Штабель формируется при помощи бульдозера. Следует отметить, что все современное оборудование по добыче фрезерного торфа изготавливается на колесном ходу и агрегатируется с колесными тракторами.
Так как в этой технологической схеме добычи фрезерного торфа исключаются операции VI, VII и VIII, а также совмещаются процедуры валкования и фрезерования (I + III), то, как следствие, применяется и меньшее количество наименований задействованного оборудования (табл. 2). Количество средств механизации технологических операций сокращается до семи наименований.
Операции уборки, вывозки и штабелирования выведены за пределы технологического цикла сушки и не связаны с фрезерованием, ворошением и валкова-нием. Такой подход позволяет более полно использовать благоприятные условия сушки по сравнению с существующими схемами. Исключение взаимосвязи между двумя наиболее трудоемкими и менее надежными операциями уборки и фрезерования приводит к повышению надежности данного технологического процесса. Кроме того, этой схемой предусматривается формирование укрупненных складочных единиц вблизи постоянных автодорог, что позволяет резко сократить затраты на транспорт и повысить надеж-
ность круглогодичной поставки торфа потребителю.
Раздельный способ добычи торфа -метод Хаку - подходит для широкомасштабного производства на больших площадях, не менее 150-200 га. Выпускаемое для его реализации оборудование (табл. 2) предназначено только для промышленного производства торфяной продукции и его использование на небольших месторождениях со сравнительно малой программой, естественно, будет нерентабельно.
Таблица 2. Разнообразие оборудования, задействованного при выполнении операций в технологической схеме добычи фрезерного торфа с раздельной уборкой из наращиваемых валков (метод Хаку)
Table 2. Variety of equipment used in operations in the technological scheme of production of milled peat with separate harvesting of stackable roll (Haku's method)
Технологическая схема с раздельной уборкой хорошо себя зарекомендовала на многих торфодобывающих предприятиях ряда стран, где ведется добыча торфа в промышленных масштабах. Например, в Финляндии по этому способу добывается около 80% фрезерного торфа [7]. Практиками по достоинству оценены все преимущества технологии с раздельной уборкой торфа из наращиваемых валков и в нашей стране [10]. Поэтому примем ее в качестве базовой при разработке адаптивной технологической схемы добычи одним комплексом крошкообразного торфа различного условного качества в зависимости от дифференцируемых потребностей.
Одним из направлений снижения себестоимости добычи торфа при малых масштабах производства является применение наиболее простой технологии и дешевого доступного оборудования. Поэто-
Оборудование Операции
Трактор с валкователем и фрезерным барабаном (иУК-9НР) I + III
Трактор с ворошилкой (Л_К-19М) II
Трактор с погрузчиком (ЖЭ-20) IV
Трактор с прицепом (иРУ-45) V
Бульдозер IX
Фронтальный погрузчик и т. п. X
Автотранспорт XI
му в перспективных машинно-технологических схемах однооперационные агрегаты должны быть по возможности заменены универсально-комбинированными [6]. Кроме того, необходимо стремиться к выбору минимального числа марок, максимально используя универсальные машины [3]. Таким образом, для адаптации технологии добычи торфа по методу Хаку для работы на участках малой мощности следует предусмотреть:
1) возможность максимального использования оборудования в течение года;
2) снижение количества разнотипной техники;
3) расширение функций комбинированных агрегатов;
4) применение универсальных транспортных средств.
Как и в базовой схеме, в разрабатываемом технологическом процессе добычи торфа предполагается использовать машины, агрегатируемые энергонасыщенными колесными тракторами. Естественно, и оборудование будет иметь сравнительно высокую производительность. Для снижения простоя при малых объемах добычи машины комплекса должны выполнять как можно больше технологических операций, что предполагает создание и использование оборудования многоцелевого назначения.
Это можно осуществить, если погрузчик будет выполнять не только уборку торфа из валков в прицепы, но и задействован как штабелирующая машина, а также круглогодично использоваться для погрузки торфа из штабелей в транспортные средства для поставки к месту потребления (табл. 3). Для этого нужно разработать новую машину - многоцелевой погрузчик (МЦП) непрерывного действия производительностью до 700 м3/ч, агрега-тируемый с полноприводным колесным трактором. Обычно погрузчики непрерывного действия - это самоходные конвейеры с самозагрузкой, предназначенные для погрузки и транспортирования сыпучих и мелкокусковых грузов из штабелей и отвалов. По сравнению с одноковшовыми погрузчиками они имеют большую производительность, меньшую энерго-и металлоемкость. Их рабочее оборудование - питатель нагребающего или зачер-
пывающего типа, транспортирующий орган, т. е. основной конвейер (ковшового, ленточного, скребкового и др. типов), и отвальный орган, состоящий обычно из вспомогательного ленточного конвейера или поворотного лотка.
Таблица 3. Разнообразие оборудования, задействованного при выполнении операций в адаптивной технологической схеме добычи крошкообразного торфа
Table 3. Variety of equipment used in operations in the adaptive technological scheme of shredded peat extraction
Оборудование Опе- ра- ции
Трактор с валкователем и фрезерным барабаном или лущильником, с возможностью замены на ворошилку I + III, II
Трактор с многоцелевым погрузчиком IV, IX, X
Трактор с прицепом V, XI
Дополнительно можно использовать такие тракторные прицепы, которые позволили бы транспортировать торф с полей добычи и в межсезонье - доставлять продукцию к месту потребления. Поэтому необходимы специальные тракторные поезда при вывозке торфа с полей добычи с возможностью выхода на дороги общего пользования. На рынке сельскохозяйственной техники есть много предложений по прицепам с широкопрофильными шинами низкого давления и вместимостью до 25 м3. Такие прицепы, агрегатируемые с колесными тракторами тягового класса 2, могут передвигаться как по полям торфодобычи, так и по дорогам общего пользования.
Еще одной возможностью по снижению количества технологического оборудования является расширение функций, выполняемых трактором, используемым на совмещенной операции фрезерования-валкования. Он может быть задействован на операции сушки (ворошения) торфа. Для этого необходимо предусмотреть возможность, чтобы все навесное оборудование на этот трактор было быстросъемным. Кроме того, желательно, чтобы этот трактор имел возможность сравнительно легко оснащаться отвалом, чтобы
оказывать помощь МЦП при погрузке торфа из штабелей, при расчистке дорог, уборке территорий и других хозяйственных работах, а также, что не менее важно, использоваться в качестве пожарной техники.
Исходя из этих положений, в разрабатываемой адаптивной технологии, вследствие применения наиболее простой технологии и универсально-комбинированных машин, количество разнотипного оборудования будет сведено до минимума (см. табл. 3). Понятно, что количество единиц техники будет зависеть от программы добычи, дальности вывозки и перевозки торфа, а также технических характеристик используемого оборудования.
Еще одним чрезвычайно перспективным рынком для реализации оборудования по адаптивной технологии добычи торфа могут быть предприятия агропромышленного комплекса. Комплексы машин можно предлагать крупным владельцам агробизнеса, которые заботятся о повышении плодородия своих почв и энергетической независимости предприятий [4, 5].
Хорошо известно, что помимо промышленных предприятий, в советские времена сельскохозяйственный торф в не меньших объемах добывали и другие организации. Так, в середине 1980-х годов промышленные предприятия Министерства топливной промышленности добывали 30% всего объема добычи в стране, до 20% от общего объема торфа добывали предприятия Минводхоза СССР, а половина всего добываемого торфа для сельского хозяйства приходилась на Министерство сельского хозяйства СССР. Механизированные колонны мелиораторов и «Сель-хозхимии» использовали доступное и универсальное оборудование для получения торфа для компостирования, позволяющее добывать торф на малых и средних по площади месторождениях и обеспечивать им близлежащих потребителей. Конечно, сегодня, чтобы удовлетворить надобность в органических удобрениях возрождающегося сельского хозяйства в нашей стране, такую систему уже не возродить. Поэтому предприятиям АПК при возникновении потребности нужно будет самим
решать вопрос о добыче торфа для собственных нужд.
Агрохолдингам вполне по силам при наличии доступной техники разрабатывать близлежащие торфяники, добывая энергетический торф для своих мини-ТЭС с целью получения автономной электроэнергии и тепла (когенерация) для отопления теплиц, жилых и хозяйственных построек, сушки зерна и обезвоживания продукции, а также производства холода (тригенерация) [5]. Кроме того, сельхозтоваропроизводители могут использовать добываемый своими силами торф для приготовления органических удобрений (компостов, мелиорантов и т. п.), создания грунтов и субстратов для своих теплиц и парников, в качестве подстилки для птиц и скота и др. Этот рынок для торфяной техники по адаптивной технологии весьма многообещающий и в ближайшие годы при соответствующем предложении и грамотной маркетинговой политике будет динамично развиваться.
В сельской местности есть предприниматели, которые думают о диверсификации своего бизнеса [12]. Во многих регионах нашей страны можно найти небольшое месторождение торфа, расположенное в непосредственной близости или на самой территории предприятия или агрофирмы. Поэтому им можно предложить новый источник дохода - бизнес по добыче торфа на основе адаптивной технологии как для собственных нужд, так и на продажу. Но для этого нужно не только предложение машиностроителей на отечественном рынке по многоцелевому оборудованию для решения этой задачи, но и мощная компания по популяризации современных технологий добычи и локального использования торфа, а также предоставление возможности обучения этим инновациям персонала заинтересовавшихся предприятий.
Среди проблем, с которыми могут столкнуться потенциальные торфоразра-ботчики небольших предприятий, - подготовка и ремонт площадей торфодобычи. Покупать и содержать для этих целей специализированную технику малым и средним фирмам в одиночку будет накладно. Но если возникнет достаточный спрос (например, от региональной ассоциации локальных торфодобытчиков) на эту ус-
лугу, то наверняка появятся организации, которые смогут удовлетворять эту потребность (например, существующие предприятия промышленной добычи торфа). Для этого им можно обратиться опять же к опыту советских времен и создать передвижную механизированную колонну, в состав которой будет входить все необходимое оборудование для подготовки и ремонта полей торфодобычи.
Помимо торфодобычи предлагаемый к разработке многоцелевой погрузчик можно будет использовать при приготовлении органических удобрений и ком-постов (ранее для этих целей использовали ПНД-250), а также для расчистки и уборки дорог от снега.
Таким образом, на основе маркетингового анализа рынка производителей торфяной продукции обоснована необходимость в разработке адаптивной технологии добычи крошкообразного торфа для локального потребления. Разработка небольших торфяных месторождений должна предусматривать машины и оборудование, значительно отличающиеся от техники, которая применяется для добычи торфа промышленными предприятиями. Предлагается разработать многофункциональный погрузчик торфа, который в известной технологической схеме по добыче торфа с раздельной уборкой из наращиваемых валков будет выполнять несколько технологических операций: погрузку торфа в стандартные прицепы, формирование штабелей и отгрузку потребителю. Единичный комплекс оборудования адаптивной технологии даст возможность добывать 20 тыс. т/год крошкообразного торфа условной влагой как 40 и 55, так и 65%. Кроме предприятий по добыче и переработке торфа оборудование адаптивной технологии может найти применение и в других отраслях народного хозяйства.
Библиографический список
1. Гамаюнов, С.Н. Латеральный маркетинг как альтернативная инновационная стратегия развития предприятий торфяной отрасли / С.Н. Гамаюнов // Труды Инсторфа: научный журнал. 2012.
№ 3 (56). С. 53-59.
2. Практическое руководство по организации добычи фрезерного торфа: учебное пособие / В.И. Смирнов [и др.]; под ред. В.И. Смирнова. 1-е изд. Тверь: ТГТУ, 2007. 392 с.
3. Гамаюнов, С.Н. Пути эффективного
управления бизнесом на предприятиях торфяной отрасли: монография /
С.Н. Гамаюнов, Б.Ф. Зюзин. Тверь: ТГТУ, 2011. 128 с.
4. Гамаюнов, С.Н. Торф и агробизнес: учебное пособие / С.Н. Гамаюнов. Изд. 2-е, перераб. и доп. Тверь: ТГТУ, 2011. 120 с.
5. Гамаюнов, С.Н. Перспективные технологии распределенной энергетики в агробизнесе: монография / С.Н. Гамаюнов. Тверь: ООО «Издательство «Триада». 160 с.
6. Михайлов, А.В. Масштаб торфяного производства и комплектование оборудованием / А.В. Михайлов // Процессы и средства добычи и переработки полезных ископаемых: сб. науч. тр. Минск: БНТУ, 2012. С. 63-67.
7. Мисников, О.С. Анализ технологий раз-
работки торфяных месторождений в странах дальнего и ближнего зарубежья / О.С. Мисников, А.Е. Тимофеев, А.А. Михайлов // Горный информационноаналитический бюллетень (научнотехнический журнал): Изд-во МГГУ,
2011. № 9. С. 84-92.
8. Торф. Ресурсы, технологии, геоэкология / В.И. Косов [и др.]; под ред. В.И. Косова. СПб.: Наука, 2007. 452 с.
9. Беляков, В.А. Организация технологического процесса добычи фрезерного торфа: учебное пособие / В.А. Беляков,
В.И. Смирнов. Тверь: ТГТУ, 2006. 100 с.
10. Кузнецов, Н.В. Научные основы создания средств комплексной механизации производства фрезерного торфа с раздельной уборкой из наращиваемых валков: дис. ... д-ра техн. наук: 05.05.06 / Н.В. Кузнецов. СПб, 2003. 482 с.
11. Васильев, А.Н. Перспективные технологии производства фрезерного торфа: учебное пособие / А.Н. Васильев. 1-е изд. Тверь: ТГТУ, 2007. 184 с.
12. Гамаюнов, С.Н. Инновационная деятельность на предприятиях АПК: монография / С.Н. Гамаюнов, Ю.Т. Фаринюк. М.: Изд-во РосАКО АПК, 2006. 224 с.
УДК 662.331(09)
Копенкина Л.В. Kopenkina L.V.
Копенкина Любовь Владимировна, к. т. н., доцент кафедры торфяных машин и оборудования ГОУ ВПО «Тверской государственный технический университет, Тверь, Академическая,
Kopenkina Lubov V., Dr., Associate Professor of the Chair of Peat Machinery and Equipment of the Tver State Technical University, Tver, Akademi-cheskay, 12
ВКЛАД ПРОФЕССОРА С.Г. СОЛОПОВА В РАЗВИТИЕ НАУЧНОЙ ШКОЛЫ ТОРФЯНОЙ МЕХАНИКИ (К 110-Й ГОДОВЩИНЕ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ)
Аннотация. В статье рассмотрен вклад профессора С.Г. Солопова в развитие научной школы торфяной механики.
THE CONTRIBUTION OF PROFESSOR S.G. SOLOPOV TO THE PEAT MECHANIC SCIENTIFIC RESEARCH SCHOOL (TO 110-YEARS OF ANNIVERSARY)
Abstract. The article considered the contribution of the professor S.G. Solopov to the advancement of peat mechanic scientific research school.
Ключевые слова: научная школа торфяной механики, история науки о торфе.
Keywords: peat mechanic scientific research school, history of peat science.
19 октября 2011 года исполняется 110 лет со дня рождения Сергея Георгиевича Соло-пова, выдающегося деятеля торфяной отрасли.
Профессор С.Г. Солопов (1901-1975)
С .Г. Солопов родился в Москве в семье железнодорожного служащего. После окончания единой трудовой школы в 1918 г. он работал помощником слесаря, помощником машиниста в депо Северных железных дорог. С ноября 1918 г. служил добровольцем в Красной Армии.
В октябре 1919 г. С.Г. Солопов был направлен на подготовительный курс Московской горной академии. Окончил торфяное отделение инженерного факультета сельскохозяйственной академии имени К.А. Тимирязева по кафедре торфяной механики (зав. кафедрой - профессор
Н.А. Ушков) в 1926 г. в числе первых ее выпускников. В 1920-е гг. преподаватели и сотрудники кафедры торфяной механики исследовали работоспособность элеваторных машин, пресса, шнека, физикомеханические свойства торфяной залежи.
С.Г. Солопов работал конструктором Торфотехники Цуторфа ВСНХ (1926-1938), участвовал в разработке первых фрезерующих машин для послойного фрезерования торфяной залежи, комбайнов для уборки и добычи торфа, поставляемого на Шатурскую электростанцию. Для подъема сухой крошки из расстила впервые была применена щетка с резиновыми язычками. Первые печатные работы С.Г. Солопова [1-6] посвящены машинам системы Инсторфа. Были использованы и опубликованы материалы заграничной командировки в Германию, где изготавливались комбайны для уборки торфа.
Он возглавлял работы по созданию и испытанию первого пневматического комбайна для уборки фрезерного торфа в 1932-1933 гг., предложив активизацию убираемого слоя торфа нагнетательным потоком воздуха, что увеличивало сезонный сбор торфа и уменьшало его пыление. С.Г. Солопов занимался изучением аэродинамических характеристик при уборке и транспортировании торфяной крошки в воздушном потоке.
Для первых фрезерующих машин он установил экспериментальным путем конструктивные параметры рабочих органов и их долговечность. Результаты этих исследований были опубликованы в журнале «Торфяное дело», трудах Всесоюзной технической конференции торфяной промышленности системы Главторфа в 1936 г. [7].
Всего им было разработано и предложено около 20 торфяных машин.
Преподавательской деятельностью С.Г. Солопов начал заниматься в 1929 г. на кафедре торфяной механики торфяного факультета Московской горной академии. С организацией Московского торфяного института в 1930 г. он работал ассистентом кафедры торфяной механики
(1930-1942), после защиты кандидатской диссертации «Рациональный метод стилки торфа-сырца при машинно-
формовочном способе добычи» в 1943 г. -доцентом.
Работа по решению комплексной проблемы добычи кускового торфа с понижением эксплуатационной влажности была начата С.Г. Солоповым в 1948 г.
В 1949-1950 гг. им были проведены первые лабораторные испытания с про-
веркой безмундштучного метода формования торфа пониженной влажности в полевых условиях [8].
В 1951-1952 гг. С.Г. Солопов был в докторантуре Института горного дела АН СССР и занимался изучением теоретических вопросов, связанных с решением проблем структурообразования торфа, его пористости, дисперсности, влияния удельной поверхности на физикомеханические свойства торфа при формовании и др.
Все экспериментальные исследования он проводил в лабораториях кафедр торфяной механики, физики, технологии добычи и сушки торфа Московского торфяного института. В 1951-1952 гг. под руководством С.Г. Солопова были созданы первые модели спирально-конусного пресса для переработки торфа пониженной влажности; машины глубокого дренирования с цепным баром, позволяющим закладывать дрены в залежах любой глубины и пнистости, для интенсивного осушения торфяной залежи; пресс-стилочной машины для формования и выстилки торфа пониженной влажности. Машины были испытаны на ряде торфопредприя-тий (Мезиновском, Южно-Алферовском, Оршинском).
В 1953 г. С.Г. Солопов был избран заведующим кафедрой торфяной механики Московского торфяного института.
Докторскую диссертацию на тему «Основания комплексной механизации добычи торфа на топливо экскаваторным способом с понижением эксплуатационной влажности» С.Г. Солопов защитил в институте горного дела АН СССР в 1954 г. Эта работа стала крупным вкладом в развитие технологических процессов получения качественного мелкокускового топлива, послужила источником многих последующих научно-исследовательских работ, воплощенных в кандидатских и докторских диссертациях.
В Московском торфяном институте С.Г. Солопов работал деканом механического факультета (1944-1952), проректором по учебной работе (1953-1956), ректором (1956-1958). Ученое звание профессора было присвоено ему в 1955 г.
С.Г. Солоповым была предложена классификация фракций торфяных дисперсных систем по физическим состояни-
ям в зависимости от связи размеров частиц с влагоемкостью торфа и его прочностью; указана связь этих систем с производственными процессами добычи торфа; отмечено значение удельной поверхности твердой фазы как показателя торфяной дисперсной системы, технологического эффекта торфоперерабатывающих машин и качества кускового торфяного топлива; предложен метод определения величины удельной поверхности торфяных дисперсных систем и др. [9-11].
С.Г. Солопов подготовил к защите около 50 кандидатов технических наук в области технологии и техники торфяной отрасли (П.Ф. Анисимов, В.С. Волков, Л.Ф. Коровицын, А.Н. Лукьянчиков, Б.П. На-жесткин, А.М. Панин, А.Ф. Ремизов, В.К. Фомин, В.И. Цветков и др.), являлся консультантом 9 докторов технических наук (И.Ф. Ларгин, М.М. Танклевский и др.), руководил кафедрой торфяных машин в Калининском торфяном, позднее политехническом, институте до 1974 г.
Кафедра ТМО в 1970 г.
В 1960-1970-е гг. кафедра торфяной механики расширила свою деятельность по подготовке научных работников в аспирантуре.
В научных работах С.Г. Солопова в эти годы особое внимание было уделено вопросам механизации и автоматизации разработки торфяных месторождений пониженной влажности, механизма различных процессов торфодобывания, интенсификации осушения торфяных залежей методом глубокого щелевого дренирования, комплексного использования торфа для сельского хозяйства; непрерывному циклу производства торфяного топлива, созданию газотурбинных электростанций на торфе [12-15].
С.Г. Солопов - автор первых учебных пособий и учебников по торфяным маши-
нам для вузов «Машины и оборудование торфяного производства: Конструкции и технический уход» (1944, соавтор И.Н. Глыбовский), «Расчёты и конструкции торфяных машин» (1948), «Торфяные машины (теория, расчет, конструирование)» (1962, соавторы - М.В. Мурашов, М.А. Мир-кинП.Ф. Анисимов, Л.О. Горцакалян, Б.П. Нажесткин, В.Г. Песков), «Торфяные машины и комплексы» (1973, 2-е изд. -1981, соавторы - Л.О. Горцакалян, Л.Н. Самсонов). В 1966 г. под редакцией профессора С.Г. Солопова был издан «Сборник задач по теории и расчету торфяных машин» (авторы Л.О. Горцакалян, М.В. Мурашов, Б.П. Нажесткин, Л.Н. Самсонов), в 1974 г. -лабораторный практикум по торфяным машинам.
Солопов проводил большую работу по научной популяризации технических знаний, в том числе в области торфяного дела. Он издал серию брошюр «Торф в народном хозяйстве», «Технический прогресс в торфяной промышленности», «Ленин о техническом прогрессе», «У истоков научно-технического прогресса Советской страны» [16-19]. С 1960 по 1975 гг. Соло-пов был главным редактором журнала «Торфяная промышленность».
С.Г. Солопов работал председателем постоянной комиссии «Разработка торфяных месторождений» учебно-методического и научно-технического совета по высшему горному образованию при Министерстве высшего и среднего специального образования СССР, заместителем председателя научно-технического совета Министерства топливной промышленности РСФСР, членом ученого совета по присуждению ученых степеней Московского гидромелиоративного института, членом Национального комитета СССР по участию в Международном обществе по торфу. Он имел почетное звание «Заслуженный деятель науки и техники РСФСР» (1962), был награжден орденом Ленина, орденом Трудового Красного Знамени и медалями.
Дмитрий Сергеевич Солопов (1929-2007), сын С.Г. Солопова, был действительным членом Международной академии архитектуры, академиком Российской академии архитектурных и строительных наук, лауреатом Государственных премий.
Сергей Георгиевич Солопов является выдающимся деятелем торфяной отрасли. Он оставил заметный след в истории торфяного дела, выполнив исследования и написав работы по расчетам торфяных машин; интенсивному осушению торфяных месторождений методом глубокого щелевого дренирования, комплексной механизации добычи, сушки и уборки фрезерного и кускового торфа; комплексному использованию торфа и торфяных залежей; технологическим принципам производства качественного торфяного топлива; развитию торфяной отрасли.
Многие из работ С.Г. Солопова не потеряли своего значения и актуальности, необходимы для изучения и подготовки квалифицированных специалистов торфяного дела на современном этапе и должны быть переизданы. В связи с этим в Трудах Инсторфа № 1 (54) ВосточноЕвропейского института торфяного дела ТГТУ была опубликована его работа [10].
Библиографический список
1. Солопов, С.Г. Усовершенствованная элеваторная установка системы Инсторфа (модель 1929 г.) / С.Г. Солопов // Торфяное дело, 1929. № 2. С. 56-61.
2. Солопов, С.Г. Новое в исследовании торфяных машиноорудий / С.Г. Солопов // Торфяное дело, 1931. № 3. С. 33-37.
3. Солопов, С.Г. Прицепной фрезер системы Инсторфа типа К-Ф-2 / С.Г. Солопов. М.; Л.: ГНТИ, 1931. 24 с.
4. Солопов, С.Г. Уборочная машина для фрезкрошки системы Инсторфа (модель 1) / С.Г. Солопов // Торфяное дело, 1932. № 10. С. 10-17.
5. Солопов, С.Г. Конструкция и материалы комбайна КМ-1 для фрезкрошки системы Инсторфа / С.Г. Солопов // Торфяное дело, 1932. № 12. С. 9-16.
6. Солопов С.Г. Торфодобывающий фрезер к трактору СТЗ системы Инсторфа /
С.Г. Солопов // Новости техники, 1934. № 111-112. С. 21-22.
7. Солопов, С.Г. Механизация добычи, сушки и уборки фрезерного торфа / С.Г. Солопов // Труды Всесоюзной технической конференции торфяной промышленности системы Главторфа. М.; Л., 1944. С. 178-190.
8. Солопов, С.Г. Основания комплексной механизации добычи торфа на топливо экскаваторным способом с понижением эксплуатационной влажности: автореферат дис. ... докт. техн. наук / С.Г. Солопов. М., 1955. 40 с.
9. Солопов, С.Г. Технологические принципы производства качественного кускового топлива при разработке торфяных месторождений пониженной эксплуатационной влажности: научные доклады высшей школы / С.Г. Солопов // Горное дело, 1958. № 1. С. 41-49.
10. Солопов, С.Г. Влияние дисперсности на структуру и механические свойства торфа в связи с задачей получения качественного кускового топлива из залежей с пониженной влажностью / С.Г. Солопов // Труды Московского торфяного института. М.; Л.: ГЭИ, 1958. Вып. 8. С. 140-166.
11. Солопов, С.Г. Определение приближенной функциональной зависимости степени дисперсности торфа от степени разложения и ее значение в управлении производством высококачественного кускового топлива / С.Г. Солопов // Труды КПИ, 1966. Вып. 13. С. 9-19.
12. Солопов, С.Г. Основные задачи научных исследований в области комплексного использования торфа и его месторождений / С.Г. Солопов // Научные доклады высшей школы. Горное дело, 1958. № 4. С. 255-257.
13. Солопов, С.Г. О комплексной механиза-
ции и автоматизации операций и непрерывном цикле производства торфяного топлива / С.Г. Солопов // Торфяная промышленность, 1961. № 2.
С. 11-13.
14. Солопов, С.Г. Обоснование и техника заложения глубокого щелевого дренажа для интенсивного осушения торфяных залежей / С.Г. Солопов // Тезисы докладов научно-технической конференции по торфу. Л., 1963. С. 46-47.
15. Солопов, С.Г. К вопросам интенсификации осушения торфяных залежей методом глубокого щелевого дренирования /
С.Г. Солопов// Торфяная промышленность, 1973. № 4. С. 8-11.
16. Солопов, С.Г. Торф в народном хозяйстве / С.Г. Солопов. М.: Знание, 1959. 32 с.
17. Солопов, С.Г. В.И. Ленин о техническом прогрессе / С.Г. Солопов. М.: Знание, 1960. 37 с.
18. Солопов, С.Г. Технический прогресс в торфяной промышленности (19171966) / С.Г. Солопов. М.: Знание, 1966.
32 с.
19. Солопов, С.Г. У истоков научнотехнического прогресса Советской страны / С.Г. Солопов. М.: Знание, 1970. 45 с.
РЕЦЕНЗИЯ НА КНИГУ7
«УГЛЕРОДНЫЕ
КРЕДИТЫ
И ЗАБОЛАЧИВАНИЕ
ДЕГРАДИРОВАННЫХ
ТОРФЯНИКОВ
Климат-
биоразнообразие-
землепользование
Теория и практика -уроки реализации пилотного проекта в Беларуси»
Под ред.
Франциски Таннебергер и Венделина Вихтманна.
REVIEW OF THE BOOK «CARBON CREDITS FROM PEATLAND REWETTING Climate-biodiversity-land use Science, policy, implementation and recommendations of a pilot project in Belarus»
Franziska Tanneberger & Wendelin Wichtmann (eds.)
7 Сайт издательства, где можно заказать книгу -www.schweizerbart.de
Центральной идеей представленной книги является оценка роли вторичного заболачивания торфяников в газовом балансе атмосферы и его влияния на глобальное изменение климата. Вторичное заболачивание пока не является стандартной формой земледелия и числится в статье расходов, поэтому одним из важнейших разделов книги является обсуждение проблемы углеродных кредитов и углеродного рынка.
Продажа сокращений выбросов тепличных газов при повторном заболачивании на добровольном углеродном рынке пока складывается недостаточно быстро, но признание этого рынка уже произошло. Пока основную роль на добровольном углеродном рынке играют лесопользователи и сельхозпроизводители, а восстановление торфяников является новой и перспективной частью этого молодого рынка.
Достаточно подробно рассматриваются вопросы маркетинговой стратегии при повторном заболачивании, проблема стандартов и в том числе обсуждается новый стандарт: Повторное заболачивание и сохранение торфяников ВУС (ПЗСТ, VCS-PRC).
Перспективы продаж сокращений выбросов при повторном заболачивании на обязательном углеродном рынке становятся все более оптимистичными. Авторы книги предлагают несколько вариантов изменения Киотского протокола, которые позволят вторичное заболачивание перевести в разряд обязательного рынка. К ним относятся наземный учет всех потоков тепличных или парниковых газов на всех землях, где ведется хозяйство (в настоящее время учет осуществляется по отраслям); повышение числа обязательных направлений деятельности и переносе ряда направлений из добровольной в обязательную часть; третьим, наиболее перспективным вариан-
том является создание нового вида деятельности, направленного на повторное заболачивание.
Использование вторично заболоченных торфяников, включающее восстановление исходной растительности и процесса торфонакопления, а также выращивание «мокрых» культур или болотных видов растений с высокой биопродуктивностью, должно строиться на принципах предельно возможного уменьшения попадания тепличных газов С02, N20 и СН4 в атмосферу.
Предлагаемые технологии скоростного выращивания биомассы тростника, канареечника, рогоза, ивы и др. растений на обводненных участках предполагают привлечение инвестора и компенсацию средств, направленных на строительство системы восстановления или водорегулирования.
Рассматривается возможность использования выращенной биомассы для получения топлива в жидком, твердом и газообразном состоянии. К традиционному использованию относятся пастбища, выращивание продуктов питания, экотуризм и др.
В книге много внимания уделяется оценке белорусского опыта в восстановлении нарушенных добычей торфа и пожарами торфяных болот. Приводятся описания стадий выполнения работ, примерная схема технологии восстановления и стоимостная оценка проекта восстановления. Прогнозируются временные интервалы восстановления болотной растительности на первые годы после обводнения и на перспективу до 2030 г.
В книге много внимания уделено восстановлению торфяных болот в целях сохранения и поддержания биоразнообразия.
Важно отметить обзор международных организаций, заинтересованных в проектах вторичного заболачивания.
