CC BY
115
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
© В.Б. Аобреиов, А.Н. Лигоикий, A.A. Русское, С.М. Штин, 2001
B.Б. Аобреиов, А.Н. Лигоикий, A.A. Русское,
C.М. Штин
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕАР И ЭКОЛОГИЯ ПРИ ОСВОЕНИИ ОЗЕРНЫХ САПРОПЕЛЕЙ
Несмотря на то, что со времени цитируемого высказывания прошло [1] 80 лет, сапропель, являющийся комплексным органоминеральным сырьем, что обеспечивает практически безотходную технологию его переработки и использование в различных отраслях народного хозяйства (сельское хозяйство, медицина, промышленность, геология) остался по существу не-воспользованным полезным ископаемым.
Прогнозные его запасы составляют около 300 млрд м3 , причем сапропель является одним из немногих возобновляемых полезных ископаемых: только в Ленинградской и Новгородской областях ежегодно образуется до 1 млн м3 сапропеля. Распространен сапропель практически по всей территории России, что позволяет отнести его к местным удобрениям [2]. Особенно широко он
Рис. 1. Распространение сапропелей на территории Российской Федерации.
I - северная зона слабого сапропелена-копления; II - центральная зона интенсивного сапропеленакопления; III - южная зона слабого сапропеленакопления; IV - азональные зоны слабого сапропе-ленакопления: а - равнинно-мерзлотные, б - горно-мерзлотные, в - горнотаежные; V - зона солоноватых сапро-пелей и минеральных грязей.
представлен (наиболее качественные сапропели) в СевероЗападных регионах РФ (рис. 1).
Наиболее широкое применение сапропель может найти в сельском хозяйстве в качестве удобрения, но он также представляет определенный интерес как сырье для ряда перспективных направлений использования (табл. 1).
Следует напомнить, что добыча полезных ископаемых и, в частности, наиболее распространенным открытым способом, приводит к значительному экологическому дисбалансу: нарушается гидрологический режим в районе разработки, образуются значительные по
«Правильной постановке сапропелевого дела нужно придавать огромное государственное значение. В советской России может развиться большая сапропелевая промышленность, которая будет доставлять ряд ценных продуктов не только для потребления внутри страны, но и для экспорта их за границу.»
Академик И.М. Губкин (из доклада в ВСНХ, 1919 г.)
объемам выемки в земной коре, отчуждаются большие площади под отвалы вмещающих, а зачастую и покрывающих пород, значительно загрязняется атмосфера, отрицательное влияние имеет сейсмика при массовых взрывах и др. И лишь добыча сапропеля из озерных месторождений, особенно по вновь создаваемым технологиям на базе новой специализированной техники, сопровождается позитивными результатами [3, 4], а именно:
• добывается органоминеральное сырье многопланового использования;
• осуществляется очистка озер от донных отложений с восстановлением гидрологического режима прилегающих территорий;
• очищенные от осадков озера и прилегающие к ним территории могут быть использованы в качестве рекреационных зон;
• при создании новых предприятий по добыче и переработке сапропеля увеличится занятость населения и уменьшится миграция.
Следует отметить, что при сравнительно малых запасах сапропеля за рубежом в ряде стран уже достаточно давно ведется их успешная добыча и широкое использование. В этом отношении иллюстрацией могут служить данные табл. 2 по отечественной и зарубежной практике разработки озерных месторождений сапропеля.
Таблица 1
OCHOBHblE HAПPABЛEHИЯ ИCПOЛЬЗOBAHИЯ CAПPOПEЛЯ
Область использования Виды продуктов или изделий
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО - Земледелие - Животноводство, птицеводство, рыборазведение, ветеринария Сапропелевые удобрения: -компосты на основе сапропеля -известковые материалы -удобрительные смеси -аммонизированный сапропель -сапропель для выращивания клубеньковых бактерий -сапропель для опудривания минеральных удобрений -кондиционирующие добавки Сапропелевые кормовые добавки Комбикорма Средства профилактического лечения животных
МЕДИЦИНА Сапропелевые лечебные грязи Лечебные препараты
ПРОИЗВОДСТВО СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Порообразующие добавки (получение фильтрационных труб, пористощелевых керамических камней, производство аглопорита) Лицевой кирпич Сапропелевое связующее (сапропелевый клей) в производстве ДВП
ГЕОЛОГИЯ Производство буровых и тампо-нажных растворов
ТЯЖЕЛАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ Применение сапропелей в литейном производстве (формовочные и стержневые смеси)
Существующая техника, пригодная для разработки озерных сапропелей достаточно разнообразна (рис. 2), однако наиболее широко используются грейферные экскаваторы и земснаряды, оснащенные центробеж -ными грунтовыми насосами (при непосредственном всасывании ила или с предварительным рыхлением ила в подводном забое).
Технология производства работ и основные технологические процессы, начиная с добычного забоя и кончая получением конечного продукта (сапропель влажностью 60-65 %, пригодный для внесения на поля), показан на рис. 3, 4 и, вероятно не нуждается в дополнительных описаниях.
Следует остановиться на работах по совершенствованию технических средств добычи сапропеля. В частности, такие работы связаны с тем, что на тер-
ритории России имеется весьма значительное количество малых водоемов, а их очистка с результативной утилизацией донных отложений возможна как с использованием сравнительно простых установок, так и при применении создаваемой модульной техники. К числу простых добычных установок относятся две, разработанные Институтом Торфа Белоруссии. Одна из них транспортирует добытый сапропель от места разработки по трубопроводу, а вторая - с использованием барж или контейнеров на них, причем считается, что второй вариант более предпочтителен при заготовке лечебных грязей и кормовых добавок. Установка представляет собой плавучий агрегат; состоящий из понтона ката-маранного типа, на котором смонтированы дизель-электри-ческая станция ДЭС-60р, модер-
низированный насос НЖП-200, лебедка подъема и опускания илозаборного рабочего органа, лебедка перемещения установки, два двигателя для холостого перемещения установки и кабина управления. Производительность установки по пульпе составляет 200 м3/час, консистенция пульпы 3-6 %, максимальная глубина разработки - 5,5 м. Длина установки 9,2 м, а ширина 3,05 м при массе 9,1 т. Разработка сапропеля ведется траншейным или веерным способом.
Завод портового и судового оборудования «Теплоход» на основе разработок Горьковского института инженеров водного транспорта освоил выпуск шнековой плавучей установки для добычи сапропеля естественной влажности и транспортирования добытого сапропеля на берег. Добычная и транспортирующая установка состоит из двух понтонов катама-ранного типа. На одном из них размещается трактор МТЗ-80 (или МТЗ-82), который выполняет функции энергетической установки. Вал отбора мощности трактора приводит в действие шнековый насос, расположенный на стреле, которая при помощи гидроцилиндра опускается на глубину до 5 м. На втором понтоне располагается бункер емкостью 20 м3 с разгрузочным устройством в нижней части. После заполнения бункера вся установка перемещается к берегу и шнековым насосом осуществляется выгрузка сапропеля на берег. Производительность установки по сапропелю составляет 50100 м3/час длина 21 м, ширина 5 м, масса установки 26410 кг.
Известны конструкции
скреперных самоотвозных
земснарядов катамаранного типа с наклонным открытым грузовым трюмом. Впервые такой земснаряд был создан финской компанией «Каймаа-ни». Перед илозабором грузовой трюм наклоняют вниз и после этого с помощью телескопического скреперного
Рис. 2. Технические средства разработки донных озерных отложений
ножа производится его заполнение. Количество скреперований до полного заполнения трюма при разработке сапропеля составляет одно-два зачерпывания. Угол наклона трюма в 30° соответствует максимальной глубине грунтозабора 10 м.
При транспортировке трюм устанавливается в горизонтальное положение, выгрузка осуществляется при помощи того же скрепера в обратной последовательности. Производительность земснаряда «Кай-маани» без учета времени транспортирования составляет 100-400 м /час, обслуживает его три человека.
По аналогии с земснарядом «Каймаани» НПО «Судоремонт» разработал самоотвозный
скреперный земснаряд ката-маранного типа с грузовым трюмом емкостью 100 м3. Глубина разработки составляет 9,2 м. Длина корпуса - 24 м, ширина 14,5 м. Для обеспечения работы земснаряда используется двигатель 17 ЦДГ-2 мощностью 835 кВт, кроме этого предусмотрены два гребных двигателя ПГ2-500 мощностью по 250 кВт. Земснаряд обслуживает 2 человека, производительность его составляет 120 м3/час. Последняя конструкция может
использоваться на озерах значительной площади.
Особо следует остановиться на погружных илозаборных агрегатах для разработки илов текучей консистенции (по данным исследований ученых Белоруссии, например, до 80 % общих запасов сапропеля этой республики составляют текучие илы), которые не требуют предварительного рыхления. Это означает, что такой илозаборный агрегат, представляющий собой насос и двигатель соединенные в одно целое, опускается в толщу ила до нижней отметки ила текучей консистенции (агрегат прекращает вертикальное движение и несущий трос провисает). Затем начинается выемка ила, причем с одной точки стояния отрабатываются практически все запасы озера, представленные текучими илами. В СПбГГИ разработан такой погружной ило-заборный агрегат производительностью от 5 до 150 м3/час ила естественной консистенции. Технологические преимущества таких агрегатов очевидны - минимум затрат времени на передвижки, максимум - на полезную работу. Экологическое преимущество перед всеми описанными конструкциями - отсутствие облака взвеси при илозаборе и сохранение чистоты воды в водоеме.
Для илов более плотной консистенции с успехом применяется земснаряд ЛС-27 (По-тийский машиностроительный завод), оснащенный специальным широкозахватным шнеково-фрезерным добычным органом, созданным Трестом «Энергогидромеханизация» [7]. Такой илозаборный рабочий орган состоит из всасывающей трубы с наконечником и перпендикулярно прикрепленным к его продольной оси кожухом.
а - экскавация и погрузка в баржу; б - перегрузка с баржи в автосамосвалы; в - разгрузка; г - разравнивание; д - рыхление; е -формирование валов.
1 - грейферный экскаватор; 2- понтон; 3- баржа; 4- автосамосвал ЗИЛ-565; 5- бульдозер ДВ-42; 6- дисковый лущильник; 7 - трактор ДТ-75В.
Рис. 4. Технологическая схема гидромеханизированной добычи сапропелей.
1 - земснаряд; 2 3- плавучий и наземный пульповоды; 4- водоспускной канал; З- водоспуск; б - пульповыпуск; 7- отстойник; B- дамба
В кожухе установлен приводной вал, в центральной части
которого смонтирован пакет
дисковых ножей. На этом же валу справа и слева от пакета ножей установлены шнековые уширители. Эта конструкция накрыта отражателем-экраном, жестко закрепленном на кожухе с наружной стороны наконечника. При этом ширина выходной части наконечника равна длине участка вала с дисковыми ножами, а шнековые час-ти-уширители имеют одинаковый с дисковыми ножами диаметр. Земснаряды с таким ило-заборным агрегатом успешно работают на трех озерах Московской обл., а производительность по сапропелю земснарядов увеличилась в три раза. В
значительной мере снижены потери ила, что говорит о рациональном использовании недр за счет полноты выемки и
новых технологических схем разработки при использовании такой техники.
Совершенствование техники и технологии добычи и первичной переработки сапропеля (до заданной влажности) с учетом настоятельной необходимости выполнения требований рационального использования недр и экологии привели к созданию в СПбГГИ бл очно-модульных схем освоения озерных сапропелевых месторождений [4, 5]. Суть их состоит в следующем. Над наиболее глубокой точкой озера (рис. 5) устанавливается основной понтон, или их группа (например понтоны КС-У, принятые нами при проектировании разработки сапропеля оз. Коди-Ярви, Карелия), на котором располагаются: добычной блок (погружной илозаборный агрегат и механизмы спуска-подъема), блок сгущения, блок
обезвоживания (60 % влаги для сельского хозяйства, 27 % - для применения в стройиндустрии и т.д.), блок расфасовки и упаковки. Основной понтон соединен с берегом понтонной трассой.
Таким образом продукция с заданной влажностью, полученная непосредственно на месте добычи, автотранспортом направляется либо на склад, либо непосредственно потребителю. Блоки представляют собой отдельные модули и могут без каких-либо затруднений перемещаться от одного
озера к другому, по мере отработки предыдущего. Первоначально такая технология предназначена для разработки и первичной переработки илов текучей консистенции. Однако область ее использования может быть расширена путем установки на всасывающем пат-
рубке насоса илозаборного агрегата вибрационного рыхлителя в виде пространственной решетки или растянутой спирали Архимеда, укрепленной на продолжении вала рабочего колеса погружного низконапорного грунтового насоса (ПНГН), разработанного в СПбГГИ.
Экологические и технологические преимущества такой технологии очевидны: добывается ил естественной влажности (против 3-5 %-го его содержания в пульпе при земсна-рядной разработке), исключается отчуждение береговых площадей для устройства на
Рис. 6. Скважинная селективная разработка сапропелевого месторождения.
1 - блок переработки сапропелей
(ангар); 2 - приемный зумпф; 3 -
слой воды над залежью; 4 - положе-
ние скважины при отработке верхне-
го слоя; 5 - положение скважин при отработке нижележащих горизонтов;
6 - граница ила текучей и пластичной консистенции.
них чеков-отстойников для обезвоживания и сушки, работы могут осуществляться круглогодично.
Применительно к озерным месторождениям сапропеля со значительными запасами в СПбГГИ разработана технология, где в качестве основной
Рис. 5. Принципиальная схема технологии добычи сапропеля погружными илозаборнми агрегатами с переработкой на месте добычи.
1 - береговой понтон; промежуточный понтон; 3 - понтонная автострада; 4 - комплексный блок (энергоустановка, блоки обезвоживания, сгущения, фасовки и упаковки); 5- вода; 6 - залежь сапропеля; 7 - несущие понтоны; 8- погружной илозаборный агрегат; 9- якорная схема
добычной выработки используется скважина с направленной траекторией. Наиболее рациональной траекторией для добычных скважин будет являться пологонаклонная с искривленным участком в районе выхода забоя в точке наибольшей мощности сапропелевой залежи (рис. 6).
При использовании серийного оборудования были пробурены скважины диаметром 216 мм длиной до 600 м (рук. работ доц. Ю.Б. Синай), что показывает на возможность использования такого опыта при скважинной разработке сапропеля текучей консистенции. По нашей технологии такие добычные скважины бурятся с берега непосредственно из ангара, в котором располагается добычное и перерабатывающее оборудование.
Известные экскаваторные и земснарядные технологии добычи и первичной переработки сапропеля при современном состоянии экономики реализо-
вать сложно. В связи с этим представляется целесообразным создание средств малой механизации добычи сапропеля применительно к нуждам малых сельскохозяйственных предприятий, фермерских хозяйств, садово-огородных кооперативов и пр. Для этих целей в СПбГГИ разработаны два типа механических черпа-телей, изготовление которых может быть осуществлено практически в любой мехма-стерской. Оба типа черпате-лей сконструированы с учетом выполнения требований минимальных затрат на их изготовление и максимальной простоты управления их работой при независимости от внешних источников энергоснабжения (ручные лебедки, применяемые в строительстве). Могут они также работать в качестве навесного оборудования на автокраны или в комплекте с кранами-укосинами. Ковшовый черпа-тель в качестве прототипа имеет ковш экскаватора-драглайна со значительным
упрощением конструкции, а желоночный - желонку, применяемую при канатноударном бурении взрывных скважин станками БС-1 и БС-
2. С целью исключения загрязнения водной среды облаком взвеси при производстве добычи ила предусмотрен защитный кожух из плотной пленки, выполненный в виде цилиндра. Он погружается вертикально в воду так, чтобы нижняя часть входила в ил на 30-50 см. Таким образом предотвращается распространение взвешенного ила из зоны добычи, а ил из залежи постоянно подтекает во внутрь защитного кожуха. Емкость обеих конструкций составляет
0,3 м3.
Сравнительный анализ технологического и экологического плана по существующим и разрабатываемым технологиям представлен в табл.
3, 4.
Завершая статью, следует подчеркнуть, что общее снижение добычи полезных ископаемых в нашей статье косну-
Рис. 7. Блок схема комплексного освоения озерного месторождения сапропеля и земельного отвода
лось также и предприятий по разработки горнохимического сырья. Отмечается, что в 1995 г. уровень производства фосфорных удобрений снизился почти в три раза по сравнению с 1988. Близки к исчерпанию запасы, пригодные для открытой разработки на Кингисеппском месторождении фосфоритов, достаточно тяжелое положение на предприятии АО «Апатит». Внесение фосфорных удобрений на гектар пашни в России за последние 8-9 лет снизилось почти в 10 раз и это грозит нашей стране чрезвычайно серьезными последствиями [6]. Вышеизложенное позволяет еще раз подчеркнуть настоятельную необходимость скорейшего освоения озерных месторождений сапропелевых месторождений.
Необходимо также отметить, что к каждому сапропелевому озерному месторождению и к земельному отводу неприменимы стандартные и, тем более, ничем не обоснованные подходы при его освоении. По нашему мнению проблема добычи и переработки сапропелей выливается в сложную системную проблему междисциплинарного характера как это показано на блок-схеме (рис. 7). Естественно она приведена в самом общем виде. Мы уверены, что каждое озерное месторождение сапропеля при проектировании его разработки и первичной переработки добытого ила потребует сугубо индивидуального подхода с учетом многочисленных превосходящих факторов. Это позволит рационально использовать уникальное комплексное полезное ископаемое с выполнением требований экологии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Губкин И.М. Горючие сланцы и сапропель // Два года диктатуры пролетариата 1917-1919. -М.:ВСНХ, 1919.
2.Фомин А.И. Технология добычи местных удобрений (сапропелей). - М.: Высшая школа, 1969.
3.Добрецов В.Б, Лигоцкий Д.Н., Зайцев В.А. Гидромеханизированная разработка донных озерных отложений. - СПб.: СПбГГИ, 1995.
4.Добрецов В.Б, Холоднякова В.А. Экология и технология разработки сапропелевых месторождений. - СПб.: СПбГГИ, 1996.
5.Добрецов В.Б. О создании сапропелевой промышленности в России. // Горный вестник, 1998, №4.
6. Тимченко А.И. Геолого-генетические проблемы фосфоритообразования // Горный вестник, 1996, специальный выпуск.
7.Штин С.М. Новое в гидромеханизированном способе добычи сапропелей // Горный журнал, 1998, №6.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
