CC BY
41
ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
УДК 630. 03; 630.32
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ СБОРА ТОПЛЯКОВОЙ ДРЕВЕСИНЫ В БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ ВОДОХРАНИЛИЩ: АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ
В. А. Иванов, д-р техн. наук, профессор; Ю. В. Морнова, аспирант,
ФГБОУ ВО «Братский государственный университет», ул. Макаренко., д.40, г. Братск, Россия 665709 E-mail: [email protected]
Аннотация. В статье рассматривается актуальная на сегодняшний день проблема освоения затопленной, плавающей, стоящей на корню древесины в акватории водохранилищ. Проведено теоретическое исследование упрощенной технологии для сбора топляковой древесины, а также технологии с применением плавающих топлякоподъемных устройств в зоне водохранилищ гидроэлектростанций Ангаро-Енисейского региона. Обоснована необходимость в совершенствовании технологических процессов сбора топляковой древесной массы и транспортировки ее к местам переработки на товарную продукцию. Представлены технологические схемы очистки береговой зоны водохранилищ от затопленной и плавающей древесной массы, основанные на использовании оборудования гидроманипуляторного типа и канатной трелевочной установки, позволяющие наиболее эффективно использовать технические и технологические ресурсы и значительно увеличить производительность технологического процесса сбора топля-ковой древесины, а также решить проблемы локализации источников загрязнения водной среды, вовлекая в производство дополнительные объемы лесных ресурсов, при этом сохраняя от вырубки тысячи гектаров лесных массивов.
Ключевые слова: затопленная древесина, транспортировка, техника, технологический процесс, водохранилище, береговая зона, лесные ресурсы.
Введение. Вторая половина двадцатого столетия исторически отмечена интенсивным развитием промышленности, в результате чего возникла необходимость в создании крупных объектов гидроэнергетики.
Строительство и эксплуатация крупных гидроэлектростанций Ангаро -Енисейского региона, а также использование водохранилищ в качестве лесотранспортных путей привели к образованию в водных объектах огромного количества затопленной древесины.
По результатам исследований влияния скоплений древесины на водные экосистемы, проведенные ГосНИОХР [1-4], долговременное нахождение в водной среде плавающей
древесины способствует изменению гидрохимического состава воды. Таким образом, наблюдается отрицательное воздействие на экологическое состояние водоемов, снижается эффективность рыбного хозяйства. Образование скоплений древесной массы также значительно затрудняет судоходство, процесс лесосплава, появляются трудности гидроэнергетического характера, заключающиеся в снижении выработки электроэнергии.
Одним из основных направлений научной деятельности кафедры воспроизводства и переработки лесных ресурсов Братского государственного университета является вовлечение дополнительных древесных ресурсов в
деревообрабатывающую отрасль. Технологический процесс и комплексное использование древесного сырья в промышленности связаны с необходимостью использования инновационных технологий переработки деловой древесины, а также поиском ее эффективных заменителей.
Решению этой задачи, по-нашему мнению, способствует использование топляковой древесины в качестве сырья для дальнейшей переработки на товарную продукцию.
В настоящее время разработаны и прошли апробацию различные технические и технологические решения по сбору и транспортировке древесного сырья, находящегося в ложах водохранилищ [5; 14-15]
Существующая техника и технологии, используемые для подъема затонувшей древесины, не позволяют проводить очистительные работы в должных объемах. По оценке специалистов, для очистки русел бывших молевых рек от затонувших стволов деревьев потребуется не менее 3-4 десятилетий, а объемы затонувшей древесины только в Европейской части России могут превысить 10 млн м3 [6, 10-13].
Актуальной остается проблема сохранения лесных ресурсов посредством разработки инновационных технологий сбора древесины с береговых объектов с целью ее дальнейшей транспортировки к местам переработки на товарную продукцию.
Анализ применяемых технологий. В ходе проведения исследования рассмотрим особенности технологий, использующихся для освоения затопленной древесной массы в береговых зонах водохранилищ гидроэлектростанций Ангаро-Енисейского, а также область их применения.
Очистку водохранилищ от затопленной, плавающей, стоящей на корню древесной массы на практике принято осуществлять по упрощенной технологии и с применением плавающих топлякоподъемных устройств.
Упрощенная технология заключается в следующем: береговая зона разделяется на ряд участков, в зависимости от запасов древесной массы, гидрологических условий участка и водных путей, ландшафтной картины территории затопления. На каждом участке органи-
зуется объект для собранной древесной массы, обозначается объект выгрузки накопленной древесины. В данном случае, технология очистки водохранилищ основывается на способе траления акватории, зачистки пляжного откоса, формировании транзитного кошеля и буксировки его к месту накопления и выгрузки древесины.
Расчистка дна, а также прибрежных зон водохранилищ плавающей древесной массы производится специальным оборудованием в зависимости от природных и производственных условий. Среди них: топлякоподъемные агрегаты, гидроманипуляторы, плашкоуты, лебедки, плавающие реакторы, оборудование для подводного срезания деревьев, буксиры и др. [7-9].
Наиболее распространенная на сегодняшний день технология освоения топляковой древесины заключается в сборе древесины в кошели, буксировке к прибрежному рейдовому участку, оснащенному сортировочной сеткой на 3-5 двориках и лебедкой для сплотки, где древесина разделывается бензопилами и сплачивается в пучки, формируется в плоты и отправляется к местам переработки [16-20] (рис. 1, 2, 3).
Недостатком данной технологии является низкая маневренность оборудования и, как следствие, - низкая эффективность сбора древесины в местах ее большого скопления.
В прибрежных зонах водохранилищ при плотной сформированности древесных масс сбор древесины затруднителен. В этом случае применяются технологические схемы, основанные на применении буксирного катера, оснащенного якорем-кошкой, позволяющем разбирать одно- или многорядные скопления древесины (рис. 2).
Буксирный катер (1) вплотную подходит к скоплению древесины, вспомогательный рабочий с помощью якоря-кошки, закрепленного на трос (2), осуществляет разборку скоплений древесины (3) и вытягивает из пыжа освобожденную древесину. Процесс повторяется многократно, после чего древесина формируется в кошель, загружается в буксирный катер и доставляется к местам лесопереработки
Рис. 1. Технологическая схема сбора затопленной древесины в кошели: 1 - кошель; 2 - буксировочный катер; ; 3 - плавающая древесина; 4 - береговая зона
Рис. 2. Технологическая схема разбора древесных скоплений посредством троса
с якорем-кошкой:
1 - буксирный катер; 2 - трос, оснащенный якорем- кошкой; 3 - скопления древесины;
4 - береговая зона
Существенным недостатком данной технологии является слабый уровень механизации, и, как следствие, - низкая производительность технологического процесса.
Для сбора древесной массы в труднодоступных места используются тракторные установки с плавучим основанием на базе колесных машин, а также гусеничных тракторов,
в состав которых входят бревнотолкатель с челюстным захватом и технологическая лебедка, позволяющие очищать береговые зоны от обсохшей древесной массы, транспортировать лесоматериалы по воде и укладывать небольшие, до 2 м, штабеля древесины на берегу (рис. 3).
Рис. 3. Схема сбора древесины в кошели с использованием тракторных установок
на плавучем основании: 1 - кошель ; 2 - тракторная установка; 3 - плавающая древесина; 4 - береговая зона
Существенным недостатком данного технологического решения является функционирование тракторных установок на значительно удаленном расстоянии от береговой зоны.
Одной из существенных проблем очистки береговых зон водохранилищ является большое количество разбросанной обсохшей древесины. Сбор разнесенной вдоль береговой линии древесины осуществляется с помощью механизированных устройств, оснащенных гидроманипуляторными установками (рис. 4). Технология очистки береговых отмелей заключается в сборе древесной массы, погружении древесины в воду при помощи граблей,
установленных на стреле манипуляторного типа, погружении в кошель, который, по мере наполнения, стягивается буксирным катером, и транспортировки древесины к местам переработки.
Анализируя основные технологические схемы сбора древесной массы с береговой зоны и акватории водохранилищ, можно сделать вывод о целесообразности использования оборудования манипуляторного типа, позволяющее собирать плавающую, полузатопленную, затопленную, древесину с береговых зон водохранилищ.
Рис. 4. Схема сбора древесной массы с береговой зоны с помощью гидроманипулятора: 1 - катер со стрелой манипуляторного типа, оснащенный граблями; 2 -кошель, 3 - буксирный катер; 4 - разнесенная древесная масса; 5 - урез воды при максимальном уровне; 6 - урез воды
при минимальном уровне
Результаты. В результате проведенного на использовании подвижной тягово-канатной
теоретического обоснования целесообразно- трелевочной установки, предназначенной для
сти применения топлякоподъемного оборудо- сбора и транспортировки древесной массы с
вания гидроманипуляторного типа нами пред- береговых объектов водохранилищ (рис. 5). ложено технологическое решение, основанное
Рис. 5. Технологический процесс очистки прибрежных зон от древесной массы с использованием тяговой канатно-трелевочной установки: 1 - подвижный тягово-несущий канат; 2 - опоры для канатной установки; 3 -транспортируемая древесина; 4 - береговой объект; 5 - боновое заграждение; 6 - акватория водохранилища; 7 - оборудование для сбора и транспортировки древесны; 8 -буксирно-моторный катер; 9 -древесина, собранная в трюм буксирного катера; 10 - борт-рампа с рольгангами; 11 - прицепное устройство; 12 - чокера; 13 - возвратный канат; 14 - собранная на берегу древесина.
При подготовке береговых объектов к сбору древесины территория очистки перекрывается боновым заграждением (5), доставляется необходимое оборудование. По периметру акватории водохранилища (6) закрепляются плавучие основания устройств для сбора и транспортировки древесины (7), натягивается подвижный тягово-несущий канат (1). Канат крепится к береговой зоне с помощью блоков, расположенных на опорах канатной трелевочной установки (2). Опорами могут служить растущие по территории береговой зоны деревья (4). На береговом объекте вдоль пролета подвижного тягово-несущего каната (1) осуществляется сбор древесной массы (3) с помощью чокеров (12), затем прикрепляется к рабочему канату с помощью прицепного устройства (11) и доставляется к топлякоподъемному устройству. Устройство опускает в воду борт-рампу с рольганами (10), после чего производится загрузка древесины в
трюм буксирно-моторного катера (8), после чего прицепное устройство отцепляется, и возвратный канат (13) приводит его в первичное положение. С помощью буксирно-моторного катера (8) собранная аварийная древесина доставляется к месту ее дальнейшей переработки.
Среди достоинств данного технологического решения можно отметить возможность осуществления трелевки деревьев, хлыстов, полухлыстов; использование сравнительно небольшого количества техники, участвующей в очистке береговых зон от аварийной древесины, а также возможность транспортировки на плавучее основание с береговых объектов уже сформированного пучка бревен [1620]. Использование тягово-канатных трелевочных установок дает возможность передачи значительного тягового усилия на сравнительно дальние расстояния (1-1,5 км).
Также одним из предлагаемых авторами видов технологических схем, используемых для очистки береговой зоны от древесной массы, является применение тракторной топ-лякоподъемной установки, оснащенной манипуляторами, расположенными на плавучих основаниях устройства, а также использова-
ние канатной установки для доставки древесины на судно для лесосплава (рис. 6).
Данная технология предназначена для очистки прибрежных зон водохранилища от древесины посредством ее механизированного сбора и укладки на плашкоут с помощью тя-гово-канатной трелевочной установки.
Рис. 6. Технологический процесс очистки береговой зоны от древесной массы с применением гидроманипулятора и канатной трелевочной установки: 1 - трактор с гидроманипулятором; 2 - опоры для крепления канатной установки; 3 - древесная масса; 4 - тягово-канатная установка; 5 - береговая зона; 6 - боновое заграждение; 7 - оборудование для очистки береговой зоны; 8 - акватория водохранилища; 9 - судно для транспортировки собранной древесины; 10 - буксирно-моторный катер;
11 - накопитель с древесиной; 12 - канатная установка; 13 - тяговая каретка; 14 - транспортируемая пачка древесины; 15 - собранная по периметру береговой зоны
древесная масса
На начальном этапе проведения работ территория огораживается боновым перекрытием (6), с помощью якорей устанавливаются плавучие основания оборудования для очистки береговой зоны (7), фиксируется канатно-блочная система, состоящая из несущего каната (12), по которому перемещается тяговая каретка (13) с древесной массой и тягово-канатная установка (4). Канатная установка крепится по периметру береговой зоны (5) с помощью блоков, расположенных на опорах, в качестве которых используются растущие деревья. На берегу древесина собирается трактором с гидроманипулятором, укладывается в пачки (15) и прицепляется к тягово-подъёмной канатной установке. Далее тяговая каретка (13) с собранной древесиной перемещается по несущему канату к понтону, располагающемуся в акватории водохранилища, где древе-
сина выгружается на плашкоут (9) для дальнейшей транспортировки.
Использование данной технологической схемы способствует сокращению периода простоя лесозаготовительной техники, снижению количества топлякоподъемного оборудования, используемого в сборе аварийной древесины, а также способности проводить топ-лякоподъемные работы на малых реках, ранее используемых для молевого сплава. В данной схеме следует отметить и возможность транспортировки свежесрубленной древесины.
Выводы. 1. В ходе проведенного теоретического исследования способов сбора и транспортировки топляковой древесины нами обоснована необходимость совершенствования технологического процесса очистки береговых зон водохранилищ от затопленной древесной массы.
2. Представлены технологические схемы, основанные на использовании трактора с гидроманипулятором, а также применении тягово-канатной установки для осуществления трелевки собранной древесной массы с береговых зон.
3. На основании проведенного исследования можно сделать вывод о возможности использования вышеописанных технологических решений, применение которых способ-
ствует вовлечению в производство дополнительного объема древесины, повышению производительности технологического процесса сбора и транспортировки топляковой древесины, рациональному выполнению вспомогательных работ на лесосплавных рейдах а также комплексному использованию всей биомассы заготовленной древесины, что позволит сохранить часть древостоя от вырубки.
Литература
1. Гусев А. Г., Лесников JI. A. Рыбное хозяйство и лесосплав. М. : Легкая и пищ. пром-ть, 1983. 48 с.
2. Карпачев С. П. Методические указания по оценке экологического со-стояния водных объектов при лесосплаве. М. : МГУЛ, 1994. 12 с.
3. Корпачев В. П. Рациональное использование водных ресурсов - Водохранилища ГЭС и лес : монография. Красноярск : СибГТУ, 1998. 153 с.
4. Челышева И. Н., Гилева К. В., Жук А. Ю. Обоснование некоторых параметров модификации затопленной древесины сосны // Системы. Методы. Технологии. 2017. № 1 (33). С. 113-117.
5. Жук А. Ю., Сорокин Д. А. Экономические предпосылки освоения «бесхозной» древесины, находящейся в прибрежных акваториях и береговой зоне водохранилищ // Труды Братского государственного университета. Серия: Естественные и инженерные науки. 2014. Т. 1. С. 319-322.
6. Кондратьев В. М. Флот на лесосплаве : учебное пособие. С-Пб., 1998. 235 с.
7. Рассудова Б. А., Щапин В. С. Опыт топлякоподъемных работ. Л. : Гослесбумиздат, 1958. 45 с.
8. Худоногов В. Н. Исследование сил, необходимых при освоении аварийной древесины/ В. Н. Худоногов, А. В. Сокольвак, М. М. Чебых, В. И. Котых // Использование и восстановление ресурсов АЕР : Всесоюз. науч.-пр. конф. Красноярск. 1992. С. 45-49.
9. Pearce F. The logger of the lake // New Scientist, 11 August 2001. Р. 38.
10. Klingbeil C. Lost treasures // Tracks & treads. Spring. 2011. Р. 17-19.
11. Harvesting an underwater forest [Электронный ресурс] // International Forest Industries Magazine. Electronic data. Режим доступа: URL: http://www.intemationalforestindustries.com (дата обращения: 11.12.2016).
12. Perham R.E. Elements of floating-ebris control systems. Final report. Department of the Army. US Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory. Washington, 1988. 52 p.
13. Шамаев В. А. Модификация древесины. М. : Экология, 1991. 128 с.
14. Жук А. Ю. Организационно-правовые аспекты реализации технологических процессов освоения древесины в прибрежных акваториях и береговой зоне водохранилищ [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1. Режим доступа: URL: hhtp://www.science-education.ru/121- 19122 (дата обращения: 15.10.2016).
15. Иванов В. А., Степанищева М. В., Иванова А. В., Козик П. С. К развитию моделей процесса лесовосстанов-ления // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3. № 5-4 (16-4). С. 287-291.
16. Пат. на полезную модель RUS 125962 Устройство для пачковой заготовки топляковой древесины / В. А. Иванов, П. В. Бырдин, В. М. Разумков, А .А.Вологжин; опубл. 20.03.2013, введ. 11.07.2012.
17. Иванов В. А., Вовченко Н. Д., Степанищева М. В. Теоретические исследования заготовки затопленных деревьев, стоящих на корню // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2009. № 9. С. 137-140.
18. Щелгунов Ю. В., Кутуков Г. М. Технология и оборудование лесопромышленных предприятий. М. : Лесн. пром-сть, 2006. 589 с.
19. Иванов В. А. Обоснование технологии и оборудования для освоения древесины прибрежной зоны и ложа водохранилищ: дис. ... д-ра техн. наук наук: 05.21.01. Санкт-Петербург, 2008. 278 с.
20. Патякин В. И., Овчинников М. М., Дмитриева И. Н. Методические указания. Л. : ЛТА, 1991. 44 с.
THE IMPROVEMENT OF TECHNOLOGY FOR SUNKEN WOOD COLLECTING IN THE COASTAL ZONE OF RESERVOIRS: ANALYSIS OF TECHNOLOGIES
V. A. Ivanov, Dr. Tech. Sci., Professor; Yu. V. Mornova, PhD student, FSBEI HE Bratsk State University 40, Makarenko St., Bratsk, 665709, Russia E-mail: [email protected]
ABSTRACT
The article is devoted to the pressing issue of exploitation of flooded, floating and underwater standing trees in water area of reservoirs. Theoretical study of a simplified technology for sunken wood collecting as well as a technology with the application of floating lifting devices for sunken wood was
carried out in reservoir zone of hydroelectric power stations in Angara-Yenisei region. The importance of improving the technological processes of sunken wood collecting and wood transportation to the sites of its processing for sale is justified. It is established that represented technological schemes of clearing the coastal zone of reservoirs from flooded and floating wood, being based on hydromanipulating type equipment and a rope skidder installation, enable to use technical and technological resources in the most effective way and significantly increase the productivity of technological process of sunken wood collecting. Moreover, they allow to solve localization problems of water pollution sources through the involving an additional volume of forest resources in production, while saving from cutting thousands of forest hectares.
Key words: flooded wood, transportation, technique, technological process, reservoir, coastal zone, forest resources.
References
1. Gusev A. G., Lesnikov JI. A. Rybnoe khozyaistvo i lesosplav (Fisheries and timber floating), Moscow, Legkaya i pishch. prom-t', 1983, 48 p.
2. Karpachev S. P. Metodicheskie ukazaniya po otsenke ekologicheskogo sostoyaniya vodnykh ob"ektov pri leso-splave (Methodological guidelines for the assessment of the ecological state of water bodies in the case of timber floating), Moscow, MGUL, 1994, 12 p.
3. Korpachev V. P. Ratsional'noe ispol'zovanie vodnykh resursov - Vodokhranilishcha GES i les : monografiya (Rational use of water resources - Water reservoirs of HPP and forest), Krasnoyarsk, SibGTU, 1998, 153 p.
4. Chelysheva I. N., Gileva K. V., Zhuk A. Yu. Obosnovanie nekotorykh parametrov modifikatsii zatoplennoi drevesiny sosny (Justification of some parameters of the modification of the flooded pine wood), Sistemy. Metody. Tekhnologii, 2017, No. 1 (33), pp. 113-117.
5. Zhuk A. Yu., Sorokin D. A. Ekonomicheskie predposylki osvoeniya «beskhoznoi» drevesiny, nakhodyashcheisya v pribrezhnykh akvatoriyakh i beregovoi zone vodokhranilishch (Economic preconditions for the development of "orphan" wood, located in coastal water areas and the coastal zone of reservoirs), Trudy Bratskogo gosudarstvennogo universiteta, Seriya: Estestvennye i inzhenernye nauki, 2014, T. 1, pp. 319-322.
6. Kondrat'ev V. M. Flot na lesosplave : uchebnoe posobie (Fleet on a timber floating site : textbook), Saint-Peterburg, 1998, 235 p.
7. Rassudova B. A., Shchapin V. S. Opyt toplyakopodjemnykh rabot (Experience of sinker-raising works), Leningrad, Goslesbumizdat, 1958, 45 p.
8. Khudonogov V. N., Sokol'vak A. V., Chebykh M. M., Kotykh V. I. Issledovanie sil, neobkhodimykh pri osvoenii avariinoi drevesiny (Investigation of the forces necessary for work with damaged wood), Ispol'zovanie i vosstanovlenie resursov AER, Vsesoyuz. nauch.-pr. konf., Krasnoyarsk, 1992, pp. 45-49.
9. Pearce F. The logger of the lake, New Scientist, 11 August 2001, p. 38.
10. Klingbeil C. Lost treasures, Tracks & treads. Spring, 2011, pp. 17-19.
11. Harvesting an underwater forest, Elektronnyi resurs, International Forest Industries Magazine. Electronic data. Rezhim dostupa: URL: http://www.internationalforestindustries.com (data obrashcheniya: 11.12.2016).
12. Perham R.E. Elements of floating-ebris control systems, Final report, Department of the Army, US Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Washington, 1988, 52 p.
13. Shamaev V. A. Modifikatsiya drevesiny (Modification of wood), Moscow, Ekologiya, 1991, 128 p.
14. Zhuk A. Yu. Organizatsionno-pravovye aspekty realizatsii tekhnologicheskikh protsessov osvoeniya drevesiny v pribrezhnykh akvatoriyakh i beregovoi zone vodokhranilishch (Organizational and legal aspects of the implementation of technological processes of timber development in coastal water areas and the coastal zone of reservoirs), Elektronnyi resurs, Sovremennye problemy nauki i obrazo-vaniya, 2015, No. 1, Rezhim dostupa: URL: hhtp://www.science-education.ru/121-19122 (data obrashcheniya: 15.10.2016).
15. Ivanov V. A., Stepanishcheva M. V., Ivanova A. V., Kozik P. S. K razvitiyu modelei protsessa lesovosstanovleniya (To the development of reforestation process models), Aktual'nye napravleniya nauchnykh issledovanii XXI veka: teoriya i praktika, 2015, T. 3, No. 5-4 (16-4), pp. 287-291.
16. Pat. na poleznuyu model' RUS 125962 Ustroistvo dlya pachkovoi zagotovki toplyakovoi drevesiny (The device for the parcel billet of wood), V. A. Ivanov, P. V. Byrdin, V. M. Razumkov, A .A.Vologzhin, opubl. 20.03.2013, vved. 11.07.2012.
17. Ivanov V. A., Vovchenko N. D., Stepanishcheva M. V. Teoreticheskie issledovaniya zagotovki zatoplennykh derev'ev, stoyashchikh na kornyu (Theoretical studies of harvesting of flooded trees standing on the stump), Vestnik Krasno-yarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2009, No. 9, pp. 137-140.
18. Shchelgunov Yu. V., Kutukov G. M. Tekhnologiya i oborudovanie lesopromyshlennykh predpriyatii (Technology and equipment of timber industry enterprises), Moscow, Lesn. prom-st', 2006, 589 p.
19. Ivanov V. A. Obosnovanie tekhnologii i oborudovaniya dlya osvoeniya drevesiny pribrezhnoi zony i lozha vodokhranilishch (The substantiation of technology and the equipment for development of wood of a coastal zone and a bed of water basins), dis. ... d-ra tekhn. nauk nauk: 05.21.01, Sankt-Peterburg, 2008, 278 p.
20. Patyakin V. I., Ovchinnikov M. M., Dmitrieva I. N. Metodicheskie ukazaniya (Methodical instructions), Leningrad, LTA, 1991, 44 p.
