3.4. Осушення торфового родовища

3.4.1. Вибір способу і проектування схеми осушення.

При виборі способу осушення враховується вид, призначення і спосіб видобутку торфової продукції, фізико-механічні властивості покладу і підстилаючих ґрунтів, географічне розташування об'єкту, його рельєф і рельєф водозбірної площі, розташування водоприймача по відношенню до осушуваного торфового родовища, а також витрати на будівництво і експлуатацію осушувальної мережі.

В цей час всі родовища торфу, як правило, осушують відкритими каналами з самопливним скиданням води у водоприймач.

Розбивку схеми осушення на плані торфового родовища починають з нанесення траси магістрального каналу (МК).

МК, як правило, прокладають: прямолінійно та по найкоротшій відстані до водоприймача; по найбільшому уклону поверхні покладу; по найнижчих відмітках поверхні; по найбільших глибинах торфу; найближче до геометричної осі покладу.

Спряженням холостої частини МК з водоприймачем здійснюється під кутом 45 - 60° до напрямку течії води у водоприймачі при витраті води в каналі на період літньо-осіннього паводку більше ніж 1 м³/с і під кутом 60 - 90° - при витраті до 1 м³/с.

Бажаною вимогою технології видобутку торфу є перпендикулярне розташування валових каналів (ВК) з магістральним, а картових і дрен з валовими. Тому траса МК повинна бути за можливістю прямолінійною з мінімальною кількістю поворотів.

Слід відмітити, що перпендикулярне розташування елементів осушувальної мережі не завжди забезпечує ефективний перехват поверхневого і ґрунтового стоків. Тому при розташуванні осушувальної мережі в плані необхідно прагнути, щоб картові канали (КК) і дрени були запроектовані паралельно, або під гострим кутом до горизонталей поверхні. Це дозволить підвищити якість осушення за рахунок кращого перехвату поверхневих і ґрунтових вод. При проектуванні осушувальної мережі для того, щоб знайти правильне рішення, потрібно обов'язково виконати два - три варіанти розташування осушувальної мережі та порівняти їх довжину. Перевагу можна рахувати за тим варіантом, в якому довжина МК і ВК найменша.

Після нанесення осушувальної мережі необхідно розбити пікетаж. Пікетаж розбивають по всіх каналах (крім картових), через 100 м і нумерують окремо для кожного каналу. За початок пікетажу по трасі МК приймається місце впадання у водоприймач, а для ВК - місце впадання його у МК. Розбивка пікетажу по трасах ВК ведеться до тої точки, де ВК перетинає нагірний канал (НК).

Потім проектують траси НК, а при необхідності і ловчих каналів (ЛК). Траси НК прокладають між межами промислового та нульового покладу. Кількість поворотів каналу повинна бути мінімальною, а довжина ділянок – максимальною. Кут повороту повинен бути більшим ніж 90°. В більшості випадків НК використовують також в протипожежних цілях - для подачі води до місця пожежі.

3.4.2. Конструювання карти

Технологічний процес виробництва базується на польовому сушінні торфу, який залежить від численних факторів, основним з яких є норма осушення h_o (відстань від поверхні торфового покладу до рівня стояння ґрунтових вод). Величина норми осушення h_o залежить від якісної характеристики покладу, відстані між осушувачами (КК) В_к та глибини КК - Н_к.

Конструктивні елементи карти, а саме: її ширина В_к та глибина КК Н_к пов’язані між собою наступною залежністю:

, м, (3.17)

де i_п - похил поперечного профілю карти (приймається для торфових покладів низинного типу 0,02, а для верхових - 0,03); φ - кут нахилу депресійної кривої; h_B - глибина води в КК, м.

Глибина КК Н_к приймається: при експлуатаційному осушенні - 1,8 м, а при попередньому і донному відповідно 1,5 та 1,2 м.

Рис. 3.9. Поперечний профіль карти

Ширина карти В_к приймається залежно від типу покладу: при розробці торфових покладів низинного типу В_к = 40 м, а верхового – 20 м.

Оскільки числові значення - i_n, tgφ , h_B, B_к. і Н_к. набувають конкретних розмірів, то можна знайти залежність величини норми осушення від глибини КК Нк і ширини карти В_к.

, м (3.18)

На основі формули (3.18) будують графіки залежності h_o=f(Hк) при В_к=const і h_o=f(Bк) при Н_к= const.

Глибина води h_B в картовому каналі приймається 0,10 – 0,20 м.

Числові значення залежать від багатьох факторів і приймаються на основі даних лабораторно-польових дослідів, а при їх відсутності за табл. 3.17.

Таблиця 3.17

Середні числові значення для умов Українського Полісся

№ п/п	Характеристика фільтруючої породи	Гідрологічні умови
		Прості, головним джерелом є поверхневий стік	Складні, в заболоченні приймають участь ґрунтові води
1	2	3	4

продовження табл. 3.17

1	2	3	4
1	Торф низинний
	Добре розкладений	0,03	0,04
	Середньо розкладений	0,04	0,05
	Слабо розкладений	0,06	0,08
2	Торф верховий
	Середньо розкладений	0,08	0,10
	Слабо розкладений	0,12	0,15
3	Мінеральні ґрунти
	Піски	0,01	0,02
	Супіски	0,02	0,05
	Суглинки	0,06	0,10
	Глини, плавуни	0,10	0,20

3.4.3. Розрахунок величини осідання торфового покладу.

В процесі осушення торфового покладу відбувається його осідання. Явище осідання полягає у вертикальному ущільненні окремих шарів торфового покладу. Для визначення величини осідання торфового покладу використовують формули А.Д. Панадіаді:

а) для низинних торфових покладів

, м, (3.19)

б) для верхових торфових покладів

, м, (3.20)

де S₀ – величина осідання покладу, м; К_п – коефіцієнт, який залежить від об’ємної густини торфу δ (табл..3.18); Н_Т – глибина торфу до осідання, м; Н_к – глибина каналу, м.

Таблиця 3.18

Числові значення К_п

Об’ємна густина, δ г/см3	0,06	0,06-0,07	0,07-0,08	0,08-0,10	0,10-0,12	0,12
Кп	5,4	3,8	2,7	2,0	1,4	1,0

Об’ємну густину сухої маси торфу δ можна знайти за таблицями Б.В. Остаповича, залежно від природної вологості і ступеня розкладу.

Таблиця 3.19

Числові значення δ, г/см³

Вологість %	Ступінь розкладу, %
	10	20	30	40
Низинний торф
95	0,054	-	-	-
90	0,074	0,094	0,104	0,120
85	0,084	0,110	0,120	0,120
80	0,080	0,120	0,120	0,120
75	0,094	0,120	0,120	0,120
Верховий торф
95	0,050	-	-	-
90	0,071	0,090	0,100	0,105
85	0,083	0,113	0,120	0,120
80	0,091	0,120	0,120	0,120
75	0,096	0,120	0,120	0,120

При визначенні осадки покладу можна значно скоротити об'єм роботи, попередньо склавши номограму за рівнянням S₀=f(H_Т) для певної глибини каналу.

3.4.4. Складання поздовжніх, профілів і спряження каналів у вертикальній площині.

При розробці проекту осушення поздовжні профілі скла­ають по трасі МК та 2-6 ВК (за завданням викладача).

Викреслюють профілі на міліметровому папері з падінням похилу поверхні по трасі МК з права наліво. Горизонтальний масштаб приймають 1 : 10000, а вертикальний підбирають індивідуально. Відмітки поверхні покладу та глибини покладу визначаються на кожному пікеті шляхом інтерполювання. На поздовжніх профілях проектуються лінії дна каналів при попередньому, експлуатаційному і донному осушеннях.

Глибина ВК може бути визначена за формулою:

(3.18)

де Н_к - глибина КК, м; і - ухил дна КК; L – довжина КК, з якої вода надходить у ВК (L = 250, або 500 м); h_B - глибина води у ВК.

Похил дна ВК при кожному осушенні визначається на профілях в кожному випадку окремо.

Для донного осушення лінія дна ВК наноситься на профіль тільки після того, як буде нанесена лінія граничного горизонту вироблення (ГГВ).

Лінія ГГВ проводиться конкретно по кожному ВК і її положення базується як умовами організації технологічного процесу по видобутку торфу, так і економічною цілеспрямованістю. Тому, пониження ГГВ призводить не тільки до заглиблення конкретного ВК в мінеральному ґрунті, але робочою і холостою частинами МК, що потребує витрат додаткових коштів.

Якщо від лінії ГГВ відкласти глибину ВК, то отримаємо лінію дна ВК при донному осушенні.

Похил дна ВК при донному осушенні остаточно встановляється на профілі каналу в процесі його проектування і може мати декілька різних числових значень, в тому числі і максимальне 0,01 в кінцевій частині каналу. Схема проектування лінії дна ВК при донному осушенні показана на рис. 3.11.

При експлуатаційному осушенні проектування дна каналу здійснюється після того, як визначене, осадка покладу S₀ : для всіх ординат профілю і вписана в його відповідні графи, обчислюють відмітки поверхні покладу після осадки. Лінія, яка з'єднує ці відмітки, вкаже на профілі положення поверхні покладу після осадки. Далі від цієї лінії вниз, в декількох точках профілю; відкладається прийнята глибина валового каналу при експлуатаційному осушенні, яка знаходиться аналогічно за формулою (3.18).

Глибина води у валовому каналі h_B при експлуатаційному осушенні повинна прийматись із умов пожежогасіння в межах 0,4 – 0,6 м.

Отримані точки служать "маяками" для проведення дна валового каналу при експлуатаційному осушенні (див. рис. 3.10).

В окремих випадках може трапитись, що розрахункові відмітки дна ВК при експлуатаційному осушенні будуть нижче дна каналу при донному осушенні (характерний випадок на неглибоких покладах). Це означає що експлуатаційне осушення співпадає з донним.

Відмітки дна валових каналів у місцях, де вони впадають у МК, виносяться на поздовжній профіль МК і на ньому закріплюються мітками і цифрами. Ці мітки будуть служити “маяками" для проектування лінії горизонту води в МК по схемі «горизонт в дно» як показано на рис. 3.12.

Проектні лінії горизонтів води на МК виносяться при всіх періодах осушення: попередньому, експлуатаційному і донному»

Одночасно з цим коригують похил дна МК на відповідних ділянках його довжини, для яких були визначені розрахункові витрати.

Лінія дна МК отримується шляхом відкладання від лінії горизонту води глибини води в каналі Н_В при максимальній літній витраті Q_м , отриманій при гідравлічному розрахунку.

Рис. 3.10. Схема проектування лінії дна ВК при попередньому та експлуатаційному осушеннях. H_ВКП – глибина ВК при попередньому осушенні, м; H_ВКЕ - глибина ВК при експлуатаційному осушенні, м. 1 - поверхня покладу до осушення; 2 – поверхня покладу після осушення; 3 – лінія дна ВК при попередньому осушенні; 4 – лінія дна ВК при експлуатаційному осушенні; 5 – лінія горизонту води у ВК при попередньому осушенні; 6 – лінія горизонту води у ВК при експлуатаційному осушенні; 7 – підошва покладу.

Рис. 3. 11. Схема проектування лінії дна ВК при донному осушенні. 1 – підошва покладу; 2 – лінія поверхні захисного шару; 3 – лінія поверхні граничного горизонту вироблення; 4 – лінія дна валового каналу при донному осушенні; 5 – лінія горизонту води у валовому каналі при донному осушенні.

Рис. 3.12. Схема проектування ліній горизонтів води та дна МК по відмітках дна ВК. 1 – відмітки дна ВК; 2 – горизонт води в МК при максимальних витратах; 3 – горизонт води в МК при побутових витратах; 4 – лінія дна МК; 5 – лінія поверхні захисного шару; 6 – підошва покладу.

Лінію горизонту води (ГВ) у МК при побутовій витраті отримуємо шляхом відкладання значення глибини води Н від дна каналу уверх.