Специальные способы осушения торфяных месторождений

При осушенииторфяных месторождений открытыми каналами отвод воды чаще осуществляется самотеком. Этот способ не требует дополнительных затрат энергии на подъем воды и материальных затрат на строительство сооружений. Однако применять его не всегда возможно с технической и не всегда целесообразно с экономической точек зрения. В таких случаях целесообразно применять другие, специальные способы осушения:

· механический водоподъем;

· вертикальный дренаж;

· поглощающие колодцы;

· обвалование водоприемников.

Следует отметить, что иногда к специальным способам осушения прибегают после нескольких лет эксплуатации торфоучастка. Это в первую очередь касается фрезерного способа добычи торфа, когда постепенная сработка залежи торфа вызывает необходимость соответствующего понижения грунтовых вод, а существующая горизонтальная система осушения не в состоянии обеспечить отвод воды с осушаемого торфяного месторождения.

Осушение механическим водоподъемом осуществляется путем откачки воды насосами из водорегулирующего бассейна, построенного на магистральном канале.

Этот способ осушения применяют в следующих случаях:

1) если вблизи осушаемого объекта находится крупный водоприемник, который вызывает подпор грунтовых вод на торфяном месторождении;

2) если осушаемый массив расположен в понижении, и уровень

грунтовых вод находится ниже уровня воды в водоприемнике;

3) если в процессе добычи торфа оказалось невозможным достичь

требуемой нормы осушения из-за возникших трудностей отвода воды

в водоприемник;

4) при осушении припойменных

торфяных месторождений.

Рис. Схема осушения

механическим водоподъемом

Наиболее типичным случаем осушения механической откачкой является осушение торфяных месторождений, расположенных в глубокой бессточной котловине с высокими бортами.

В состав осушительной сети при осушении механическим водоподъемом входят все элементы горизонтальной открытой или закрытой осушительной сети, т.е. осушители, проводящие и ограждающие каналы и все сооружения на них. Кроме перечисленных элементов, система включает: оградительную дамбу,устраиваемую, как правило, вдоль водоприемников или в низовой части осушаемого объекта со стороны поступления внешних вод;насосную станцию для откачки в водоприемник воды, собираемой осушительной сетью; регулирующий водосборный бассейн (аванкамеру) для обеспечения равномерной работы насосной станции; шлюзы и трубы, предназначенные для самотечного отвода воды от насосной станции до водоприемника.

Для ограждения осушаемой площади от затопления водой сооружаются земляные дамбы. Дамбы проводятся параллельно направлению течения воды в водоприемнике.

Рис. Схема механического водоподъема при осушении:

а – глубоких бессточных котловин; б – пойменных месторождений. 1 – магистральный канал; 2 – насосная станция; 3 – водоприемник; 4 – береговой целик; 5 – колодец; 6 – дамба обвалования; 7 – шлюз.

Оградительная земляная дамба сооружается на таком протяжении, чтобы полностью исключить возможность поступления на торфяное месторождение паводковых и дождевых вод. Ее длину устанавливают по топографическим условиям местности, а высоту – в зависимости от поднятия уровня воды в водотоке или водоеме расчетной обеспеченности. По нормам технологического проектирования обеспеченность уровня высоких весенних вод (ВВВ) для дамб принимается равной Р = 5%, а для летне-осенних дождевых паводков Р = 25%.

Минимальные размеры оградительных дамб для напоров до 2 м в суглинистых грунтах принимаются шириной по гребню 2 м коэффициент откосов m = 1,5 ÷ 2,0; в торфяном грунте – ширина гребня дамбы 2 ÷ 2,5 м и коэффициент откоса – 1,5. Гребень дамбы должен быть выше уровня наивысших паводковых вод расчетной обеспеченности на 1 м.

Для выпуска воды с осушаемой площади самотеком в водоприемник в дамбах предусматриваются водопропускные отверстия – шлюзы. Устройство их целесообразно в тех случаях, когда уровни воды в водоприемнике позволяют скопившуюся часть воды за дамбой сбросить самотеком.

Рис. Схема осушения с механическим водоподъемом

пойменного месторождения (а) и придонных слоев

вырабатывемого месторождения (б): 1 –дамба; 2 – насосная станция; 3 – магистральный канал;

4 – валовые каналы; 5 – шлюз; 6 – нагорные каналы;

7 – напорный трубопровод; 8 – отводящий канал.

Пойменное месторождение (а) отделено от реки прирусловой дамбой. Насосная станция расположена непосредственно у дамбы. От притока внешних вод торфяное месторождение ограждено нагорными каналами, сброс воды из которых в реку, происходит за пределами осушаемой территории. Для возможного сброса залежной воды из магистрального канала самотеком в устье канала ниже насосной станции располагается шлюз-регулятор.

Рис. (б) относится к схеме смешанного осушения, при которой верхняя часть залежи выработана при самотечном осушении. Осушение нижней части залежи запроектировано с механической откачкой. В соответствии с рельефом дна залежи насосная станция расположена в центре осушения в наиболее низкой части тальвега. Откачиваемая вода по напорному трубопроводу перебрасывается в отводящий канал.

Насосная станция осушения. Забор воды осуществляется трубами из аванкамеры, расположенными непосредственно у насосной станции. Концы всасывающих труб, забирающих воду из аванкамеры, заканчиваются приемными сетками с отверстиями диаметром 8-10 мм. При разработке новых торфяных месторождений, находящихся в подпоре, насосная станция устанавливается на выходе магистрального канала из пределов торфяного месторождения или в месте примыкания его к ограждающей дамбе. При осушении придонных слоев торфяной залежи насосная станция располагается в наиболее пониженной части котловины.

Подача насосных станций. При осушении торфяных месторождений, замкнутых в котловинах приходится откачивать много воды. Поэтому при расчетах подачи насосных станций необходимо стремиться к уменьшению её за счет трансформации половодных паводков.

При этом необходимо учитывать следующее:

1. Сам по себе торфяной массив, подлежащий осушению, является уже трансформатором весеннего стока. Торфяной массив имеет громадную поглощающую способность, торфяные болота способны аккумулировать воду в период паводков, но вместе с этим, вследствие чрезвычайно малой водоотдачи, поглощенные массы воды остаются инертными и интенсивно испаряются в атмосферу.

Поэтому нет необходимости рассчитывать подачу насосных станций на мгновенные максимальные расходы талых вод, обязательные при расчете самотечных осушительных сетей. Расчет осушительных насосных установок надо ориентировать на средний расход весеннего половодья.

2. Вторую возможность трансформации весеннего стока представляют регулируемые водоемы. Для регулирования весеннего стока могут служить любые естественные понижения рельефа на торфяном месторождении (впадины, лощины) и искусственные в виде выработанных карьеров торфа, копаней и водохранилищ противопожарного водоснабжения.

В соответствии с существующими инструкциями расчет подачи осушительных насосов следует производить для года 5%-й обеспеченности.

Вторым расчетным параметром весеннего половодья является его продолжительность Т, которую с небольших заболоченных площадей рекомендуется определять по эмпирическим формулам С.Н. Боголюбова. Для Подмосковного района

Т = 0,80(16 + 0,029∙L) ,

где L – длина реки или магистрального канала от истока до рассматриваемого створа.

После сделанных определений расчетная формула суммарной подачи осушительной насосной станции может быть записана в следующем виде

∑Qнас. = (α∙h5%∙F∙10⁶ – W)/(η∙tнас.∙8,64∙10⁴) ,

где α – коэффициент рассеивания стока (α = 0,9÷0,85);

h5% - высота слоя весеннего половодья 5%-й обеспеченности, м;

F – осушаемая площадь, км²;

W – объем регулирующих водоемов, м³;

η – коэффициент использования рабочего времени насосной станции (η = 0,8÷0,85);

tнас. – продолжительность работы насосной станции, сутки.

Вертикальный дренаж. В водоносный горизонт опускают ряд трубчатых колодцев, из которых специальными погружными насосами откачивают поступающую воду в открытые каналы. Откачиваемая насосами грунтовая вода поступает в водоприемный канал и далее в общую водопроводящую сеть.

Рис. Принципиальная схема вертикального дренажа

1-электродвигатель; 2-погружной насос; 3- водоносный слой;

4 – линия депрессии; 5- подвесной став труб; 6-торфяная залежь;

7-водоприемный канал; 8-электрический кабель;

9 –водоотливной патрубок;

Вертикальный дренаж целесообразно применять для осушения торфяных месторождений бессточных котловин, но для успешного его применения необходимо наличие вполне определённых геологических и гидрологических условий. По геологическому строению приемлемы торфяные месторождения, подстилаемые песчаными грунтами с большим коэффициентом фильтрации, а по гидрогеологическим условиям - торфяные месторождения с обильным грунтовым и грунтово-напорным питанием. Основным показателем применимости вертикального дренажа является проводимость водоносного горизонта Т, величина которой определяется по формуле

Т = Кф∙Н ,

где Кф – коэффициент фильтрации, м/сутки;

Н- толщина расчетного слоя грунта, м.

Наиболее эффективно применение вертикального дренажа при Т≥300÷500 м²/сутки.

В зависимости от расположения скважин по осушаемой площади различают систематический, линейный и выборочный дренаж.

Рис. Систематический площадной дренаж

а – квадратная сетка; б – треугольная сетка.

Линейный (береговой) дренаж применяют для ограждения осушаемой территории от подтопления. При этом скважины располагают в 1-2 ряда по периметру участка.

Осушение иглофильтрами. Осушение иглофильтрами применяется, как правило, при строительстве шлюзов, насосных станций, плотин, т.е. на небольших площадях, где необходимо понизить уровень грунтовых вод.

Иглофильтры представляют собой металлическую трубу диаметром 40÷60 мм и длиной до 5 м. В нижней части трубы имеется зубчатый наконечник с шаровым клапаном и фильтр длиной 1 м. Фильтр состоит из двух труб разного диаметра. На наружную трубу, имеющую водоприемные отверстия спирально навита проволока и надета металлическая фильтрационная сетка. Труба меньшего диаметра укреплена внутри первой с помощью кольцевых прокладок. В нижней части имеются отверстия, через которые при установке иглофильтра в грунт под давлением подается вода и размывает грунт.

Установив иглофильтры на необходимую глубину, их соединяют с трубчатым коллектором, включают самовсасывающий насос и производят откачку воды из всей системы.

)

Рис. Схема установки иглофильтров

1 - линия установки иглофильтров (по периметру осушаемой площади); 2 – иглофильтры; 3 – сборный коллектор из труб; 4 – водоотводящий трубопровод;

5 – центробежный насос; 5 – самовсасывающий вихревой

насос.

Осушение поглощающими колодцамиприменяют только при определенных гидрогеологических условиях, когда избыточные воды верховодки находятся на водоупорном слое, ниже которого расположен водоносный горизонт (см. рис. ).

Рис. Схема устройства поглощающего колодца

1-поглощающий водоносный слой;

2 -водонепроницаемый слой; 3-осушаемый слой;

4- уровень грунтовых вод; 5-колодец.

Обвалование рек-водоприемников не является способом осушения, а только мероприятием, предотвращающим затопление территории водами выходящих из берегов рек в весенний период. Это мероприятие при необходимости проводится при осушении торфяных месторождений, расположенных вблизи водоприемника, или в случае, когда река протекает через торфяное месторождение.

Защита торфяного месторождения от затопления осуществляют путем устройства земляных насыпных дамб и лишь в том случае, когда это мероприятие более экономично, чем регулирование реки.

Дамбы устраивают вдоль водоприемника с одной или двух сторон на расстоянии 5÷10 м от берега. Грунт для отсыпки дамбы берется с наружной стороны дамбы.

Рис. Схема обвалования реки