автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.05, диссертация на тему:Интенсивная технология добычи торфа в зонах с устойчивым промерзанием торфяной залежи (На примере Томской области)

ТВЕРСКОЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи Степанов Павел Николаевич

удк 622.331:626.86

интенсивная технология добычи торфа с зонах с устойчивым промерзаниям торфяной залш (На псимере Томской области)

Специальность 05.15.05 - Технология и комплексная

ыеханизация торфяного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тверь-1991

Работа выполнена во ВсесоезноМ научно-исследовательском проектно-технологическом инженерном центре по комплексному использованию торфа.

доктор технических наук, профессор Афанасьев А.Б.

доктор технических наук, профессор Богатое Б.А.

кандидат технических наук, доцент Бавтуто А.К.

Государственный проектный институт по комплексному использованию торфа в народном хозяйстве (Уралгипроторф), г.Свердловск

Защита состоится " ^ " 1991 г., в н и часов

на заседании специализированного совета Д 063.22.01 по защите диссертаций на соискание степени доктора технических наук при Тверском ордена Трудового Красного Знамени политехнического института по адресу: 170035, г.Тверь, Первомайская наб., д.22, ауд.212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " ^ ^ " 1991 :г.

Ученый секретарь специализированного совета,

кандидат технических наук, и.о.профессора В.Д.Копенкин

Научный руководитель

Официальные оппоненты «

Ведущее предприятие

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ "

Актуал].ност ь_п£облеш. исвоение нефтегазовых районов Западной Сибири, районов БАМ потребовало решения задачи снабжения населения продуктами питания,и в первую очередь,иолоком, ?<ясом, овощам»;. В регионе о этой целью интенсивно развивается сельскохозяйственное производство.

Вместе с тем,существует острая проблема бездефицитного баланса гумуса почвы. В решении этой проблема важная роль отводится органическим удобрениям на основе торфа. Бистро возрастает количество торфа,добываемого для этих целей. Только в Томской и Тюменской областях эта потребность составила 18-18,5 млн.т ежегодно.

производство торфяной продукции и нач^Й стране базируется на современной технопогии производства фрезерногч торфа, основанной на полевой сушке,.интенсивность которой определяет выход качественной продукции с единицы производственной пющади.

Непосредственный вклад в развитие поливой сутки торфа внесен учеными Д.А.Бегаком, В.Г.Горячкиным, Ы.Р.Степановым, В.Я.Антоновым, Л .М .Майковым, В .С .Варенцовнм, Н.И.Гамашовкм, А. Е. Афанасьевым, С.С.Корчуновим, И.И.Литатваном, А.В.Лазаревым, В.И. Смирновым, И.Д.Соколовым, Г.Е.Столбиковой и др.

Одним из критерисп перспективности технологической схемы производства торфяной продукции с естественной суикой является максимальной использование благоприятных погодных условий сезона добычи. Задность наиболее эффективного использования установившихся погодных условий определяется тем, что именно в этот пориод непрерывного ходз технологического процесса производится основное количеств.! фрезерного торфа.

Однкм из существенных недостатков фрезерного способа добычи являится высокая вариабельность физико-технических характеристик слоя торфяной кротки после проведения операции фрезерования. Неравномерность толщины слоя, гранулометрического состава, влаги и плотности отдельных частиц торфа приводит к удлинению срокоп суо-ки до заданной уборочной влаги и ухудшению качества получаемой продукции. Наличие мерзлого слоя я медленное его оттаивание на полях добычи торфа задерживает подсыхание полей, затрудняет проходимость техники, резко снижает интенсивность сушки и сезонные сборы торфа. Поэтому представляется необходимым разработать технологические приемы, расширяющие возможности сезона добычи и раз-

работать менее энергоемкое фрезерующее устройство, позволяющее формировать организованный расстил торфяной кротки и обеспечивающее более полное использование погодных условий.

Цоль работы. Разработать способ интенсификации процесса полевой суглки торфяной крошки посредством формирования оргачизояан-ного расстила, расширение сезона добычи торфа, увеличения на 25-&1 % цикловых и сезонных сборов, а также снижения своестоимсс-ти полученной продукции, используемой для приготовления органических удобрений на основе торфа.

Для достижения этой цели в диссертации ьамечается решить сле-допщие основные научно-технические задач1::

- изучить закономерности оттаивания и промерзания торфяной залежи;

- разработать менее энергоемкое, по сравнению с существующими, фрезерующее устройство, позволяющее формировать организованный расстил торфяной крошки с преобладанием фракций оптимальных размеров;

- исследовать сушку торфяной крошки различных фракций в одно- и многослойных расстилах, изучить особенности сушки организованного расстила;

- обосновать основные принципы и технологические пбказатели новой интенсивной технологии добычи торфа;

- внедрить разработанное положения в производство.

В работе использованы результаты исследований, выполненные автором и при его участии по плановым НИР Минсельхоза СССР (Я! ГР 026901)61645, Р ГР 02900035468).

Методика исследований. Для решения поставленных задач использован метод экспериментального и теоретического исследований, на основе изучения в полевых условиях закономерностей промерзания и оттаивания торфяной залежи, в том числе и при частичной срайотке талого слоя, закономерностей сушки торфа я одно- и многослойных расстилах, обоснованы новая технологическая схема добычи торфа и основные характеристики дискового рыхлителя. При определении технологических показателей использовались методики, разработанные и апробированные исследователями НПИ, ВНМИТП и его филиалов, и других организаций. Достоверность полученных результатов обоснована применением современных методов теории вероятностей и математической статистики для обработки результатов многочисленных экспериментов, н также расчетами ряда задач на персональном компьютере 1ВМ РСДТ.

Научная новизну На основе теоретических и экспериментальных исследований в совокупности с методами математической статистики, обоснованы основные принципы и технологические показатели новой интенсивной технологии добычи торфа на удобрения в зонах с устойчивым промерзанием торфяной залежи, позволившие расширить сезон добычи торфа, за счет вовлечения в технологический процесс положительных температур весеннего периода и исключить влияние мерзлого слоя в летний период.

В поленыу условиях изучен механизм сутки торфа различных фракций в одно- и многослойных расстила*. Рассмотрена задача оптимизации процесса сушки на основе применения организованного расстила торфяной крошки оптимальной фракции 10...25 мм, полученной новым пассивным рабочим органом.

Выявлены закономерности оттаивания (промерзания) торфяной залежи и получены соответствующие эмпирические зависимости.

0П!У?2!!Н£££?Н!_!1в1Ш2£11!.1 Внедрение предлагаемой интенсивной технологии добычи торфа, используемого для приготовления органических удобрений на торфодобываетцих предприятиях Западно-Сибирского региона и других регионах страны, обеспечит повышение качества продукции, надежность технологического процесса, увеличение сезонных сборов п I,4-1,5 раза и снижение себестоимости одной тонны полученной продукции на 0,37 руб. Способ добычи торфа защищен авторским свидетельством на изобретение;

полученные зависимости для оценки примерзания и оттаивания торфяной залежи найдут применение при прогнозировании начала сезона добычи торфа, проектировании и строитечьстве новых торфодо-бмващих предприятий;

результаты работы включены в "Рекомендации по технологическим показателях» добычи ф^езерниго торфа а сельскохозяйственной зоне Томской области", рекомендации "Интенсивная технология добычи торфа сельскохозяйственного назначения в зонах с устойчивым промерзанием торфяной залежи", "Рекомендации по прогнозу глубин промерзания и оттаивания торфяных залежей при добыче торфа по интенсивной технологии для сельского хозяйства".

АппоЛация_работнл Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждачись на ХУ1, ХУЛ научно-технической конференциях профессорского-преподавательского состава политехнического института (Калинин, 1988, 1990); научно-технических конференциях Калининского филиала ВНИИТП (Калинин, 1988-1991), отчетных сессиях В11ИЦ "Сельхозторф" (Томск, 1988-1991), У1 'научно-

технической конференции по физике-хим"и торфа (Калинин, 1989), Российском семинаре-совещании по совершенствованию технологии добычи и применению торфа на удобрение (Томск,1989), научно-технической конференции "Научно-технический прогресс в агропромышленном производстве" (Минск,1990), Всесоюзной научно-практической конференции "Торф в народном хозяйстве и комплексное освоение торфяных ресурсов Сибири (Томск,1991).

теме диссертации опубликовано 12 научных

работ.

убт,ем_£аботы^ Диссертация изложена на 143 страницах, включая Зи рисунков и 29 таблиц и состоит и-, введения, тести глав, списка литературы из 165 наименований и 12 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во_вве£ении показана актуальность темы, определена цель и задачи исследований, сформулирована научная новизна и практическая ценность работы, показана реализация и апробация результатов.

В_пепвой_главе на основании анализа раОот по сушке торфа в полевых условиях выявлены важнейшие технологические факторы,влияющие на процесс удаления влаги из торфяной крошки. Процесс удаления жидкости из пористых тел сопровоздается нарушением ее связи с твердой фазой, поэтому для прогнозирования и управления процессом сушки необходимо знать фор^ и энергию связи влаги с веществом изучаемого торфа. Согласно современной классификации воды в торфе (П.А,Ребиндер, М.П.Воларович, Н.В.Чураев) различают химически и физико-химически связанную воду, а также воду энтропийной связи (осмотическую) и механического удержания.

Сушка торфяной крошки является сложным физико-химическим процессом еследствии его тепло- и влагообмена с атмосферным воздухом и подстилавшей торфяной залежью. Фундаментальные исследования в области тепло- и масеопереноса, выполненные .А.В.Лыковым, А.С.Гинзбургом, II.Д.Лебедевым, М.Ф.Казанским, М.П.Воларовичем, Н.И.Гамаюновым, Н.В.Чураевым, Б.В.Дерягинк'м, С.В.Нерпиным, А.Е. Афанасьевым и др.. Позволили установить общие закономерности процессов сушки коллоидных капиллярно-пористых тел.

Общий поток влаги и = I»- ± 1л. при сушке яладных материалов равен алгебраической сумме потоков, вызванных для однородных систем градиентами (потенциала) влагосодержания Ч^Ць) чл температуры ?Т(Ц)

и <1т ХсчУУ ± Ит ЫчТ ,

где О-т _ коэффициент диффузии влаги; Ус. - плотность скелета торфа; <5 - коэффициент температуропроводности.

Проверенный анализ теоретических работ по сушке и анализ продолжительности сезона добычи торфа на удобрения (дня Томской области) показали, что сутяествушая технология производства фрезерного торфа в условиях Западной Сибири Имеет ^яд особенностей, влияющих на продолжительность сезона, сушку фрезерной крошки и расстиле и, в конечном итоге, на цикловые и сезонные сборы продукции из торфа.

С момента перехода среднесуточных температур воздуха через +10 °С (26 мая) до оттаивания залежи теряются три цикла. При этом неоправданно расходуется большое количество тепловой энергии, несмотря на то, что цикловая эффективная испаряемость этого периода почти в 2 раза больше, чем в августе.

Наличие мерзлого слоя и медленное его оттаивание на полях добычи торфа задерживает подсыхание полей, затрудняет проходимость техники, резко уменьшает интенсивность сушки торфа. В зависимости от модности мерзлого слон и характеристик льда в нем сезонные сборы снижаются в среднем на 12-\Ъ-%.

В тоже время, фрезерный торф представляет собой систему дисперсных пористых частиц различных размеров, оказывающих влия-■ ние на конечные физико-механические и тепломассообменные свойства продукции из торфа различного назначения.

В слое торфа, амплитуда колебаний размеров отдельных частиц которого велика, сушка происходит значительно медленнее, чем в слое, образованном из однородных по размерам частиц.

На основании проведенного анализа определены задачи научно-технических исследований.

02_212Е2В_Е5?2£ анализируются теоретические предпосылки оценки промерзания и оттаивания торфяной залежи, в том числе и нпи изменении ее исходного состояния в связи с технологическими операциями по послойной уборке оттаяпяего слоя.

Исследование процессов промерзания и оттаивания торфяных залежей начато сравнительно недавно. Исследованиями А.Д.Дубаха, А.^.Иечкурояа, !<!.А .Каплана, А .П.Доманицкого, В.В.Романова, П.Л. иеребрянсноП, Л.Ф.Дерива, О.А.БелоцсрковскоЙ, Н.И.Гамаюнова, Д.М.Стотланда, Г.П.Бровки и др. установлено, что положение верхней границы раздела тагой и мерзлой зон зависит как от внетпних условий тепло-и массопсреноса, так и от свойств самого матеряа-

ла. Сложность задачи заключается в необходимости учета изменения теплофизических характеристик торфяной залежи. Кроме того, при промерзании и оттаивании одновременно с изменением температурного поля имеет место внутренний массоперенос. Расчет такого единого процесса крайне сложен, что и привело лишь к созданию частных методик прогноза промерзания (оттаивания) болот и торфяных залежей. Методы расчета положения границы раздела талой и мерзлой зон в инженерной практике можно разбить на две группы.

К первой группе относятся работы, авторы которых основываясь на приближенном решении задачи оттаивания льда в воде (задача Стефана), применяют ату формулу для расчета глубины оттаивания (промерзания) болот.

Ко второй группе относятся метода, основанные на установлении корреляционных связей между глубиной » оттаивания (промерзания) и некоторыми факторами,определяющими этот процесс (в основном, температурой воздуха).

Рассмотренные зависимости для практического их использования сводятся к эмпирическим формулам типа:

(2)

где а и 6 - эмпирические коэффициенты, зависшие от кон-кретдах условий промерзания и оттаивания торфяных залежей; - суша среднесуточных температур воздуха, основными недостатками рассмотренных эмпирических зависимостей (2) является то, что они пригодны дтя конкретной оценки глубин промерзания и оттаивания торфяных залежей, т.е. только для тех условий, дтя которых они были получены.

Удачную оценку влияния различных факторов на процесс промерзания торфяной залежи предложили н.И.гамапнпв, Р.А.Испирян и Д.М.Стотланд. Методика базируется на модифицированной формуле А .11 .Доманицкого, в которой учтено тепловое нлипнии нижележащих слоев талой эапежи:

где ^ = 1-0,033'¿¿> учитывает тепловое влияние' подстилавших талых слоев залежи; - толщина эквивалентного слоя

мерзлого грунта; Т - время ппомерзания залежи; - температура поверхности залежи, О °С; средняя температура талой

эоны на глубине поп слоем мерзлоты, О °С; - температура фазового перехода свободной воды в лед, О °С; Ли - коэффициент теплопроводности мерзлого торфа, Вт/мК; Иск _ толщина снега,м;

Ясн- коэффициент теплопроводности снега, Вт/|Ж; Оср - теплота, выделяющаяся при фазовом переходе (льдообразование) свободной воды талого торфа, Дж/мэ.

Наличие промерзшего слоя оказывает существенное влияние на продолжительность сезона добычи торфа и на сушку торфяной крошки расстила. Поэтому, при разработке новых технологических схем добычи торфа, в районах с устойчивым сезонным промерзанием необходимо предусматривать мероприятия, снижающие воздействие этого фактора.

Наименее трудоемкие и, на наш взгляд, более технологичные методы, уменьшающие промерзание - ато рыхление и снегозадержание , а ускоряющие оттаивание - послойное снятие оттаявшего слоя торфяной залежи.

Практическое применение этих и других методов требует изучения условий промерзания и оттаивания торфяных залежей конкретного региона..

Для решения поставленной задачи необходимо обосновать возможность применения существующих зависимостей (2,3), либо получить свои.

Т|тетья_гл§5а посвящена экспериментальным исследованиям процессов промерзания и оттаивания торфяных залежей. Целью экспериментальных исследований является изучение закономерностей оттаивания (промерзания) торфяной залежи и получение соответствующих эмпирических зависимостей. Изучение возможностей увеличения продолжительности сезона путем анализа влияния сработки такого слоя на ускорение оттаивания торфяной залежи, исследования приводились в 19Э5-1990 г.г. на торфяном месторождении ''Кандинское", расположенном н 15 км юго-западнее г.Томска. Залежь по всему массиву низинная, топяного подтипа, сложена, в основном, осоко-во-гипновым и гипновым видами торфа, степенью разложения - £6 зольностью - 12

Толщина мерзлого слоя определялась путем бурения ледовым буром и замера расположения нижнего края мерзлоты при помощи щупа с загнутым концом. Измерения велись каждые 10 дней. Толщина оттаявшего слоя залежи замерялась при помощи металлического щупа и линейки, в предсезонный период через каждые 7 дней, в период сезона - через 2-3 дня. Замеры велись до полного оттаивания залежи. Для наблюдений за толщиной снежного покрова в

-а-

пунктах измерения толщины мерзлого слоя устанавливались также мерные рейки. Одновременно в пуйктах измерения отбирались пробы на содержание влаги и изморяльсь температура с шагом 0,1 и. Внешние климатические воздействия оценивались по данным метеопоста и контролировались данными метеостанции Томск.

Накоплений экспериментальный материал га ходом промерзания и оттаивания торфяной залежи позволил установить, что максимальное промерзание достигает 0,70-0,00 м. Начало устойчивого промерзания приходится на конец третьей декады октября, а полное оттаивание мерзлоты наблюдается в начале августе, т.е. практически промерзший слой находится в залети в течение всего сезона добычи торфа, рис.1.

Рис.1. Промерзание и оттаивание торфяной залежи в сезонах 19Б5-1990 г.г.:

I - среднедекадная температура воздуха; 2 - многолетняя среднедекадная температура воздуха} 3 - среднедекадная толщина снежного покрова} 4 - многолетнаяя среднедекадная толщина снежного покрова; 5 - промерзание торфяной залежи; 6,7 - оттаивание торфяной аалежи, соответственно • сверху, снизу.

Регрвссионный анализ полученных опытных данных на промышленной торфяной залежи показал, что при определении глубины промерзания Тп наиболее значимы сумма отрицательных температур

Пг^) воздуха, средневзвешенная глубина ^сн снежного покро-за и влагосодержание торфа перед промерзанием:

% = 0,0168\Zfft) - 0,677 ксн - 0,047 ^ + 0,374. (4)

Полученное корреляционное отношение & = 0,8862 показывает на тесную связь между переменными, ]_&) л 0,5, Ло/ и V/.

Оттаивание торфяной залежи происходит как сверху, так и снизу. Интенсивное оттаивание снизу наблюдается лишь на слабо-осушенных торфяниках за счет тепла поступающего с грунтовыми водами, расположенными на глубине менее 1,0 м.

В 1989-90 _годах на участках с уровнем грунтовых вод 0,5 --0,6 м оттаивание торфа снизу составило 0,22-0,25 и. на хорошо осушенных торфянниках глубина оттаивания снизу значительно меньше, а за период наблюдения'не превышала 0,16-0,18 м.

иттаивание сверху Тот начитается после схода снега. Интенсивность его зависит от воднофизических свойств поверхности залежи и в большей степени определяется суммой положительных среднесуточных температур воздуха:

0,016 /П. (5)

Полученное корреляционное соотношение <5 - и,9630 показывает на функциональную связь с переменной.

Для оценки влияния сработки талого слоя на ускорение оттаивания торфяной залежи рассматривались два варианта: I - оттаивание до глубины и,05м и полная уборка оттаявшего слоя; ?. -- оттаивание до глубины - 0,15 м и частичная уборка и,о5 м оттаявшего слоя. Наблюдения за процессом оттаивания велись в полевых условиях с двойной повторностьго.

Анализ исследований влияния сработки талого слоя на ускорение оттаивания торфяной залежи, выявил возможности ускорения . оттаивания, а также дополнительные возможности использования внешних условий при организации технологического процесса добычи торфа, рис,2.

В условиях конкретного производства возможны и другие варианты оценки сработки оттаявшего слоя. Для более точной оценки была проверена формула /3/. получено достаточно хорошее согласие расчетных и наблюяагмчх пезул'-.татоп, что свидетельствует о

применимости данной методики, рис.3.

Полученные результаты использованы нами при разработке новой интенсивной технологической схемы добычи торфа.

N

Рис.2. Оттаивание торфяной залежи в сезоне х990 года:

I - без сработки; 2-е частичной сработкой талой зоны; 3-е полной сработкой талой зоны.

I - среднедекадная температура воздуха; 2 - средняя тем-

пература воздуха между сработкамл талого слоя; 3 - расчетная глубина оттаивания; 4 - наблюдаемое положение границы раздела талой и мерзлой зон в процессе сработки; 5 - наблюдаемый уровень пнеяной поверхности; 6 - расчетное положение границы раздела талой и мерзлой зон в процессе сработки; 7 - наблюдаемая глубина оттаивания; 8 -- расчетное положение нижней границы мерзлоты; 9 - наблюдаемое положение нижней границы мерзлоты.

В четвептой_глапе излагаются особенности методики экспериментальных исследований. Главной задачей экспериментальных исследований является оппедечение закономерностей сушки в различных по фракционному составу и толщине расстилах торфяной крошки с целью определения оптимальных характеристик технологического слоя и определения возможности -реализации результатов. Изучении особенностей сушки организованного расстила, полученного дисковым рыхлителем в весенне-летний период с целью интенсификации технологического процесса.

Исследование закономерностей сушки в различных по фракционному составу и толщине расстилах торфяной крошки осуществлялось на технологической площадке на территории метеопоста Бакчарского торфопредприятия. Опыты проводились с низинным осоково-гипновым торфом средней степени разложения в рамках (0,25x0,25 м) с марлевым дном. В целях сопоставимости результатов торф набирался в рассчете на весь сезон из одного слоя залежи. Опыт проводился о расстилом торфа по схеме, показанной в табл.1.

Таблица I

Размеры фракций и толщина расстила, мм

Разме£_фракц!!й_______________^ Топщина_расстила_

5 5 10 15 20 25

10 10 - 20 • - 30

15 15 - - 30

20 20 - - ' 40

25 25 - - 50

3...5 _____ 40 -

10...25 - - - - - - 40 -

При проведении опнтоп замерялись и фиксировались следующие метеорологические показатели: температура и влажность воздуха,

скорость ветра, осадки, психометрическая разность. Торфяную крошку необходимых размеров почучали при помощи специально изготовленных сит. ипытн проводились с трехкратной повторностыо, количество ?Р6 удаляемой влаги из сюя торфяной крошки определялось прямым взвешиванием. Текущее значение влагосодергания торфа V/ уточнялось расчетным способом. На основании проведенных экспериментов строились кривые сушки = , рис.4.

V/, иг/иг

Рис.4. Кривые сушки торфяной крошки разиичных фракций в одно- и многослойных расстилах; 1-5(5); 2-5(10); 3-5(15); 4-10(10); 5-Ю(йл; 6-1и(Э11); 7-15(30); 8-20(40); 9-Г...25(40); 10-3...5(40) - размер фракций, мм (толщина слоя, мм).

Анализ полученных данных показал, что наибольгше циктопче сборы были получены в двухслойном расстиле с фракциями: 20,25 и 10...25 мм. Для этих же расстилов наблюдалась и наибольшая интенсивность сушки в конце наблюдаемого периода, всчелствни особенности внутреннего массопрреноса п метких и крупных частицах,

котороя соответственно составила: 0,35, 0,40, 0,33 кг/м2 ч. Для сравнения в варианте с (I = 3...5 мм Ь. - 40 мм, наиболее близкой к существующее слою торфа, сушка практически прекратилась.

Ич риЬ.4 видно, что возникает необходимость продолжить сушку торфяной крошки на следующий день. С этой целью, а также с целью выявления величины увлажнения в ночныэ часы, изучался вопрос. сушки торфа по так называемому "переходному" цикловому графику. Г\блюдения за влагой продолжались в следующее премя суток 20.00, 23.00, 6.00, 9.00, рис.5.

. Рис.5. Кривые сушки различных фракций в одно- и многослойных расстилах (средняя категория сушки). 1-20(40); 2-10-25(40); 3-10(30); 4-3-5(35); 5-10(30); 6-30(30); размер фракций, мм (толщина слоя, мм).

Для определения зависимости продолжительности сушки от начального и конечного влагосодержания и характеристик слоя торфяной кротки построены графические зависимости величины К-^ ^-ь/,,

от толщины технологического слоя для о^ноолсйных и двухслойных расстилов, а также установлена эмпирическая зависимость К - Ч3^), ® = 0,98.

К =3,ШРс +1,13 . 66)

Формула справедлива для слоя торфяной крошки Рс = (0,60-4,58) кг/м2 и ¿9 = (5-50) мм.

Для численного расчета толщины технологического слоя по интенсивности сушк'т I и пагр.упке по сухоку яещестлу торфа Рпро-поден регрессионный анализ опытных данных, уравнение рггр«?сси/

инеет вид: . . .2 _

¿=0,019«; -0,16 Не +0,42 Не. (7)

Полученное корреляционное соотношение & = 0,889, показывает на тесную связь с переменной.

Построен график полученной эмпирической зависимости 1-ЧЧЛс) . рис.б.

Я,ке/иг

Рис.6. Связь интенсивности сушки с загрузкой по абсолютно сухому веществу, выраженная с помощью полинома третьей степени

Из анализа зависимости с ^ ^(й)следует, что сборы торфа растут с увеличением интенсивности испарения. Полученные характеристики загрузки Рс и толщины ¡1 расстила были проверены по полученным ранее А.Е.Афанасьевым' и Л.К.Бавтуто теоретическим зависимостям, позволяющие определить толщину слоя торфа, который высыхает до заданного ялагосодержания V!/ . Хорошее согласие этих расчетов, а также подобие зависимости ¿^УСЯ) и полученной ранее А.Е.Афанасьевым - $ = ЧСИ.) , т.к. С , а Рс И , позволило сделать вывод, что для увеличения цикловых и сезонных сборов требуется создание нового рабочего органа рыхления торфяной залежи, обеспечивающего получение организованного расстила торфяной кротки с преобладанием размеров частиц тор-

фа 10...25 мм, расположенных в два слоя.

Анализ результатов наблюдений за сушкой торфа на двух смежных технологических площадках, одна из которых обпабатына-лась рыхлителем, а вторая фрезерным барабаном показал, что при одинаковой толщине расстила и продолжительности сушки цикловые и сезонные сборы торфяной крошки, полученные новым способом на 20-;25 % больше. Эта разница достигается за сш;т большей интенсивности сушки организованного расстила, большей плотности технологического слоя полученного рыхлителем по сианнению с торфяной нропткой, полученной фрезеросанием торфяной залежи.

Для анализа продолжительности сушки, используя данные полевых наблюдений и расчетные значения коэффициентов диффузии, получены значения интянсивности испарения I для расстилов торфяной крошки, полученных фрезбарабаном и дисковым рыхлителем.

Расчет продолжительности сутки пповеден по формуле, полученной А.Е.Афанасьевым, А.К Бавтуто:

Р*

Т* ом

От . ¡с

Ил

а тан же, по формуле Л.М.Малкова:

иРс

иРс -2(2п

7Г7\х/

Тс А 3' с и

м-к.

'.е>

(91

Анализ полученных отклонений показал, что расчетные значения длительности сушки с использованием формулы (8) от фактических не превышает I При использовании формулы (9) для расстила, полученного рыхлителем, расчэтные значения отличаются от фактических на 40-50 Регрессионный анализ данных полевых наблюдений позволил в прачтических целях дпя расчета длительности сушке: расстилоп,полученных дисковым рыхлителем показал, что фор>^-лой (9) можно пользоваться,если ввести в нее коэффициент,равный 1,77, имеющий коэффициент Стьюдента = 16,2.

Т « №

Со I/ «V

М-А*

(101

5-05123-■обоснованы основные элементы интенсивной технологии добычи торфл сельскохозяйственного назначения, пворе-ден расчет оснозных характеристик дискового рыхлителя торфа.

Сезон добычи торфа начинают в начале мая после перехода среднесуточных температур через 0 °С и при достижении суммы положительных температур 00 °С. В этот период оттаивание торфяной

залежи достигает 10 см. В начале тог^януп залежь рыхлят на глубину 3,5-^,0 см, полученный влажный расстил торфяной крошки без сушки существующими механизмами собирают в валкь.•Суммарная толщина оттаившего слоя и высота собранного валка составляют 30 см и более, что исключает влияние меозлого слоя под валком, на подсушку торфа в валке. Уборку торфа из валков в штабель осуществляют при достижении последующего оттаивания залежи на 10 см. Следующие циклы добычи торфа повторяют аналогично. Штабель влажного торфа размещен между основными технологическими штабелями. Досушивание тоцфа в складочных единицах до кондиционной влажности осуществляется в летний период путем 1^слойного периодического перемещения в пределах подттабельной полосы высохших слоев торфа через гребень складочной единицы с помощью штабелирующих машин и бульдозеров при выполнении операции штабелирования основных технологических штабелей. После полног: оттаивания залежи операция валкования и все последующие операции проводятся после достижения расстилом торфяной крошки кондиционной влажности.

По результатам эксеприментальных исследований и испытаний опытного образца рыхлителя принята конструкция плоскосферического диска с тпемя или четырьмя окнами. Из условий наибольшего пропуска торфа ширина полки и спиц принята 50 мм, а из условий прочности и эксплуатации пнистость разрабатываемой залежи) толщина диска составила б мм. Проведена оценка объема торфа отбиваемого спицами и пропускаемого через окна диска.

Анализ исследований влияния операции выхления залежи дисковым рыхлителем на техническое состояние производственных площадей показал, что применение в технологическом цикле'добычи торфа вместо фвезы рыхлителя ведет к улучшению технического состояния поверхности карт за счет эффекта общего планииования и дает увеличение цикловых сборов более чем на 9 %.

Исследования по добыче торфа в весеньий период проводились после оттаивания торфяной залежи на 10 см.

В пиограмму исследований входил комплекс подготовительных работ (определение разменов участка, н/эелирование поверхности, зондирование), учет метеорологических и гидрологических условий, анализ технологических показателей производства торфа (опоедсле-ние влагосодержяния в технологическом слое, толщины слоя и фракционного состава). В сезоне 1990 года с 28 апреля по 1В мая было проведено 7 технологических циклов, (табл.2).

Таблица 2

Технологические показатели добычи торфа в весенний период

Наименование показателя

Значение показателя

Начальная влага расстила торфяной кропти, % Загрузка по сухому вешеству торфа в расстиле, кг/м

Загрузка по сухому аеществу торфа в валке, кг/м

Продолжительность сушки в валке, дни Конечная влага торфа в валке, % Интенсивность сушки в валке, кг/м" ч Цикловой сбор при Л» 55 %, т/га Количество циклов, цикл Сезонный сбор торфа ,при = 55 %, т/га

76,7

4,55

3,05 2,0 69,6 0,26 52,9 7,0 370

Наличие в новой технологической схеме весеннего периода добычи, дает не только дополнительную продукцию, но и полностью исключает влияние мерзлого слоя на процессе добычи торфа в летний период, (рис.7).

Х.дни

Рис.7. Влияние мёрзлого слоя на технологический процесс:

I - среднедркадная температура возпуха; 2 - оттаивание заложи сверху; 3 - зона мерзлого слоя; 4 - дневная поверхность залежи в процессе сработки; Б - зона мерзлоты, влияющая на технологический процесс.

Эксплуатационная производительность оборудования, за исключением штабелирующих машин, рассчитывалась по формуле:

5 « 0.Л6 -Кт-Зл- К^ • Кч' Кп1 , (II)

где ^ - производительность, га/ч; 0,36- коэффициент перевода;

теоретическая (паспортная) скорость, м/с; Лт - коэффициент использования скорости; &л -,конструктивная ширина захвата; Ау - коэффициент использования времени цикла; Кп£ - коэффициент полезного времени машины.

Расчет производительности и необходимого количества технологического оборудования выполнен для площади Рн = 200 га.

ё_Э§£3-21!_Е5ёв£ приведены сведения о практическом использовании результатов исследований. Внедрение новой технологической схемы осуществлялось на торфодобывающих предприятиях управления топливной промышленности. В результата внедрения в 1990 году получен фактический экономический эффект 137,6 тысяч рублей.

Расчетный годовой экономический эффект от «недрения повой интенсивной технологии добычи торфа для использования в сельскохозяйственном производстве составляет - 0,37 руб на тонну полученной продукции.

ВЫВОДЫ

I. Анализ полученных технологических показателей существующей технологии производства фрезерного торфа в условиях Западной Сибири позволил устанопить особенности,влияющие на продолжительность сезона, сушку фрезерной крошки в расстиле и, в конечном итоге, на цикловые и сезонные сборы, как:

- время перехода среднесуточных температур воздуха через +10 °С (26 мая) до момента оттаивания' залежи на 30 см (б июня), что соответствует потере трех технологических циклов;

- цикловая эффективная испаряемость этого периода в 1,6 раза больпе чем в апгусте - сентябре;

- наличие мерзлого слоя п июне - августе снижает |,цтонсив-

ность сушки до 10 %.

2. Изучены и установлены закономерности проморггслия и оттаивания промышленной торфяной залежи в зависимости от прошних условий. Получанные эмпиоические зависимости примерзания и оттаива-. ния торфяной залежи позволяют прогнозировать начало еепона добычи торфа и могут найти применение при проектировании новых технологических схем добычи торфа.

3. Анализ влияния сработки талого слоя на ускорение оттаивания выявил возможности ускорения (на 40-50 дней) полного оттаивания торфяной залежи, а также возможности вовлечения дополнительных сумм положительных температуа (200-300 °С) в технологический процесс.

4. Выявлены технологические факторы, определяющие процесс сушки торфяной крошки различных фракций в одно- и многослойных расстилах,- к которым необходимо отнести толщину расстила Нр , начальное ХМн и уборочное IV* плагосодоржание, фракционный состав йср и загрузку поля по сухоцу веществу торфа Рс , получены эмпирические зависимости У. - У (Рс) , I =Ч"(Рс) , установлено, что для интенсификации процесса сутки необходимо создание организованного расстила торфяной крошки с преобладанием фракций 10...25 мм, расположенных в два слоя.

5. Разработан, изготовлен и внедрен в производство дисковый рыхлитель торфа, обеспечивающий формирование организованного расстила торфяной крошки с преобладанием фракций 10...25 мм. Проведенный анализ особенностей сушки организованного расстила показал возможность увеличения добычи торфа в сезоне на 25-30 %. Фактический экономический эффект.от внедрения рыхлителя составил 12,4 тыс.руб. в среднем на одну матиц;' за сезон.

6. На основе экспериментальных и теоретических результатов исследований разработана и внедрена в производство новая интенсивная технология добычи торфа сельскохозяйственного назначения в зонах с устойчив™ промерзанием торфяной залежи и определе™ ее основные технологические показатели: 'количество циклов - 29, цикловой сбор - 53...56 т/га, сезонный сбор - 1660 т/га).

7. Результаты исследований и разработанная интенсивная технология добычи тогфа внедрены на торфодобывающих предприятиях Томской области. Суммарны.'-! фактический экономический эффект а сезоне 1900 года составил более 130,0 тыс.руб.

Основкые положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Степанов П.Н. Использование торфяно-болотных почв. -

В кн.: Зольная система земледелия Томской обчасти. - Новосибирск.i ВАСХНИЛ, 1982, - с.229-235.

2. Степанов П.Н. Продолжительность сезона добычи торфа в Томской области //Торфяная промышленность. - IS68. -19.-с.26-30.

3. Степанов П.Н. Рыхлитель торфа дисковый РДГ-I: Информ. листск Ш 8&-20. - Томск: ЦБНТИ Минводхоза СССР, 1988. - 4 с.

4. Афанасьев А.Е., Степанов П.Н. Интенсивная технология добычи торфа в условиях Сибирского региона //Торфяная промышленность, - 1990 - 5. - с.13-16.

5. Степанов П.Н. Рыхлитель торфа дисковый РДТ-I //Торфяная промышленность. - 1990. - * 5 - с.8-9.

6. Степанов П.Н. Промерзание и оттаивание торфяной залежи в зоне устойчивого сезонного промерзания //Торфяная промышленность. - 1991. » 3 - с.10-12.

7 Афанасьев А.Е., Стотланд Д.М., Степанов П.Н. Оттаивание торфяной залежи в процессе послойной сработки оттаявшего слоя /Дорфяная промышленность - 1991. - ¥ 5 - с.9-13.

8. Афанасьев А.Е., Трунов А.Е., Степанов П.Н. Интенсивная технология добычи торфа на удобрения в регионах с устойчивым промерзанием торфяной залежи. - В кн.: Торф в народном хозяйстве: Сборник научных статей научно-практической конференции. -Томск, 1991. - с.113.

9. A.C. 1280124 СССР Е 21 С 49/00. Способ добычи торфа

Л1 .Н.Степанов, А.Е.Афанасьев// Открытия. Изобретения. - 1991. -И 17. - с.102.

10. Степанов П.Н. Интенсивная технология добычи торфа в условиях Сибирского региона. //Сб.научн.тр./ Всесоюз.научно--исслед. проектно-технолог.инженерный центр по комппексному использов.торфа. - Томск,t1991. - с.45-50.

11. Афанасьев А.Е., Степанов П.Н;, Рубцова Н А. Исследование процессов сушки низинного торфа различных фракций в одно- и многослойных расстилах //Сб.научн.тр./ инженерный центр по комплексному испольпор.торфа. - Томск, 1991. - с.50-54.

12. Степанов П.Н , Трунов А.Е..Рыхлитель торфа дигковый. Решение о выдаче A.C. от 27.11.90 г. по заявке V 4805395/15. приоритет 29.03.90 г.