МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Тверской государственный технический университет»
(ТвГТУ)
О.С. Мисников, В.А. Беляков
Технология и комплексная механизация
открытых горных работ.
Добыча кускового торфа и сапропеля
Учебное пособие
Издание второе, переработанное и дополненное
Тверь 2016

2
УДК 622.331:622.271 (075.8)
ББК 33.35я7
Рецензенты: генеральный директор ООО НПО «Нисаба», доктор
технических наук, профессор Гамаюнов С.Н.; зав. кафедрой ГТиГ, доктор
технических наук, профессор, старший научный сотрудник Института
проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН Скоробогатов М.А.
Мисников, О.С . Технология и комплексная механизация открыты х
горных работ. Добыча кускового торфа и сапропеля: учеб. пособие /
О.С. Мисников, В.А. Беляков. Изд. 2-е , перераб. и доп. Тверь: Тверской
государственный технический университет, 2016. 168 с.
Рассматриваются технологические процессы добычи кускового торфа
фрезформовочным и экскаваторным способом, которые используются в на-
стоящее время в Российской Федерации, Финляндии и Ирландии. Приво-
дится методика расчета производительности фрезформовочных машин,
агрегатов по сушке и уборке кускового торфа циклического и непрерывного
действия. В связи с практически полным отсутствием отечественного торфя-
ного машиностроения основное внимание уделяется технологическому про-
цессу с использованием зарубежного оборудования концернов VAPOOY,
SUOKONEOY (Финляндия) и фирм HERBST, DIFCO, BORD-NA-MONA
(Ирландия).
Значительная часть посвящена анализу технологий разработки сапро-
пелевых месторождений. Приводятся данные об образовании и свойствах
сапропелей, рассматриваются основные классификации и направления ис-
пользования сапропелей, добыча сапропеля гидромеханизированным
способом, с применением зимнего намыва и экскаваторным способом.
Обширный информационный материал, приведенный в приложениях,
позволяет студентам самостоятельно проводить расчет технологических по-
казателей при добыче кускового торфа и сапропеля в различных экономиче-
ских районах Российской Федерации.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению
21.05.04 «Горное дело», магистерской программе «Технологии переработки
торфа и сапропеля», а также специалистов, работающих в области торфяного
и сапропелевого производства.
Обсуждено и рекомендовано к печати на заседании кафедры «Геотех-
нология и торфяное производство» (протокол No 6 от 05.02.2016).
ISBN 978-5 -7995-0861-6
© Тверской государственный
технический университет, 2016
© Мисников О.С ., Беляков В.А., 2016

3
ВВЕДЕНИЕ
В топливно-энергетическом балансе Российской Федерации пример-
но с середины 70-х годов XX века доля использования природного газа и
жидкого топлива начала превышать потребление твердых горючих иско-
паемых – углей, сланцев и торфа. В настоящее время на долю торфа, ис-
пользуемого в качестве топлива, приходится всего около 0,05 %. Однако
при всех преимуществах природного газа достаточно проблематично про-
должать ориентировать все энергопотребляющие отрасли РФ на этот вид
топлива. В первую очередь это связано с постоянно увеличивающимися
объемами экспорта и ростом мировых цен на газ. В этой связи, по прогно-
зам отечественных и зарубежных экспертов, роль различных видов биото-
плива, прежде всего торфа, будет возрастать. Уже сейчас в отдельных рай-
онах нашей страны торф, используемый на более высоком технологиче-
ском уровне, является рентабельным местным топливом, способным кон-
курировать с лучшими марками привозного угля, мазутом, а в некоторых
случаях и с природным газом.
Более того, такие высококачественные ресурсы , как природный газ и
нефть, целесообразно использовать в первую очередь для глубокой хими-
ческой переработки, коммунально-бытового потребления, а также для ге-
нерации электрической энергии. В этих случаях будет достигаться наи-
больший технико-экономический эффект.
Сжигание местных видов топлива вместо более качественны х
(с точки зрения теплотворной способности) дальнепривозных углей также
рентабельно в связи с меньшими расходами на транспортировку и пере-
грузку, особенно если плечо доставки не превышает 80...100 км для фре-
зерного и 100...150 км для кускового торфа.
В связи с этим в учебном пособии рассматриваются технологии по-
лучения кускового торфа фрезформовочным и экскаваторным способами,
в том числе с учетом зарубежного опыта производства этих видов топлива.
Значительное внимание уделяется методикам расчета основных техноло-
гических показателей при добыче кускового торфа и перспективным те х-
нологиям его производства.
В отличие от знаменитых российских черноземов, в почвах Цен-
трального экономического района РФ содержится сравнительно неболь-
шое количество гумуса. Без применения органических удобрений решить
эту проблему практически невозможно. В начале 90-х годов XX века по-
требность сельскохозяйственных земель в органических удобрениях была
удовлетворена только наполовину. В настоящее время положение еще бо-
лее усугубилось. На сельскохозяйственных предприятиях Российской Фе-
дерации органические удобрения вносятся в количестве примерно
420...450 млн т в год (3,6...4,0 т на га пашни), что составляет 30...35 % от
научно обоснованной нормы. Во многих регионах нашей страны происхо-

4
дит резкое снижение содержания гумуса в почве, являющегося основным
показателем ее плодородия.
По мнению многих ученых, органическим удобрениям из торфа и
сапропеля должна отводиться важнейшая роль в регуляции энергетики
почвенного покрова и баланса гумуса, в улучшении физических и химиче-
ских свойств почвы, повышении эффективности действия минеральных
удобрений, а также в регулировании состояния почвенного биоценоза.
Правильное и своевременное использование этих биогенных материалов
для приготовления удобрений и регулярное внесение органических компо-
стов позволяют значительно повысить урожайность многих сельскохозяй-
ственных культур. Одним из наиболее перспективных путей использова-
ния торфа и сапропеля является приготовление на их основе различных
видов продукции как для сельского хозяйства в целом, так и для более
мелких потребителей: парниковых хозяйств, дачных кооперативов, личны х
хозяйств и т. п.
В связи с тем, что изучение гидромеханизированного способа разра-
ботки месторождений полезных ископаемых включено в образовательную
программу по специальности 21.05.04 «Горное дело», в учебном пособии
большое внимание уделяется этому способу добычи сапропелевых ресур-
сов из открытых водоемов (озер). Предварительно рассматриваются во-
просы образования, физико-химических характеристик, классификации и
основных направлений использования сапропелей.
Материал, представленный в издании, базируется на работах ученых
и специалистов отечественных научных школ, занимавшихся проблемами
добычи и переработки кускового торфа, ведущих исследователей, рабо-
тавших в области сапропелевого производства, а также на результатах на-
учно-исследовательских работ авторов учебного пособия.

5
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ
КУСКОВОГО ТОРФА
1.1. Основные характеристики кускового торфа
Кусковой торф является коммунальным энергетическим твердым
бытовым топливом, а также сырьем для газификации и химической пере-
работки. Его получают методом выдавливания пластичной торфяной мас-
сы через формующие насадки с последующей сушкой до уборочной вла ж-
ности в полевых условиях [41].
Кусковой торф, являясь твердым топливом, удобен для сжигания в
топках колосникового типа. Сгорая, он выделяет в среднем 11,3 МДж/кг
тепловой энергии. Это несколько больше, чем дрова , и немного меньше,
чем торфяной брикет. По тепловой эффективности кусковой торф вполне
сопоставим с низкосортными углями, но не имеет их недостатков – боль-
шого содержания золы и сернистых соединений. В ряде европейских стран
кусковой торф наравне с торфяным брикетом используется как каминное
топливо, так как не содержит вредных примесей.
Как правило, кусковой торф (рис. 1.1) представляет собой смесь из
крупных кусков (80...90 %) и мелочи (обломков) размером менее 25 мм в
поперечнике (10...20 %). Содержание мелочи ограничено стандартом
(ГОСТ 9172-71) и не может превышать 10 % для кускового торфа, сформо-
ванного на залежи верхового типа, и 20 % – на низинной залежи. При
большем содержании мелочи сортность топлива снижается, а при превы-
шении 30 % топливо бракуется.
Для производства кус-
кового торфа пригодны
торфяные месторождения
верхового, переходного и
низинного типов со степе-
нью разложения более
15 % и зольностью менее
23 % [43, 46]. Технологи-
ческие расчеты с куско-
вым торфом ведутся при
условной влажности 33 %.
Убирается кусковой торф
при влажности 45...50 %,
а в процессе хранения
его
влажность
может
снижаться. Водопоглоти-
тельная способность кус-
кового торфа зависит от
свойств исходного сырья.
Рис. 1.1. Кусковой торф в штабеле

6
В табл. 1.1 приведены значения влажности торфяных кусков (начальная
влажность 30 %) после нахождения их в воде в течение 48 ч (В 48 , %).
Таблица 1.1
Зависимость величины В 48 от степени разложения торфа
Степень разложения, %
20
30
40
50
Влажность кусков, %
64
57
52
48
Важной характеристикой кускового торфа является прочность о т-
дельных кусков, обусловливающая содержание в нем мелочи и регламен-
тирующая проведение технологических операций. Прочность зависит от
влажности, свойств торфяного сырья, параметров формования, режима
сушки и прочих факторов.
Среднестатистические значения прочности торфяных кусков на
изгиб, сформованных из верхового и низинного торфа, зависящие от влаж-
ности и степени разложения, приведены в табл. 1.2 и 1.3.
Таблица 1.2
Зависимость прочности торфяных кусков
(степень разложения 30...35 %) на изгиб от влажности
Прочность
Тип
торфа
Влажность кусков, %
10
20
30
40
50
60
70
изг, МПа
Верховой
4,5 6,0 5,0 3,5 1,8 0,6 0,35
Низинный
1,1 1,35 1,75 1,35 1,1 0,65 0,4
Таблица 1.3
Зависимость прочности кусков на изгиб
от степени разложения при влажности 35 %
Прочность
Тип
торфа
Степень разложения, %
10
20
30
40
50
60
изг, МПа
Верховой
3,0 7,5 4,0 3,8 3,5 3,0
Низинный
2,5 2,1 1,9 1,6 1,4 1,0
Эффективность добычи, перевозок и использования кускового торфа
во многом зависит от его насыпной плотности, которая изменяется в зави-
симости от плотности куска и содержания мелочи. Насыпную плотность
ориентировочно можно вычислить по формуле
нас=Кплкус,
(1.1)
где Кпл – коэффициент плотности кладки; кус – плотность отдельных
кусков, кг/м
3
.
Коэффициент плотности кладки зависит от типа торфа и влажности
кусков. Для верхового торфа он принимает значения, указанные
в табл. 1.4.

7
Для низинного торфа независимо от влажности Кпл = 0,57. Это связа-
но с меньшей прочностью кусков и, следовательно, с большим содержани-
ем мелочи. Плотность кусков изменяется от 600 до 1 000 кг/м
3
.
Таблица 1.4
Зависимость коэффициента
плотности кладки от влажности
Влажность, %
20
30
40
50
Кпл (коэффициент
плотности кладки)
0,47 0,5 0,52 0,57
Кусковой торф в настоящее время добывается двумя основными спо-
собами: фрезформовочным и экскаваторным. Ведутся эксперименты по
добыче торфа резным механизированным способом.
По сравнению с фрезерным способом добычи торфа, производство
кускового торфа меньше зависит от климатических условий, что позволяет
получать качественную продукцию и хорошие сборы при неблагоприя т-
ных погодных условиях. Это связано с тем, что работы по добыче (экска-
вация, переработка, формование и стилка) не прекращаются при осадках
менее 10 кг/м
2
. А операции, связанные с сушкой и уборкой, не прекраща-
ются при осадках менее 5 кг/м
2
. В результате число рабочих дней в сезоне
80...100, т. е . примерно в два раза больше, чем при добыче фрезерного
торфа [41]. Меньшая зависимость от климатических условий позволяет
значительно расширить географию добычи кускового торфа (экспериме н-
ты проводились в Нарьян-Маре, Сахалине, на Камчатке) [29].
Кусковой торф можно высушить в полевых условиях до влажности
35 %, причем сушка продолжается и после уборки (за счет большой порис-
тости штабелей). Кусковой торф не подверже н саморазогреванию, в то
время как саморазогревание штабелей фрезерного торфа является серьез-
ной проблемой для его производителей. Кусковой торф не изменяет своего
химического состава при хранении и поэтому является особенно ценным
сырьем для химической промышленности.
Насыпная плотность кускового торфа примерно в полтора раза вы-
ше, чем у фрезерного. Это свойство позволяет значительно снижать транс-
портные расходы при доставке его потребителю.
Вследствие более низкой влажности и высокой плотности тепловая
ценность кускового торфа значительно выше.
Производство фрезерного торфа вследствие невысоких цикловы х
сборов и больших потерь (низкий коэффициент циклового сбора) требует
значительных эксплуатационных площадей. Цикловые сборы при добыче
кускового торфа гораздо выше, что позволяет добывать его на небольших
площадях и, соответственно, на малых торфяных месторождениях.

8
Отсутствие пыли, больших вибраций в кабинах технологических
машин, невысокие скорости их передвижения делают условия по произ-
водству кускового торфа более комфортными.
Отрицательные моменты при добыче кускового торфа:
необходимость испарения большего количества воды, так как на-
чальная влажность торфомассы составляет 80...88 %;
большие затраты энергии при механической переработке торфомассы;
сложность и сравнительно небольшая производительность приме-
няемого технологического оборудования;
наличие карьеров после добычи кускового торфа экскаваторным
способом.
Технологический процесс производства кускового торфа требует
выполнения следующих операций:
экскавации торфа из залежи при помощи различных типов фрез или
ковшей;
переработки извлеченного торфа путем перемешивания и дисперги-
рования твердой фазы с целью получения пластичной торфомассы, с о-
стоящей из частиц оптимального фракционного состава и воды;
формования кусков из этой массы методом выдавливания под давле-
нием через формующие насадки (экструзия);
стилки кусков в определенном порядке на поле сушки;
сушки, предусматривающей выполнение двух или трех механизиро-
ванных операций;
уборки высушенного торфа, совмещенной с очисткой его от мелочи
и крошек размером менее 0,025 м;
укладки готовой продукции в полевые штабеля, где он накапливае т-
ся и хранится до реализации.
Контрольные вопросы
1. Опишите принцип экструзионного формования кускового торфа.
2. Какие качественные параметры используют для характеристики
кускового торфа?
3. Каковы преимущества и недостатки технологии добычи кусково-
го торфа по сравнению с фрезерным способом?
4. Из каких основных операций состоит технологический процесс
производства кускового торфа?
1.2. Экскавация торфа из залежи
Экскавацией называется процесс выемки торфа из залежи, осущест-
вляемый внедрением исполнительного органа машины, наполнением его
массой и передачей ее в транспортирующее или диспергирующее
устройство [43, 45].

9
При экскавации торфа дисковыми фрезами выполняются щелевое
фрезерование залежи и подача торфяной массы в приемное устройство пе-
рерабатывающего механизма фрезформовочной машины. Дискова я фреза,
показанная на рис. 1.2, представляет собой стальной диск с установленными
на его наружной окружности держателями с режущими ножами. Ножи за-
крепляются на держателях болтами и легко заменяются в случае поломки
или износа. Конструкция ножей может быть различной. Чаще применяются
ножи с прямоугольной
режущей кромкой и та-
рельчатого типа. Ножи с
прямоугольной
режу-
щей кромкой имеют
двустороннюю заточку
и при износе режущей
кромки могут перевора-
чиваться.
У ножа тарельчатого
типа режущая кромка
круглая. Она изнашива-
ется на дуге 120°, и та-
кой нож можно повора-
чивать три раза. Сверху
фреза закрывается на-
правляющим кожухом.
Нижний конец кожуха
скользит по поверхности
залежи и играет роль от-
бойного устройства.
Дисковые фрезы на фрезформовочных машинах устанавливаются
вертикально или с небольшим наклоном. Наклон фрез обеспечивает луч-
шее закрытие щелей после прохода фрезформовочной машины. Закрытие
щели осуществляется задавливанием их гусеницами трактора и катками
машин при последующих проходах.
Площадь поперечного сечения щели, образующейся после прохода
фрезформовочной машины, определяется из выражения
α
cos
или
,
щ
щ
щ
/
щ
щ
щ
щ
щ
К
b
h
f
К
b
h
f






,
(1.2)
где hщ , bщ – глубина и ширина щели, м; Кщ – коэффициент уширения щели
из-за биения фрезы (Кщ  1,1); f 
щ – сечение щели, образуемое фрезой,
имеющей наклон на угол , м
2
; ( = 15, машина МТК-12А). При вычислени-
ях, не требующих большой точности, наклоном фрезы можно пренебречь.
Рис. 1.2. Схема дисковой фрезы: 1 – диск;
2 – отбойная плита; 3 – кожух; 4 – шнек;
5 – держатели ножей; 6 – ножи

10
Производительность дисковой фрезы определяется ее параметрами
и режимом работы. Техническая производительность фрезы определяется
по формуле [45]
р
н
ф
фр
600
3
К
К
n
V
Q



,
(1.3)
где Q фр – производительность фрезы, м
3
/ч; V ф – максимальный объем
торфа, экскавируемый фрезой за один оборот, м
3
; n – частота вращения
фрезы, 1/с; Кн , Кр – коэффициенты фактического наполнения торфом объ-
ема фрезы и разрыхления торфа (Кн = 0,2...0,3; К р = 1,2), причем
Vф=Fнlср,
(1.4)
где Fн – площадь рабочей поверхности ножа: F н = d
2
/4 (для круглых но-
жей) или Fн = bh (для прямоугольных ножей), м
2
;lср=2Rср–длинаок-
ружности фрезы, проходящей по средним точкам поверхности ножей, (м);
),
(5,0
ср
h
Д
R


(1.5)
где d – диаметр ножа, м; Д – диаметр фрезы, м; b – ширина ножа, м; h – вы-
сота ножа, м; R ср – средний радиус фрезы, м.
Максимально возможная скорость машины исходя из производи-
тельности фрезы, м/ч:
.
υ
υ
щ
фр
макс
К
f
Q


(1.6)
макс уменьшается в зависимости от пнистости фрезеруемой залежи
введением в расчет коэффициента Кпн .
Пнистостьслоя(Пс, %) – 0 0,5 1,0 1,5
Кпн
–
1 0,95 0,9 0,8
%
5,1
ос
з
с


К
П
П
,
(1.7)
если Пс > 1,5 %, то залежь корчуется, а в расчет принимают остаточную
пнистость Пост = Пс (1 – Ккач ), Ккач – коэффициент качества корчевания
(Ккач = 0,6...0,7) [38].
Кроме дисковых фрез, для экскавации торфа из залежи используются
винтовые фрезы. Они применяются в качестве экскавирующего органа
при глубокой щелевой экскавации торфяной залежи. Винтовые фрезы
обеспе чи вают хорошее перемешивание торфа, поэтому их целесообразно
применять при фрезеровании верховых торфяных залежей, имею щих
верхний слой слаборазложившегося торфа .
Винтовая фреза выполняется в виде цилиндра с установленными на
нем по спирали съемными ленточными ножами (рис. 1.3). Фреза монтиру-
ется в сварном корпусе. Верхний конец ее входит в редуктор, от которого

11
получает вращение. Нижний конец у нее съемный, в нем размещается
нижняя подшипниковая опора. Фрезы могут иметь постоянный диаметр и
быть с утолщением в нижней части. Они могут быть одновальными и
двухвальными. Если фреза одновальная, то ее ножи, кроме резания, вы-
полняют операцию транспортирования торфомассы с низу вверх – в при-
емное устройство перерабатывающего аппарата. Это возможно, так как
ножи представляют собой шнек, работающий в замкнутом пространстве.
Если фреза двухвальная, то функцию транспорта торфа выполняет вторая
(задняя) фреза, которая конструктивно изготавливается как транспорти-
рующий шнек.
Для увеличения качества переработки древесных включений и по-
вышения надежности машины фреза всегда устанавливается с небольшим
наклоном в продольной плоскости. Для лучшего закрытия щели она, как
правило, ставится наклонно и в плоскости, перпендикулярной к направле-
нию движения машины. Углы наклона обычно не превышают 15°. Утол-
щение в нижней части фрезы обеспечивает увеличение объема торфа, ко-
торый экскавируется из имеющих большую степень разложения нижних
слоев торфяной залежи. При этом повышается средняя степень разложения
экскавируемой массы, что позволяет эффективно эксплуатировать залеж ь
со значительным верхним слоем слаборазложившегося торфа.
Техническая производительность винтовой фрезы определяется по
формуле [45]
,
ω
р
п
в
в
К
z
К
V
Q




(1.8)
Рис. 1.3. Схема дисковой фрезы:
1 – диск; 2 – отбойная плита; 3 – кожух;
4 – шнек; 5 – держатели ножей

12
где Vв – максимальный объем торфа, экскавируемый одним витком фрезы
при обороте на один радиан, м
3
; Кп – коэффициент производительности
фрезы;  – угловая скорость вращения фрезы, рад/с; z – число заходов вин-
товой линии; Кр – коэффициент разрыхления торфяного грунта.
Максимальный объем, экскавируемый одним витком фрезы, нахо-
дится из выражения
Vв = 0,5b(R 2
–
r
2
),
(1.9)
гдеb=t–
–
расстояние между соседними витками вдоль оси фрезы, м;
R – радиус фрезы по концам ножей, м; r – радиус корпуса фрезы, м; t – шаг
винтовой линии, м;  – толщина ножа, м. Производительность винтовой
фрезы по ходу фрезформовочной машины определяется так же, как и для
дисковой фрезы.
Кроме рассматри-
ваемых выше уст-
ройств,
экскавация
торфа из залежи
может производить-
ся цепным баром
(рис. 1.4). Его произ-
водительность рас-
считывается по мето-
дике расчета ковшо-
вой рамы, которая
приводится
ниже.
Основное преимуще-
ство цепного бара за-
ключается в том, что
он позволяет произ-
водить экскавацию на
глубину до 1,5 м и обеспечивает хорошее качество перемешивания торфа
перед механической переработкой. Однако его применение ограничивается
на площадях с повышенной пнистостью, так как экскавирующие лопатки
не имеют заточки и не способны дробить древесину пней.
При экскаваторном способе производства кускового торфа экскава-
ция торфа из залежи производится одноковшовыми и многоковшовыми
экскаваторами.
Теоретическая
производительность
одноковшового
экскава-
тора (Qтеор ) – это количество торфяной массы, которое может быть извлече-
но в единицу времени (обычно в м
3
/ч) при непрерывной работе экскаватора.
При этом коэффициенты наполнения ковша Кнк и разрыхления торфа
Крт принимаются равными единице, а угол поворота ковша на
выгрузку – 90°:
Рис. 1.4. Цепной бар фрезформовочной машины
«Herbst» (Ирландия)

13
п
ц
к
тео р
600
3
Т
V
Q


,
(1.10)
где Vк – вместимость ковша экскаватора, м
3
; Тц п – паспортная продолжи-
тельность рабочего цикла, с .
Техническая производительность экскаватора (Qтехн ) – это макси-
мальная часовая производительность при непрерывной работе экскаватора
в конкретных технологических условиях. Техническая производительность
зависит от конструктивных параметров экскаватора, экскавируемости за-
лежи, коэффициента наполнения ковша, коэффициента разрыхления торфа
в ковше, параметров забоя и условий разгрузки (разгрузка в навал, транс-
портное средство или стилочную машину). Параметры забоя оказывают
влияние на продолжительность вспомогательных операций.
Часовая техническая производительность в плотной массе для одно-
ковшовых экскаваторов определяется по формуле [41, 45]
з
э
цп
к
п
р
р
рк
нк
цр
к
тех н
600
3
600
3
К
К
Т
V
t
t
t
К
К
Т
V
Q









,
(1.11)
где Тцр – расчетная продолжительность рабочего цикла экскаватора в дан-
ном забое, зависящая от типа карьера и угла поворота экскаватора к раз-
грузке, с;
рк
нк
э
/К
К
К
–
коэффициент экскавации (Кнк – коэффициент на-
полнения ковша, Крк – коэффициент разрыхления торфа в ковше);
)
/(п
р
р
з
t
t
t
К


–
коэффициент забоя, учитывающий влияние вспомога-
тельных операций (t р – продолжительность непрерывной работы экскава-
тора с одного положения, с; tп – продолжительность одной передвижки).
Коэффициент забоя также учитывает влияние типа забоя, его параметров и
способа отработки забоя, условий разгрузки породы. К э учитывает также
перемещение экскаватора в процессе заходки.
Расчетная производительность рабочего цикла одноковшовых экска-
ваторов при совмещении вспомогательных (опускание ковша для черпания
и разгрузки, подтягивание и выдвижение рукояти и др.) и основных опера-
ций определяется по формуле
пр
ч
раз
п2
п1
ч
цр
t
t
t
t
t
t
Т






,
(1.12)
где tч – продолжительность черпания, с; t п1, t п2 – продолжительность пово-
рота экскаватора соответственно к месту разгрузки и забою, с; t раз – про-
должительность разгрузки ковша, с; tпр – суммарная продолжительность
погрузочно-разгрузочных операций, с.
Фактическая продолжительность черпания при
3,1
р
К
определяется
по формуле
р
чп
эп
эф
ч
К
t
П
П
t



,
(1.13)

14
где Пэф и Пэп – соответственно фактический и паспортный показатели труд-
ности экскавации пород; tчп – паспортная продолжительность черпания по-
роды; Кр – средневзвешенный коэффициент разрыхления торфа (обычно от
1,1 до 1,3).
Кроме одноковшовых экскаваторов, экскавация торфа может выпол-
няться ковшовыми рамами многоковшовых экскаваторов. Ковшовая рама
(рис. 1.5) представляет собой устройство непрерывного действия, снаб-
женное рядом ковшей, последовательно расположенных на замкнутых пла-
стинчатых цепях, перемещающихся по направляющим [43].
Рис. 1.5. Ковшовая рама экскаватора:
1 – ковш; 2 – пластинчатая цепь; 3 – ведущая звездочка;
4 – диспергирующее устройство; 5 – лоток; 6 – натяжная звездочка
В верхней части ковшовой рамы монтируется ведущий вал со звез-
дочками, в нижней – направляющие колеса с натяжным устройством. Ков-
ши представляют собой жесткую сварную конструкцию с отверстиями в
днище и на боковых стенках для сброса лишней воды.
В процессе работы ковшовая рама поворачивается на некоторый угол
и возвращается назад, совершая веерообразные движения, а также опуска-
ется и поднимается, что позволяет ей экскавировать торф, разрабатывая за-
лежь различной глубины (рис. 5б). Для устранения потерь торфяной массы
при выходе заполненных ковшей из залежи нижняя ветвь ковшовой цепи
над залежью движется в приемном желобе, длина которого подбирается в
зависимости от глубины экскавации. Экскавация выполняется при оста-

15
новках экскаватора после передвижения на 0,5...0,7 м. С одной остановки
экскавируется до 12 м
3
торфа. После этого экскаватор делает очередную
передвижку. Толщина стружки, срезаемой ковшом, колеблется от 5 до
35 см.
При работе ковшовой рамы образуется карьер, ширина и глубина ко-
торого зависят от мощности торфяного пласта и типа экскаватора. Основ-
ными элементами карьера (рис. 1.6) являются забой, откос, верхний и
нижний
контуры,
дно и поверхность
залежи.
К элементам
карьера следует от-
нести также дамбы
и перемычки, ос-
тавляемые на пере-
увлажненной зале-
жи для изоляции
забоя от воды, ска-
пливающейся
в
карьере. Расстояние
между дамбами со-
ответствует ширине
карьера, а перемыч-
ки оставляют через
каждые 40...50 м.
После
выработки
торфа в дамбах и
перемычках прока-
пываются
прохо-
ды,
обеспечиваю-
щие
возможность
сброса воды. Для
того чтобы снизить опасность обвалов и оползней торфа с откоса карьера
на глубоких торфяных месторождениях, его делают наклонным. Это обес-
печивается установкой не которого начального угла поворота ковшовой ра-
мы в пределах 14...19°. Верхние и нижние контуры карьера – линии пере-
сечения поверхности торфяного месторождения и дна карьера с
его откосом.
Производительность ковшовой рамы (Q кр ) зависит от вместимости
ковшей, их шага, скорости ковшовой цепи, а также от глубины экскавации,
которая влияет на наполнение ковшей:
р
н
к
кр
К
К
n
V
Q



,
(1.14)
Рис. 1.6. Карьер: а – общий вид и б – разрез:
1 – дамба; 2 – нижний контур; 3 – откос; 4 – верхний
контур; 5 – поверхность торфяного месторождения;
6 – забой; 7 – дно; 8 – перемычка; 9 – дно торфяного
месторождения; 10 – защитный придонный слой

16
где Vк – вместимость ковша, м
3
; n – число ковшей, наполняемых в единицу
времени; Кн – коэффициент наполнения ковша; Кр – коэффициент разрых-
ления торфа.
t
n
ц
υ

,
(1.15)
где ц – скорость ковшовой цепи, м/с; t – шаг ковшей, м.
Коэффициент наполнения ковшей зависит от глубины экскавации и
принимает следующие значения: 1 м – 0,85; 2 м – 0,95; 3 м – 1,0;
4,5м–1,2.
Контрольные вопросы
1. Какой процесс называется экскавацией торфа?
2. Какими техническими устройствами осуществляется экскавация
торфа из залежи?
3. Опишите конструкцию дисковой фрезы.
4. От каких параметров зависит техническая производительность
дисковой фрезы?
5. Расскажите об устройстве винтовой фрезы.
6. От каких параметров зависит техническая производительность
вин-товой фрезы?
7. Как рассчитать техническую производительность одноковшового
экскаватора?
8. Приведите формулу для расчета производительности ковшевой
рамы.
1.3. Механическая переработка торфомассы
При механической переработке происходит диспергирование и пере-
мешивание торфа с превращением его в готовую для формования пластичную
массу с определенными свойствами.
Диспергирование торфа – это измельчение твердой фазы в жидкой
среде. Процесс диспергирования осуществляется при взаимодействии пере-
рабатывающего механизма и торфа. Результаты процесса зависят от интен-
сивности воздействия механизма на торф и прочности торфа. В процессе
принимают участие все механизмы машин, имеющие непосредственный кон-
такт с торфом. Но влияние их на изменение свойств торфа неравнозначно.
Эффективность перерабатывающего воздействия того или иного механизма
зависит от его конструкции и режима работы. Перерабатывающей способно-
сти экскавирующих устройств, как правило, бывает недостаточно для прида-
ния торфу необходимых вязкопластических и структурно-механических
свойств, обеспечивающих хорошие условия формования и высокие физико-
механические свойства готовой продукции. Поэтому практически на всех

17
торфодобывающих машинах устанавливаются специальные перерабатываю-
щие устройства. Обычно их называют прессами [45].
Рабочий орган пресса вызывает в диспергируемом материале деформа-
ции сжатия, растяжения и сдвига. Поскольку торф во время диспергирования
находится в пластичном или близком к нему состоянии, то деформации рас-
тяжения и сжатия малоэффективны в отношении разрушения частиц торфа.
Эффект в основном зависит от того, насколько полно в процессе диспергиро-
вания представлены деформации сдвига и каковы показатели вязкопластиче-
ского потока торфяной массы.
При диспергировании изменяется микроструктура торфа, разрушаются
растительные остатки, уменьшается количество механически удерживаемой
влаги, создаются условия для наилучшей упаковки твердых частиц, увеличи-
вается содержание высокодисперсной фракции, которая равномерно распре-
деляется во всем объеме материала.
Дисперсность торфа может быть выражена при помощи различных по-
казателей. В торфяном производстве для этого используется введенный
С.Г. Солоповым [45] показатель условной удельной поверхности раздела фаз,
приходящейся на единицу массы сухого вещества торфа. Значение этого по-
казателя определяется по формуле
S0=103
Р4(1+К),
(1.16)
где S0 – условная удельная поверхность торфа, м
2
на 1 кг сухого вещества;
Р4 – содержание в торфе фракций размером менее 4 мкм, в долях единицы;
К = 0,1...0,2 – коэффициент, учитывающий долю участия в образовании по-
верхности других фракций.
Условная поверхность на 1...2 порядка ниже физической поверхности
раздела, однако это не мешает использовать ее при сравнительных характе-
ристиках торфа и перерабатывающей способности машин.
Содержание фракций размером менее 4 мкм может быть определено
экспериментально, принято по номограммам или вычислено по содержанию
в торфе фракций размером менее 250 мкм.
Для определения S0 есть эмпирическая формула с прямым использова-
нием подситовой фракции размером менее 250 мкм (Р250 ):
для непереработанного торфа:
верхового и переходного lg S 0 = 1,08lg Р 250 + 0,53;
(1.17)
низинного
lgS0= 1,38lg Р250– 0,17;
(1.18)
для переработанного торфа:
верхового и переходного lg S 0 = 2,19lg Р 250 – 1,53;
(1.19)
низинного
lg S0= 3,6lgР250– 4,39.
(1.20)
Величина Р 250 относительно просто определяется при помощи мок-
рого ситового анализа с применением сита с ячейками 0,25 мм.

18
Приближенно величину Р 250 можно вычислить по формуле, уста-
навливающей связь степени разложения торфа с его дисперсностью:
45
250
т
178
,
0
R
Р


,
(1.21)
где Rт – степень разложения торфа, %.
Большое значение при диспергировании имеют конструкция меха-
низма, режим его работы и количество степеней переработки. Перерабат ы-
вающая способность оценивается показателем  0 , представляющим обоб-
щенную деформацию торфа по главным осям координат. Этот показатель
рассчитывается при конструировании машин. По методу, предложенному
Ф.А. Опейко:
2
23
2
13
2
12
2
33
2
22
2
11
0
2
2
2
λ
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф
Ф









,
(1.22)
где  0 – обобщенный показатель деформации торфа; Ф 11 , Ф 22 , Ф 33 – относи-
тельные удлинения по направлениям главных осей координат; Ф 12 , Ф 13 ,
Ф 23 – половины углов сдвига по этим осям.
Обобщенный показатель деформации торфа в механизме зависит лишь
от особенностей механизма и определяется без рассмотрения физико-
механических и других свойств торфа. Основываясь на этом методе,
Ф.А. Опейко получил выражения для оценки перерабатывающей способно-
сти ряда производственных и лабораторных механизмов, представленных
в табл. 1.5. Использование этих зависимостей существенно расширяет воз-
можности анализа работы конкретных механизмов при диспергировании
торфа с известными физико-механическими характеристиками, дает возмож-
ность определять значение условной удельной поверхности после дисперги-
рования торфа в механизме с известной перерабатывающей способностью.
Эти зависимости позволяют также, основываясь на технологических требо-
ваниях, проектировать механизмы с необходимой перерабатывающей спо-
собностью, что соответствует решению важной технологической задачи – по-
лучению готовой продукции с заранее обусловленными свойствами.
Связь между условной удельной поверхностью раздела фаз в торфе и
перерабатывающей способностью механизмов исследовалась В.К. Фоминым.
Им предложена следующая зависимость:






71
,
2
λ
ln
0
н
λ
а
S
S
,
(1.23)
где S н – условная удельная поверхность раздела фаз в торфе до переработ-
ки (начальная); а – коэффициент, зависящий от свойств торфа.
lg а = 5,4510 –3
S н+0,810–3
 н+0,385Wн– 1,73,
(1.24)
где н и Wн – плотность и влагосодержание торфа до переработки.
В случае необходимости определения перерабатывающей способности
механизма опытным путем по данным S  и S н можно воспользоваться фор-
мулой (1.23). Диспергирование существенно улучшает физико-механические

19
свойства кускового торфа. Наилучшее качество кусков получено при
S 0 = 600 м 2/кг [8]. Однако достичь таких значений в полевых условиях доста-
точно трудно из-за большой энергоемкости процесса диспергирования. Дос-
таточным и экономически оправданным считается доведение S0 до 450 м2/кг.
Зная перерабатывающую способность механизма и начальные пара-
метры торфа, можно определить его условную удельную поверхность после
переработки S .
Таблица 1.5
Эмпирические зависимости для определения
перерабатывающей способности различных механизмов
Вид механизма
Формула
для расчета  0
Пресс Рогова
Q
n
06
,
1
32
Торфяной пресс ТП-4
Q
n
06
,
2
4,
13
Шнековый лабораторный механизм
(«мясорубка»)
Q
n
36
,
0
4,
63
Стилочная машина (переработка шнеком)
Q
n
37
,
5
4,
36
Ковш экскаватора
δ
4,1
Нож фрезы








2
0
0
α
28
1
1
δ
4,1
Примечание: n – частота вращения, с
–1
; Q – производительность перерабатывающего
устройства, м
3
/с;  – толщина стружки, м;  0 – максимальная толщина стружки, м;
 0 – угол захвата, рад.
Кроме того, при переработке удаляется большая часть газовой фазы
торфа, вызывая повышение плотности торфяной массы, характеризующее-
ся коэффициентом уплотнения:
п
з
у
γ
γ

К
,
(1.25)
где з и п – плотность торфа в залежи и переработанного, кг/м
3
.
Учитывая, что при переработке и формовании кусков удаляется
примерно 80...90 % содержащегося в торфе газа, коэффициент уплотнения
с достаточной для технологических расчетов точностью можно рассчитать
по формуле, учитывающей содержание газовой фазы в единице
объема торфа:

20





W
W
К









1
ρ
ρ
γ
δ
у
,
(1.26)
где , ,  – плотность торфа в залежи, плотность жидкости и плотность
твердой фазы, кг/м
3
; W – влагосодержание торфа, кг/кг;  – коэффициент,
учитывающий, что газовая фаза из торфа удалена не полностью.
Коэффициент  зависит от типа торфа, его степени разложения
и влажности. Его значения приведены в справочных материала х
(=1000кг/м
3
,  =1500кг/м
3
).
При диспергировании происходит уменьшение содержания в торфе
грубодисперсно-волокнистых и грубодисперсных фракций и увеличивается
количество тонкодисперсных. Изменения в содержании коллоидных фрак-
ций при механическом диспергировании практически не происходят. Раз-
рушение растительных остатков и клеток высвобождает большее количест-
во слабосвязанной воды, превращая ее в свободную. Это увеличивает пла-
стичность торфяной массы и улучшает ее деформационные свойства. На
этом явлении основана возможность формования торфа пониженной вла ж-
ности. Измельчение и перемешивание торфа способствуют более плотной
упаковке частиц при формовании и увеличению плотности переработанно-
го и сформованного торфа в сравнении с торфяной залежью.
Улучшение структурных, водных, деформационных и других свойств
торфа вызывает изменения в ходе процесса превращения торфа-сырца в го-
товую продукцию, влияет на ход сушки кусков. Сушка непереработанного
торфа, имеющего много крупных пор, связана с постепенным уходом зоны
испарения внутрь куска и переносом влаги на его поверхность в виде пара.
Смещение зоны испарения снижает интенсивность процесса, так как верх-
ний подсохший слой начинает экранировать внутренние. В куске, сформо-
ванном из хорошо диспергированного торфа, имеется сеть мелких капил-
ляров, по которым влага перемещается на поверхность в виде жидкости и
там свободно испаряется. Это позволяет увеличить продолжительность пе-
риода постоянной интенсивности сушки, сокращая таким образом общую
продолжительность процесса.
Уменьшение размеров частиц в торфе, вызывая развитие капилляр-
ных сил, приводит к интенсивному развитию усадочных напряжений, к
большей усадке в процессе сушки, а следовательно, к большей плотности
готовой продукции. Интенсивно развивающиеся усадочные явления спо-
собствуют более тесному сближению мелких, особенно коллоидных, ча с-
тиц и возникновению сил молекулярного взаимодействия между ними. Это
позволяет получить куски повышенной прочности.
Способность торфа поглощать влагу связана с содержанием в нем гру-
бодисперсных волокнистых и грубодисперсных частиц. Эти частицы имеют
крупные полости, способные поглощать и удерживать большие объемы воды.
Диспергирование уменьшает объем таких полостей и, следовательно, спо-

21
собность торфа к поглощению влаги. Связь физико-механических свойств
кускового торфа с показателями его дисперсности изучалась В.Д. Копенки-
ным [43]. Им предложен ряд эмпирических форм для определения физико-
механических свойств высушенного до влажности 33...35 % кускового
торфа. Некоторые из этих формул приведены в табл. 1.6.
Таблица 1.6
Эмпирические зависимости для определения основных
физико-механических характеристик кускового торфа [43]
Усадка в диапазоне влажности 75...33 %
У=0,83Р10+10,6
Плотность кусков, кг/м
3
K= 16,5Р10+40
Предельное напряжение сжатия (МПа)
при режиме сушки:
мягком
1 = 0,312Р 10 – 1,32
жестком
2 = 0,116Р 10 – 1,07
Водопоглощаемость за 48 ч, %
B48= 687–7,08Р250
Влагосодержание через 48 ч нахождения
в воде, кг/кг
W48= 9,95 –0,1Р250
Приведенные уравнения позволяют составлять примерный прогноз
свойств кускового торфа в зависимости от уровня переработки торфомассы.
Контрольные вопросы
1. Какой процесс называется диспергированием торфа и какие факторы
оказывают на него влияние?
2. Какими показателями оценивается дисперсность торфа?
3. Каким показателем оценивается перерабатывающая способность ме-
ханизмов и что он в себя включает?
4. Какое влияние оказывает процесс диспергирования на физико-
механические свойства кускового торфа?
1.4. Формование кускового торфа
Процесс формования материалов, находящихся в вязкопластичном со-
стоянии, можно осуществлять разными способами: прессованием, окатыва-
нием, прокаткой и продавливанием через формообразующие насадки или
патрубки. При промышленном производстве кускового торфа в качестве
формующего устройства используются так называемые мундштуки.
Мундштук – это однотрубная, многотрубная или профилированная насадка к
формователю, через которую выполняется выдавливание пластичной
торфяной массы.
В качестве нагнетателя используется напорный шнек [41, 43, 45].
Когда формующие патрубки объединены в блок, то мундштук называется

22
многоручейным. Он может иметь различную форму поперечного сечения на
выходе. Патрубки могут быть обособленными и совмещенными. При совме-
щении патрубков формуется профилированная торфяная лента. Многоручей-
ные мундштуки формуют ленту без полного отделения соседних ручьев друг
от друга. Образующаяся перемычка разрушается при сушке за счет усадоч-
ных напряжений. Сквозная щель на всю ширину мундштука благоприятно
влияет на процесс формования, способствуя выравниванию давлений в раз-
ных ручьях, а также дает возможность свободно пропускать через мундштук
довольно крупные посторонние включения, например щепу или фрагменты
корней деревьев.
На выбор формы и размера кусков влияет много факторов. В первую
очередь это требование потребителей. При сжигании в колосниковых топоч-
ных устройствах используются куски крупных размеров. Кроме этого, нужно
учитывать свойства торфа, условия сушки, поверхность испарения и намока-
ния, площадь контакта с подстилающей поверхностью, возможность механи-
зации операций по сушке и уборке, погрузке и транспортировке. Эти требо-
вания крайне противоречивы, поэтому необходимо выбирать оптимальные
размеры и форму кусков.
Для качественной сушки и протекания процессов структурообразова-
ния необходимо стремиться к предельному снижению градиентов влагосо-
держания и, соответственно, внутренних напряжений в куске. С этих позиций
целесообразно формовать цилиндрические куски диаметром 40...60 мм. Од-
нако механизировать выполнение операций по сушке и уборке таких кусков
довольно трудно, так как в результате усадки их диаметр уменьшается
в 1,5...2 раза и становится соизмеримым с размером крошки. Современные
фрезформовочные машины формуют куски диаметром от 0,08 до 0,12 м. По-
сле сушки кусок уменьшается примерно до 0,06...0,08 м, что вполне устраи-
вает как производителей, так и потребителей этой продукции. При экскава-
торном способе размер кусков немного больше.
Хорошо формуется торфяная масса, находящаяся в нормальном пла-
стическом состоянии. Если формуемый торф имеет твердопластическую кон-
систенцию, то разрушенные в ходе деформирования структурные связи после
снятия нагрузки полностью не восстанавливаются, так что куски, имея внут-
ренние или наружные дефекты, оказываются непрочными или разрушаются
сразу на выходе из мундштука. Если формовать торф, находящийся в жидко-
пластичном состоянии, то сформованные куски после вы хода из мундшту-
ка теряют форму под действием собственной массы – текут.
Для оценки пластичности торфа используется величина предельного
напряжения сдвига  [47]. Этот параметр достаточно чувствителен к измене-
нию состава и структуры дисперсных материалов. Предельное напряжение
сдвига несет информацию о процессах, происходящих в торфяных системах,
как в естественном состоянии, так и на различных стадиях производства, в
том числе под влиянием технологических воздействий. Величина  отобра-

23
жает особенности структуры торфа, физико-механических свойств торфяных
систем в широком диапазоне влагосодержания.
Нужный уровень пластичности можно поддерживать, регулируя ин-
тенсивность переработки торфа или изменяя его влажнос ть. Нормально-
пластическим состоянием считают такое, когда предельное напряжение
сдвига в торфе находится в пределах 2,3...6,3 КПа. Предельное напряже-
ние сдвига, равное 2,3 КПа, называют границей текучести, а предельное
напряжение, равное 6,3КПа, – границей пластичности. Определяют  при
помощи конусных пластомеров (пенетрометров) по глубине погружения
конуса в исследуемый образец:
,
2
h
Р
К


(1.27)
где К – постоянная конуса, зависящая от угла при его вершине (угол 60  –
К=0,217;угол 45 – К =0,416;угол 30 – К =0,96);Р– нагрузка, КН;
h – глубина погружения конуса, м.
Приблизительно предельное напряжение сдвига можно определить
по показателю пластичности (Кпл ).
Показатель пластичности определяется путем осевого погружения
силой 20 Н сформованного цилиндрического образца диаметром 30 мм и
высотой 30...40 мм. После нагружения образец деформируется. После это-
го измеряют диаметр d н на белой бумаге, которую подкладывают под пла-
стинку с гирей, и сравнивают его с первоначальным d0:
0
н
пл
d
d
К
.
(1.28)
Груз выдерживают несколько секунд до прекращения деформации
образца. Границе текучести соответствует Кпл = 2,5, а пределу пластич-
ности – Кпл = 1,5.
Формование связано со сдвигом торфяных слоев относительно друг
друга, по поверхности формообразующих элементов конструкции и с при-
липанием. Возникающие при этом касательные напряжения ( т и  п )
можно определить по формулам:
т=с+fР;
(1.29)
п=N+РпF,
(1.30)
где с – внутреннее сцепление в торфе, Па; f – коэффициент внутреннего
трения; Р – нормальное давление, Па;  – коэффициент внешнего трения;
N – сила нормального давления, Н; Рп – давление прилипания, Па;
F – площадь контакта торфа с формообразующей поверхностью, м
2
.
Процесс формования, как правило, совмещен с процессом механиче-
ской переработки и осуществляется формователями различных типов: шне-
ковыми (цилиндрическим и коническим), пластинчатым (шиберным) и торо-

24
вым. Выбор формователя в основном зависит от качественных характеристик
торфяного сырья.
На промышленно выпускаемых фрезформовочных машинах обычно
устанавливаются прессы шнекового типа (рис. 1.7). Они состоят из цилинд-
рического корпуса с размещенным внутри шнеком. С одной стороны пресса
находится загрузочное устройство, а с другой устанавливаются мундштуки.
В соответствии с этим шнековые прессы имеют загрузочную, напорную и
формующую части. Длина загрузочной части обозначается как l 1, длина на-
порной части – l 2, t – шаг винтовой линии шнека. Также в зоне формующей
оконечности предусмотрен специальный объем для улавливания посторон-
них предметов (например, остатков пней и т. п.) с люком для чистки [43].
Рис. 1.7. Схема шнекового пресса: 1 – камера для улавливания
посторонних предметов; 2 – мундштук; 3 – шнек; 4 – корпус
В опытно-экспериментальном машиностроении применяют и другие
конструкции, например пластинчатые (шиберные) прессы (рис. 1.8) и шнеко-
вые с переменным шагом винтовой линии или сечением [43]. Шиберный
формователь, работающий по принципу пластинчатого насоса, монтировался
на машинах типа МТК-15 Калининского филиала ВНИИТП. Как дисперги-
рующее устройство эти формователи недостаточно эффективны, а как нагне-
татели вполне способны обеспечивать необходимое давление формования.
Шиберные формователи просты в эксплуатации, высокопроизводительны, но
чувствительны к попаданию в них посторонних предметов и имеют тот же
недостаток, что и шнековые с радиальным расположением мундштуков, –
торфяная масса в мундштуки подается порционно.

25
При фрезформо-
вочном способе процесс
формования протекает в
более сложных условиях
(по сравнению с экска-
ваторным способом), так
как приходится формо-
вать торф пониженной
влажности. Поэтому все
фрезформовочные маши-
ны имеют высокоэффек-
тивные перерабатываю-
ще-формующие устрой-
ства, позволяющие дово-
дить торф до нормально-
пластического состояния
и создавать нужное давление при продавливании его через мундштуки.
При формовании торфа, имеющего пониженную влажность (послойное
или мелкощелевое фрезерование), качество выполнения операции может
оказаться низким. При этом куски будут иметь поперечные трещины или
даже разрушаться при выходе из мундштуков. Причинами этого являются
нехватка воды для образования водных пленок, связывающих структуру
торфа при помощи капиллярных сил, и высокое содержание газовой фазы,
которая разъединяет структурные образования. В результате такой торф,
интенсивно деформируемый во время прохождения в канале мундштука,
расширяется после выхода из него (упругое последействие), образуя попе-
речные трещины и кольцевое ершение (рис. 1.9).
Сформованные при
этом куски разрушают-
ся либо сразу после
формования, либо по-
том, в процессе сушки,
так как трещины и
кольцевое ершение яв-
ляются активными кон-
центраторами напряже-
ний. Несмотря на это,
применение технологи-
ческих схем с по-
слойным или мелким
щелевым фрезеровани-
ем перспективно, пото-
му что за счет резкого
Рис. 1.8. Схема шиберного пресса:
1 – загрузочный шнек; 2 – пластина; 3 – ротор;
4 – мундштук; 5 – зона уплотнения торфа
Рис. 1.9. Свежесформованная торфяная лента
с явными признаками кольцевого ершения (вверху)

26
уменьшения влажности выстилаемого для сушки торфа можно добиться
увеличения сезонных сборов в 1,5...2 раза. Для реализации этих схем воз-
можно использование дополнительных технологических приемов, таких
как управление процессом диспергирования и формования, химическое
модифицирование торфа при помощи введения в него различных составов,
обеспечивающих повышенную связность торфа, вакуумирование и вибри-
рование формуемой массы с целью максимального удаления из нее газовой
фазы, поверхностная термообработка кусков в процессе формования, при-
менение специальных типов формователей и др.
На фрезформовочных машинах применяются несколько типов фор-
мователей и формующих устройств. На машинах типа МТК-12А устанав-
ливаются шнековые формователи с радиальным расположением мундшту-
ков [45]. Перпендикулярная по отношению к оси шнека установка мунд-
штуков обеспечивает простоту конструкции, но давление формования в
различных по длине шнека мундштуках оказывается разным. Это ведет к
неравномерности скорости выхода торфа из мундштуков, их забиванию и,
как следствие, к неравномерной плотности стилки. Кроме этого, при вра-
щении шнека торф в мундштуки подается отдельными порциями, в резуль-
тате чего куски при сушке могут потерять прочность или расслоиться.
На опытно-промышленных машинах МБТ-500 и МБТ-600 Института
торфа АН БССР (в настоящее время – ГНУ «Институт проблем использо-
вания природных ресурсов и экологии НАН РБ») устанавливались шнеко-
вые формователи с осевым расположением мунд штуков (рис. 1.10 а) [43].
Такой формователь представляет собой шнек с кожухом, оканчивающимся
цилиндрическим мундштуком, который является как бы продолжением
этого кожуха. В мундштуке такого формователя развивается давление
на 15...20 % выше, чем в формователях, расположенных перпендикулярно
к оси шнека.
Рис. 1.10. Схема активного: а – шнекового и б – торового формователей:
1 – напорный шнек; 2 – нагнетающий шнек; 3 – мундштук;
4 – корпус шнека; 5 – корпус формователя; 6 – диск;
7 – лопатка; 8 – формуемая торфяная масса;
9 – сформованный кусок

27
Торфяная масса поступает в мундштук непрерывным потоком, что
исключает расслаивание кусков в процессе сушки. Применяя формов а-
тели такого типа, можно добиться высокой равномерности стилки торфа.
Их недостатком является довольно сложная конструкция, так как ка ж-
дый мундштук должен иметь свой шнек, а их на фрезформовочной м а-
шине МБТ-500 устанавливалось четыре, а на МБТ-600 – шесть. Кроме
того, на машинах такой конструкции монтировался шнек-питатель с до-
вольно сложной спиралью. Этот шнек обеспечивает равномерное ра с-
пределение торфа по формователям. Усложнение конструкции формов а-
теля при правильной эксплуатации машины позволя ет существенно по-
высить качество выполнения операции и производство готовой
продукции.
Учитывая положительные свойства формователя с осевым расп о-
ложением мундштуков, на серийно выпускаемых в 70–80 -х гг. прошлого
столетия машинах типа МТК-12 была предусмотрена возможность уста-
новки мундштука такого типа. При этом формовались куски трубчатой
формы с наружным диаметром 160 мм и внутренним – 60 мм. Фрезфор-
мовочные машины с таким принципом формования работают на отече-
ственных предприятиях и по сей день.
Кроме перечисленных, в экспериментальном машиностроении и с-
пользуются и другие типы формователей. Наприм ер, торовый [43], пока-
занный на рис. 1.10б. Он представляет собой набор дисков с лопатками,
которые при вращении перемещаются по кольцевому каналу – тору – и
толкают перед собой определенный объем торфяной массы, захваченной
лопатками при прохождении загрузочной зоны. При выходе из кольце-
вого канала сформованный торф падает на поверхность поля сушки в
виде кусков цилиндрической формы с длиной, равной расстоянию ме ж-
ду лопатками. Формователь можно составлять из любого числа дисков.
Этот формователь (как вариант) устанавливался на машинах МБТ-600
(рис. 1.11).
Он показал хорошие эксплуатационные характеристики: качество
формования, постоянство формы и размеров кусков и небольшой расход
энергии на формование. Недостаток его заключался в то м, что он доста-
точно сложен и чувствителен к попаданию посторонних предметов.
При работе фрезформовочных машин скорость выхода сформ о-
ванной массы зависит от глубины фрезерования, скорости передвижения
машины, состояния ножей на фрезе, их комплектности и других факто-
ров. Для того чтобы не происходило деформации и разрушения сформ о-
ванных кусков из-за несогласованности скорости выхода кусков из
мундштуков и поступательной скорости машины, мундштуки приподн я-
ты над поверхностью поля стилки. Куски при этом отлам ываются от
торфяной ленты под действием собственного веса и падают на повер х-
ность залежи.

28
Рис. 1.11. Фрезформовочная машина с торовым формователем МТБ-600
Для того чтобы регулировать высоту сбрасывания кусков (а она не
должна превышать 0,2...0,3 м), применяются специальные лотки, кото-
рые крепятся к мундштукам. Для предупреждения ершения кусков
при формовании на мундштуки некоторых машин устанавливаются эла-
стичные резиновые наконечники, увеличивающие время упругого ра с-
ширения торфа после формования и уменьшающие величину этого
расширения.
При фрезформовочном способе, как правило, формуются куски
круглого сечения диаметром 80...100 мм и кольцевого сечения. Длина та-
ких кусков составляет примерно 1,5...2 их диаметра.
Контрольные вопросы
1. Какими способами можно формовать материалы , находящиеся в
вязкопластичном состоянии?
2. Расскажите о конструкциях перерабатывающих и формующих
устройств для получения кускового торфа.
3. Какие факторы влияют на выбор формы и размеров кусков?
4. Какие требования предъявляются к пластичности формуемой тор-
фяной массы?
5. Какими методами можно оценить пластичные свойства торфа?

29
1.5. Стилка торфяных кусков на поле сушки
Сформованные куски укладываются на поверхность полей сушки.
Эта операция называется стилкой. Различают три вида стилки: лентами
(волнистыми лентами), внаброс и с откладчиком.
При стилке лентами (рис. 1.12) скорость истечения торфа из мунд-
штука, который скользит по поверхности поля (или находится на неболь-
шом расстоянии от нее), равна по величине и обратна по направлению ско-
рости поступательного движения машины. Чем точнее совпадают скоро-
сти, тем лучше идет укладка лент на поверхность поля и тем меньше в лен-
те дефектов, вызванных стилкой. Сечение ленты при этом равно площади
выходного отверстия мундштука. На практике допускается несовпадение
скоростей не более чем на 10 % в большую или меньшую сторону. Стилку
лентами выполняют стилочные и фрезформовочные машины [41, 43].
Стилка волнистыми лентами выполняется при скорости истечения
торфа в 1,5...2 раза большей, чем рабочая скорость машины. Мундштук
при стилке также скользит по поверхности поля, но его формующая око-
нечность устанавливается под некоторым углом к этой поверхности (угол
вылета равняется 20...30). Вылетая из мундштука, лента изгибается в ви-
де арки и опирается на подстил двумя концами. Волнистая стилка позвол я-
ет повысить цикловые сборы торфа с единицы площади. Но этот вид стил-
ки требует строгого соблюдения влажностного и скоростного режимов
формования, иначе волна будет ломаться, падать, оседать, слипаться и об-
разовывать наплывы.
Рис. 1.12. Торфяные ленты на поле сушки (Борд-на-Мона, Ирландия)

30
Стилка внаброс (рис. 1.13) выполняется из мундштуков, поднятых
над поверхностью поля сушки на высоту в 1,5...2 раза больше, чем сред-
няя длина кусков.
Рис. 1.13. Торфяные куски на поле сушки (ВАПО, Финляндия)
Скорость истечения торфа из мундштуков в два раза больше скоро-
сти движения машины. Расстил, сформированный таким способом, пред-
ставляет собой слой кусков, хаотично расположенных на поверхности поля
сушки. Он хорошо сохнет, легко пропускает сквозь себя осадки, имеет о т-
носительно небольшой контакт с подстилом. Но в продукции, полученной
таким способом, содержится много мелочи. Причина этого – появление
трещин при изгибе, отламывании отдельных кусков от выходящей из
мундштука ленты и ударе при падении. Особенно это заметно при недос-
таточной влажности формуемого торфа, когда его консистенция прибли-
жается к границе пластичности. Чтобы избежать этого, нужно разрезать
ленту на куски, не позволяя им отламываться самопроизвольно, и отрегу-
лировать высоту падения.
При стилке ленты ее разрезают на отсеки, дела я на ней насечки глу-
биной 0,3...0,5 от высоты куска. Окончательное разделение ленты на от-
дельные куски происходит в ходе усадочных деформаций при сушке. При
стилке волнистыми лентами она разделяется на куски из -за неравномерно-
сти сушки и усадки, ломаясь в верхней и нижней частях арки. При стилке
внаброс куски отламываются под действием собственной массы. Их длина
при этом в 1,5...2 раза больше диаметра.
Расстил кусков на поле сушки характеризуется рядом параметров:

31
загрузкой по сухому веществу


;
1н
с
W
F
G
Р



(1.31)
начальным влагосодержанием (W н , кг/кг);
плотностью кусков в момент стилки ( к , кг/м
3
);
размером кусков (dк , h к , м);
толщиной плотного слоя

;
или
,
γ
1
п
л
с
п
к
н
с
с
п
b
f
h
W
Р
h




(1.32)
критерием слоя

;
или
,
γ
1
к
с
п
сл
к
к
н
с
сл
d
h
К
d
W
Р
К





(1.33)
количеством слоев
*
с
с
с
К
К
n
,
(1.34)
где G с – масса торфа при W н , кг; F – площадь, на которой он выстлан, м
2
;
К у – коэффициент уплотнения при переработке; f л – площадь поперечного
сечения ленты, м
2
; b п – ширина полосы, на которую укладывается
лента, м; К с
*
–
критерий слоя однослойного плотно уложенного расстила
(Кс
*
= 0,785).
Контрольные вопросы
1. Расскажите о способах стилки сформованных кусков с оценкой
их достоинств и недостатков.
2. Какие условия необходимо обеспечить для выполнения стилки
лентами, внаброс и с откладчиком?
3. Какими параметрами характеризуется расстил кусков на поле
сушки?

32
ГЛАВА 2. ПРОИЗВОДСТВО КУСКОВОГО ТОРФА
ФРЕЗФОРМОВОЧНЫМ СПОСОБОМ
2.1. Общие вопросы технологии
Добыча кускового торфа фрезформовочным способом может быть
организована на торфяных залежах верхового и переходного типов [46]
со степенью разложения не менее 15 % (лучше 25...35 %) и остаточной
пнистостью разрабатываемого слоя не более 1,5 % как на вновь подго-
товленных площадях [38], так и на полях добычи фрезерного торфа.
Подготовку залежи следует вести с удалением пней и щепы из всего
подготавливаемого слоя, так как щепа, попадая в нагнетательное ус т-
ройство и мундштуки, снижает работоспособность машин. При строи-
тельстве или ремонте осушительной сети следует принимать во вним а-
ние, что норма осушения должна быть меньше, чем при добыче фрезе р-
ного торфа (обычно на 0,2...0,4 м). Лучшие результаты при формовании
достигаются, когда влажность торфа составляет 82...84 %, но возможно
формование и при влажности 80...86 %. Чем меньше влажность, тем
выше цикловые сборы, но хуже качество готовой продукции. При вла ж-
ности более 86 % куски начинают деформироваться (текучее состояние
торфомассы).
Добычу можно начинать при толщине остаточного слоя мерзлоты
не более 0,1 м. Научно обоснованные сроки начала и конца работ прив е-
дены в справочной литературе и приложениях. Количество календарных
дней от начала до конца сезона считается его общей продо лжительно-
стью (Т с ). Добыча заканчивается раньше, чтобы позволить сформова н-
ным кускам высохнуть до конца сезона. Продолжительность сушки о д-
ного расстила определяется расчетом (см. прилож. 1) и приравнивается к
продолжительности технологического цикла ( ц ). Осадки величиной
более 10 кг/м
2
прерывают все работы, поэтому дни с такими осадками
(Т10 ) исключаются из общего числа дней сезона.
Среднее число технологических циклов



_
ц
n
определяется по
формуле


ц
10
ц
с
_
ц
τ
τТ
Т
n



.
(2.1)
Плановое количество циклов (n ц п ) меньше среднего и считается с
учетом вероятности выполнения годового плана добычи или полставки
годовой продукции потребителю:
q
ц
_
п
ц
К
n
n


,
(2.2)

33
где Кq – модульный коэффициент, учитывающий вероятность выполн е-
ния плана поставок. Коэффициент Кq зависит от метеорологической ха-
рактеристики местности и объема резерва продукции, оставляемого в
годы перевыполнения плана (обычно не более 20 % плана).
Цикловой сбор (qц , т/га) рассчитывается по одной из формул:
;
α
γ
10
сб
w
э
п
з
щ
ц





К
К
В
f
q
(2.3)
,
α
1
10
или
сб
у
с
ц





W
Р
q
(2.4)
где fщ – поперечное сечение щели, м
2
;  з – плотность торфа в залежи при
эксплуатационной влажности, кг/м
3
; Кэ , Кw и сб – коэффициенты: по-
терь при экскавации (Кэ = 0,9), пересчета массы с одной влажности на
другую, циклового отбора:

,
100
100
у
э
w
w
w
К



(2.5)

,
1
1
или
э
у
w
W
W
К



(2.6)
где wэ и wу – эксплуатационная и условная влажность торфа, %;
Wэ и Wу – эксплуатационное и условное влагосодержание, кг/кг; сб –
коэффициент циклового сбора, равный 0,9; Вп – расстояние между со-
седними проходами фрезформовочной машины, м. При использовании
волнистой стилки цикловой сбор, рассчитанный по формуле (2.3), ум-
ножается на коэффициент волны, равный отношению длины волнистой
ленты, приходящейся на единицу поля сушки, к длине обычной ленты
(как правило, 1 м).
Сезонный сбор (q c , т/га) определяют как произведение циклового
сбора на количество циклов (n ц ):
qc=qцnц.
(2.7)
Схема технологической площадки (рис. 2.1) зависит от типа убо-
рочной машины, объема ее бункера. Длина рабочего прохода уборочной
машины, соответствующая нормальному заполнению бункера, примерно
должна быть равна рабочей длине карты. Для работы уборочной
машины МТК-32 с объемом бункера 10 м
3
при уборке из расстила длина
рабочей части карты должна быть 250 м, а общая длина – 300 м. А у
машин МТК-33 с объемом бункера 20 м
3
, убирающих торф из валков,
рабочая длина карты должна составлять 200 м (250 м), а общая – 250 м
(300 м) в зависимости от вида валкователя. Ширина карт во всех случаях
равна 30 м на специально подготовленных площадях и 20 м – на площа-
дях добычи фрезерного торфа. Это относится к торфяным месторожд е-
ниям верхового типа.

34
Рис. 2.1. Схема технологической площадки при работе фрезформовочных
машин в комплекте с бункерными уборочными машинами:
1 – валовый канал; 2 – штабель; 3 – расстил торфяных кусков;
4 – картовый канал; 5 – мост-переезд через картовый канал
При реконструкции полей добычи фрезерного торфа для производст-
ва кускового торфа фрезформовочным способом посередине карт засыпа-
ются картовые каналы на длине 100 м и прокладывается новый валовый
канал, превращающий 500-метровые карты в 250-метровые. Вода из карто-
вых каналов должна удаляться в старые валовые каналы. Новый валовый
канал в основном служит для осушения подштабельной полосы. Если
влажность залежи невысокая, потребность в закладке нового валового ка-
нала отсутствует.
Технологическая площадка обычно состоит из двух смежных карт
с двумя штабелями. Если объем штабелей оказывается недостаточным,
можно проектировать технологические площадки, состоящие из четырех
карт с двумя штабелями. Это целесообразно при работе на 20-метровых
картах [41, 43].
При использовании в качестве уборочных машин погрузчиков не-
прерывного действия в комплекте с прицепами схемы технологической
площадки и места для складирования готовой продукции могут проекти-
роваться с учетом особенностей производственных площадей и схем вы-
возки торфа потребителю (аналог раздельной уборки фрезерного торфа).
Система технологических расчетов при проектировании предпри-
ятий для добычи кускового торфа фрезформовочным способом базир у-
ется на информации о торфяном месторождении по данным его детал ь-
ной разведки. Основываясь на этих данных, а также на маркетинговых
исследованиях, решается вопрос о способе добычи, объеме производст-
ва, сроках эксплуатации массива. При этом рассчитываются: продол-
жительность сушки кусков, цикловые и сезонные сборы, рабочая пло-

35
щадь полей добычи и сушки, комплект соответствующего оборудова-
ния (см. прилож. 1).
Площадь нетто участка (F н , га) на каждый год работы определяется
как
с
год
н
q
Р
F
,
(2.8)
а площадь брутто
ип
н
бр
К
F
F
,
(2.9)
где Ргод – годовая программа добычи торфа, т; Кип – коэффициент исполь-
зования площади.
К найденной площади добавляется резерв в объеме 20 %, обеспечи-
вающий стабильную работу оборудования при плохих метеоусловиях.
Контрольные вопросы
1. Какие требования предъявляются к подготовке торфяной залежи
для производства кускового торфа?
2. Как рассчитать цикловые и сезонные сборы кускового торфа?
3. Нарисуйте схему стандартной технологической площадки для ра-
боты фрезформовочных машин и укажите ее размеры.
4. Как определить площадь нетто и брутто участка по производству
кускового торфа, необходимую для выполнения годовой программы
производства?
2.2. Добыча кускового торфа фрезформовочными машинами
В настоящее время в торфяном производстве в Российской Федера-
ции и за рубежом используются различные типы фрезформовочных ма-
шин, отличающиеся видом экскавирующего устройства. Рабочий аппарат
(рис. 2.2) этих машин состоит из дисковой фрезы или цепного бара, шне-
кового пресса-формователя и мундштуков [41, 45]. Эти машины агрегати-
руются с колесными или гусеничными тракторами и выполняют сразу че-
тыре операции: экскавацию торфа из залежи, его механическую перера-
ботку, формование методом экструзии и стилку на поле сушки.
Как правило, фрезформовочные машины работают на двух смежны х
картах, совершая продольные проходы, смещаясь каждый раз на ширину
полосы стилки. В первом и третьем циклах машина перемещается по схо-
дящейся спирали, а во втором и четвертом – по расходящейся. Это делает-
ся для повышения равномерности сработки залежи у картовых каналов.
Фрезформовочные машины выполняют все виды стилки (см. п. 1.5)
Рабочая скорость фрезформовочной машины определяется параметрами
работы фрезы. Шнековый пресс машины кинематически связан с фрезой и

36
имеет пропускную способность, вполне обеспечивающую переработку
торфа, поступающего от фрезы.
Исходя из скорости передвижения машины, производительность
фрезы находится по формуле (1.5).
Эксплуатационная производительность машины (Q, м
3
/ч) вычисля-
ется как
Q=fщрКэККцКt,
(2.10)
где р – рабочая скорость машины, м/с; Кэ , К, Кц, Кt – коэффициенты: по-
терь при экскавации, скорости,
циклового времени, полезного
времени.
Коэффициент использо-
вания циклового времени рас-
считывается как
,
всп
рх
рх
ц
t
t
t
К


(2.11)
где tрх – время рабочего прохода
машины, с; tвсп – время на про-
ведение вспомогательных опе-
раций.
Время рабочего прохода
определяется исходя из длины
рабочего прохода (Lрх ) и скоро-
сти (раб ):
.
υ
υ
раб
рх
рх
К
L
t
(2.12)
Время на
проведение
вспомогательных операций со-
стоит из времени на проезд (tпр )
по подштабельной полосе и вре-
мени двух поворотов (tпов )
tвсп = tпр + 2tпов .
Время на проезд
,
υ
υ
пр
пр
пр
К
L
t
(2.13)
где Lпр – длина проезда по подштабельной полосе, равная разности шири-
ны карты (Вк ) и двух радиусов (Rпов = 5...7 м) поворота машины,
Lпр = Вк – 2Rпов ; пр – скорость проезда по подштабельной полосе (прини-
мается равной транспортной скорости – тр );
Рис. 2.2. Схема рабочего органа
фрезформовочных машин:
1 – экскавирующее устройство;
2 – шнек; 3 – корпус шнека;
4 – улавливатель посторонних предметов

37
,
υ
пов
υ
тр
пов
пов
К
L
t


(2.14)
где Lпов – длина дуги поворота, принимаемая равной одной четвертой
длины окружности,
.
2
π пов
пов
R
L


(2.15)
Производительность фрезформовочной машины в тоннах готовой
продукции в пересчете на условную влажность (Р, т/ч):
у
су
э
э
100
)
(100
γ
600
3
w
К
w
Q
Р







,
(2.16)
где  э – плотность экскавируемой залежи, кг/м
3
; К су – коэффициент,
учитывающий потери торфа при сушке и уборке.
Производительность за сезон в тоннах при условной влажности
)τ
(ц
с
м
сез




Т
К
t
Р
Р
,
(2.17)
где t – продолжительность работы машин в день, ч; К м – коэффициент
уменьшения числа рабочих дней в сезоне по метеоусловиям. К м зависит от
числа дней с осадками более 10 мм, прерывающими ведение работ по
экскавации залежи и формованию кусков. Его значения есть в справочных
данных.
Количество фрезформовочных машин (Nффм), необходимых для вы-
полнения программы:
сез
год
ффм
Р
Р
N
.
(2.18)
Полученное значение округляется до целого числа , годовая про-
грамма добычи торфа уточняется.
Фотографии и характеристики используемых фрезформовочных ма-
шин приведены в прилож. 2, 3.
Контрольные вопросы
1. Охарактеризуйте операции, выполняемые фрезформовочными
машинами.
2. Как рассчитать эксплуатационную производительность (объемную
и массовую) фрезформовочной машины?
3. Приведите и обоснуйте возможные схемы работы фрезформовоч-
ной машины.
4. Как определить количество фрезформовочных машин, необходи-
мых для выполнения годовой программы производства?

38
2.3. Машины по сушке кускового торфа
Выстилаемые на торфяную залежь свежесформованные куски, нахо-
дясь в пластичном состоянии, плотно прилегают к поверхности торфяного
поля. Между куском и залежью возникает связь, обуславливающая активный
влагообмен [47], который после выпадения осадков становится отрицатель-
ным. Как только прочность кусков будет достаточной для совершения меха-
нического воздействия, их надо отрывать от подстилающего слоя залежи и
переворачивать. Это будет способствовать повышению скорости сушки и
равномерной усадке. Влажность кусков в это время обычно составляет
70...75 %.
Такая операция носит название «ворочка» и выполняется маши-
ной PРK-19, производимой фирмой VAPO (Финляндия). Характе-
ристики импортного и отечественного оборудования приведены
в прилож. 4, 5, 6.
Второй операцией сушки является укладка кусков в валки, где сушка
протекает в более «мягком» режиме. Через некоторое время валки можно
переложить на новое место, перетряхнув и очистив от мелочи.
Желательно, чтобы нижние куски оказались вверху валка (и наоборот).
При повышенной крошимости кускового торфа можно выполнять
операцию валкования без ворочки. Это несколько снижает интенсивность
сушки, но в тоже время дает возможность осуществлять сушку в более
«мягком» режиме, что позволяет оптимизировать структурообразовател ь-
ные и массообменные процессы внутри куска.
Укладку кусков в валки выполняют отечественные машины
МТК-22, ВКТ, а также оборудование, производимое в Финляндии: PSK-4
(VAPOOY) и KА-4,0 (SUOKONEOY). Все они работают по одному и тому
же принципу и различаются качеством исполнения и техническими харак-
теристиками.
В ходе сушки выполняют до трех механизированных операций
[41, 43]. Необходимость их проведения обуславливается погодными усло-
виями и качественными характеристиками сырьевой базы . Если ворочка
выполнена при влажности 70...75 %, то валкование можно выполнить при
влажности 60...65 %, а переукладку валков – при влажности 50...55 %.
При планировании выполнения операций по сушке (по времени) следует
учитывать, что в начальной стадии сушка идет с максимальной интенси в-
ностью, а после достижения критического влагосодержания резко замед-
ляется. Поэтому выполнение практически всех операций по сушке прихо-
дится на период убывающей интенсивности.
Производительность машин по сушке в гектарах (S, га/ч):
S=10-4
bк р КвККцК t ,
(2.19)

39
где bк – ширина захвата, м; р – рабочая скорость на операции, м/ч;
Кв, К, Кц и Кt – коэффициенты использования ширины захвата, скорости,
циклового и рабочего времени.
Производительность в тоннах готовой продукции (Р, т/га):
ц
q
S
Р

.
(2.20)
Производительность сезонная в гектарах (S сез , га):
)τ
(ц
c
м
сез





T
t
S
К
S
,
(2.21)
где К м = 0,5...0,65 (увеличение с севера на юг); t = 16 ч.
Производительность сезонная в тоннах готовой продукции (Р сез , т):
ц
сез
сез
q
S
Р


.
(2.22)
Количество машин по сушке










4
сез
4
3
сез
3
2
сез
2
1
сез
1
раз
c
S
К
S
К
S
К
S
К
F
N
,
(2.23)
где Fраз – развернутая площадь полей сушки,
ц
год
разв
q
Р
F
;К1,К2,К3,К4–
коэффициенты, показывающие, на какой части общей площади полей
сушки выполняются те или иные операции.
Кроме того, коэффициенты К 1–4 отображают технологическую схе-
му сушки, показывая, в каком порядке и на какой части площади выполня-
ется операция. Если операция не выполняется, то К = 0, а если выполняет-
ся на всей площади, то К = 1. Учитывая местные метеорологические усло-
вия, можно увеличивать количество операций или их заменять. Сушка –
весьма ответственная операция в технологическом цикле добычи кусково-
го торфа. От правильного подхода к ее организации зависит надежность
выполнения сезонного плана. Поэтому рекомендуется иметь резервное
оборудование для выполнения этих операций.
Контрольные вопросы
1. С какой целью и в каких диапазонах влажности производится во-
рочка торфяных кусков?
2. Какие задачи решаются при валковании и переукладке торфяных
кусков?
3. Какими машинами выполняются операции по сушке кускового
торфа? Их устройство и принцип действия.
4. Как рассчитать часовую и сезонную производительность машин
по сушке?
5. Каков принцип количественного расчета машин по сушке?

40
2.4. Машины для уборки кускового торфа
В существующих на настоящий момент технологиях уборка куско-
вого торфа производится погрузчиками непрерывного действия (рис. 2.3)
в тракторные саморазгружающиеся прицепы. На некоторых отечественны х
предприятиях эту операцию выполняют ранее выпускавшимися промыш-
ленностью бункерными уборочными машинами МТК-32, МТК-33.
При уборке кускового торфа погрузчиком необходимо рассчитать
сечение валка:
уб
нас
уб
ц
1
вал
γ
10
q
b
f




,
(2.24)
где b – ширина захвата, м; qц уб – цикловой сбор при уборочной влажности,
т/га; нас уб – насыпная плотность при уборочной влажности, кг/м
3
.
Эксплуатационная производительность погрузчика (м
3
/ч):
Q=0,36fвалрКвККцКt.
(2.25)
Значения коэффициентов, входящих в формулу (кроме К ц ), приве-
дены в справочной литературе, а коэффициент использования циклового
времени Кц рассчитывается по формуле (2.11). В этом случае время рабо-
чего прохода
,
υ
υ
раб
рх
рх
К
L
t


(2.26)
а
вал
н
б
рх
f
К
V
L


–
длина рабочего прохода (загрузки прицепа), которая
будет зависеть от объема бункера V б ;К н = 0,8...1,0 (согласовывается
с длиной карты).
Рис. 2.3. Уборка кускового торфа погрузчиком в прицеп

41
Время вспомогательных операций будет складываться из времени
отъезда одного прицепа от погрузчика и времени подъезда другого прице-
па под погрузку tвсп  120 с.
Эксплуатационная производительность погрузчика (см. прилож. 7) в
тоннах при условной влажности
у
уб
уб
нас
100
100
γ
w
w
Q
P





.
(2.27)
Сезонная производительность погрузчика определяется так же, как и
для машин по сушке кускового торфа (см. 2.21).
Производительность прицепа
ц
н
пр
пр
600
3
Т
К
V
Q



,м
3
/ч,
(2.28)
где Vпр – объем прицепа, м
3
; Кн – коэффициент наполнения бункера;
Тц – продолжительность рабочего цикла прицепа, с,
Тц=tпог+tман+tпов+tпрк+tтр+tразг+tвоз1+tвоз2,
(2.29)
tпог – время погрузки; tман – время на маневр при отъезде от уборочной ма-
шины и подъезде к ней (tман  60 с); tпов – время на все повороты;
tпр к – время на проезд по карте; tтр – время транспортировки торфа на склад
(транспортная скорость выше скорости передвижения прицепа по карте);
tразг – время разгрузки торфа на складе с учетом времени на маневр
(tразг  150...200 с); t воз 1 – время возвращения порожнего прицепа со скла-
да; tвоз 2 – время возврата прицепа к уборочной машине по карте. Дальность
вывозки торфа на склад зависит от конфигурации торфяного месторожде-
ния, выбранной схемы расположения складских площадок на полях добы-
чи, суходолах или за пределами месторождения.
Количество прицепов для одной уборочной машины
,
пог
рейса
пр
t
Т
N
(2.30)
где Т рейса – время рейса прицепа при транспортировании торфа на склад. Оно
складывается из времени проезда прицепа по карте, транспортирования тор-
фа на склад, разгрузки, возвращения порожнего прицепа к погрузчику.
При использовании схемы с применением бункерных уборочных ма-
шин принцип работы следующий. Бункерная машина (рис. 2.4), двигаясь
вдоль карты, набирает за рабочий проход полный бункер торфа и разгружа-
ется в штабель.
На производстве принято сразу формировать штабель полного сечения
и потом постепенно удлинять его до расчетного значения. Это позволяет сни-
зить потери торфа от намокания и обойтись без отдельной операции по шта-
белированию. При этом максимальная высота штабеля должна быть не
больше высоты разгрузки уборочной машины. В результате форма попереч-

42
ного сечения штабеля может иметь вид треугольника или трапеции с доста-
точно большим верхним основанием. При трапецеидальном сечении штабеля
осадки, попадающие на него, полностью аккумулируются и тормозят допол-
нительную просушку кусков. С этих позиций лучшей является треугольная
форма сечения штабеля.
Агрегат уборочных машин выполнен на раме, которая опирается на
жестко посаженные неповоротные металлические катки большого
диаметра. Это ограничивает их маневренность и проходимость, особенно по-
сле выпадения осадков.
Уборочная машина МТК-33 (рис. 2.4) приспособлена к уборке вал-
ков после валкователя МТК-22, но может убирать и из расстила. При этом
уточняется ширина захвата или длина рабочего прохода.
Рис. 2.4. Уборка кускового торфа бункерной уборочной машиной МТК-33
Уточнение ширины захвата (bр , м) или длины рабочего прохода
(lр , м) определяется из соотношения:
qц
*
bрlр=10VбКннас,
(2.31)
тогда
р
*
ц
нас
н
б
р
γ
10
l
q
К
V
b





,
(2.32)
или
р
*
ц
нас
н
б
р
γ
10
b
q
К
V
l





,
(2.33)
где qц
*
–
цикловой сбор, пересчитанный на уборочную влажность, т/га;
Vб – объем бункера, м
3
; Кн – коэффициент наполнения бункера; нас – на-
сыпная плотность при уборочной влажности, кг/м
3
.
Машина работает на двух смежных картах по кольцевой схеме. При
этом первый проход делается по свободной от валков части карты. Харак-
теристики погрузчиков для уборки кускового торфа приведены
в прилож. 7.

43
Уборка кускового торфа в штабель (рис. 2.5) обычно выполняется
при влажности 45 %. Однако в связи с погодными условиями уборочная
влажность может изменяться в течение сезона от 40 до 55 %. При хороших
погодных условиях возможна уборка более влажного торфа, при этом до
кондиционной влажности он высыхает в штабеле.
За рабочую ширину захвата принимается конструктивная ширина
захвата самой уборочной машины при уборке торфа из расстила или кон-
структивная ширина захвата валкователя при уборке торфа из валков. Если
расчетная ширина захвата bр превышает конструктивную, то недостаточна
длина прохода или мал цикловой сбор. При этом приходится работать с
коэффициентом К н меньшим, чем нормативный. В обычных условиях он
может быть 0,9...0,95. Увеличивать длину рабочего прохода на некоторую
часть длины второго валка нерационально из-за резкого уменьшения ко-
эффициента использования циклового времени.
Уменьшение ширины захвата выполняется смещением уборочной
машины или валкователя в ту сторону, где торф уже убран. Тогда машина
работает только частью своего рабочего аппарата.
Часовую и сезонную производительность уборочных машин в гекта-
рах и в тоннах, а также количество машин рассчитыва ют так же, как и у
валкователя. Округлять результат расчета количества машин необходимо в
большую сторону, учитывая необходимость резерва и низкий коэффи-
циент готовности машин.
Рис. 2.5. Штабель кускового торфа (изолирующая пленка
позволяет сократить потери торфа от намокания и промерзания)
Кроме уборки, бункерная уборочная машина выполняет операцию по
штабелированию кускового торфа.
Основным расчетным параметром штабеля является площадь его по-
перечного сечения (Fшт, м
2
):
ср
нас
ц
*
ц
3
шт
γ
10
l
F
n
q
F




,
(2.34)

44
где nц – число циклов уборки в штабель; F – площадь уборки в штабель, м
2
;
lср – средняя длина штабеля, м, причем для штабеля трапецеидального сече-
ния lср = 0,33(2l1+ l2), для штабеля треугольного сечения lср = 0,5(l1+ l2),
где l 1 и l 2 – длины штабеля внизу и вверху;
α
tg
2
1
2
h
l
l


,
(2.35)
где h – высота штабеля, м;  – угол естественного откоса бортов штабеля
(  38...42). Длина штабеля по основанию принимается по технологиче-
ским соображениям, но в любом случае между штабелями оставляют проти-
вопожарный разрыв размером 5...8 м.
Проверка формы сечения штабеля выполняется по формуле
tgα
ш
F
h

.
(2.36)
Если h
*
меньше или равно высоте разгрузки, то штабель будет тре-
угольного сечения, а если больше, то трапециевидного.
Контрольные вопросы
1. Какими машинами осуществляется уборка кускового торфа? Рас-
скажите об их устройстве и принципе действия.
2. Рассчитайте эксплуатационную производительность (часовую и се-
зонную) погрузчика при уборке кускового торфа.
3. Рассчитайте эксплуатационную производительность и количество
прицепов на вывозке кускового торфа, необходимых для непрерывной рабо-
ты погрузчика.
4. Рассчитайте производительность бункерной уборочной машины при
работе из расстила и валка.
5. Какова методика расчета размеров и формы штабеля кускового
торфа?
2.5. Виды учета в технологии производства кускового торфа
Учет кускового торфа необходим для определения его фактического
количества, а также качественных характеристик. По результатам работ по
учету торфяной продукции определяются реальные технологические показа-
тели: количество циклов, цикловой сбор, сезонный сбор на различных пло-
щадях [41, 43]. При этом контролируются влажность, зольность, насыпная
плотность, количество мелочи и другие показатели. Текущий учет выработки
всех машин выполняется по обработанной площади и фактическому цикло-
вому сбору.
Фактический цикловой сбор (qф ) по картам и площадкам определяют
во время стилки с использованием весов, рамки и рулетки:
при использовании рамки
;
10
р
w
р
ф
F
К
М
q



(2.37)

45
при взвешивании части ленты
,
20
п
w
л
ф
b
К
М
q



(2.38)
где Мр и Мл – масса торфа из рамки или на 0,5 м длины ле нты, выстилае-
мой фрезформовочной машиной, кг; Fр – внутренняя площадь рамки, м
2
(обычно 0,5  0,5); bп – фактическая ширина поля стилки, на которую при-
ходится одна лента; Кw – коэффициент пересчета массы;
л
ст
п
n
В
b,
(2.39)
где Вст – фактическая (замеренная) ширина площадки, застланной торфом
(машиной или комплектом машин) за смену, м; n л – сосчитанное число
лент, выстланных на этой площадке. При определении застланной пло-
щадки следует обратить внимание на концы карт, где может быть выявл е-
на неравномерность начала и конца рабочих проходов фрезформо-
вочных машин.
При стилке внаброс пользуются рамками, при стилке лентами взве-
шивают отрезки лент фиксированной длины. Количество замеров на обра-
ботанной за смену площади должно быть не меньше двадцати. Их надо
равномерно рассредоточить по всей площади. Влажность и зольность кус-
кового торфа определяются в лаборатории стандартным методом, для чего
после каждого взвешивания отбирается проба. Из отобранных проб со-
ставляется одна средняя проба общей массой около одного килограмма.
Общее количество выстланного за смену торфа определяют по сред-
нему цикловому сбору (q ф , т/га):
Gсм=qфFсм;
(2.40)
;
ф
ф
n
q
q


(2.41)
Fсм = 10–4
Lср bп nл,
(2.42)
где Fсм – застланная за смену площадь, га; n – количество определений
циклового сбора на этой площади; Lср – средняя длина стилки, м.
Производительность машин по сушке и уборке определяется по фак-
тически обработанной площади и фактическому среднему цикловому сбо-
ру на этой площади. Для проверки правильности текущего учета выпол-
няют контрольный учет на 2 % площади.
Количество добытого кускового торфа в штабелях определяется при
инвентаризации, которую проводят два раза в год: на 1 мая – до начала се-
зона, чтобы определить остатки, не вывезенные до 1 мая, и на 1 октября –
для определения общего количества торфа. При инвентаризации делают
обмер половины всех штабелей (через один в шахматном порядке), опреде-
ляют насыпную плотность и берут пробы на влажность и зольность. Кроме
этого, определяется содержание мелочи в торфе. Обмер штабелей кускового

46
торфа выполняется так же, как и фрезерного. Количество обмеряемых сече-
ний обычно составляет 4...6. Чем аккуратнее отсыпан штабель, тем меньше
может быть измерений сечения. По данным обмера вычисляют среднее попе-
речное сечение (Fср , м
2
) и среднюю длину (Lср , м
2
) штабеля.
Объем штабеля (Vшт ) и его массу (Gшт ) находят по формулам:
Vшт= LсрFср;
(2.43)
)
100
(
)
100
(
γ
у
шт
шт
шт
шт
w
w
V
G





,
(2.44)
где шт – средняя насыпная плотность торфа в штабеле, кг/м
3
.
Насыпную
плотность и влажность торфа в штабеле определяют с помощью проб, ото-
бранных из полутраншей, которых в каждом контрольном штабеле делают не
менее двух. По прямоугольной сетке из полутраншей (с обеих сторон) при
помощи мерного ящика объемом 0,1 м
3
отбирают не менее 20 проб для опре-
деления насыпной плотности кускового торфа в штабеле:
V
Я
М

шт
γ
;
(2.45)
,
γ
γ
шт
шт
n



(2.46)
где М – масса ящика с торфом, кг; Я – масса пустого ящика, кг; V – объем
ящика, м
3
; n – количество проб, отобранных из штабеля. Из каждого штабеля
собирается одна большая средняя проба (не менее 20 кг) торфа для определе-
ния влажности.
Торф из каждого четного ящика просеивается на сите с ячейками 25 мм
для определения количества мелочи (М мел , %):


т
т
мел
мел
2
мел
100
100
10
w
G
w
G
М




,
(2.47)
где Gмел – масса мелочи в ящике, кг; Gт – общая масса торфа в ящике, кг; wмел
и w т – влажность отделенной мелочи и средняя влажность торфа, %. При
этом проба на влажность берется из мелочи, отсеянной из каждого ящика, и
из общей массы этой пробы.
Общее количество торфа в штабелях (Gоб , т)
Gоб=2Gштnшт,
(2.48)
где nшт – количество обследованных штабелей.
Контрольные вопросы
1. Расскажите о видах учета кускового торфа.
2. Как определить фактический цикловой сбор кускового торфа?
3. Как определить количество выстланного за смену торфа?
4. Как рассчитать объем и массу штабеля кускового торфа?
5. Расскажите о методике проведения инвентаризационного учета.

47
ГЛАВА 3. ПРОИЗВОДСТВО КУСКОВОГО ТОРФА
ЭКСКАВАТОРНЫМ СПОСОБОМ
3.1. Общие вопросы технологии
Для добычи торфа экскаваторным способом пригодны в основном
низинные беспнистые торфяные месторождения, сложенные из некроша-
щихся видов торфа степенью разложения более 15 % [46]. Глубина место-
рождения после осушения должна составлять не менее 1,5 м.
Осушение выполняется сетью каналов, которые до начала разработки
месторождения сбрасывают воду в карьерный канал, а после разработки –
в карьер. Карьерные каналы соединяются магистральным, который отводит
воду в водоприемник [38]. Особенностью осушительной сети является от-
сутствие мостов переездов через картовые каналы.
Выемка торфа может производиться многоковшовым экскаватором
(типа МТК-14) путем многократных проходов вдоль карьера с разработкой
залежи на всю глубину (или максимальную для экскаватора – 4,5 м) или
одноковшовым экскаватором типа МТП-71А. Карьер, образованный за
один проход, называется рабочим карьером. При следующих проходах о н
расширяется, превращаясь в сплошной по всей территории месторождения
(рис. 3.1).
Рис. 3.1. Карьер, формируемый при работе одноковшовым экскаватором
Высушенный торф (как и в фрезформовочном способе производства)
складируется и хранится в штабелях, расположенных на полях сушки или
на специально отведенных площадках. Если торф складируется на полях
сушки, штабеля располагаются в 20 м от застилаемой части карт на проти-
воположной от карьера стороне полей стилки. В этом случае штабель фор-
мируется на каждой карте (рис. 3.2).

48
Рис. 3.2. Примерная схема технологической площадки
при добыче кускового торфа экскаваторным способом:
1 – экскаватор; 2 – стилочная машина; 3 – картовый канал;
4 – торфяные ленты на поле сушки; 5 – штабель; 6 – подъездные пути
к штабелям (автомобильные или железнодорожные)
Добыча торфа ведется из односторонних или двухсторонних карье-
ров. При сравнительно небольших объемах производства или в тех случа-
ях, когда невозможна двухсторонняя разработка, проектируетс я односто-
ронний карьер. Двухсторонняя разработка невозможна, если с одной сто-
роны карьера нельзя расположить поля стилки.
На одностороннем карьере экскаваторы работают с одной стороны.
После прохода вдоль карьера они холостым ходом возвращаются в исход-
ное положение к началу карьера. На двухстороннем карьере экскаваторы
работают с обеих сторон, совершая рабочий проход по кругу без холосты х
переездов. При проектировании двухсторонних карьеров учитывается рав-
номерность запасов торфяного сырья во всех его частях. Применение
двухсторонних карьеров позволяет интенсифицировать эксплуатацию
торфяного месторождения, что особенно важно при больших объема х
производства.
Обычно на торфяном месторождении проектируется несколько карь-
еров. Схема их расположения зависит от формы месторождения, глубины
торфяной залежи, величины и направления уклона поверхности и дна мас-
сива. При большой площади и простой конфигурации оси карьеров распо-
лагают параллельно и их направление совпадает с общим уклоном торфя-
ной залежи.

49
При сложной конфигурации торфяного месторождения карьеры мо-
гут располагаться в различных направлениях (быть параллельными, пер-
пендикулярными, Т -образными, зигзагообразными) и разрабатываться в
одностороннем и двухстороннем направлениях.
Контрольные вопросы
1. Какие требования предъявляются к торфяной залежи для добычи
торфа экскаваторным способом?
2. Какое оборудование используется при экскаваторном способе до-
бычи кускового торфа?
3. Раскройте сущность основных технологических операций при до-
быче кускового торфа экскаваторным способом.
3.2. Экскавация залежи и переработка торфомассы
Разработка залежи и механическое диспергирование торфомассы
осуществляются экскаватором МТК-14 (рис. 3.3), экскавирующим устрой-
ством которого является многоковшовая рама, перерабатывающим – пресс
системы инженера Рогова. Ковшовая рама, совершая плавные повороты на
угол до 60, срезает стружку с поверхности забоя и транспортирует торф в
перерабатывающее устройство экскаватора. После переработки торфяная
масса попадает в бункер-накопитель, откуда перегружается в стилочную
машину. Стилочная машина формует куски и выстилает их вдоль карт
лентами.
Рис. 3.3. Многоковшовый экскаватор МТК-14

50
Экскавация характеризуется глубиной hк и шириной bк карьера, рас-
стоянием от кромки карьера до гусеницы экскаватора (А, м), дальностью
межцикловой передвижки экскаватора (L, м), производительностью ковшо-
войрамы(Q0,м
3
/с) и некоторыми другими показателями [43].
Глубина карьера
hк=(hз–hоч)Кос–hпс,
(3.1)
где hз – средняя глубина неосушенной залежи, м; hоч и hпс – толщина очесного
и придонного слоев, м (hоч = 0,1 м и hпс = 0,2 м); Кос – коэффициент осадки
залежи при осушении,

,
100
γ
100
γ
э
э
е
е
ос
w
w
К





(3.2)
где е и э, wе и wэ – плотность и влажность соответственно в естественном и
эксплуатируемом состоянии.
Ширина карьера
,
у
п
к
к
л
н
ст
к
К
К
В
h
n
К
V
b






(3.3)
где V ст – объем бункера стилочной машины, м
3
; n л – число лент, выстилае-
мых на карте; В к – ширина карты, м; К н , К п , К у – коэффициенты наполнения
бункера уборочной машины, потерь в рабочем сечении карьера и уплотнении
торфа при переработке и формовании.
По нормативам, средняя влажность разрабатываемого слоя зависит от
степени разложения торфа (табл. 3.1).
Таблица 3.1
Зависимость влажности разрабатываемого слоя
от степени разложения торфа в залежи
Степень разложения, %
15...20
21...30
31...40
40
Влажность, %
88
87,5
87
86
Число лент рассчитывается по формуле

п
к
л
5,6
b
В
n


;
(3.4)
где (Вк – 6,5) – ширина карты, используемая для стилки, м; bп = bм + 0,07 –
ширина полосы, на которую выстилается одна лента, м; bм – ширина мунд-
штука, м.
Коэффициент Кн обычно принимают равным 0,9. Коэффициент Кп оп-
ределяют по формуле
Кп = 0,01(100 – П
–
М–Н),
(3.5)
где П, М и Н – потери на пень, мерзлоту и недобор, %.

51
к
м
2
10
h
h
М


,
(3.6)
где h м – нормативная средняя глубина промерзания, равная 0,1 м западнее
Урала и 0,18 м на Урале и восточнее Урала [41]. Коэффициент уплотнения
низинного торфа зависит от степени его разложения. При нормальном
осушении он имеет следующие значения (табл. 3.2).
Таблица 3.2
Зависимость коэффициента уплотнения торфа
от степени его разложения
Степень разложения, %
15...20
21...30
31...40
40
Коэффициент уплотнения
0,84
0,92
0,97
0,98
Производительность ковшовой рамы определяется параметрами ее ра-
боты и рассчитывается по формулам (1.13) и (1.14). Значения коэффициента
наполнения ковша, зависящие от глубины карьера, приведены в табл. 3.3.
Таблица 3.3
Зависимость коэффициента наполнения ковша
от глубины карьера
Глубина карьера, м
1
2
3
4
Коэффициент К н
0,85
0,95
1,1
1,2
Величина межцикловой передвижки экскаватора при глубине карье-
ра 1,5 м равна 0,67 м. При увеличении глубины карьера до 2,5 м и более
она уменьшается до 0,55 м.
Эксплуатационная производительность экскаватора определяется
производительностью ковшовой рамы Qкр или пресса Qпр:
Qэ=QкрКt илиQэ=QпрКt,
(3.7)
где Кt – коэффициент использования полезного времени машины.
Из двух найденных значений выбирается наименьшее, которое ис-
пользуется в дальнейших расчетах.
Производительность экскаватора за сезон в кубометрах (Qсез ) и
тоннах (Рсез ) определяется по формулам:
Qсез= Qэ16(Тд– 3);
(3.8)
Рсез=QсезРв/с.
(3.9)
Количество экскаваторов определяется исходя из их сезонной произ-
водительности
и
годовой программы производства
кускового
торфа.

52
Ширина карьера на всем протяжении должна быть постоянной, по-
этому в формулу расчета подставляется не средняя по карьеру глубина за-
лежи, а средняя из максимальных ее значений, определенная на более
глубоких участках длиной около 500 м. При этом не удается обеспечить
равномерную загрузку полей при стилке, но обеспечиваются благопр и-
ятные условия для работы экскаватора.
Производительность одноковшового экскаватора определяется
по формуле (1.10). При таком способе экскавации переработка торфа
производится в стилочной машине, специально разработанной для этих
целей.
Контрольные вопросы
1. Объясните назначение основных функциональных узлов мног о-
ковшового экскаватора.
2. Как рассчитать параметры карьера при добыче кускового
торфа?
3. Как рассчитать эксплуатационную производительность много-
ковшового экскаватора?
3.3. Стилка кускового торфа
при экскаваторном способе его добычи
В отечественной торфяной промышленности ф ормование и стилку
торфа после разработки залежи экскаватором выполняла машина
МТК-13[41, 43]. Ее основные узлы (рис. 3.4): бункер с подвижным дном
и заслонкой, напорный шнек, мундштук и секач. Мундштук скользит по
поверхности поля стилки и оставляет на ней торфяную ленту, сечение
которой по форме и размерам должно соответствовать размеру мун д-
штука. Регулировка подачи массы в шнек выполняется при помощи з а-
слонки. Это позволяет выдерживать нужную скорость истечения торфа
из мундштука и избегать наплыва или вытяжки ленты.
Стилочная машина выстилает сформованный торф на картах поля
сушки в виде лент. Весь торф из бункера выстилается в одну ленту. Из
этого условия определяется длина ленты
,
л
н
ст
л
f
К
V
l


(3.10)
где Vст – объем бункера стилочной машины, м
3
; Кн – коэффициент на-
полнения бункера; f л – площадь сечения выстилаемой ленты, м
2
.
Для комплектования стилочной машины применяются мундштуки
различной формы и размера. Чаше всего это трех-, четырех- и пятиру-
чейные мундштуки омегообразного сечения. Основные размеры таких
мундштуков и лент приведены в табл. 3.4.

53
Рис. 3.4. Схема стилочной машины МТК-13:
1 – подвижное дно бункера машины (пластинчатый конвейер);
2 – заслонка, регулирующая подачу торфомассы в шнек;
3 – напорный шнек; 4 – мундштук; 5 – секач
Эксплуатационная производительность стилочной машины опреде-
ляется по формуле
ц
t
н
ст
ст
t
К
К
V
Q



,
(3.11)
где Vст – объем бункера стилочной машины, м
3
; tц – длительность рабочего
цикла, с.
Длительность рабочего цикла зависит от сечения установленного на
машине мундштука, так как чем оно больше, тем короче лента и, следова-
тельно, меньше t ц :
tц=tст+tвоз+tвсп;
(3.12)
υ
ст
л
ст
υК
l
t


;
υ
воз
л
воз
υ
К
l
t


;tвсп= 170с,
(3.13)
где tст – время стилки, с; tвоз – время возвращения, с.

54
Таблица 3.4
Характеристики съемных мундштуков
Число
ручьев
Сечение
мундштука,
м
2
Ширина
мундштука,
м
Сечение
куска, м
2
Объем
куска, м
3
Высота
куска, м
3
0,027
0,33
0,009
0,0036
0,095
3
0,036
0,33
0,012
0,0048
0,11
4
0,036
0,435
0,009
0,0036
0,095
4
0,048
0,435
0,012
0,0048
0,11
5
0,05
0,53
0,01
0,004
0,095
5
0,0565
0,53
0,0113
0,0045
0,11
С одним многоковшовым экскаватором работает одна стилочная
машина. Пока она осуществляет формование и стилку торфяных кусков,
экскаватор экскавирует и перерабатывает новую порцию торфомассы.
При использовании одноковшового экскаватора для его непрерыв-
ной работы необходимо несколько машин. Число машин рассчитывается
исходя из собственной производительности и производительности экска-
ватора. В связи с тем, что одноковшовый экскаватор не может самостоя-
тельно проводить переработку торфомассы, ее механическое диспергир о-
вание осуществляется непосредственно в бункере стилочной машины
(рис. 3.5).
Основным отличием стилочных машин такого типа от классических
(типа МТК-13) является специальное перемешивающее устройство (рис. 3.6),
устанавливаемое в бункере, и наличие двух шнеков, которые одновременно
выполняют две функции – перерабатывающую и транспортирующую [28].
Рис. 3.5. Стилочная машина (BORD-NA-MONA, Ирландия)

55
Рис. 3.6. Внутреннее устройство бункера стилочной машины
«DIFCO» (Ирландия): в центре установлено перемешивающее устройство,
внизу – транспортирующий и перерабатывающий шнек
Формующим устройством таких машин является десятиручейный
мундштук, осуществляющий формование и стилку кусков начальным
диаметром 80...100 мм.
Контрольные вопросы
1. Объясните назначение основных функциональных узлов стилоч-
ной машины типа МТК-13.
2. Как рассчитать эксплуатационную производительность стилочной
машины?
3. Укажите принципиальные отличия устройства стилочных машин
ирландского производства от отечественных комплексов типа МТК-13.
3.4. Сушка экскаваторного кускового торфа
Сушка кускового торфа при экскаваторном способе обычно произ-
водится на специально подготовленных и осушенных площадях, прим ы-
кающих к разрабатываемым карьерам. Осушение этих полей осуществл я-
ется картовыми каналами глубиной 1,4...1,6 м и шириной по верху
1,0...1,2 м. Вода из картовых каналов сбрасывается непосредственно
в карьер [38].
Продолжительность сушки экскаваторного кускового торфа рассчиты-
вается, но для производственных целей она нормирована в зависимости от
района расположения торфопредприятия и класса полей сушки (табл. 3.5).

56
Таблица 3.5
Продолжительность сушки
экскаваторного кускового торфа
Район расположения
торфопредприятия
Класс полей сушки
1
2
3
Первый и второй
45
50
55
Третий и четвертый
50
55
60
Класс полей сушки связан с фильтрационной способностью торфа и
подстилающего его грунта [41].
К первому классу относятся залежи низинного типа глубиной менее
1 м с подстилом из песка или супеси.
Ко второму классу относятся низинные залежи глубиной более 1 м
или верховые залежи глубиной менее 1 м с подстилом из песка или
супеси.
К третьему классу относятся верховые залежи глубиной более 1 м
с любым подстилом или верховые глубиной менее 1 м с плохо фильтрую-
щим подстилом из глины или суглинка.
Территория Российской Федерации по своим климатическим хара к-
теристикам разделена на четыре района (до 1991 г . территория СССР была
разделена на пять районов). Для каждого определены начало и конец сезо-
на добычи кускового торфа (табл. 3.6).
Общую продолжител ьность сезона (Тсез ) можно определить как сум-
му продолжительности добычи (Тд ) и сушки расстила ():
Тсез=Тд+.
(3.14)
Начало сезона обусловлено полным сходом снежного покрова и час-
тичным оттаиванием залежи на откосах карьеров, примыкающих к нему
полосе и полях стилки. Оставшаяся мерзлота в зоне экскавации снимается
и сбрасывается в карьер. Она включается в состав потерь в рабочем сече-
нии карьера.
Вместо числа циклов в данной технологии принято употреблять тер-
мин «коэффициент оборота полей стилки», но допускается и употребление
термина «количество циклов»:
,
3
τц
сез
об


Т
К
(3.15)
где ц – продолжительность цикла или сушки торфа, дней; 3 – число дней,
выделенных на межцикловой ремонт (фрезерование и просушку) полей
стилки.

57
Таблица 3.6
Календарные сроки сезона добычи
кускового торфа экскаваторным способом
Район расположения предприятия
Сезон
Число
календарных
дней
Начало
Конец
I-й район (Белгородская, Брянская, Воронеж-
ская, Курская, Орловская, Пензенская, Сара-
товская, Тамбовская и Оренбургская обл.)
25.IV 15.VIII
113
II-й район (Владимирская, Нижегородская,
Ивановская, Калужская, Московская, Рязан-
ская, Смоленская, Тульская обл., Башкорто-
стан, Марий-Эл, Татарстан)
3.V
15.VIII
105
III-й район (Тверская, Костромская, Ленин-
градская, Псковская, Новгородская, Ярослав-
ская обл.)
3.V
5.VIII
95
IV-й район (Вологодская, Кировская, Новоси-
бирская, Омская, Свердловская, Тюменская,
Челябинская обл., Пермский край, Удмуртия)
10.V 15.VIII
98
Максимальный цикловой сбор можно вычислить, используя
параметры стилки:
qц=(10fмкКwКа)/bп.
(3.16)
Средний цикловой сбор вычисляется по средним параметрам карьера
,
γ
10
л
р
а
п
з
к
к
к
ц
l
В
К
К
К
В
h
b
q
w









(3.17)
где bк и hк – ширина и средняя глубина карьера, м; Вк – ширина карты, м;
з – плотность экскавируемой залежи, кг/м
3
; Кп , Кw , Ка – коэффициенты
потерь в рабочем сечении карьера, пересчета массы торфа с эксплуатаци-
онной на условную влажность и потерь готовой продукции при сушке и
уборке; Вр – ширина рабочей застилаемой части карты, м (Вр = Вк – 6,5);
lл – длина выстилаемых лент, м.
Сезонный сбор определяется стандартным расчетом.
При проектировании участка или предприятия по добыче кускового
торфа экскаваторным способом выполняются расчеты в следующе м
порядке:

58
1. Определяются основные характеристики залежи с решением на-
правлений использования торфяной продукции.
2. Находятся балансовые запасы.
3. Определяются объем и масса промышленных запасов.
4. Рассчитывается потребность региона в торфяной продукции, а
также ее экспортный потенциал.
5. Определяется годовая программа добычи.
6. Рассчитывается срок работы предприятия.
Сушка и уборка экскаваторного кускового торфа осуществляется та-
ким же комплектом оборудования, как и фрезформовочного торфа. Пред-
почтение отдается валкователям и погрузчикам, прицепным к колесным
тракторам. Причем современные трактора, выпускаемые Минским трак-
торным заводом (см. прилож. 8), по своим техническим характеристикам
не уступают аналогам из дальнего зарубежья, но имеют меньшую сто и-
мость и не требуют больших затрат на эксплуатационные расходы.
Контрольные вопросы
1. Приведите основные классификационные показатели полей сушки
экскаваторного торфа.
2. Расскажите об основных принципах расчета цикловых и сезонны х
сборов кускового торфа.
3. Какие расчеты выполняют при проектировании участка по добыче
кускового торфа экскаваторным способом?

59
ГЛАВА 4. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ПРОИЗВОДСТВА КУСКОВОГО ТОРФА
4.1. Экскаваторный способ с сушкой на сетках
Технология разработана в Калининском политехническом институте
(Тверской государственный технический университет) под руководством
д. т. н. проф. Амаряна Л.С . и предназначена для добычи кускового торфа
на месторождениях низинного типа, сложенных торфами, формованная
продукция из которых подвержена повышенной крошимости.
При экскавации залежь разрабатывается на всю глубину одноковшо-
вым экскаватором общего назначения типа МТП-71А с образованием
карьера. Экскаватор двигается вдоль него и черпает торф с откоса. Извле-
ченный торф укладывается в навал вдоль карьера, в котором выдерживае т-
ся в течение 4...6 дней. За это время происходит гравитационное обезво-
живание торфа и он достигает влажности 85...86 %, при которой и осуще-
ствляется его формование. Для этого торф из навала перегружается в бун-
кер стилочной машины АСК-1, оборудованной сепаратором пней и смеси-
телем (конструкция примерно такая же, как и у стилочной машины
«DIFCO»). Машина выстилает сформованные куски внаброс или лентами
на сушильные сетки, поднятые над поверхностью залежи на 0,5 м. Сетки
состоят из отдельных стыкуемых элементов, которые группируются в бло-
ки и устанавливаются перпендикулярно карьеру с промежутками для про-
хождения стилочных и уборочных машин.
Загрузка сеток зависит от типа стилки. При стилке лентами между
рядами кусков необходимо оставлять зазоры не менее 10 мм для стока
дождевой воды. При такой стилке загрузка сеток минимальная с критерием
слоя К с = 0,7. При стилке внаброс количество сушимого торфа может быть
существенно увеличено, так как стилку можно вести, придерживаясь о п-
тимального значения критерия слоя. Для улучшения сушки стилка внаброс
предпочтительнее. При ней полностью отсутствует явле ние застоя дожде-
вой воды на расстиле, большая удельная поверхность испарения и малая –
контакта кусков с сеткой. В итоге загрузка сеток может быть увеличена
в 1,3 раза без увеличения продолжительности сушки.
На сетках торф сохнет до первого критического влагосодержа ния,
т. е . до начала процесса трещинообразования. По экспериментальным дан-
ным, продолжительность сушки кусков диаметром 0,1 м продолжается в
среднем 7...8 дней. После этого сетки опрокидываются и торф ссыпается в
валок вдоль ряда сеток. Из этого валка его убирают и транспортируют под
навес, где торф складируется.
Складирование под навесом (рис. 4.1) обеспечивает продолжение
сушки кусков в мягком режиме в многослойном расстиле при надежной
изоляции от солнечных лучей и осадков (см. прилож. 9). Устройство наве-

60
сов включает прочное решетчатое основание, боковые стенки высотой до
4...8 м и облегченную кровлю, опирающуюся на центральные опоры.
Рис. 4.1. Складирование кускового торфа под навесом
Торф под навесом сохнет до глубокой осени, и его влажность снижа-
ется примерно до 30 %. Полученные при таких технологических условия х
куски соответствуют требованиям стандарта на кусковое топливо.
Эффективность новой технологии обусловлена рядом факторов.
Во-первых, значительно увеличивается продолжительность сезона добычи
(на 30...40 дней). Во-вторых, высушивая куски на сетках только до перво-
го критичес кого влагосодержания, можно число технологических циклов
довести до 15. При среднем цикловом сборе 150 т/га это позволит получать
сезонный сбор 2 250 т/га (225 кг/м
2
) в расчете на площадь поверхности се-
ток. Это почти на порядок больше, чем при обычной технологии.
В-третьих, досушка в мягком режиме позволяет обеспечить высокое каче-
ство готовой продукции. Технология может быть базой для круглогодич-
ного производства формованного твердого топлива. В этом случае «полу-
фабрикат», полученный в поле, доводится до кондиции в заводских усл о-
виях. Кроме того, технология удобна для производства кускового торфа в
малых объемах с применением стационарных смесителей и формователей
с ручной стилкой на сетки и уборкой.
Расчет себестоимости кускового торфа, полученного по новой те х-
нологии, показывает, что она примерно на 50 % выше, чем при обычной
схеме производства. Причиной этого является необходимость больших ка-

61
питальных вложений, обусловленных строительством сетчатых блоков и
навесов. Но необходимо отметить, что , применяя дешевые материалы и
приспосабливая имеющиеся производственные помещения, эти расходы
можно существенно снизить.
Контрольные вопросы
1. В чем заключается сущность технологии производства экскава-
торного торфа с сушкой на сетках?
2. От каких факторов зависит эффективность технологии с сушкой
на сетках?
3. Какие существуют преимущества и недостатки технологии с суш-
кой на сетках?
4.2. Применение химического модифицирования
структуры торфа
Научное и технологическое обоснование по изучению эффективно-
сти воздействия на структуру торфа химических модифицирующих соеди-
нений позволило провести оценку перспективности данного направления.
Работы ученых Института торфа АН БССР и КПИ дают основание сч и-
тать, что химическое модифицирование существенно улучшает физико-
механические характеристики кускового торфа и позволяет организовать
добычу торфа на торфяных залежах практически любого типа. Модифика-
тор, вводимый в торф, влияя на процесс структурообразования и мас сопе-
ренос в торфяной системе, делает ее менее склонной к трещино-
образованию.
Химическое модифицирование можно применять как при экскава-
торном, так и при фрезформовочном способах добычи кускового торфа.
Особенно эффективно его применение при фрезформовочном способе, при
котором вследствие недостатка влаги в торфе при формовании и специ-
фичности процесса экскавации и переработки торфяные куски подвержены
повышенному трещинообразованию.
Применяют два способа обработки торфа химическими добавками:
объемный и поверхностный. В первом случае добавка вносится в исход-
ную торфомассу в виде водного раствора различной концентрации и тща-
тельно перемешивается в перерабатывающем устройстве фрезформовоч-
ной машины. Во втором случае водный раствор препарата впрыскивается
под давлением в кольцевой вырез внутри формующего цилиндра (мунд-
штука) и смачивает поверхность куска. В первом и втором способах фрез-
формовочная машина дооборудуется установкой емкостей для раствора и
насоса для его подачи (рис. 4.2).
Объемная обработка позволяет усилить межмолекулярное и межаг-
регатное взаимодействие в торфе и сделать структуру кусков после выс ы-

62
хания более прочной. Поверхностная обработка способствует гидрофоб и-
зации готовой продукции и снижает интенсивность сушки. Уменьшение
интенсивности сушки снижает градиенты влагосодержания по сечению
куска, следовательно, уменьшает усадочные напряжения. В конечном ито-
ге значительно уменьшается количество трещин в готовой продукции.
Снижение интенсивности сушки сопровождается увеличением продолжи-
тельности постоянного периода сушки кусков, а значит, увеличивает время
цикла. Таким образом, улучшение качества готовой продукции происходит
за счет снижения производительности технологического процесса.
Рис. 4.2. Фрезформовочная машина с установленными
емкостями для модифицирующих растворов
В качестве препаратов используются катионоактивные и неионоге н-
ные поверхностно-активные вещества как органической, так и неорганиче-
ской природы. Катионоактивные препараты применяются чаще всего при
объемной обработке, а неионогенные – при поверхностной. Применение
оптимально подобранных для конкретного торфа химических препаратов
позволяет в 1,5...2 раза увеличить прочность кусков и на 35...45 % снизить
их водопоглотительную способность.
Набор химических реагентов достаточно велик и постоянно попол-
няется. Над этими проблемами активно работают в Т вГТУ и ИПИПРИЭ
НАН Белоруссии. Общие требования к препаратам, применяемым для об-
работки торфа:

63
безопасность для человека и окружающей среды;
доступность и экономическая эффективность;
существенное улучшение качества готовой продукции.
Контрольные вопросы
1. Какое воздействие оказывает химическое модифицирование на
структуру торфа?
2. Какие способы применяют для обработки торфа химическими до-
бавками?
3. Какие препараты используются для химического модифицирова-
ния торфа?
4.3. Досушка торфа в штабелях
Эффективность и целесообразность досушки кускового торфа в
штабелях показана в исследованиях М.А. Веллера, С.А. Сидякина,
В.Я. Антонова, Н.В. Чураева, В.М . Пенькова, А.В. Журавлева, Н.В . Грев-
цева и работах других ученых [47].
Последняя серьезная аналитическая и экспериментальная проверка
способов досушки кускового торфа в складочных единицах различного
размера выполнена А.В. Журавле вым и Н.В. Гревцевым в 1975–1983 гг.
Ими были изучены механизм тепло- и влагообмена при естественной и
принудительной вентиляции, аэродинамика вентилирования штабелей ,
предложены обоснованные технологии сушки кускового торфа, обеспе-
чивающие более полное использование погодных условий и повыша ю-
щие надежность и эффективность торфяного производства [45].
Наблюдения за изменением влажности торфа в штабелях показали,
что она быстро уменьшается от 60...65 % до 40...45 % в штабелях малого
сечения (до 1,6 м
2
) без проведения дополнительных технологических опе-
раций. Для больших штабелей необходимо устройство специальных воз-
духоводов в основании штабеля. При этом воздуховоды могут работать
как с принудительной вентиляцией, так и без нее – за счет естественного
воздухообмена между влажным воздухом в штабеле и более сухим в окру-
жающем пространстве (рис. 4.3).
Схема размещения и порядок отсыпки штабелей определяются при-
меняемым оборудованием. При добыче кускового торфа фрезформовоч-
ным способом в начале сезона предусматривается закладка двух рядом
расположенных штабелей, которые в конце сезона можно объединить в
один. В первый убирается торф, досушенный до кондиционной влажности,
а во второй – недосушенный. Второй штабель оборудуется штабельным
воздуховодом (рис. 4.4). Воздуховод представляет собой продольную
траншею сечением примерно 0,7  0,7 м, изолированную от влажной тор-
фяной залежи рубероидом или другим изоляционным материалом.

64
Сверху траншея
перекрывается
набо-
ром из узких прочных
досок
со
щелями
0,02...0,025 м. Один
конец траншеи обору-
дуется патрубком для
присоединения венти-
лятора, а второй являет-
ся тупиковым. Он дол-
жен заканчиваться при-
мерно там же, где
кончается конек штабе-
ля. Вместо траншеи
под штабель можно за-
кладывать
перфори-
рованную металичес-
кую трубу диаметром
0,5...0,7 м с заглушкой
на конце.
Рис. 4.4. Схема вентиляционной системы штабеля:
1 – вентиляционная установка; 2 – траншея;
3 – деревянный настил; 4 – штабель
Рис. 4.3. Снижение влажности
в штабеле кускового торфа:
1 – с активной вентиляцией;
2 – с естественной вентиляцией

65
Активное вентилирование штабеля выполняется при ухудшении по-
годных условий. Для этого используются передвижные вентиляционные
установки (рис. 4.5), оборудованные вентиляторами с рабочим колесом
диаметром примерно 0,7 м.
Режим вентиляции следующий: сначала продув в течение
10...15 мин, а затем 45–50-минутная пауза. При таком режиме одна венти-
ляционная установка может обслужить несколько штабелей. Обычно вен-
тилирование проводят в августе – начале сентября ежедневно в течение
20...25 дней, используются сухие бездождевые периоды. Общая продол-
жительность вентилирования составляет 3...4 ч в день.
Рис. 4.5. Общий вид навесной вентиляционной установки на тракторе:
1 – рама с домкратом; 2 – цилиндрический редуктор; 3 – карданный вал;
4 – вал отбора мощности; 5 – трактор; 6 – вентилятор; 7 – противовес
Эффективность этой технологии в значительной мере зависит от
управления технологическим процессом сушки торфа на полях. Для этого
необходимо иметь текущую информацию о влажности торфа в расстиле или
валках и о целесообразности уборки торфа в тот или иной штабель в соответ-
ствии с прогнозом погоды. Применение операций досушки формованного
кускового торфа с помощью естественной и принудительной вентиляции
штабелей повышает сезонные сборы в среднем в 1,5 раза. Энергозатраты на
досушку составляют примерно 2 кВтч/м
3
. За счет увеличения сезонных сбо-
ров и связанного с этим сокращения производственных площадей может
быть получен экономический эффект посредством снижения себестоимости
готовой продукции.
Контрольные вопросы
1. Как осуществляется искусственная вентиляция штабелей кускового
торфа?
2. Какое оборудование применяется для искусственной вентиляции?
3. От каких факторов зависит эффективность искусственной
вентиляции?

66
4.4. Сушка кускового торфа в наращиваемых комплексах
Изменение режима сушки кусков – один из наиболее простых мето-
дов управления структурообразованием в торфе. Повышенная кроши-
мость торфа и связанные с этим большие потери продукции или полная
невозможность применения обычных технологий добычи на некоторых
торфяных месторождениях низинного типа вызывают необходимость
модернизации технологии. Научное обоснование структурообразовател ь-
ных процессов, происходящих в формованных торфяных кусках, показ а-
ло, что в период постоянной интенсивности сушки, когда темп усадки
совпадает с темпом обезвоживания, заметного трещинообразования не
возникает. Переход зоны испарения во внутренние слои куска вызывае т
начало образования трещин на его поверхности. Этот момент, характер и-
зующийся критическим влагосодержанием, является определяющим для
изменения режима сушки [47].
Особенность сушки в наращиваемых комплексах или расстилах с о-
стоит в том, что в первом периоде куски сохнут в жестком радиационно -
конвективном режиме, а во втором – в мягком, потому что этот слой по-
крывается следующим, образованн ым из свежесформованных кусков.
При этом происходит некоторое перераспределение влаги между слоями,
затенение нижнего слоя и резкое замедление его сушки. Таким образом ,
удается стабилизировать процесс структурообразования в торфе [2–4].
В результате многократного наслоения к концу сезона может быть сфор-
мирован комплекс, состоящий из 8...10 слоев кусков, уложенных с п о-
мощью специальных откладчиков (или вручную).
Наращиваемый комплекс представляет собой поленницу шириной
не более 1 м. Длина его зависит от технологических требований.
Комплексы можно формировать рядами с промежутками между ними
0,5...1 м. Поверхность залежи, на которую укладываются куски первого
слоя, должна иметь изолирующее покрытие, предохраняющее куски от
влагообмена с подстилающим слоем. Кроме того, под наращиваемым
комплексом не должна накапливаться вода после выпадения осадков.
Технологический процесс добычи торфа состоит из фрезерования
залежи дисковыми фрезами с одновременной переработкой торфа и фор-
мованием кусков. При этом добывающая машина должна транспортир о-
вать куски на некоторое расстояние и укладывать в наращиваемые ком-
плексы. Сформированный комплекс представляет собой многослойную
фигуру сушки, располагающуюся вдоль карт и имеющую длину, равную
длине рабочей части карты. Производственные площади состоят из карт
добычи, на которых производится фрезерование , и карт сушки с ежегод-
ной сменой их назначения. Для Центрального района РФ сезонный сбор с
одного гектара составляет 900...1 000 т/га нетто, или 450...500 т/га брут-
то. В качестве площадей для сушки возможно использование суходолов.

67
Экспериментально установлено, что производство кускового торфа
с применением наращиваемых комплексов позволяет получать из низи н-
ного древесно-осокового торфа, характеризующегося повышенной кро-
шимостью кусков, коммунально-бытовое топливо удовлетворительного
качества. При этом прочность кусков на сжатие увеличивается
в 1,5...1,7 раза, а крошимость уменьшается в 3...3,5 раза [43].
Вместе с тем разработка торфяной залежи пониженной влажности
(верхний слой) и сушка в многослойных комплексах дают возможность
рационального использования метеорологических условий сезона. Это
происходит потому, что суммарная интенсивность испарения за сезон с
единицы площади поля сушки при производстве торфа в наращиваемы х
комплексах примерно в 3 раза больше по сравнению с однослойным ра с-
стилом. Сравните льные экономические расчеты показывают, что себе-
стоимость кускового торфа в сравнении с типовой технологией его доб ы-
чи может быть снижена примерно на 35 %. Это обусловлено повышением
сезонных сборов и уменьшением количества оборудования и производст-
венного персонала.
Многослойные наращиваемые расстилы выполняются при добыче
экскаваторного торфа и стилке кусков специальным выстилающим
конвейером (например, аблегером) по ходу движения добывающего
агрегата. От комплексов они отличаются отсутствием промежутков
между рядами, так как стилка выполняется сплошным слоем на всю
ширину захвата аблегера. Новый слой выстилается на предыдущий
после его высушивания до критического влагосодержания. Каждая
стилка соответствует новому технологическому циклу добычи
кускового торфа.
Исследования, проведенные в Калининском политехническом
институте, а позднее в Свердловском горном институте (в настоящее
время – Уральский государственный горно-геологический университет),
показали принципиальную возможность применения такой технологии
при стилке до четырех слоев. Таким образом, количество циклов добычи
кускового торфа экскаваторным способом увеличивается практически
в 2 раза. Соответственно, увеличиваются и сезонные сборы. Основным
требованием при применении такой технологии является хорошее осуш е-
ние подстилающей залежи [38]. Норма осушения должна быть
не менее 1,2 м. Если стилку сосредоточить на прикарьерной полосе
шириной 30 м, то вследствие лучшей ее осушенности норма осушения на
ней может быть в 3...4 раза больше, чем на обычных полях стилки экска-
ваторного торфа. При неблагоприятных условиях прикарьерную полосу
рекомендуется дренировать со сбросом воды из дрен в карьер. С целью
получения сезонных сборов сушка в расстиле может заканчиваться рань-
ше намеченного срока с учетом окончательной досушки в штабеле.

68
Контрольные вопросы
1. Каковы особенности сушки кускового торфа в наращиваемых
комплексах?
2. Что представляет собой наращиваемый комплекс?
3. Назовите преимущества технологии с применением наращивае-
мых комплексов.
4.5. Применение термообработки торфа
В работах ряда исследователей (Л.С. Апт, П.И. Белькевич, Р.Я. Виль-
сон, Б.С. Крылов, П.С. Куц, И.И. Лиштван, А.Е. Афанасьев, К.И. Малышев,
С.Г. Маслов, В.Е. Раковский, С.И. Смольянинов и др.) [12, 33, 40, 47] показа-
но, что термическая обработка воздействует как на грубодисперсную, так и
на коллоидную фракцию торфа. При этом снижается их гидрофильность
вследствие химической деструкции слагающих компонентов. Кроме того,
уменьшается содержание внутриклеточной, иммобилизованной, осмотиче-
ской и физико-химически связанной воды.
В 1976–1983 гг. в Свердловском горном институте (А.В. Журавлев,
И.А. Тяботов и др.) была выполнена работа по изучению режимов термооб-
работки торфа применительно к технологическому процессу производства
кускового топлива с целью усовершенствования существующих технологий
и повышения качества готовой продукции [7]. Экспериментально установле-
но, что при нагревании торфа снижается предельное сопротивление сдвига.
Это происходит потому, что термическое воздействие ослабляет различные
виды связей в формуемой торфомассе. Например, нагрев до 50...70 С позво-
ляет уменьшить предельное сопротивление сдвига в торфе с влаж-
ностью 78 % с 37,2 до 9,8 КПа. Поэтому термическая обработка способству-
ет снижению затрат энергии на диспергирование и формование. Изменяется
и сам характер формования. Вследствие больших сдвиговых деформаций по
сечению формуемого куска процесс приобретает характер течения вязкой
жидкости. Этому способствует уменьшение сил внутреннего сцепления, по-
верхностного трения и прилипания торфа. Влияние термообработки тем за-
метнее, чем ниже влажность формуемого торфа. Для расчета технологий с
применением термического воздействия на торфяную массу можно исполь-
зовать характеристики кускового торфа, которые приведены в прилож. 10–13.
Технически осуществить объемный нагрев торфяной массы перед
формованием достаточно сложно, поэтому рекомендуется поверхностный
нагрев в слое, примыкающем к формующим насадкам. При этом слой тол-
щиной до 0,5 мм нагревается до температуры 85...100 С. Этого достаточно
для существенного снижения трения и прилипания торфа. При таком нагреве
в зоне контакта торфа с горячей поверхностью формующей насадки протека-
ет активный процесс деструкции органического вещества и испарения влаги.
Вокруг торфяного куска образуется пароводяная оболочка, которая спо-

69
собствует облегчению выдавливания его из насадки. При этом появляется
возможность формования торфа при влажности 76...78 %. Кроме того, на
поверхности куска образуется слой гидрофобизированной тонкодисперс-
ной пленки из термообработанного торфа. Водопоглощение кусков при
этом уменьшается в 2...3 раза. Снижение числа поверхностных дефекто в
на кусках и «залечивание» образовавшихся при формовании микротрещин
высокодисперсным торфом из прогретого слоя способствуют увеличению
прочности кусков на 18...26 %. Удельные энергозатраты на поверхнос т-
ный нагрев составляют 0,7...1,3 кВтч/м
3
торфа. Вместе с тем затраты оку-
паются, так как основной эффект термообработки проявляется в техноло-
гическом аспекте. Снижение исходной влажности торфа с 83 до 78 %
уменьшает массу подлежащей испарению воды с 650 до 500 кг из одного
кубического метра торфомассы.
Технически нагрев осуществляется установкой дополнительного ге-
нератора на тракторе и нагревательной спирали на мундштуках фрезфор-
мовочной машины. Можно использовать и другие источники тепла, на-
пример выхлопные газы двигателя трактора.
Контрольные вопросы
1. Какое воздействие оказывает термическая обработка на структуру
торфа?
2. За счет каких процессов повышается качество кускового торфа
при поверхностном нагреве?
3. Как технически осуществить термическую обработку кускового
торфа?
4.6. Получение композиций на основе кускового торфа
для металлургических процессов
Опыты по применению торфа в доменном процессе были начаты в
России еще в 1897 г. и продолжались до 30-х годов XX столетия. Исполь-
зование торфа в литейных процессах представляет особый интерес по мно-
гим причинам.
1. Большинство районов с развитой металлургической промышле н-
ностью работают на привозном сырье, хотя обладают собственными зна-
чительными запасами торфа.
2. Торф по сравнению с другими твердыми топливами имеет низкое
содержание серы и фосфора и малую зольность. Из торфа получают кокс и
полукокс, который может частично заменить каменноугольный кокс в до-
менных печах.
3. На основе торфа и термобрикетов возможно производство
топливо-плавильных материалов для доменных процессов и торфорудных
брикетов для внедоменного получения стали, также для производства

70
губчатого железа
1
с последующей переплавкой в сталь в индукцион -
ных печах.
В настоящее время сложились определенные предпосылки к нача-
лу нового этапа использования в металлургии торфа, в основном связа н-
ные с резким удорожанием добычи и переработки топлива и возрастан и-
ем транспортных расходов.
На протяжении ряда лет в Уральском горно-геологическом уни-
верситете (Н.В. Гревцев) [7] проводились исследования по созданию
нового вида углеродистого восстановителя для выплавки кристаллич е-
ского кремния на Уральском алюминиевом заводе. По химическому с о-
ставу и физико-химическим свойствам наиболее полно отвечают требо-
ваниям получения кремния верховой и переходный вид ы торфа моховой,
травяно-моховой, травяной группы с зольностью до 5 %.
Анализ полученных технико-экономических показателей свиде-
тельствует о целесообразности использова ния кускового торфа при вы-
плавке кремния. При постоянной производительности печи наблюдается
снижение расходных коэффициентов на 1 т кремния: расход кварцита
снизился на 3,4 %, древесного угля – на 11,5 %, нефтяного кокса –
на 5,8 %, электроэнергии – на 2,3 %. Соотношение окиси кремния к
твердому углероду возросло на 8 %. При этом сортность кремния не
ухудшилась.
Основными сдерживающими факторами широкого применения
кускового торфа для выплавки кремния явля ются низкое содержание
твердого углерода до 20 % и высокая влажность до 50 %.
Для устранения этих недостатков был предложен способ углероди-
стого восстановителя – торфоуглеродистых композиций (табл. 4.1).
В торфяную массу вводят отсевы угле родистого материала с последую-
щим формованием и сушкой полученных кусков. Формование композ и-
ционной смеси осуществляется как обычным способом (путем продав-
ливания через цилиндрические насадки), так и созданием вокруг куска
поверхностной упрочняющей оболочки из высокодиспергированного
торфа.
В качестве углеродосодержащих материалов могут быть использо-
ваны отсевы торфяного кокса, а также графитсодержащие материалы:
теплоизоляционная шихта (75...80 % графита), отходы силицированного
графита, пыль, улавливаемая при обточке графитовых изделий на элек-
тродных заводах. Наиболее чистым из указанных материалов является неф-
тяной кокс (зольность до 20 %). Он был выбран в качестве углеродо-
содержащего компонента при опытном производстве торфоуглеро-
дистых композиций.
1
Губчатое железо – продукт, получаемый из железной руды путем прямого восстано в-
ления содержащихся оксидов углеродом или его окисью с обогащением кислородом.

71
Таблица 4.1
Свойства торфоуглеродистых композиций (ТУК) [7]
Отношение
сухого тор-
фа к угле-
родному
материалу
Содержание
углерода, %
на рабочую
массу
Влаго-
содер-
жание,
кг/кг
Плот
ность,
кг/м
3
Тепло-
творная
способ-
ность,
МДж/кг
Водопо-
глощение,
кг/кг
Прочность
На сжа-
тие, МПа
На ис-
тира-
ние,
%
1:0,3
46,5
0,52
400
13,5
4,75
0,8
98,6
1:0,6
50,9
0,42
430
15,6
4,2
0,5
98,5
1:0,9
54,6
0,35
465
16,3
3,5
–
97,7
1:1,2
57,4
0,3
500
17,2
3,3
–
97,3
1:2,0
62,5
0,23
550 18,91
2,65
–
95,9
ТУК с оболочкой из высокодисперсного торфа
1:1,82
60,5
0,21
500 18,35
3,3
0,8
96,2
1:2,78
64,5
0,22
560 19,64
2,49
–
93,2
Анализ табл. 4.1 показывает, что при увеличении содержания отсева
торфяного кокса с 30 до 200 % практически на 40 % увеличивается плот-
ность, на 40 % – теплотворная способность, снижается водопоглощение
на 44 %, при этом механическая прочность падает незначительно.
Положительным моментом является еще и то, что предлагаемый техно-
логический процесс предусматривает многовариантность технологической
схемы, возможность адаптации к конкретной ситуации на торфопредприятии.
Здесь возможна организация производства в полевых и заводских условиях.
В полевых условиях перспективна организация производства ТУК на
базе фрезформовочного способа добычи кускового торфа с применением
машины МТК-16 (табл. 4.2). Однако в полевых условиях экономически не-
целесообразно увеличивать содержание углеродного компонента в ТУК
больше 30 % по абсолютно сухой массе из-за удорожания транспортных
расходов.
Таблица 4.2
Характеристика технологии производства торфоуглеродистых
композиций в полевых условиях, Р = 10 000 т (Н.В. Гревцев)
Технологическая операция
Характеристика применяемого
оборудования
Кол-во
Транспортировка углеродистого
материала на поле добычи (6 т/см)
Транспортный погрузчик
1
Трактор с прицепом
1
Экскавация, механическая перера-
ботка, перемешивание,
формование, стилка
Машина МТК-16, оборудованная
бункером-дозатором
2
Валкование, переукладка валков
Машина МТК-22
1
Уборка
Машина МТК-33
1

72
В заводских условиях наиболее целесообразно производство ТУК с
повышенным содержанием твердого углерода. Опытно-промышленные
партии брикетированных смесей торфа с углеродистым материалом были
изготовлены на «Широкореченском брикетном заводе». В результате про-
мышленных экспериментов получались качественные композиционные
брикеты. Однако углеродистый материал обладает абразивными свойства-
ми, и при его прессовании наблюдается повышенный износ стенок ма т-
ричного канала штемпельного пресса. Кроме того, организация брикетного
производства требует значительных затрат.
В связи с этим был предложен технологический процесс, в котором
технология брикетирования заменяется формованием влажной композици-
онной смеси. Формование может осуществляться с организацией поверх-
ностной оболочки из высокодисперсного торфа, которая снижает износ
формующих насадок, упрочняет структуру сформованных брикетов.
В заводских условиях наиболее дорогостоящей технологической
операцией является искусственная сушка, которая в предлагаемой техно-
логии разбивается на два этапа.
Первый этап: высокоинтенсивная сушка в туннельной сушилке. На
этом этапе удаляется 25...35 % от общего количества влаги и достигается
прочность для выполнения дальнейших технологических операций по
складированию и хранению готовой продукции.
Второй этап: досушка продукции в вентилируемых складских поме-
щениях. Количество влаги, удаляемой на первом и втором этапах сушки,
зависит от времени года, условий сбыта и требований потребителя к гото-
вой продукции. Такая технологическая схема сушки обеспечивает высокое
качество продукции за счет создания мягкого режима на заключительной
стадии, благоприятного для прохождения структурообразовательных про-
цессов в ТУК.
Потребителями такой продукции являются предприятия цветной и
черной металлургии. По оценкам ученых УГГУ, общая потребность на
Урале в новом восстановителе составляет 50...75 тыс. т .
Технология получения ТУК складывается из следующих
операций [7]:
доставка верхового малозольного торфа с влажностью 82...86 % и
отсев нефтекокса фракциями до 6 мм и влажностью 7...9 % в приемное от-
деление;
сепарация торфа;
добавление отходов нефтекокса;
смешивание составляющих компонентов;
дозированная подача смеси в формователь;
формование и сушка (в два этапа);
складирование.

73
Готовая продукция представляет собой цилиндрические куски диа-
метром 0,06 м, длиной 0,1...0,12 м, плотностью 600 кг/м
3
, зольностью
менее 5 % и влажностью 10...15 %. Производительность технологической
линии при выпуске ТУК составила 16 т в сутки при двухсменной работе.
Контрольные вопросы
1. Какие свойства торфа предопределяют перспективы его использо-
вания в металлургии?
2. Какие компоненты входят в состав торфоуглеродистых композ и-
ций?
3. Как получают торфоуглеродистые композиции в полевых и заво-
дских условиях?
4. Из каких операций состоит технология получения торфоуглероди-
стых композиций?
4.7. Производство кускового торфа в условиях Крайнего Севера
В районах Крайнего Севера имеются большие запасы торфа, которые
могут быть использованы в качестве местного топлива. Однако торфяные
месторождения Крайнего Севера в настоящее время очень слабо изучены.
Поверхность торфяных месторождений Севера имеет крупно - или
мелкобугристый микрорельеф, который образуется под действием замер-
зающей воды. Растительный покров образован сфагново-лишайниковым
или политриховым ковром с большим количеством кустарничков (брусни-
ка, пьяника), морошки, осок, зарослями карликовой березы и ив. Высту-
пающие части микрорельефа являются маловлажными, вся остальная по-
верхность болота благодаря слабому стоку сил ьно обводнена [30].
Торфяные залежи на Севере сложены главным образом сфагновыми,
гипновыми, травяными торфами со средней и малой степенью разложения,
что объясняется задержкой процесса разложения в замерзающих слоях.
Сфагновые, гипновые, травяные торфа имеют незначительную зольность и
при достаточной механической переработке дают торфяное топливо хоро-
шей прочности. Толщина слоя торфа может достигать 5 м и более, но
большую площадь составляют месторождения глубиной до 1 м. Залежь по-
стоянно скована вечной мерзлотой, с оттаиванием в летнее время на глу-
бину 40–60 см. Незамерзающие месторождения находятся под озерами, где
толщина слоя торфа может доходить до 5 м, а степень разложения подо-
зерного торфа – до 50 % [30].
Несмотря на слабую изученность торфяного фонда Крайнего Севера,
можно сказать, что вблизи почти каждого населенного пункта этого района
можно найти торфяные месторождения, пригодные для разработки на топ-
ливо. Это топливо может быть конкурентоспособным по сравнению с при-
возным углем и мазутом.

74
Научно-исследовательские и опытно-промышленные работы за
Северным полярным кругом, в Ненецком национальном округе были про-
ведены Калининским торфяным институтом (ныне Тверской государст-
венный технический университет). Эти работы показали, что добыча тор-
фяного топлива на Крайнем Севере возможна и рентабельна. На Нарьян-
Марском торфяном месторождении в 1957–1959 гг. было добыто 700 т
торфяного топлива. Качество топлива получило высокую оценку, его себе-
стоимость оказалась ниже себестоимости дров и каменного угля .
Процесс добычи торфа на месторождениях с вечной мерзлотой в на-
стоящее время возможен только за счет сработки оттаявших слоев залежи,
а не путем разрушения мерзлоты, которая обладает большой прочностью.
Наиболее приемлемым способом добычи торфа в специфических условиях
Крайнего Севера оказался поверхностно-послойный способ добычи куско-
вого торфа, разработанный Калининским торфяным институтом . Для этого
способа в те годы были созданы торфодобывающие машины КДН-2Ми
МПДК, способные работать при небольшой глубине оттаявшего слоя.
Машина КДН-2 (комбайн добывающий навесной) выполнялась на-
весной к гусеничному трактору (рис. 4.6). В ней коробка 1 редуктора явля-
ется базой для навески машины и снабжена консольной трубой 2, на кото-
рую подвешен корпус 3 торцевой дисковой фрезы 4, получающей враще-
ние через цепную передачу 5 от приводного вала, проходящего сквозь тру-
бу 2. Для перевода фрезы 4 из нижнего рабочего положения в транспорт-
ное боковое (изображено пунктиром) применялся установленный на ко-
робке 1 редуктора вал 6 с винтовой нарезкой и гайкой 7, соединявшийся
поводком с корпусом 3. На конце вал 6 был снабжен звездочкой 8 для цеп-
ной передачи, управляемой трактористом из кабины. У входа фрезы 4 в
корпус 3 на нем снизу подвижно была установлена плита 9, а у выхода
фрезы из корпуса на нем поворотно устанавливался щиток 10. Он был не-
обходим для направления потока торфяной крошки, протаскиваемой но-
жами фрезы по поверхности корпуса 3 и забрасываемой фрезой во входное
окно сменного пресса 11, экструзионно формующего торфяную массу.
Для формования кирпичей средних размеров из торфа пониженной
влажности в машине применялся щелевой пресс. Рабочим органом щеле-
вого пресса являются параллельные диски 12 с отверстиями в них, закреп-
ленные с зазорами между собой на барабане 13, который вращается в
кожухе 14. Барабан имеет прикатывающий ролик 15, который заталкивает
торфяную массу между дисками 12. Сформованная между этими дисками
лента торфа извлекается из щелей между гребенкой-очистителем 16 и од-
ним или несколькими ручьями выходит через мундштуки 17 кожуха
пресса 14.
Для получения кусков большого размера из торфа пониженной
влажности на машине устанавливается трехступенчатый шнековый пресс,
принципиальная схема которого показана на рис. 1.10а (см. раздел 1).

75
Рассмотренная выше машина позволяет формовать торфяную массу
в цилиндрические куски круглого сечения диаметром 90 мм с внутренним
каналом и выстилать их внаброс на поле сушки (аналогично машине типа
МТК-12 или ее финскому аналогу). Машина КДН-2М имеет максималь-
ную глубину экскавации 0,15 м и производительность за смену 13,8 т
воздушно-сухого торфа.
В конце 50-х
–
начале 60-х годов была создана малая послойно-
добывающая машина МПДМ-1. Рабочими органами машины были торцо-
вая фреза, щелевой и шнековый прессы. Фреза представляет собой диск, на
котором закреплены ножи, охватывающие его с двух сторон.
Рис. 4.6. Общий вид машины КДН-2
(пояснение обозначений приведено в тексте):
сверху – расположение машины на тракторе;
снизу – схема работы машины

76
Фреза предназначалась для измельчения и экскавации торфяной
залежи с последующей подачей сфрезерованной торфяной крошки в щ е-
левой пресс. Щелевой пресс состоял из неподвижного кожуха, внутри
которого вращался ротор с четырьмя дисками. Шнеков ый пресс включал
в себя неподвижный кожух и шнек с переменным шагом. Оба пресса
служили для прессования торфяной крошки, переработки ее и выдачи в
мундштук. В мундштуке производилось формование торфяной массы в
куски круглого сечения диаметром 90 мм с внутренним отверстием дли-
ной 200...220 мм. Сформованные куски торфа-сырца подсобные рабочие
снимали с площадки мундштука и укладывали их в фигуры сушки
(стилка с откладчиком ).
Характерной особенностью рабочего процесса машины МПДМ-1
являлся принципиально новый метод разработки, который заключался в
последовательной экскавации торфяной залежи по дуге с углом 120°.
Глубина фрезерования составляла 150 мм. После первого прохода ма-
шина перемещалась на следующий заход. Расстояние передвижки при
этом процессе составляло 250 мм. Передвижение осуществлялось с по-
мощью ручной лебедки, смонтированной на лыжах. Машина МПДМ-1
имела производительность за смену 37,8 т воздушно -сухого торфа.
Весь добытый на Нарьян-Марском торфоучастке торф доводился
до влажности 35...40 % путем полевой естественной сушки, которая з а-
висит в основном от метеорологических факторов. В результате научно-
исследовательских работ была выявлена наиболее благоприятная фигура
сушки кускового торфа в местных условиях, которой оказалась пяти-
слойная однорядная поленница длиной 1 м.
Сушку и уборку торфа рекомендовалось производить по двум те х-
нологическим схемам.
Применительно к механизированной уборке торфа важно соблю-
дать следующие моменты:
1. Сушка торфа в расстиле на месте добычи проводится в течение
2...3 дней.
2. Укладка торфа происходит в пятислойные однорядные полен-
ницы длиной 1 м, расположенные перпендикулярно к направлению гос-
подствующих ветров.
3. Переукладка поленниц проводится при достижении средней
влажности тремя верхними слоями 35 % так, чтобы верхний слой ока-
зался внизу, а нижний – наверху.
4. Уборка торфа проходит при средней влажности 40 %.
Применительно к полумеханизированной уборке необходимо со-
блюдать следующие моменты :
1. Сушка торфа в расстиле на месте добычи проводится в течение
2...3 дней.

77
2. Укладка торфа происходит в пятислойные однорядные поленницы
длиной 1 м.
3. Уборка трех верхних слоев поленниц проходит при достижении
торфом средней влажности 40 %.
4. Укладка из оставшихся двух нижних слоев новых поленниц на
подсушенном месте проводится так, чтобы нижние слои были наверху.
5. Окончательная уборка торфа проходит при средней влажности
40 %.
Срок сушки торфа, вырабатываемого машинами КДН-2М, составлял
20...30 суток; срок сушки торфа, вырабатываемого машинами МПДМ-1,
был на 7 суток больше.
Для уборки торфа при применении машин КДН-2М было рекомен-
довано использование уборочной машины ТУМКАР-3. Кроме уборки, ма-
шина выполняла операции транспортировки и выгрузки торфа. Машина
ТУМКАР-3 (рис. 4.7), выполненная на базе гусеничных тракторов, состоя-
ла из следующих механизмов: уборочного карусельного аппарата, ленточ-
ного гребкового транспортера, кузова, фермы -эстакады, механизмов
передачи и трансмиссии.
Рис. 4.7. Уборочная машина ТУМКАР-3

78
Машина имела вместимость кузова 6 м
3
, максимальную высоту раз-
грузки торфа 3,5 м и производительность за сезон 6 000 т воздушно-сухого
торфа. Ее масса составляла 10,6 т. В дальнейшем на базе машины
ТУМКАР-3 были разработаны бункерные уборочные машины МТК-32 и
МТК-33.
В настоящее время при необходимости добычи торфа в условиях
вечной мерзлоты возможно использование современных фрезформовоч-
ных и уборочных машин с учетом рекомендаций, полученных в 50-е годы
прошлого века.
При разработке подозерных месторождений торфа в условиях запо-
лярной Якутии был предложен гидромеханизированный способ производ-
ства кускового торфа [29]. Добычу торфа по этой технологии планируется
осуществлять земснарядом с последующим обезвоживанием пульпы в от-
стойниках, барабанных фильтрах или специальных геотубах. Наиболее
экономичным признан в данных условиях способ обезвоживания пульпы в
геотубах, которые представляют собой контейнеры, сшитые из тканого ма-
териала – геотекстиля. Создающееся внутри контейнера давление выта л-
кивает свободную влагу наружу, а геотекстиль благодаря особой структуре
удерживает шламовые частицы малого размера внутри. Геотубы распола-
гаются на специальной площадке вблизи водоема и соединяются с земсна-
рядом пульпопроводом. Обезвоживание пульпы производится до влажно-
сти 82...85 % примерно в течение 20 суток, после чего геотубы разрезают-
ся и готовая масса фронтальным погрузчиком грузится в транспортные
средства и доставляется к месту стилки. Привезенная масса фронтальным
погрузчиком или одноковшовым экскаватором загружается в стилочные
машины типа АСК-1 (или аналог ирланского производства DIFCO) и вы-
стилается на поле сушки. Далее процесс идет по обычной технологии до-
бычи кускового торфа. Чтобы этот процесс оказывал меньшее негативное
влияние на окружающую среду, рекомендуется использовать технологию,
описанную в разделе 4.1.
Контрольные вопросы
1. Расскажите об особенностях торфяных месторождений в районах
Крайнего Севера.
2. Почему в районах Крайнего Севера нельзя использовать традици-
онные экскаваторный и фрезерный способы добычи топливного торфа?
3. Какие машины использовались для добычи торфа в условиях ве ч-
ной мерзлоты?
4. В чем заключаются особенности сушки и уборки механизирова н-
ным и полумеханизированным способами?
5. В чем сущность гидромеханизированного способа добычи (произ-
водства) кускового торфа?

79
ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ
САПРОПЕЛЕВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
5.1. Основные сведения об образовании и свойствах сапропелей
Сапропелем называются тонкоструйные коллоидальные отложения
пресноводных водоемов с содержанием органического вещества в пересчете
на сухую массу не более 15 %. В некоторых литературных источниках
(Л.С. Амарян) [1] указывается, что предел содержания органических компо-
нентов может быть снижен до 10 %. Впервые термин «сапропель», что в пе-
реводе означает «гниющий ил», был предложен немецким болотоведом Лау-
терборном в 1901 г. для обозначения пахнущих сероводородом темных от-
ложений мелких водоемов с восстановительными условиями у дна и со зна-
чительным содержанием в воде кальция [5]. В 1904 г. этот термин употребил
Г. Потонье для обозначения всех иловых отложений пресноводных водоемов.
Сапропелем он назвал отложения мелководной или глубинной части водо-
ема, богатые жирами и белками отмирающего планктона, претерпевающие
процесс битуминизации в придонной анаэробной среде [21].
Противопоставляя наиболее общие свойства сапропелей свойствам
торфа и минералогенных озерных осадков, Н.В. Кордэ предлагает следующее
понятие сапропеля: «Сапропель – это современные тонкоструйные коллои-
дальные отложения континентальных водоемов, содержащие значительное
количество органического вещества и оформленных остатков микроскопиче-
ских водных организмов, некоторое количество неорганических компонентов
биогенного происхождения и минеральных примесей привносного
характера» [10].
Основной состав органического вещества сапропелей формируется из
остатков растительных и животных организмов, обитающих в водоеме. Со-
став минеральных компонентов зависит от условий питания, химического со-
става питающих водоемы вод и эрозивных процессов. В результате физиче-
ских, химических и биологических реакций, протекающих в осадке, сапропе-
ли обогащаются многими микроэлементами и биологически активными ве-
ществами [13–16].
По условиям залегания разделяют открытые и погребенные сапропеле-
вые отложения [24, 46]. Открытые отложения залегают в современных водо-
емах, процесс их накопления протекает до настоящего времени. Это разви-
вающиеся сапропелевые месторождения, над ними имеется лишь слой воды,
из которого на поверхность залежи поступают новые порции органического и
минерального материала, что ведет к увеличению мощности отложений.
Погребенные сапропели находятся под торфяной залежью, редко – под
минеральными наносами, для которых стадия седиментогенеза уже закончи-
лась. По мере обмеления и зарастания озер совершается постепенный пере-
ход от открытых сапропелевых месторождений к погребенным. Однако
часто в почти совершенно заросших озерах остаются небольшие просветы

80
воды, так называемые «окна» [20], связанные с наиболее глубокими участ-
ками озера. Хотя в пополнении сапропелевых запасов они уже не играют
существенной роли, однако служат косвенным указателем месторождений
сапропелей с наибольшей глубиной. Если суммарная площадь остаточных
озер невелика по сравнению с общей площадью сапропелевых отложений,
то такие месторождения нужно относить к погребенным.
Формы рельефа часто определяют размеры и форму месторождения,
условия водного и минерального питания, характер минерализации и
строения залежи, мощность сапропелевых отложений и их развитие. На
территории Восточно-Европейской равнины А.Я . Рубинштейн выделяет
четыре основные группы месторождений: 1) поймы; 2) высокие террасы и
зандровые равнины; 3) холмисто-моренный ландшафт; 4) возвышенные
(сглаженные) равнины [17, 18].
Сапропели, погребенные под торфом, практически не изучены.
Средняя мощность их слоя составляет 0,9...1,3 м, достигая в отдельных
месторождениях 2,8 м. Зольность залегающих под торфом сапропелей вы-
ше, чем у озерных, отмечается и большее содержание микроэлементов.
Внешне сапропель имеет вид желеобразной однородной массы, кон-
систенция которой в верхних слоях приближается к сметанообразной, а в
нижних становится более плотной. Часто сапропель имеет мелкозерни-
стую структуру. На его консистенцию сильно влияют минеральные приме-
си, придающие сапропелям характер глинистых, песчаных или известкови-
стых образований [5, 34].
Окраска сапропелей очень разнообразна, причем цвет играет боль-
шую роль при глазомерной оценке отложений, так как указывает на при-
сутствие некоторых органических и неорганических компонентов: оливко-
вый – хлорофилла, розовый – каротина или марганца, голубоватый – ви-
вианита, черный – железа, серый – глины или извести. Следует отметить,
что естественную окраску имеют сапропели непосредственно после извл е-
чения из залежи. Даже кратковременное воздействие воздуха существе н-
ным образом изменяет окраску последнего.
В процессе образования сапропеля огромное значение имее т поверх-
ностный слой пелоген (илород). Именно в нем происходят важнейшие
биохимические процессы. Характером и интенсивностью этих процессов в
пелогенном слое в значительной мере определяются свойства образую-
щихся отложений. Являясь своего рода геохимическим барьером и акку-
мулятором растворенных минеральных веществ, переносимых поверхно-
стными и подземными водами, отложения сапропелей за тысячи и десятки
тысяч лет накапливают значительное количество ценных биоэлементов и
некоторых редких элементов [21–23].
Непосредственно в образовании сапропелей главную роль играют
растворенное органическое вещество, детрит и микроорганизмы. Источни-
ком растворенного органического вещества служат прижизненные выде-

81
ления населяющих водоем растительных и животных организмов, а так же
«водный гумус», состоящий из трудноразлагаемых веществ типа гумино-
вых кислот. Для эвтрофных водоемов количество его колеблется в преде-
лах 77...83 % от общего количества орга нического вещества в воде.
Процессы окисления и комплексообразования приводят к формиро-
ванию инертного трудноокисляемого и трудноусваиваемого живыми орга-
низмами «водного гумуса» [20]. Здесь наряду с химическими процессами в
водной фазе играют роль коллоидно-химические процессы, связанные с
сорбцией органического вещества на детрите, а также биохимические про-
цессы жизнедеятельности бактерий. Детрит – это взвешенные и медленно
оседающие частицы вещества, которое образовано как органическими, так
и минеральными компонентами. Органическая и минеральная части детри-
та часто составляют одно целое, так как в процессе его образования играют
роль сорбция и коагуляция минеральных и органических коллоидов. Ми-
неральную часть образуют в основном глинистые минералы, частицы
кремнезема, обломочные минералы, карбонаты и фосфаты кальция, гидро-
окись железа. Органическую часть детрита составляют сорбированное ор-
ганическое вещество и живые бактерии. Главный источник органического
вещества – фитопланктон. Его живые клетки выделяют растворенное ве-
щество, а разлагающиеся образуют основную часть детрита.
Последним замыкающим звеном в накоплении сапропеля являются
микроорганизмы (бактерии, грибы, актиномицеты). Процессы окисления в
живых организмах происходят одинаково, но микроорганизмы отличаются
от высших исключительным разнообразием способов получения энергии,
диссимиляции. Это разнообразие и служит основой того, что микроорга-
низмы – универсальный редуцент. При соответствующих условиях они по-
требляют все органические вещества – от углеводов, белков, жиров до уг-
леводородов нефти. Более того, имеются бактерии, которые используют в
качестве источника энергии и неорганические вещества: окисление серо-
водорода, аммиачных соединений азота, фосфора, калия. Такие бактерии
также вносят вклад в общий процесс редукции, преобразуя минеральные
компоненты в доступную окисленную форму.
Сапропели образуются при недостатке или полном отсутствии ки-
слорода. При этом происходят восстановительные реакции, ведущие к об-
разованию битуминозных веществ – органических соединений, обогащен-
ных водородом. Биохимические процессы с глубиной затухают, количест-
во микроорганизмов резко уменьшается, а с глубины 0,5...1 м наступает
консервация сапропелей, и после этого они мало меняются.
Исторический путь развития озер совершенно не укладывается в ка-
кую-либо прямолинейную схему. Стадии обмеления сменяются неодно-
кратно стадиями обводнения, что сказывается на формировании сапропе-
лей. Характер озерных отложений связан с колебаниями климата, что бо-
лее или менее четко прослеживается во всех озерах. По данным Б.В. Шос-

82
таковича, средний многолетний годичный прирост ила составляет для не-
больших озер без заметных притоков 1,05 мм, в небольших озерах с при-
токами – 3,65 мм, в больших озерах с многочисленными притоками –
6,64 мм [21].
В естественном состоянии сапропель представляет собой сложную
многокомпонентную полидисперсную коллоидную систему. Согласно ин-
женерно-геологической классификации горных пород (по В.Л. Саварен-
скому с изменениями и дополнениями В.Д . Ломтадзе), их можно отнести к
пятой группе осадочных пород, т. е. к группе пород особого состава, с о-
стояния и свойств. Горные породы этой группы характеризуются специ-
фическими свойствами, требуют специальных методов исследований и ин-
дивидуальной оценки.
Для сапропеля характерны следующие этапы естественного
залегания [39].
Стадия суспензии. Это верхний слой формируемого ила. Данная не-
устойчивая система характеризуется высоким влагосодержанием, боль -
шой подвижностью ионов, активно протекающими биохимическими про-
цессами.
Стадия текучего состояния. В результате седиментации частицы
образуют структурный осадок, который характеризуется высокой естес т-
венной влажностью. В зависимости от плотности частиц и состава воз-
можны различные формы коагуляции: гидрофобная с относительно пло т-
ным осадком или гидрофильная, дающая рыхлую структуру, вследствие
чего влажность на этой стадии физического состояния бывает различной.
Стадия пластического состояния. На этой стадии сказывается уп-
лотнение осадка, вызванное гравитационными силами. Минерализация
нижних слоев отложений, дальнейшее их уплотнение приводят к тому, что
осадок переходит в полутвердое состояние, характеризующееся значи-
тельной потерей слабосвязанной воды.
Особенности коллоидно-химического состава и физического состоя-
ния отложений сапропелей обуславливаются наличием различной по энер-
гии связи с сухим веществом воды. Анализ имеющихся данных свидетель-
ствует, что основную категорию удерживаемой сапропелями влаги (до
70...80 % от полной влагоемкости) составляет слабосвязанная вода макро-
пор, которая удерживается в материале механически и не обладает сколь-
ко-нибудь заметной энергией связи; 12...15 % – вода, иммобилизованная
внутри рыхлых структур, агрегатов частиц гидрофильных коллоидов, и
биологически иммобилизованная вода; 8...15 % приходится на долю физи-
ко-химически связанной воды, в том числе 3...5 % прочно связанной. Ко-
личественные соотношения различных категорий воды в значительной
степени зависят от физического состояния материала. Если верхний слой
характеризуется высокой гидратированностью, рыхлостью структуры,
весьма слабым межчастичным сцеплением или даже его отсутствием, то

83
нижележащие слои, как правило, имеют более плотную коагуляционную
структуру. Естественная их влажность в ряде случаев близка к максимал ь-
ной молекулярной влагоемкости. С другой стороны, по мере увеличения
глубины слоя залежи возрастает степень минерализации сапропеля, что в
свою очередь вызывает изменение содержания гидрофильных веществ,
окислительно-восстановительного потенциала среды, концентрации и со-
става электролитов и других показателей. Отмеченные категории воды, их
количественные соотношения оказывают значительное влияние на меха-
нические свойства материала. В соответствии с представлениями физико -
химической механики, прочносвязанная вода (то есть полимолекулярный
слой адсорбционно связанной воды) не сообщает материалу пластичны х
свойств и, обладая свойствами, близкими к свойствам твердого тела, пре-
пятствует перемещению частиц друг относительно друга.
Рыхлосвязанная и иммобилизованная вода [47] влияет на пластиче-
ские свойства, определяет тиксотропность материала, проявляющуюся в
частичном восстановлении структуры после ее разрушения. Роль свободной
воды проявляется в дальнейшем понижении взаимосвязи между частицами.
Но более значительна роль свободной воды как растворителя и среды для
развития бактериального мира. В результате активно протекающих благо-
даря этому микробиологических и связанных с ними физико-химических
процессов сапропели накапливают многие вещества, которые затем могут
быть извлечены водой. Однако сильно развитая удельная поверхность са-
пропелей (а значит, и большая поверхностная энергия дисперсной фазы)
способствует развитию процессов химического взаимодействия воды с
твердой фазой, из которой она тоже способна извлечь определенные
вещества.
Сапропели являются концентраторами большого количества орган и-
ческого вещества, биологически ценных минеральных компонентов и раз-
личных микроэлементов. Многие химические элементы находятся в них в
форме слабоустойчивых соединений или в растворенном виде.
Сапропели различных месторождений значительно отличаются по
составу элементов золы и органической части. Значительное различие на-
блюдается и в отложениях, отобранных с разной глубины одного месторо-
ждения. Нижние слои имеют, как правило, большую зольность по сравне-
нию с вышележащими. Под зольностью сапропелей понимается суммарное
процентное содержание несгораемой минеральной части и карбонатног о
углекислого газа.
В зависимости от содержания зольных элементов сапропели разде-
ляются на три группы [48]: малозольные (А с
 30 %), среднезольные
(Ас
 30...50 %) и высокозольные (А с
 50...90 %). Величина зольности и
состав компонентов золы зависят от условий формирования и накопления
сапропеля в водоеме и обуславливаются многими факторами: условиями

84
питания и химическим составом питающих водоем вод, приносом мине-
ральных веществ в результате водной и ветровой эрозии и т. п.
По форме связи зольных элементов с органическим веществом они
разделются на три группы.
1. Зольные компоненты, отделяемые физическими методами (меха-
нические включения минералов, аутигенные и терригенные минеральные
примеси). Эта группа характеризует качество сапропеля с позиции агро-
техники.
2. Зольные компоненты, переходящие в раствор при кислотной или
щелочной обработке (компоненты, адсорбционно связанные с органиче-
ским веществом, а также присутствующие в поровом растворе в ионной
форме). Элементы этой группы характеризуют сапропели в отношении его
применимости для химической переработки или иных целей.
3. Прочносвязанные зольные компоненты: глинистые минералы
(образующие органо-глинистые соединения), а также компоненты, входя-
щие в комплексные металлоорганические соединения с гуминовыми
кислотами.
По данным А.Я . Рубинштейна [35, 36], минеральные примеси в вы-
сокозольных отложениях сапропеля составляют до 70 % по отношению к
общей зольности.
Рассматривая сапропели как геологические образования, следует об-
ратить внимание на минералогический состав, который во многом опреде-
ляет их физико-химические и агрохимические свойства. Из минералогиче-
ского состава видно, что наряду с обломочным аллотигенным материалом
в образовании отложений принимают участие продукты биологического и
химического осаждения. Аллотигенные минералы представлены кварцем,
полевыми шпатами, амфиболами и слюдой. Их размер изменяется в пред е-
лах от 0,001 до 0,1 мм. Эти минералы являются устойчивыми в условия х
сапропелевых отложений и не оказывают существенного влияния на физи-
ко-химические свойства сапропелей при их извлечении на поверхность и
последующей аэрации. В некоторых видах сапропелей в значительном ко-
личестве присутствуют глинистые минералы, имеющие размер зерен
менее 0,001 мм. Их генезис окончательно не выяснен, поэтому к аллоти-
генным минералам они отнесены условно. Тонкодисперсные глинистые
частицы адсорбируют органическое вещество. В результате этого при
сушке сапропели переходят из гидрофильного в гидрофобное состояние
с изменением водно-физических и физико-механических свойств.
Минералогическим следствием протекающих биохимических процес-
сов является накопление кальцита, спорадически встречаемого пирита,
генетически связанного с химическими преобразованиями органического
вещества.
Сапропель представляет собой продукт фотосинтеза. Разнообразие жи-
вотного и растительного мира озер и болот, богатое минеральное питание

85
определяют особенности свойств и химического состава сапропеля. По срав-
нению с торфами, они отличаются более высоким содержанием легкогидро-
лизуемых веществ, включающих геммицеллюлозу, азотсодержащие и другие
соединения [19].
Отложения сапропелей исключительно богаты азотом. Верхний их
слой содержит до 8,0...8,5 % азота на органическую массу. Сравнительно
много в сапропелях минеральных элементов как органического, так и неор-
ганического происхождения. Наличие в составе сапропелеобразователей
концентраторов отдельных компонентов, а также способность коллоидной
фракции органического вещества адсорбировать элементы, привносимые в
водоем питающими водами, обуславливают накопление в донных отложени-
ях многих микроэлементов. Особенно богаты микроэлементами кремнеземи-
стые сапропели. Содержание марганца, кобальта, бора, цинка, молибдена и
других элементов в них выше, чем у других типов. Учитывая биогенное на-
копление микроэлементов, можно предполагать высокую их подвижность,
что имеет важное практическое значение при оценке их для использования в
различных отраслях народного хозяйства.
Кремнезем (окись кремния) в озерных осадках представлен двумя
формами. Первая – привносная, поступает со сточными водами, вторая –
активная (биогенная), синтезированная водными организмами, которые рас-
ходуют кремний на образование тканей, скелетов, а после отмирания попол-
няют запасы автохтонного кремнезема. Биогенная кремнекислота составляет
до 15 % от сухого вещества сапропелей.
Содержание растворимого кремнезема достигает наибольших значений
у органогенных и органоминеральных сапропелей. Высокие показатели об-
щей и активной кремнекислоты обычно указывают на существование разви-
той гидрографической сети местности, окружающей водоем, и на приток вод
в сам водоем. Количество кремнезема изменяется в широких пределах в за-
висимости от видов сапропелевых отложений: в золе кремнеземистых сапро-
пелей – от 4 до 80 %, в смешанных – от 3 до 50 %, известковистых –
от3до35%.
Карбонаты в сапропелевых отложениях находятся в виде свободного
углекислого кальция и кальция, связанного с органическим веществом. По-
следний составляет 3...4 % от массы органического вещества. Общее содер-
жание карбонатов для всего многообразия отложений озер колеблется в ши-
роких пределах – от 1 до 55 %. В карбонатных сапропелях они составляют
до 90 % от веса золы.
В настоящее время выделяют три типа накопления углекислого каль-
ция в современных водоемах [37, 48, 49]. Первый – механический. Он пред-
ставляет собой осажденные обломки карбонатных пород из флювиогляци-
альных потоков на ранних стадиях развития водоема. Второй – химический,
физико-химический и биохимический, который образовался путем осажде-
ния из водной массы при активном фотосинтезе. Третий – биологический. Он

86
развивается за счет деятельности харовых водорослей, откладывающих угле-
кислый кальций из водной массы в свои ткани, и микробиологических
процессов (в результате жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих
бактерий).
Соединения железа поступают с грунтовыми водами главным образом
в ионной форме. Во время паводка увеличивается поступление железистых
соединений в виде геля гидрата окиси железа. Сезонно, преимущественно
весной и осенью, поступает железо, связанное с органическим веществом.
Происходит его биогенная фиксация. На значительных глубинах в донных
отложениях железо находится в виде закисной формы (сульфид железа –
гидротроилит), на меньших глубинах при достаточном количестве кислорода
железо накапливается в виде окисных соединений – лимонита. С поступле-
нием в водоем грунтовых вод, обогащенных бикарбонатом железа, формиру-
ется рудное железо (рис. 5.1) в виде железистых конкреций, сцементирован-
ных песчанистым и глинистым материалом. Содержание железистых соеди-
нений в осадках, равное 2...6 %, считается нормальным [9, 15, 18].
Рис. 5.1. Болотная руда (слева) и рудное железо (справа).
Увеличение в 1,5 раза
Одновременно с железом в сапропелях накапливается марганец,
придающий глубоководным илам черный оттенок. По данным лимнологов,
накопление железа и марганца связано не только с физико-химическими
процессами, но и с деятельностью железобактерий, способных поглощать
эти элементы из воды [20].
Соединения фосфора встречаются в виде фосфорнокислой закиси
железа (вивианит) с содержанием фосфора до 6 % и в виде биогенного
фосфора. Он представлен различными соединениями, связанными с орга-
ническим веществом. Стабильное содержание в сапропелях окиси
фосфора – 0,1...0,3 % на сухое вещество. В восстановительной среде про-
исходит накопление минерального фосфора за счет восстановления
фосфатов железа.
В сапропелевых отложениях также накапливаются сера и алюминий.
Сера имеет аллохтонное происхождение. Она ассимилируется в эвтрофных
водоемах фитопланктоном, а в донных отложениях переходит в белковую

87
восстановительную серу, выделяющуюся в виде сероводорода при
гниении.
Сульфаты при биогенной сульфатредукции восстанавливаются до
сульфидов. Сульфидная сера составляет до 1,5 % (в среднем около 0,3 %),
валовая – 0,4...3 %. Содержание алюминия определяется поступлением в
водоем глинистых частиц. Его валовое содержание составляет от 0,5 до
8 % на сухое вещество. В кислых сапропелях (рН менее 4,5) содержатся
подвижные формы алюминия.
Средние значения элементов, входящих в органическое вещество са-
пропелей следующие: углерода – 52...61 %, кислорода – 25 ...36 %, водо-
рода – 6,6...8,1 % и азота – 4...6 %. Более точные значения в зависимости
от содержания органического вещества приведены в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Элементный состав органического вещества сапропелей [21]
Содержание
органического
вещества, %
Углерод
Кислород
Водород
Азот
Сера
>90
54,5...60,8
–
6,6...7,4
4,0...4,9
–
80...90
50,5...60,8 29,7...34,1 6,3...7,8
3,3...5,9
0,3...1,8
70...80
47,2...58,6 30,4...34,1 6,5...7,7
3,5...5,1
0,3...2,7
60...70
48,3...61,4 30,7...39,6 6,8...8,1
3,4...6,0
0,6...3,1
50...60
50,5...60,0 30,6...35,8 6,9...7,6
3,6...5,6
0,5...2,6
40...50
47,4...59,4 25,7...39,8 5,1...8,1
3,4...5,9
1,0...5,6
30...40
49,3...60,9 23,6...33,8 6,8...9,0
3,2...5,4
1,4...6,3
20...30
50,2...59,1 25,3...36,9 6,3...8,9
3,4...5,3
0,7...3,9
10...20
52,4...58,5 30,4...32,2 7,6...8,4
4,2...6,3
2,3...4,9
Предел
изменения
47,2...61,4 23,6...39,9 5,1...9,0
3,2...6,3
0,3...6,3
Поскольку органические вещества у сапропелей выделяются и иссле-
дуются такими же методами, что и у торфа, то они подразделяются на
битумы, гидролизуемые, гуминовые вещества и негидролизуемый
остаток [19].
Содержание битумов, т. е . веществ, извлекаемых органическими рас-
творами, в сапропелях относительно невысокое и колеблется от 3 до 11 %
на органическую массу. Более высокое их содержание наблюдается в от-
ложениях озер, непосредственно примыкающих к торфяным месторождени-
ям, и в сапропеле, погребенном под залежью торфа.
Общее содержание свободных аминокислот в составе легкогидроли-
зуемых соединений достигает 2,6 % на органическое вещество. Гидролиз
2%-м раствором соляной кислоты переводит в раствор проллин, фенилала-
нин, лейцин, лизин и т. п. Присутствие в составе легкогидролизуемых ве-
ществ сапропеля в значительных количествах таких важных в энергетиче-

88
ском отношении компонентов, как аминокислоты и углеводы, указывает на
высокие потенциальные возможности к биохимическим преобразованиям
этого вида сырья в аэробных условиях.
Большой интерес в научном отношении представляют фульвовые и
гуминовые кислоты. По внешним признакам они не отличаются от кислот
торфа, но при исследовании методами гидролиза, гельхроматографии,
ИК-спектроскопии обнаружены их существенные различия. Для гуминовых
кислот сапропелей характерно более высокое содержание азота и водорода.
Это свидетельствует об особенностях их накопления в среде, богатой белка-
ми и жирами.
После выделения из органической массы сапропеля битумов, легко- и
трудногидролизуемых полисахаридов и гуминовых веществ остается часть
материала, которая не подвергается гидролизу при действии кислоты и ще-
лочи. Данные элементарного состава показывают, что в состав этого остатка
входят вещества ароматического характера типа лигнина, гуминовые вещест-
ва, которые не растворились в щелочи, и часть битумов. Достаточно подроб-
ный групповой состав органического вещества сапропелей приведен
в табл. 5.2.
Выше уже отмечалось, что характер гуминовых кислот и негидроли-
зуемого остатка сапропелей иной, чем у этих же групп органических соеди-
нений торфа. По всей вероятности, состав гуминовых веществ, выделенных
из торфа, в условиях стоячего водоема изменяется [5, 9]. В результате этого
образуются новые химические соединения, характерные для органического
вещества сапропелей. То же самое можно сказать и о торфянистых сапропе-
лях, которые по ряду морфологических и гинетических признаков считаются
переходными между сапропелями и торфом. В защиту этой гипотезы можно
привести результаты анализов: торфянистые сапропели по химическому со-
ставу стоят гораздо ближе к типичным водорослевым сапропелям, чем к
торфу. Даже черные гумусированные сапропели с визуально определенными
включениями гумуса не отличаются заметно повышенным содержанием
гуминовых кислот по сравнению с другими органическими сапропелями.
По содержанию органического вещества, характеру минерализации и
биологического состава различных сапропелей обращает на себя внимание
однородный характер группового состава их органического вещества. На-
пример, если у торфа различных типов и видов содержание гуминовых ки-
слот и гидролизуемых соединений может изменяться в 10 раз, а у битумов –
даже в 100 раз, то у сапропелей содержание этих веществ изменяется
в 1,5...2, а реже в 3...4 раза [34, 48].
Частично это можно объяснить сравнением торфо- и сапропелеобразо-
вательного процессов. Главной их отличительной особенностью является то,
что сапропелеобразование всегда происходит в воде, а торфообразование обу-
словлено переменным режимом избыточного увлажнения. Сапропели обра-
зуются преимущественно из водных растений и организмов, а торф – из ос-

89
татков высших растений. Условия разложения органического вещества также
различны. Сапропели образуются в условиях недостаточного доступа или
полного отсутствия кислорода в водной среде, что ведет к образованию со-
единений, богатых водородом. Этот процесс получил название битумизации,
а породы сапропелевого происхождения часто называют битуминозами.
Таблица 5.2
Групповой химический состав
органического вещества сапропелей [21]
Содержа-
ние органи-
ческого ве-
щества, %
Би-
тумы
ВР
ЛГ
Геми-
цел-
люло-
за
ГК
ФК
Трудно-
гидро-
лизуе-
мые
Цел-
люло-
за
Лиг-
нин
>90
9,8
1,7
13,0 14,9 15,9 12,9
5,7
1,7 28,8
80...90
4,9
3,6 22,5 15,7 15,3 12,8
6,2
2,7 14,8
70...80
4,1
3,3 23,4 11,5 11,7 12,1
5,6
2,6 18,8
60...70
4,6
2,2 17,5
9,9 10,9 11,4
4,5
1,6 16,2
50...60
3,9
2,3 14,4 9,1
9,8 10,9
3,5
2,0 11,1
40...50
2,8
2,4 12,2 6,3
9,2
8,0
3,3
1,9
8,9
30...40
1,9
2,2 10,1 4,9
6,6
6,7
2,8
1,5
7,8
20...30
1,3
2,1
6,5
4,2
6,0
5,2
1,2
1,6
7,4
Средние
значения
3,8
2,6 16,2 9,6 10,8 10,0
4,3
2,1 13,5
Для процесса торфообразования характерно господство окислитель-
ных процессов при затрудненном поступлении кислорода, что ведет к обра-
зованию гумусовых веществ, обогащенных углеродом. Процесс носит на-
звание обуглероживания (или гумификации), а породы торфяного происхо-
ждения называют гумусовыми. С увеличением степени минерализации и
уменьшением общего количества органического вещества все показатели
его группового состава уменьшаются. Довольно резко снижается количество
легкогидролизуемых соединений, гемицеллюлоз, фульвовых и гуминовых
кислот, а также негидролизуемого остатка. Количество битумов и трудно-
гидролизуемых соединений изменяется незначительно, а содержание водо-
растворимых компонентов и целлюлозы практически не изменяется
(см. табл. 5.2).
Характер изменения показателей группового состава органического
вещества при переходе от органических сапропелей к минерализованным
наглядно подчеркивает однородность органического вещества сапропелей.
Содержание отдельных компонентов органического вещества зависит глав-
ным образом от величины общей минерализации и мало отличается видовы-
ми его особенностями.
Кислотность сапропелей невысокая. Наиболее характерные значения
рН лежат в пределах от 5 до 6,5. Более низкие значения (рН = 3,8...4,8) встре-

90
чаются редко, главным образом у сапропелей, залегающих под толщей верхо-
вой залежи торфа. У известковистых сапропелей с небольшим содержанием
СаО (0,5...1,5) значения рН выше 6. Сапропели характеризуются высоким
содержанием легкоусвояемых органических соединений и служат хорошей
питательной средой для микроорганизмов. В отличие от торфа, сапропели со-
держат 15...20 % усваиваемого углерода и 30...35 % азота (по отношению к
общему углероду и азоту). Поэтому в верхних слоях сапропелей господ-
ствующее положение занимают биохимические процессы, обусловленные
жизнедеятельностью организмов и бактерий, а физико-химические факторы
имеют подчиненное значение [20–22].
Происходит накопление органического вещества, содержащего в зави-
симости от условий образования большее или меньшее количество мине-
ральных компонентов. Стадия фоссилизации заканчивается после того, как
органический материал оказывается погребенным под слоем минеральных
наносов или погружается на некоторую глубину в толще осадков. При этом
биохимические процессы постепенно затухают и на первый план выдви-
гаются физико-химические процессы. Начинается диагенез – вторая стадия,
сопровождаемая уплотнением и постепенной дегидратацией органического
вещества.
Из приведенных выше данных видно, что сапропель с низкой зольно-
стью представляет собой сырье, которое можно использовать для химиче-
ской переработки, а также для приготовления удобрений. Однако на практике
очень мало находит применение высокозольный минерализованный сапро-
пель, в то время как именно его запасы в большом количестве находятся под
торфяными залежами.
Контрольные вопросы
1. Какие отложения водоемов относятся к категории сапропелей?
2. Приведите известные классификации сапропелей по условиям их
залегания.
3. Расскажите о механизме образования месторождений сапропелей.
4. Назовите этапы естественного залегания сапропелей.
5. Назовите категории связи влаги с материалом в сапропелях.
6. Чем отличаются процессы образования сапропеля от процессов тор-
фообразования?
5.2. Классификации и основные направления
использования сапропелей
Природное разнообразие сапропелей предопределяет широкий диа-
пазон их практического использования. Это обстоятельство обуславливае т
необходимость разделения их на сравнительно однородные по составу и
свойствам типы с целью наиболее рационального их применения.

91
К сапропелям проявляют интерес специалисты различных отраслей
народного хозяйства: геологи, медики, агрономы, животноводы, химики-
технологи и т. д . Неодинаковые задачи, стоящие перед представителями
разных областей науки, требовали исследований разных свойств озерных
отложений. Это привело к появлению многочисленных классификацион-
ных систем, не согласованных с выводами смежных областей. Одни авто-
ры в основу классификации выдвигают генетические принципы, выде-
ляющие группы отложений в зависимости от природы формирования, дру-
гие – признаки самих отложений, третьи – физические и химические свой-
ства, четвертые – внешние и микроструктурные особенности.
Первой классификацией сапропелей считается классификация
Лундквиста, которая отражала в названии вида его минеральную и орган и-
ческую составляющие [21].
Одной из первых классификаций русских сапропелей исторический
интерес представляет классификация, предложенная К.К . Гильзеном [21].
Она основывалась на химических и физических свойствах сапропелей:
удельном весе, механическом составе, общем химическом составе. Затем
появляется классификация сапропелей М.М . Соловьева и Л.А. Белоголо-
вой [23]. Она была основана на понимании сапропелей как илов, в которых
наряду с минеральными частицами содержится значительное количество
органического вещества. Тип отложений определяется авторами по про-
центному содержанию золы в сухом веществе и подразделяется на основа-
нии морфологической характеристики на разновидности.
При построении своей классификации Н.В. Кордэ [10] исходила из
многофакторности их формирования, «комплексного подхода, учитываю-
щего по возможности результаты всех видов анализа: механического, м и-
нералогического, химического, биологического, а также данных геолог и-
ческого исследования местности». Она предлагала основываться на кон-
кретных определяемых признаках как общих показателях взаимодействия
факторов осадконакопления. К ним относится содержание органического
вещества, которое отражает наиболее общие процессы, протекающие в во-
доеме, сложные взаимоотношения факторов абиотических (аллювиальный,
делювиальный привнос золы) и биотических (степень развития жизни в
водоеме). Вторым признаком является количественное соотношение орга-
нической и неорганической частей отложений, которое является показате-
лем взаимодействия этих факторов.
По содержанию органического вещества (ОВ) Н.В. Кордэ выделяет
три группы сапропелей: собственно сапропели (ОВ более 50 ); обеднен-
ные сапропели (ОВ от 50 до 15 %); высокозольные отложения
(ОВ ниже 15 %). За группой выделяется тип отложений, для чего учитыва-
ется совокупность физико-химических свойств: удельный вес, вязкость,
механический, минералогический, химический и биологический состав, а
также внешние признаки: цвет, консистенция.

92
Принципы генетической классификации Н.В. Кордэ заложены в ос-
нову системы озерных отложений, разработанной для практических целей
сотрудниками ПГО «Торфгеология» Н.А. Стекловым и Е.Д . Ильиной,
О.Н. Успенской и А.Я . Рубинштейном (см. прилож. 14). В связи с тем, что
на соотношение различных органических и минеральных компонентов в
сапропелевых отложениях влияют различные природные процессы, а свой-
ства накоплений являются только отражением их характера, то высшая клас-
сификационная единица (тип сапропеля) определяется в зависимости от
взаимодействия процессов внутри и вне водоема. Аллохтонный тип сапропе-
ля образовывался при превалировании привноса кластического материала в
водоем, автохтонный – при преобладании процессов, происходящих в самом
водоеме, и, наконец, смешанный тип – при совокупности двух вышеназван-
ных. Классы сапропелей выделяются в зависимости от происхождения и ха-
рактера накопления компонентов. Внутри классов выделяются виды, харак-
теризующие состав органической и минеральной частей.
Более простым вариантом рассматриваемой классификации является
систематизация образования сапропелей О.Н. Успенской и А.Я . Рубин-
штейна. По количеству органического вещества выделяется тип сапропе-
левых отложений: органические (> 70 %), органогенные (50...70 %), орга-
номинеральные (40...50 %), минерализованные (10...30 %).
В двух первых типах при выделении нижней таксонометрической
единицы учитывается преобладание в органической части остатков живот-
ного и растительного происхождения, а в третьем и четвертом – количест-
венное содержание в минеральной части оксидов кремния, кальция, желе-
за, а также глинистых и песчаных частиц.
Интересен тот факт, что нижний предел по зольности материала сов-
падает с классификацией Л.С . Амаряна [1], который на основании рас-
смотрения специфики состава структуры, дисперсности и механических
свойств органогенных материалов, а также на основе нескольких показате-
лей (полной влагоемкости, коэффициента пористости, предельного сопро-
тивления сдвигу) предложил классификацию сапропелей, которые вклю-
чены в органоминеральную подгруппу грунтов. Эта классификация разде-
ляет сапропель на слабоминерализованный (А с
< 50 %), среднеминерали-
зованный (А с
= 50...70 %) и сильноминерализованный (А с
= 70...90 %).
Здесь в зависимости от зольности изменяются физико-механические ха-
рактеристики сапропелей, поэтому их можно разделять только по количе-
ству содержания органического вещества.
Классификация А.П. Пидопличко [50] подразделяет сапропели в за-
висимости от качественных особенностей на два типа: А – минеральные
отложения, лишенные органических веществ (озерные карбонаты),
Б – сапропели. В пределах типа Б в зависимости от количества золы выде-
ляются подтипы. Первый подтип объединяет в себе многозольные сапро-
пели (А с
> 30 %), а второй подтип – малозольные (А с
< 30 %). Подтипы

93
подразделяются на группы по содержанию преобладающих химических
соединений, которые в свою очередь разбиваются на виды, в зависимости
от преобладания остатков животных и растительных организмов.
В своих дальнейших исследованиях А.П. Пидопличко совместно с
Р.И. Грищук разработали достаточно простую и практичную классификацию,
позволяющую определять примерный вид сапропеля уже в полевых
условиях, уточняя в лаборатории лишь некоторые характеристики (табл. 5.3).
Таблица 5.3
Классификация сапропелей А.П. Пидопличко и Р.И. Грищук
Вид сапропеля
Характеристика отложений
Глинистый
Высокая зольность, серовато-голубоватый или сероватый цвет.
Пластичная тяжелая масса. Извлечен из придонных слоев
Кальциевый
Ас
> 30 %. Содержание СаО до 50...65 %. Залегает на глинистом
сапропеле. Цвет серовато-оливковый, серый, беловато-серый.
Редко содержит остатки макрофитов. Рассыпается при сушке
Кремнеземистый
Ас
>30%.В золе содержание СаО<10%,SiO2>30%.Цвет се-
ровато-оливковый, оливковый. Плотный, содержит песчинки
Смешанный
Высокая зольность. Большое содержание СаО и SiO2 или SiO 2
и глины (или сумма всех компонентов). Иногда содержат много
железа. Минеральных примесей – 70...80 %. Цвет сероватый, тем-
но-оливковый, голубовато-оливковый или коричневато-серый
Тонкодетритовый Ас
< 30 %. Цвет оливковый, коричневато-оливковый
Грубодетритовый
Содержит планктон и высшие водные растения. Зольность невы-
сокая. Цвет темно-оливковый
Торфосапропель
Ас
= 8...10 %. Много остатков высших водных растений. Цвет
буроватый, коричневый или темно-коричневый. При растирании
не пачкается. Промежуточный между торфом и сапропелем
биоресурс
Институтом торфа АН БССР разработана промышленно-генетическая
классификация сапропелей (табл. 5.4) [21], которая отражает генетические
особенности выделенных классов и обосновывает наиболее рациональные
области использования донных отложений в пределах каждого класса.
Основными диагностическими показателями (кроме зольности) здесь
являются следующие отношения: гуминовых кислот к легкогидролизуемым
веществам (ГК/ЛГ), оксида кремния к оксиду кальция (SiO2 /CaO), оксида
кальция к оксиду железа (CaO/Fe2 O3) и оксида кремния аморфного к оксиду
кремния общего (SiO2 ам/SiO2 об ).
Стандарт разделяет сапропели на четыре типа: органические, кремне-
земистые, карбонатные и смешанные. В пределах каждого типа по дополни-
тельным параметрам выделены классы. Промышленно-генетическая класси-
фикация рекомендует использовать сапропели с учетом их состава и свойств,
сберегая таким образом наиболее ценные классы органического сырья от не-
рационального их применения.

94
В соответствии с классификацией Министерства геологии СССР все
природное разнообразие сапропелевых отложений делится на три типа,
шесть классов и девятнадцать видов (табл. 5.5). Здесь тип сапропеля опреде-
ляется по генезису его образования: биогенный – отложение осадка происхо-
дит за счет отмирания растений и животных водоема; кластогенный – осадок
формировался при господствующей роли привноса терригенного материала,
смешанный – когда наряду с биогенной массой в формировании осадка зна-
чительная роль принадлежит геохимическим процессам.
Таблица 5.4
Промышленно-генетическая классификация сапропелей
Тип
Диагности-
ческий
показатель
Класс
Численные значения
показателей
Область применения
О
р
г
а
н
и
ч
е
с
к
и
й
(
О
)
Зольность
(Ас
, %);
ГК/ЛГ
О1
Ас
<30;ГК/ЛГ>3
Стимуляторы роста, гу-
миновые препараты,
строит. производство
О2
Ас
< 30; ГК/ЛГ = 1...3 Лечебные грязи, биоло-
гически активные в-ва
О3
Ас
< 30; ГК/ЛГ = 0,5...1 Наполнители, буровые
растворы, лечебные грязи
О4
Ас
< 30; ГК/ЛГ < 0,5
Связующие вещества, бу-
ровые растворы, лечеб-
ные грязи
К
р
е
м
н
е
з
е
м
и
с
т
ы
й
(
К
р
)
Зольность
(Ас
, %);
SiO 2 /CaO;
SiO2 ам/SiO2об
Кр1
Ас
= 30...50;
SiO2/CaO >2
Удобрения, буровые рас-
творы, строит. производ-
ство, лечебные грязи
Кр2
Ас
= 50...85;
SiO2/CaO >10;
SiO2 ам/SiO2 об > 0,5
Кольматация почв,
тампонажные растворы,
удобрения
Кр3
Ас
> 30;
SiO2/CaO <4;
Fe2O3<0,5
Стимуляторы роста,
лечебные грязи
К
а
р
б
о
н
а
т
-
н
ы
й
(
К
)
Зольность
(Ас
, %);
SiO 2 /CaO;
Fe2O3
К1
Ас
< 30;
SiO 2 /CaO < 0,4;
Fe2O3<5,0
Минерально-витаминные
добавки, лечебные грязи
К2
Ас
> 30;
SiO2/CaO <0,4
Известкование почв, там-
понажные растворы, ле-
чебные грязи
С
м
е
ш
а
н
н
ы
й
(
С
)
Зольность
(Ас
, %);
SiO 2 /CaO;
SiO 2/Fe 2 O3
CaO/Fe2O3
С1
Ас
> 30;
SiO2/CaO = 0,7...2,0
SiO2/Fe2O3>4
CaO/Fe2O3>3
Удобрения, строительное
пр-во, лечебные грязи
С2
Ас
> 30;
SiO2/CaO = 0,7...2,0
SiO2/Fe2O3=1...4
CaO/Fe2O3=0,4...3
Буровые растворы, строи-
тельное производство,
лечебные грязи
С3
Ас
> 30;
SiO2/CaO = 0,7...2,0
SiO2/Fe2O3<1
CaO/Fe2O3<0,4
Лечебные грязи

95
Наиболее перспективными направлениями использования органиче-
ских сапропелей являются: в медицине – приготовление лечебных грязей,
лечебных препаратов и стимуляторов роста растений; в геологоразведоч-
ной практике – приготовление буровых растворов; в производстве строи-
тельных материалов – приготовление связующего для древесностружеч-
ных плит; в земледелии – производство субстратов для выращивания клу-
беньковых бактерий, средств уменьшения слеживаемости минеральных
удобрений.
Кремнеземистые сапропели в зависимости от содержания кремния
и кальция, аморфной кремнекислоты используются для производства
удобрений, мелиоранта малоплодородных земель, лечебных целей и ст и-
муляторов роста.
Сапропелевые отложения карбонатного типа рекомендуются глав-
ным образом для минерально-витаминной подкормки животным и птице, а
также в качестве известковых удобрений и лечебных грязей (карбонатно-
железистые минерализованные илы).
Из сапропелей смешанного типа приготавливают удобрения, буро-
вые растворы, а также их используют в качестве технологических добавок
в производстве аглопорита и керамзита.
Традиционные области использования сапропелей приведены
на рис. 5.2. Двойной штриховой линией показаны перспективные направ-
ления применения минерализованного сырья для производства заполните-
лей легких бетонов [25–27]. Учитывая высокую ценность малозольных са-
пропелей для многих необходимых народному хозяйству направлений ис-
пользования (химико-технологическая, микробиологическая переработка,
лечебная практика и т. п.), стандарт на сапропелевое сырье не предусма-
тривает разработку малозольных сапропелей (до 30 % зольности) на
удобрения.
Повышение плодородия почв. Традиционная и самая распростра-
ненная область использования сапропелей – улучшение агротехнических
свойств земель сельскохозяйственного назначения. Предпосылками такого
применения сапропелей служит то, что в естественном состоянии сапропе-
ли содержат микроорганизмы всех функционал ьных групп, осуществля ю-
щих круговорот в природе углерода, азота и других биогенных элементов.
Причем численность микроорганизмов некоторых групп незначительна и
колеблется от нескольких клеток до десятков тысяч на единицу массы с у-
хого вещества. При проведении процесса обезвоживания извлеченных из
водоемов сапропелей происходит увеличение количества различных видов
микроорганизмов, в частности актино- и макромицетов, осуществляющих
деструкцию трудноразлагающихся органических веществ.

Таблица 5.5
Классификация сапропелей Министерства геологии СССР
Тип
Класс
Вид
Диагностические признаки вида, %
Направления
использования
Зольность
Содержание
оксидов
Биологический и минералоги-
ческий состав
кальция железа
Б
и
о
г
е
н
н
ы
й
Органический
Протококковый
30
8
5
Протококковые > 35
Удобрения; корм.
добавки (кроме торфя-
ного); бальнеология;
пр-во строймат., клея-
щих добавок, буровых
растворов
Цианофицейный
30
8
5
Цианофицейные > 35
Смешанно-водорослевый
30
8
5
Сумма водорослей > 45
Торфянистый
30
8
5
Сумма высших растений > 35
Зоогенно-водорослевый
30
8
5
Сумма животных > 15
Кремнистый
Диатомовый
65
8
5
Диатомовые > 35
Удобрения
К
л
а
с
т
о
г
е
н
н
ы
й
Органо-
силикатный
Органо-песчанистый
31...65
8
5
Органические остатки  40,
кварц > 30
Удобрения и лечебные
грязи
Диатомово-песчанистый
31...65
8
5
Диатомовые  20, кварц > 30
Органо-глинистый
31...65
8
5
Органические остатки  40, гл.
минералы > 30
Диатомово-глинистый
31...65
8
5
Диатомовые  20,
гл. минералы > 30
Силикатный
Песчанистый
65...85
8
10 Кварц 30...50
Мелиорант почв
Глинистый
65...85
8
10 Гл. минералы 30..50
С
м
е
ш
а
н
н
ы
й
Карбонатный
Органо-известковистый
31...65
8...20
10 Органические остатки  40,
кальцит до 20
Удобрения, нейтрализа-
тор кислых почв,
кормовые добавки
Глинисто-известковистый
31...85
8...20
10 Гл. минералы > 30, кальцит до 20
Известковый
31...85
20
10
Органические остатки 15...50,
кальцит 20...40
Железистый
Органо-железистый
31...65
8
5...10
Органические остатки 15...50,
лимонит 5...10
Удобрения, лечебные
препараты, модифици-
рующие добавки
Известково-железистый
31...65
8...20 5...10 Кальцит до 20, лимонит 5...10
Лимонитовый
31...65
8
10 Лимонит > 10
Красители
Сульфидный
31...65
8
10
Пирит, марказит > 10
9
6

Рис. 5.2. Основные направления использования сапропелей
Смешивание сапропелей с навозом, избыточным илом, куриным по-
метом и другими богатыми азотом веществами при закладке штабелей при-
водит к значительной активизации микробиологических процессов в компо-
стах и повышению их качества. Сапропелевые удобрения положительно
влияют на биодинамику почв и урожайность сельскохозяйственных культур.
Происходит это в результате улучшения водно-воздушного и пищевого ре-
жимов почвы, а также обогащения ее агрономически ценными видами мик-
роорганизмов. Последние в большей мере определяют корневое питание рас-
тений, снабжают их различными физиологически активными веществами и
создают благоприятный фитосанитарный фон почвы.
В условиях постоянного увеличения дефицита энергоносителей и тем-
пов загрязнения окружающей среды перспективным является использование
сапропелей для производства бактериальных удобрений. На основе ото-
бранных из микробиоценозов сапропелей ростостимулирующих штаммов
микроорганизмов готовятся сапропелево-бактериальные препараты под
свеклу, картофель, томаты и другие овощные культуры. Большое хозяйст-
венное значение имеют получаемый на местах штамм ризобий и широко
испытанный в производстве сапропелевый нитрагин. По эффективности
этот нитрагин превосходит известный «Ризоторфин»2
, повышая в среднем
урожайность бобовых культур, фиксацию атмосферного азота за период ве-
гетации. Широкое применение сапропелевого нитрагина под бобовые куль-
туры позволит свести до минимума использование очень дорогих азотных
2
«Ризоторфин» – препарат, полученный путем культивации азотобактеров на торфе н и-
зинного типа, подвергнутом радиационному облучению. Другой вид бактериального
удобрения на торфяной основе – чистая культура азотобактеров на специально подго-
товленном торфяном материале-носителе под названием «Ризофил».
97

98
удобрений, сэкономить большие объемы расходуемых на их производство
природного газа, электроэнергии и улучшить экологическую обстановку в
районах расположения сапропелесодержащих озер.
Известно, что эффект применения минеральных удобрений зависит от
емкости поглощения почвы, которая определяется количеством органиче-
ского вещества в ней. Органическое вещество выполняет и ряд других функ-
ций: определяет структуру, микробиологический и воздушный режимы поч-
вы. В состав сапропеля входят почти все необходимые для питания растений
вещества, что делает его особо ценным комплексным органоминеральным
удобрением.
В зависимости от свойств и состава сапропель может использоваться
на удобрения в чистом виде и с минеральными добавками. Для использова-
ния в чистом виде наиболее пригодны органоизвестковистые и известкови-
стые виды сапропеля. Органические сапропели, как правило, слабокислые и
обедненные минеральными компонентами, поэтому желательно компостиро-
вать их с минеральными удобрениями. Различные по составу сапропели не-
одинаково влияют на плодородие почв. Но в целом можно отметить, что под
влиянием сапропеля почвенная реакция смещается в сторону подщелачива-
ния, отмечается увеличение валового азота и гумуса в почве, наблюдается
улучшение структуры почв. Особая роль принадлежит известковистым са-
пропелям, использование которых для нейтрализации кислых почв значи-
тельно эффективнее, чем применение извести минерального происхождения,
так как кальций сапропеля лучше усваивается, при этом почва обогащается
органикой и необходимыми макро- и микроэлементами.
Используемые на удобрения сапропели (табл. 5.6) условно разделяют
на три группы: истинные сапропели с содержанием органических веществ
свыше 50 %, обедненные сапропели с содержанием органических веществ
от 10 до 50 % и минеральные илы с содержанием органических веществ
до 10 %. Обычно на месторождениях сапропель первой группы подстилается
отложениями второй группы, ниже которых почти всегда залегают мине-
ральные илы.
Таблица 5.6
Состав сапропелевых отложений (А.В. Смирнов) [39]
Номер
группы
Зольность,
%
Кислотность,
рН
Общий
азот, %
Р2О5 ,
%
К2О,
%
СаО,
%
Fe2O3 +
+ Al2O3, %
1
50
7...8,5
1...5 0,2...0,7 0,1...0,7  20
6...12
2
50...90
6,5...7,5
 2 0,1...1,5 0,5...1,5  48 2,5...3,5
3
>90
4...6,5
 1,5
 0,5
 0,5
>10
8...29
Рекомендуется использовать первую группу сапропелевых отложений
на удобрение по всей глубине залежи от кровли пелогена до подстилающих
отложений второй группы. Сапропель второй группы наиболее богат и ценен
по химическому составу в слое от кровли пелогена на глубину до 1,5...2 м.

99
Сельскохозяйственная ценность отложений третьей группы обычно невысока
и определяется местными почвенными условиями и природными особенно-
стями месторождения. Их можно использовать в строительном производстве
для изготовления искусственного пустотелого заполнителя легких
бетонов.
Сапропель первой группы применяется в качестве органоминерального
удобрения. При компостировании он не нуждается в дополнительном обога-
щении органическим материалом (торфом и другими компонентами). Сапро-
пель второй группы применяется в качестве сложного минерального удобре-
ния, богатого главным образом известью, отчасти фосфорной кислотой, об-
щим азотом и органическим материалом. Минеральные илы находят приме-
нение преимущественно для улучшения механического состава почв и сни-
жения кислотности (при условии высокого содержания в них окиси кальция).
Более детальное направление использования сапропелей, а также возможные
объемы их залегания можно выявить на основании анализа прилож. 15 и 16.
Применение сапропеля в животноводстве. Повышение эффективно-
сти использования кормов является одной из главных задач при разработке
комплекса мероприятий по увеличению производства продуктов животно-
водства. Для сбалансированного рациона с широким содержанием комплекса
элементов питания, а также в целях стимулирования продуктивности живот-
ных и птицы необходима разработка стимуляторов, улучшающих процессы
пищеварения и, соответственно, увеличивающих полноту использования пи-
тательных веществ кормов.
На современном этапе в практике животноводства с этой целью ис-
пользуется ряд высокоэффективных биологически активных веществ. К та-
ким веществам относятся и препараты гумусовой природы – гумат натрия и
гидрогумат. Установлено, что применение этих препаратов стимулирует
окислительные процессы в организме, в результате чего повышаются обмен
и накопление белков в сыворотке крови, увеличивается образование эритро-
цитов, повышается синтез витаминов, в особенности витамина А, оказывает-
ся высокий лечебный эффект при токсикозах, нормализуется обмен веществ.
Под влиянием гумата натрия и гидрогумата у молодняка крупного рогатого
скота на доращивании и откорме повышается среднесуточный прирост жи-
вой массы. Под действием этих препаратов заболеваемость поголовья молод-
няка крупного рогатого скота и свиней респираторными и желудо-
чно-кишечными
болезнями
в
условиях
комплексов
снижается
в 1,5...2 раза. Анализ свойств сапропеля свидетельствует о том, что они
сконцентрировали в себе комплекс веществ, необходимых организму живот-
ных (B 1 , B 2 , В 12 , каротин, набор аминокислот, биологически активные ве-
щества природного происхождения и т. п.).
Кроме того, был проведен целый ряд опытов на молодняке свиней по
скармливанию с основным рационом по 40 г на голову сухих сапропелевых
добавок для обеспечения активизации защитных систем организма. При этом
в середине и в конце эксперимента повышалась фагоцитарная активность

100
лейкоцитов. Бактерицидная активность сыворотки крови также поддержива-
лась на высоком уровне.
Исследования активизации обменных процессов и повышения клеточ-
ных и гуморальных факторов защиты у свиней позволили установить поло-
жительную динамику на продуктивность домашних животных. Включение в
их дневной рацион по 40 г сапропеля обеспечило увеличение среднесуточно-
го прироста живой массы на 10,7 %, а при подкорме животных во время до-
ращивания и откорма – на 14,7 %. Важной биологической особенностью
кормления поросят в первый месяц жизни является недостаточное поступле-
ние с материнским молоком ряда элементов (железа, цинка, кобальта, меди,
марганца). Недостаточное поступление железа отмечается также в рационе
молодняка норок, вскармливаемого сырой рыбой. Это ведет к возникнове-
нию у животных анемии. Сапропели как источник железа и других макро- и
микроэлементов, витаминов, аминокислот, биогенных стимуляторов могут
сыграть значительную роль в ликвидации дефицита ряда элементов. Причем
высокую степень усвояемости в организме поросят имеют озерные отложе-
ния органического типа.
Использование в строительном производстве. Перспективы исполь-
зования биогенных материалов (торфа и сапропеля) в производстве различ-
ных строительных материалов давно не являются экзотикой, особенно для
специалистов, занимающихся проблемами их добычи и переработки. В пер-
вую очередь к эффективным строительным материалам, позволяющим суще-
ственно снизить материалоемкость и стоимость строительных конструкций,
относятся теплоизоляционные материалы. Огромный интерес представляет
использование сапропелей в качестве органического связующего компонен-
та, который обладает высокой пластичностью, вязкостью, адгезионными
свойствами, адсорбционной способностью. Результаты исследований по раз-
работке теплоизоляционных материалов на основе отходов дерево- и льнопе-
реработки, картонно-бумажного производства позволили определить основ-
ные физико-механические показатели новых материалов: плотность –
150...450 кг/м
3
, предел прочности на изгиб – 0,4...3 МПа, водопоглощение –
9...20 %, теплопроводность в сухом состоянии при температуре 25 oС –
0,048...0,075 Вт/м°С. Возможность промышленного изготовления теплоизо-
ляционного материала, соответствующего указанным требованиям, подтвер-
ждена в производственных условиях. Разработаны и утверждены в установ-
ленном порядке временные технические условия на сапропелевые блоки. Не-
обходимость и возможность организации и расширения производства тепло-
изоляционных материалов с использованием сапропеля в качестве связующе-
го подтверждаются достаточной сырьевой базой, получением экологически
безопасной продукции, относительной дешевизной сырья. Сапропель даже
без дополнительной переработки может с успехом заменить торфяное свя-
зующее при изготовлении строительных блоков «Геокар» (рис. 5.3), в кото-
рых используется высокодиспергированный механическим способом торф.

101
Высокодисперсная фракция (< 50 мкм) органических сапропелей с
большим содержанием гидролизуемых веществ обладает склеивающей и
гидрофобизующей способностью и может быть использована в качестве свя-
зующей добавки при производстве древесно-волокнистых плит. Технологи-
ческий процесс производства древесно-волокнистых плит с использованием
сапропелевого связующего прошел ведомственные производственные
испытания.
Рис. 5.3. Строительный блок «Геокар»,
в котором используется торфяное связующее
Малозольные сапропели, обработанные раствором едкого натра, пре-
дупреждают образование выцветов при обжиге кирпича. Щелочь, а также
образующаяся восстановительная среда активно влияют на фазовые превра-
щения в изделиях в сторону увеличения содержания стеклофазы в керамике.
На этой основе разработан способ изготовления глиняных лицевых кирпичей
с применением в качестве технологической добавки в глину сапропеля для
предупреждения образования выцветов на поверхности изделий.
Получение буровых и тампонажных растворов. Снижение экологи-
ческой нагрузки на окружающую среду при проведении геологоразведочных
работ является одной из острейших проблем. На ее решение направлены ис-
следования по изучению сапропелевых дисперсных систем жидкообразного
состояния различного генетического типа в зависимости от степени дис-
персности, концентрации твердой фазы, температуры, добавок щелочей, ки-
слот и солей поливалентных металлов. Экспериментально установлено, что
по электрореологическим свойствам сапропелевые дисперсии предпочти-
тельнее дисперсий аэросила, диатомита и двуокиси кремния. В связи с этим
сапропелевые дисперсии могут быть использованы в качестве рабочих жид-
костей для различных гидросистем. Дисперсии сапропеля обладают ингиби-
рующим действием по отношению к процессам коррозии металлических
поверхностей.
Исследование реологических свойств дисперсий сапропелей позво-
лило создать рецептуры буровых и тампонажных растворов, прямых и
обратных эмульсий, буферных жидкостей. Сапропелевые буровые и та м-
понажные растворы показали высокий эколого -экономический эффект

102
при бурении скважин на нефть и газ, минерализованные и пресные воды,
твердые полезные ископаемые.
Разработанные буровые растворы содержат балластные гуматы в соче-
тании с полимерами, в качестве которых используются полисахариды и по-
лиакрилаты. При определенных соотношениях этих ингредиентов наблюда-
ется проявление синергетического эффекта. Также разработаны рецептуры
буровых растворов с повышенными (флокулирующими) и пониженными
(диспергирующими) свойствами.
Экологически чистые буровые растворы на основе гуматных реаген-
тов обладают регулирующими структурно-реологическими и смазочными
свойствами, способствуют сохранению устойчивости ствола скважин, харак-
теризуются низкой водоотдачей, имеют пониженную стоимость. Буровые
растворы на основе балластных гуматных реагентов на иболее эффективны
при бурении скважин в сложных условиях, обусловленных наличием зон по-
глощения.
Интенсификация термообработки горючих сланцев. Для обосно-
вания нового направления использования сапропелей была изучена воз-
можность их применения для обогащения высокозольных горючих сланцев с
целью интенсификации их термопереработки для увеличения выхода смолы
и газа, а также улучшения их состава. Применение различных методов ис-
следования позволило установить, что уже на стадии приготовления смеси
происходит взаимодействие компонентов, приводящее к изменениям в струк-
туре, следствием чего является уменьшение зольности, кислотности и со-
держания карбонатов в шихте. Оптимальная концентрация органического
сапропеля составила 10 %. При соблюдении такой концентрации наблюдает-
ся увеличение выхода газа и смолы на 54 % по сравнению с контрольными
образцами. В смоле, образовавшейся в результате термической деструкции
модифицированного горючего сланца, при увеличении количества сапропе-
ля наблюдается монотонное повышение содержания алифатических групп
при снижении ароматических углеводородов. Выход гетероатомных соеди-
нений в смолу при низких концентрациях сапропеля выше, чем для исход-
ного образца, а с ростом его количества наблюдается тенденция к уменьше-
нию. Содержание смоляных и водорастворимых фенолов при использова-
нии добавок также выше, чем у немоди-фицированного сланца, и достигает
максимума также при 10%-м содержании сапропеля в шихте. Выход суммар-
ных фенолов в этом случае в 4 раза выше, чем в контрольном образце. Одна-
ко для этих целей подходит только органический сапропель, так как экспе-
рименты по термолизу горючих сланцев, модифицированных другими ти-
пами отложений (например, кремнеземистым сапропелем), показали их низ-
кую эффективность.
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте главные классификационные признаки сапропе-
лей и приведите их обоснование.

103
2. Какие основные классификации сапропелей Вам известны? В чем
их отличия и сходство?
3. Назовите основные направления использования сапропелей в со-
ответствии с промышленно-генетической классификацией.
4. Расскажите об опыте использования сапропелей для повышения
плодородия почв.
5. Расскажите об использовании сапропелей в животноводстве и
строительном производстве.
6. Какие свойства сапропелей позволяют получать на их основе бу-
ровые и тампонажные растворы?
5.3. Методы и технические средства добычи сапропелей
Инженерно-геологические свойства сапропеля позволяют их отно-
сить к группе органопылеватых пород слабой степени уплотняемости и
литификации. Краткая характеристика их основных видов приведена
в прилож. 17. Примерный дисперсный состав сапропелей следующий:
фракция глинистых частиц размером 5 мкм составляет 15...30 %; пыле-
ватых частиц от 5 до 50 мкм содержится 55...80 %; на тонкопесчаные
фракции от 50 до 250 мкм приходится 6...13 %.
Коэффициент агрегированности у частиц менее 5 мкм изменяется
от 1,2...2,6 (у органоминеральных и известковистых сапропелей) до 13,7
(у глинистых сапропелей). Это характерно для пород с конденсационны-
ми и пластифицированно-коагуляционными структурными связями. В
составе тонкодисперсных фракций преобладают органоминеральные
включения. В небольшом количестве содержатся глинистые минералы
переходных форм от гидрослюд к монтмориллонитам, а также аморфный
кремнезем и карбонаты. Плотность сапропелей в естественном залега-
нии весьма мала. Плотность скелета возрастает с уменьшением органи-
ческого вещества и не превышает 50...250 кг/м
3
.
Естественная влажность зависит от содержания органического ве-
щества и степени уплотнения. Она изменяется от 100...300 до
1 800...3 000 % и более. В сапропелях, находящихся под торфяной зале-
жью, естественная влажность ниже полной влагоемкости материала. Это
связано с удалением части влаги под давлением верхнего слоя торфа.
Как правило, сапропели обладают высокой пластичностью и очень сла-
бой водопроницаемостью (менее 0,01...0,001 м/сут.), имеют высокую
степень водонасыщения и резко выраженную способность к усадке при
уменьшении влажности. Величина усадки при высыхании до гигроско-
пиче ской влажности (3,5...9 %) достигает 65...97 % начального объема.
Эксперименты по сушке формованных методом экструзии гранул
в «мягких условиях» показали, что усадка всех сапропелей, кроме выс о-
коминерализованного (Ас
= 90 %), продолжается во всем диапазоне вла-
госодержаний (рис. 5.4–5.6) [24]. Причем изменение их объема подчиня-

104
ется линейной зависимости между объемом сушимого материала (V) и
влагосодержанием (W), установленным С.С. Корчуновым для кускового
торфа:
VVc(1+КусW),
(5.1)
где Кус – коэффициент объемной усадки, характеризующий изменение
объема при уменьшении влагосодержания на единицу; Vс – объем торфа
в условном абсолютно сухом состоянии.
Рис. 5.4. Зависимость объема V10 6
,м
3
, от влагосодержания W, кг/кг,
при сушке гранул органического сапропеля (Ас
= 17 %) различного
начальногодиаметра:1–20мм,2 –30мм,3 –40мм,4 –60мм
Рис. 5.5. Зависимость объема V106
,м
3
, от влагосодержания W, кг/кг,
при сушке кусков кремнеземистого сапропеля (А с
= 74%)
различного начального диаметра: 1 – 20 мм, 2 – 30 мм, 3 – 40 мм, 4 – 60 мм

105
Рис 5.6. Зависимость объема V106
,м
3
, от влагосодержания W, кг/кг,
при сушке гранул минерализованного сапропеля (Ас
=90%)
различного начального диаметра:
1–30мм,2 –40мм,3 –60мм
В приведенных экс-
периментах (О.С . Ми-
сников) [24] по сушке
образцов сапропеля
цилиндрической фор-
мы с различными на-
чальными диаметра-
ми (dн20,30,40,
60 мм и длиной
1,5d н) было установ-
лено (рис. 5.7), что
средний коэффициент
объемной усадки ма-
териала К ус зависит (в рассматриваемом интервале d н) только от характе-
ристик сырья, условий сушки и не зависит от геометрических размеров об-
разцов (значение коэффициента усадки для минерализованного сапропеля
рассчитывалось для первого периода структурообразования) по С.С . Кор-
чунову и А.Е. Афанасьеву [2, 3].
Прочность сапропелей при естественной влажности незначительна, но
сильно возрастает при уменьшении влажности в процессе обезвоживания и
сушки. Сопротивление сдвигу возрастает по мере уменьшения содержания
органического вещества и влажности. Сцепление увеличивается от 200 до
800 кПа, а угол внутреннего трения – от 15...21 до 29° [37].
Сапропели являются сильносжимаемыми грунтами, уплотняющимися
при сжатии. Плотность скелета увеличивается в процессе компрессионных
испытаний в 2,9...6,8 раза. Модуль осадки при нагрузке 0,2 МПа изменяет-
ся в зависимости от содержания органического вещества и начальной влаж-
Рис 5.7. Зависимость Кус от начального
диаметра кусков сапропелей dн:
1 – органического, 2 – карбонатного,
3 – кремнеземистого и 4 – минерализованного

106
ности от 740 до 882 %, а коэффициент компрессии изменяется в пределах
0,5...1,9 см
2
/кг.
Одним из основных экологических факторов, формирующих экоси-
стему озера, является его морфологическая характеристика. Она включает в
себя размер, форму и строение котловины. При разработке озерной залежи
сапропеля происходит изменение морфометрии и морфологии озера. Осо-
бенно это заметно для небольших озер. В процессе производства работ про-
исходит увеличение глубины воды в озере, в случае уничтожения сплавины –
увеличение площади и формирование прибрежного мелководья, переплани-
ровка и обустройство побережья, по мере выработки залежи многократно
возрастает объем водной массы. Степень и интенсивность трансформации
характеристик зависят от способа, объема и скорости добычи. На примере
ряда озер удалось проследить основные закономерности изменения морфо-
метрии и формирования рельефа поверхности залежи на участках добычи
сапропеля озерных месторождений.
Общей закономерностью водоемов является их мелководность и про-
стое строение котловин до начала производства работ. При гидромеханизиро-
ванном способе добычи участок разработки месторождения имеет форму
сегмента с радиусом, определяемым длиной пульповода. Добыча произво-
дится при веерном фронтальном и ступенчатом перемещении понтона в глубь
озера. Глубина погружения заборного устройства – до 6...8 м. Рельеф по-
верхности залежи на участке производства работ представляет собой чередо-
вание изогнутых и сливающихся по краям желобов с глубиной 1,5...3 м или
асимметричную ложбину с пологим склоном, обращенным к берегу, и кру-
тым – к открытой части озера. Максимальные глубины желоба в районе рабо-
ты земснарядов – до 8 м. При селективной добыче сапропеля рельеф поверх-
ности залежи представляет собой бессистемное чередование углублений и
воронок, образующее сильнорасчлененный микрорельеф в пределах одной
обширной депрессии [39, 48–50].
В озерах, разрабатываемых способом грейферной экскавации, рельеф
поверхности залежи подводной выработки имеет вид небольшого понижения
с хаотически расположенными переуглубленными участками или полого-
вогнутое понижение с незначительной расчлененностью, носящей эпизоди-
ческий характер. Увеличение глубины и объема водной массы приводит к
стабилизации газового и температурного режимов. На участках с глубиной
5...8 м возникает четко выраженная стратификация. Изменение окислитель-
но-восстановительных условий вызывает сдвиг геохимического равновесия
макро- и микроэлементного состава на границе воды с поверхностью залежи.
Изъятие большего объема водонасыщенного осадка увеличивает расходную
часть водного баланса водоемов, а увеличение объема водной массы приво-
дит к замедлению скорости водообмена и снижению проточности озер.
Трансформация основных звеньев экосистемы находит отклики в развитии
биотического сообщества – изменяется видовой состав и уровень развития
гидробионтов.

107
Свойства сапропеля, формы и размеры всасывающих наконечников,
скорость перемещения земснаряда в забое определяют процесс забора поро-
ды и режим работы землесоса [21, 31, 37]. Простейшим способом добычных
работ сапропелевой залежи является разработка отдельными воронками.
В этом случае земснаряд устанавливается неподвижно, и постепенным опус-
канием всасывающего наконечника разрабатывается воронка, глубина кото-
рой определяется мощностью разрабатываемого слоя сапропеля или пре-
дельной глубиной по условиям всасывания. По мере углубления воронки на-
конечник опускается, и у его граней происходит вовлечение частиц сапропеля
в устье наконечника, в результате чего ослабляются силы сцепления частиц
на поверхности воронки. Поступление сапропеля с поверхности воронки к
всасывающей части происходит неравномерно, процесс забора является неус-
тойчивым, а консистенция пульпы и производительность колеблются в широ-
ких пределах. Исследованиями установлено, что при разработке несвязных
пород воронками наиболее рациональной является круглая форма всасываю-
щего наконечника.
При траншейном способе папильонирования земснарядов применяется
атакующее всасывание со щелевидными наконечниками, причем площадь
устья всасывания соответствует скорости всасывания 1,5...2 м/с. Степень
уширения наконечников находится в пределах 2,5...4. В щели всасывания
происходит саморегулирование скорости движения воды соответственно фи-
зико-механическим свойствам породы и скорости ее разработки. Чем меньше
размывающая скорость, тем больше щель всасывания. При использовании
этого метода всасывания образуется траншея, борта которой со временем де-
лаются пологими. Считается, что сапропель естественной влажности в выем-
ках неустойчив и откосы его имеют заложение менее 3°. Наибольшее распро-
странение при добыче сапропелей получили всасывающие наконечники
круглой и эллиптической формы. При этом скорость потока принимается в
пределах 1,4...2 м/с. При разработке сапропелей и илистых пород нашли
применение гидравлические методы рыхления, в основе которых лежит
принцип использования энергии затопленной напорной струи. Простейший
гидравлический разрыхлитель – это всасывающий наконечник с насадкой
гидромониторного типа. У гидравлического рыхлителя с кольцевым водяным
коллектором на нем располагаются насадки под углом 30...40o к плоскости
кольца. За счет такого расположения насадок происходит перемещение са-
пропеля к всасывающему наконечнику.
При добыче сапропелей также применяются эжекторно-гидравли-
ческие рыхлители, используемые для интенсификации забора грунта и уве-
личения глубины разработки до 25...30 м. Их устанавливают на всасываю-
щей трубе в виде насадок, что создает в ней дополнительный напор
на 3...6 м, а это повышает производительность грунтового насоса и земсна-
ряда, исключая кавитацию и срыв вакуума.
При разработке сапропелевых месторождений большой мощности
(от 10 до 70 м) используют эрлифтные устройства. Широкого внедрения в

108
производство эрлифтных устройств при добыче сапропелей не произошло,
так как применение этих установок не позволяет вести сплошную выемку и
приводит к большой потере полезного ископаемого. Наиболее перспектив-
ным при разработке сапропелевых месторождений большой мощности явля-
ется использование земснарядов, оборудованных погружными насосами, ко-
торые позволяют резко повысить консистенцию и увеличить глубину разра-
ботки, существенно снизить износ проточной части грунтового насоса за счет
практически полного исключения кавитационных явлений и повышения
консистенции [50].
Применение погружных грунтовых насосов не наносит вреда окру-
жающей среде. Значительное увеличение глубины разработки позволяет бо-
лее полно отрабатывать сапропелевое месторождение. Эффективный грунто-
забор способствует меньшему замутнению водоема по сравнению с обычны-
ми способами разработки сапропелей. Применение погружных машин явля-
ется значительным шагом вперед при разработке сапропелевых месторожде-
ний. На некоторых из них была достигнута глубина разработки до 20 м.
Перечисленные выше технологические схемы выемки имеют один об-
щий недостаток: они не в состоянии обеспечить разработку сапропеля есте-
ственной влажности. Поэтому его предварительно размывают, создавая пуль-
посмесь сапропеля с естественной влажностью 95...98 % и воды, подают за-
тем эту смесь на обезвоживание, что приводит к нерациональному перекачи-
ванию огромных объемов воды и требует отчуждения значительных площа-
дей. Устранить этот недостаток позволит разработка и подача на обезвожива-
ние неразжиженного сапропеля, что обеспечивает резкое снижение общих
объемов работ. Для этих целей возможно применение некоторых видов насо-
сов, которые широко применяются в технике очистки сточных вод, химиче-
ской и нефтеперерабатывающей промышленности, пищевом, бумажном ,
строительном и керамическом производстве, а также в судостроении и в
горном деле [21].
Разумное сочетание или раздельное применение этих насосов к раз-
личным технологическим схемам может обеспечить достаточный экономиче-
ский эффект при выполнении основных экологических требований.
Известные зарубежные и отечественные технологии добычи сапропе-
лей включают в себя ряд производственных процессов, схематично отражен-
ных на рис. 5.8.
Контрольные вопросы
1. Приведите данные о фракционном составе сапропелей.
2. Что характеризует коэффициент усадки сапропелей и от чего он за-
висит?
3. Расскажите о технических средствах, используемых для добычи са-
пропелей.
4. Какие основные технологии применяются при разработке открытых
и погребенных под торфяной залежью сапропелевых отложений?

Рис. 5.8. Схема известных производственных процессов добычи сапропелей (по С.М . Штину) [50]
1
0
9

5.4. Добыча сапропеля гидромеханизированным способом
Гидромеханизированный способ добычи сапропеля принято считать
наиболее эффективным при подводной разработке месторождения. При
этом нет необходимости в спуске воды из озера и можно вести добычу при
любой глубине залегания сапропеля. Сапропелевая масса разрыхляется,
разжижается озерной водой, засасывается землесосным снарядом и по
пульпопроводам перекачивается на берег (рис. 5.9) [21].
Рис. 5.9. Схема намыва сапропеля в отстойники:
1 – земснаряд; 2 – плавучий пульпопровод; 3 – магистральный пульпопровод
на двухстоечных опорах; 4 – магистральный пульпопровод;
5 – отстойник; 6 – дамбы; 7 – переставные патрубки; 8 – водосбросные
колодцы; 9 – трубчатые водосбросы; 10 – водоотводящие каналы
Объединение в одну технологическую цепочку добычи, транспорта,
обогащения и складирования сапропеля, возможность полной выработки
достаточно глубоких месторождений делают этот способ в большинстве
случаев незаменимым. К тому же он полностью механизирован, может
быть автоматизирован, минимально трудоемок и экономически выгоден.
Способы намыва сапропеля в отстойники следующие:
1) сосредоточенный намыв из торца пульпопровода;
2) рассредоточенный намыв из выпусков;
3) осевой способ;
4) кольцевой способ;
110

111
5) способ поочередного двухстороннего наслоения, разработанный
специально для намыва сапропелей.
Сосредоточенный способ намыва характеризуется подачей мощно-
го потока пульпы через торец пульпопровода в одну из точек отстойника.
Этот способ позволяет уменьшить уклоны намытого слоя, что способству-
ет более равномерному промыванию и сушке сапропеля, однако он не
обеспечивает однородного химического состава сапропеля по длине от-
стойника.
Более распространенным является способ рассредоточенного
намыва из выпусков трубопровода. Прокладка разводящего пульпопрово-
да по этому способу осуществляется по эстакаде, и укладка ведется в од-
ном направлении. Осветленная вода при этих способах сбрасывается через
один или два водосборных колодца (обоснование осуществляется по
расчетам).
Осевой способ отличается от рассредоточенного тем, что разводя-
щий пульпопровод монтируют на эстакадах по одной из осей симметрий
отстойника.
При наливе кольцевым способом разводящие трубопроводы укла-
дывают на ограничительно-разделительных дамбах по периметру отстой-
ника. Намыв производится одновременно на всех направлениях из выпус-
ков, которые по мере роста намыва к середине отстойника наращиваются.
Все указанные способы имеют следующие недостатки: заметное
фракционирование и неравномерное распределение по длине отстойника
основных химических элементов; затруднительное обслуживание разво-
дящих пульпопроводов в связи с невозможностью прохода по намытому
сапропелю.
Для устранения указанных недостатков разработан новый способ –
двусторонний поочередной намыв. Сущность этого способа (рис. 5.10)
заключается в том, что намыв производят двусторонним поочередным на-
слоением сапропеля пульпопроводами, уложенными на продольно -
разделительных дамбах, оборудованных выпусками с переставными па т-
рубками или лотками для переключения намыва.
Рис. 5.10. Схема двустороннего поочередного намыва сапропеля:
1 – намывной пульпопровод; 2 – продольная дамба;
3 – переставные патрубки; 4 – слой сапропеля

112
Земснаряды. При выборе землесосного снаряда (рис. 5.11), опти-
мально отвечающего конкретным условиям, учитывается ряд факторов.
К ним относятся: тип сапропеля и его физико-механические свойства; глу-
бина залегания и ширина распространения; дальность и высота подачи
пульпы; количество и свойства посторонних включений; абразивность са-
пропеля; способ доставки агрегата к месту работы; варианты энергообес-
печения; возможность совершать рабочие перемещения во время разработ-
ки траншей и другие местные условия.
Разработка подводных отложений сапропеля открытых водоемов со
сложной стратиграфией залежи предъявляет к земснарядам следующие
требования [37, 48]:
1) корпус земснаряда и его рефулерная часть должны быть достаточ-
но устойчивыми и обеспечивать надежную работу в период волнения в
открытом водоеме;
2) земснаряд должен иметь комплект грунтозаборных устройств для
разработки залежи на всю ее глубину, которые должны обеспечивать раз-
работку верхних слоев, покрытых растительностью, и нижних уплотнен-
ных и связанных слоев;
3) установленный на земснаряде насос должен развивать напор, дос-
таточный для транспорта сапропелевой пульпы на большое расстояние;
4) снаряд должен иметь надежные средства рабочих перемещений в
условиях открытого водоема при многометровом слое донных отложений
сапропеля.
Рис. 5.11. Схема землесосного снаряда
Таким образом, выбор земснаряда обосновывается производительно-
стью, максимальной глубиной разработки грунта, максимальным напором
грунтового насоса, типом и мощностью разрыхляющего устройства, тре-
бованиями к плавучему пульпопроводу (рис. 5.12). Усредненные технико-
экономические показатели подтверждают: чем крупнее земснаряд, тем
выше его эффективность, однако в конкретных условиях целесообразно
применять небольшие агрегаты, поскольку нужно принимать во внимание,
Свайный аппарат
Надстройка
Рубка управления
Control cabin
Подвеска разрыхлителя
Пульпопровод
Поворотная часть
Понтон
Pulp line
Turned part
Pile displacement
Overbuilding
Hanger of digger
Pontoon

113
что аварийный выход из строя крупного земснаряда может принести очень
большие убытки. К тому же крупные земснаряды непригодны для работы на
малых глубинах. Им требуется широкий фронт намыва, возникают опреде-
ленные трудности с обеспечением запасными частями, для их обслуживания
необходим высококвалифицированный обслуживающий персонал.
Паспортная глубина опускания грунтозаборных устройств земснаря-
дов должна несколько превышать фактическую глубину выемки. Учиты-
вая, что агрегат не только разрабатывает месторождение, но и транспорти-
рует материал на некоторое расстояние, необходимо обращать внимание
на полный напор, развиваемый грунтовым насосом (Н, м). Надо убедиться,
что он достаточен для подачи пульпы на заданное расстояние и нужную
высоту, т. е .
Нвhгв+hнп,
(5.2)
где в и п – плотность воды и пульпы, кг/м
3
; hг и hн – гидравлические поте-
ри в пульпопроводе и высота подачи пульпы над уровнем озера, м.
Рис. 5.12. Плавучий пульпопровод
При этом в неравенство нужно подставлять не средние, а максималь-
ные значения параметров. Если невозможно подобрать земснаряд с доста-
точным напором грунтового насоса, то необходимо предусмотреть включе-
ние в технологическую цепь береговых перекачивающих станций. Привод
агрегатов земснаряда может быть электрическим, если возможен
береговой подвод энергии, дизельным или дизель-электрическим.
Наиболее рациональным приводом является электрический. С дизельным
приводом строят земснаряды с небольшой, обычно до 200 м
3
/ч, производи-
тельностью.
Доставка земснаряда к месту производства работ осуществляется бук-
сировкой по воде, наземным транспортом в собранном виде (небольшие зем-
снаряды) или используются разборные конструкции. Малые земснаряды час-
то делают самоходными с применением принципа реактивного действия
водной струи.

114
Земснаряд может работать с рыхлением или без рыхления. Всасываю-
щая труба землесоса все время должна быть у грунта, и по мере сработки
слоя залежи земснаряд должен непрерывно перемещаться по забою –
папильонировать. Толщина слоя, снимаемого за один раз земснарядом, со-
ставляет 0,5...1,5 м. По типу рабочих перемещений земснаряды бывают двух
типов: с канатным и свайным папильонированием. В случае разработки са-
пропелей предпочтительными считаются агрегаты со свайным папильониро-
ванием. Они проще в эксплуатации и имеют минимальное количество рабо-
чих лебедок. При этом возможно более точное координирование агрегата,
однако грунт, в который углубляется опорная свая, должен быть достаточно
плотным.
По производительности землесосных снарядов по грунту (м
3
/ч) их де-
лят на следующие типы [50]: карликовые (< 50), малые (50...150), средние
(150...600), крупные (500...1 000) и особо крупные (> 1 000). Для добычи са-
пропеля крупные и особо крупные земснаряды не применяются. В основном
это агрегаты производительностью от 25...40 до 400...500 м
3
/ч. Характери-
стики отечественных землесосных снарядов приведены в табл. 5.7.
Необходимо подчеркнуть, что применение средств гидромеханизации
имеет ряд недостатков. Основные из них:
образование взвеси коллоидных частиц сапропеля в воде и отрицатель-
ное ее влияние на экологическую обстановку в водоеме;
низкая концентрация твердой фазы в пульпе;
необходимость подготовки больших площадей под карты намыва или
строительства отстойников;
большие затраты на осветление (очистку) воды и отвод ее в водоем;
сезонность работ;
засорение растительными остатками плавучего и магистрального пуль-
попроводов.
Производительность земснарядов (Qз,
м
3
/ч) определяется по
формуле





1
1г
з
М
К
Q
Q
t
,
(5.3)
где Q – подача грунтового насоса по пульпе, м
3
/ч; Mг – средняя концентрация
пульпы;  – пористость грунта; Kt – коэффициент использования полезного
времени земснаряда.
в
г
г
V
V
М
,
(5.4)
где Vг и Vв – объем грунта и воды в единице объема пульпы.
Сезонную и годовую производительность земснаряда (Qсез , м
3
) можно
определить, пользуясь зависимостью

115
Qсез=Qзtсnc,
(5.5)
где tс – продолжительность рабочей смены, ч; nc – общее количество рабочих
дней земснаряда в сезоне добычи.
Таблица 5.7
Характеристики плавучих землесосных снарядов
Показатель
Тип землесосного снаряда
МЗ-3А МЗ-8 ЗРС-1 80-30 150-45
ЗРП
Техническая производи-
тельность по сапропелю
естественной влажности
(w=90%),м
3
/ч
250
450
450
270
600
600
По готовым удобрениям
(w=50%),т/ч
50
90
90
54
120
120
Максимальная глубина раз-
работки, м
6
11
10
10
10
8
Осадка в рабочем состоя-
нии, м
0,5
0,5
0,55
0,75
0,8
0,8
Дальность транспортирова-
ния, м
1000 1200 1200 3000 3000
3 200
Установленная мощность
дизельных двигателей, л. с.
150
300
300
290
680
750
Диаметр напорного пуль-
попровода, мм
300
300
360
300
400
500
Моторесурс, ч
10000 10000 10000 10000 20000 20000
Марка грунтового насоса
ГрУ-1600/25
ГрУ-
800/40
ГрУ-2000/63
Производительность
по воде, м
3
/ч
800
1600 1600
800
2 000
2 000
Давление, МПа
0,25
0,25
0,25
0,4
0,63
0,63
Диаметр входного
патрубка, мм
150
300
300
250
400
400
Мощность, кВт
110
250
250
200
800
800
Скорость вращения, об/мин
750
750
750
750
600
600
Масса, кг
2040 2040 2040 1995 6840
6 840
Корпус
Разборный
Основные габариты, м:
длина
ширина
высота
15,0
4,5
–
15,0
4,5
–
20,0
5,7
4,9
18,0
7
–
19,8
8,6
6,25
25,5
8,7
6,7
Коэффициент использования полезного времени земснаряда зависит от
условий, в которых работает оборудование, способов намыва, возможности
совмещения подготовительных работ в забое и на площадке намыва, норм
внесения сапропелей непосредственно на поля, от необходимости переноски
и перекладки трубопроводов, технического состояния оборудования, квали-

116
фикации обслуживающего персонала и других факторов, зависящих от мест-
ных условий. Например, при намыве в отстойники Kt = 0,75; при кольматации
заболоченных земель Kt = 0,7; при намыве на луга Kt = 0,4; при намыве на по-
ля при помощи дождевальных установок Kt = 0,35. Совмещая по времени
намыв в отстойники и непосредственно на поля во время перерывов в работе,
можно добиться некоторого повышения общего коэффициента использова-
ния полезного времени землесосных установок.
Общее количество добываемого за сезон сапропеля (Vс, м
3
) находят на
основании потребности района в прямом внесении удобрений на поля и из
отстойников:
Vс = F1H1 + F2H2,
(5.6)
где F1 – площадь полей прямого намыва, га; H 1 – норма прямого намыва,
м
3
/га; F2 – площадь полей, нуждающихся во внесении сапропеля, взятого из
отстойников, га; H2 – норма внесения сапропеля из отстойников, м
3
/га.
Расчет ведется при естественной влажности сапропеля, количество
земснарядов определяют по формуле
сез
c
Q
V
N
.
(5.7)
При определении границ района поставки сапропеля из отстойников
при влажности 50...60 % необходимо учитывать, что экономически обосно-
ванное расстояние вывозки его на поля, удаленные от точки погрузки, –
до 30 км. При наличии установок по гранулированию и сушке сапропеля до
абсолютно сухого состояния ограничения по дальности транспортировки
снимаются.
Пульпопроводы. Для транспортировки сапропеля от земснаряда к от-
стойникам и на поля применяют пульпопровод. Он состоит из двух частей:
плавучей и береговой. Плавучий пульпопровод (см. рис. 5.12) представляет
собой цепь шарнирно соединенных между собой понтонов с проложенными
по ним трубами и пешеходными мостками. Береговой – цепь жестко соеди-
ненных труб, уложенных на специальных подкладках.
Трубы, из которых изготавливают пульпопроводы, должны иметь об-
легченную конструкцию. Применяются легкие сварные металлические трубы
разных диаметров, а также неметаллические трубы. Последние рекоменду-
ются при выполнении работ в условиях пониженных температур. Хорошо за-
рекомендовали себя полиэтиленовые трубы. Они легки, эластичны и не раз-
рушаются при замерзании в них пульпы. Можно применять трубы, изготов-
ленные из фанеры водостойких сортов. Они имеют низкую теплопровод-
ность и способны работать при низких температурах. Основные параметры
труб приведены в табл. 5.8.
Гидротранспорт пульпы. Пульпа представляет собой смесь сапропе-
ля и воды и характеризуется объемной концентрацией, которую выражают
массой абсолютно сухого сапропеля в граммах на 1 литр пульпы. Этот пока-
затель характеризует содержание в воде веществ, находящихся в любом со-

117
стоянии: в виде суспензии, эмульсии, коллоида или раствора. Другие показа-
тели не столь удобны из-за малых различий в плотности воды и сапропелевой
пульпы.
Дальность подачи пульпы (L, м) определяется напором, развиваемым
грунтовым насосом земснаряда (Hз, м), потерями во всасывающем патрубке и
разностью высот между уровнем воды в озере и пунктом подачи пульпы (hг ),
гидравлическими потерями на 1 м длины пульпопровода (i):
.
г
з
i
h
H
L


(5.8)
Таблица 5.8
Характеристики труб, применяемых при добыче сапропеля
Параметры
Стальные
Полиэтиленовые
Фанерные
Наружный диаметр, мм
312...755
225...315
222...326
Толщина стенки, мм
2...4
5,5(8,7)*...7,7(12,2)
11...12
Длина трубы, мм
2510...3915
–
5 000...7 000
Масса 1 п. м. трубы, кг
13,5...83,8
3,94(6,2)...7,75(12.1)
5,8...10,2
Допускаемое
давление, МПа
Более 1
0,25(0,4)
До 1,2
Сортамент (ГОСТ)
–
МРТУ6-05-917-67
ГОСТ 7017-84
*Примечание: без скобок – легкий тип, в скобках – средний.
Ориентировочно значение i для сапропелевой пульпы, обладающей не-
значительным сопротивлением сдвигу, можно определить по формуле
,
g2
υ
λ2
d
i



(5.9)
где  – коэффициент, зависящий от числа Рейнольдса;  – скорость движения
пульпы, м/с; g – ускорение свободного падения, м/с
2
; d –внутренний диаметр
трубопровода, м;
4
Re
3164
,
0
λ
приRe3500;
(5.10)
2
8
Re
lg
3,0
λ





при Re  100 000,
(5.11)
где Re – число Рейнольдса.
μ
υ
γ
Re
d


,
(5.12)
где  – плотность пульпы, кг/м
3
;  – скорость потока, м/с; d – диаметр трубо-
провода, м;  – кинематическая вязкость.
Плотность сапропелевой пульпы незначительно отличается от плотно-
сти чистой воды и составляет 1 002...1 006 кг/м
3
(озеро Неро, Ярослав-

118
ская обл.). Скорость движения пульпы обычно составляет от 0,5 до 2,0 м/с.
Минимальные критические скорости потока пульпы, при которых весь
твердый материал полностью транспортируется, можно определить расче-
том. В табл. 5.9 приведены значения критических скоростей при гидротранс-
портировке сапропелей, полученные экспериментально.
Таблица 5.9
Минимальные (критические) скорости потока
сапропелевой пульпы (по данным М.З. Лопотко) [21]
Диаметр
трубопровода, мм
Критические скорости, м/с, при содержании
минеральных компонентов, %
До 30
30...50
50...70
300
0,20...0,22
0,30...0,32
0,40...0,45
350
0,22...0,24
0,32...0,34
0,45...0,50
400
0,24...0,26
0,34...0,36
0,50...0,55
При невозможности подачи пульпы на нужное расстояние при помощи
одного земснаряда в магистральный пульпопровод включаются последова-
тельно устанавливаемые грунтовые насосы. Они могут устанавливаться без
разрыва потока и с разрывом. При применении схем гидротранспорта с раз-
рывом потока при перекачивающих станциях необходимо сооружать специ-
альные емкости-аккумуляторы пульпы, объем которых рассчитан на
30–40 мин работы земснарядов.
Для предупреждения температурных деформаций трубопровода (при
фланцевом или сварном соединении труб) на прямолинейных участках через
каждые 300...500 м устанавливают компенсаторы. Рекомендуется примене-
ние компенсаторов мембранного типа конструкции Николаева. На наиболее
возвышенных местах берегового пульпопровода не реже чем через
400...600 м устанавливаются воздушники для автоматического удаления воз-
духа, накапливающегося в трубопроводе.
Намыв сапропеля в отстойники. Чаще всего при добыче сапропелей
намыв ведется сосредоточенным способом (самым простым) при устройстве
одного выпуска на каждом отстойнике. Применение других способов дикту-
ется повышением требований к однородности состава намываемого материа-
ла и сопровождается усложнением обслуживания пульпопроводов и некото-
рым снижением качества осветления пульпы.
Осветленная вода сливается через водосливные колодцы и по водоот-
водящему каналу поступает на поля орошения и удобрения или после допол-
нительной очистки – опять в водоем.
Для правильного определения размеров отстойников нужно знать ди-
намику осаждения сапропеля по длине отстойника, глубину сезонного про-
мерзания намытых сапропелей и толщину слоя, который можно высушить и
убрать в течение сезона. В районах с неблагоприятными погодными усло-
виями толщина слоя сапропеля в отстойнике лимитируется возможностями

119
сушки, а в южных районах – условиями промерзания.
Общая площадь всех отстойников (Fо, га) может быть найдена из вы-
ражения
2
o
o
2
2
H
F
H
F

o
2
2
o
2
H
H
F
F


,
(5.13)
где F2 – площадь полей, нуждающихся во внесении сапропеля, взятого из от-
стойников, га; H 2 – норма внесения сапропеля из отстойников, м
3
/га;
Hо – толщина слоя сапропеля, намываемого в отстойники, в пересчете на ес-
тественную влажность сапропеля, м.
Площадь также можно вычислить, зная масштаб сезонной добычи:
H
V
F
o
o
2


,
(5.14)
где Fо
*
–
общая площадь отстойников, м
2
; V о – сезонный масштаб добычи са-
пропеля в пересчете на его влажность в отстойнике после сброса осветленной
воды (w = 90...95 %), м
3
; H – толщина слоя сапропеля, намываемого в от-
стойники, м.
Каждый отстойник представляет собой правильный прямоугольник,
ограниченный со всех сторон земляными дамбами, высота которых примерно
на 0,5 м превышает толщину намываемого слоя сапропеля. Отстойники со-
оружаются на весь период разработки месторождения. Половина отстойни-
ков предназначается для заполнения сапропелевой пульпой в текущем сезо-
не, а другая – для сушки и уборки готовой продукции после зимнего промо-
раживания. Ширина дамб по верху составляет 2 м, а если она совмещается с
дорогой, то ее ширина 5 м. Заложение откосов от 1 до 2,5. Располагаются от-
стойники на участках с хорошо фильтрующим основанием. Обычный размер
отстойника – 50(100) × 200 м. Но он может уточняться определенным расче-
том. Длина его (L, м) определяется по скорости осаждения частиц:
u
Н
L



ос
ср
υ

,
(5.15)
где  ср – средняя скорость потока пульпы в отстойнике, м/с; H – глубина на-
полнения отстойника, м;  ос – скорость стесненного осаждения сапропеля,
м/с; u – вертикальная составляющая потока, м/с.
H=hА,
(5.16)
где h – высота слоя сапропеля, намываемого в отстойник, м; А – коэффици-
ент, учитывающий осадку намытого сапропеля к началу промерзания
(до влажности 75...80 %).
Высота намываемого слоя определяется глубиной промерзания или
эффективностью сушки. Коэффициент А для Ярославской области равен 2.
При смещении района разработки на север он уменьшается, доходя до 1,5.
При смещении на юг – увеличивается до 2,5 и более.
Средняя скорость потока пульпы зависит от производительности зем-

120
снаряда (Q, м
3
/с) и живого сечения отстойника:
Н
В
Q


ср

,
(5.17)
где B – ширина отстойника, м.
В случае необходимости по этой формуле можно вычислить ширину
отстойника, задавшись средней скоростью потока, при которой обеспечива-
ется эффект осаждения сапропеля (обычно 0,015...0,03 м/с).

К
К
К
С



тр
ос
υ
,
(5.18)
где К – концентрация пульпы, г/л; Ктр – требуемая концентрация осадка после
сброса осветленной воды, г/л; С – коэффициент, зависящий от величины тре-
буемой концентрации осадка:
4
кр
3
10
1,1
К
С


.
(5.19)
Вертикальную составляющую скорости потока сапропеля в отстойнике
(u, мм/с) рекомендуется определять по эмпирической зависимости
А.И. Жукова:
u = 0,00004ср,
(5.20)
где ср – в мм/с.
Расчет глубины промерзания сапропеля в отстойнике обычно ведется
по формуле В.С. Лукьянова и М.Д. Головко [50]. При этом используются
специально разработанные номограммы и инструкции, обосновывающие
выбор данных.
Приблизительно глубину промерзания можно вычислить по формуле
Стефана:





t
T
h
м
λ
2
,
(5.21)
где h – глубина промерзания, м;  м – коэффициент теплопроводности мерз-
лого грунта, ккал/мградч; Т – время промерзания, ч; t – средняя температура
на поверхности грунта, °С;  – скрытая теплота плавления льда, ккал/м
3
.
Формула Стефана не учитывает ряда факторов, влияющих на глубину
промерзания, и дает примерно на 25 % завышенные значения искомой
величины.
Глубину промерзания сапропеля в отстойниках можно оценить по
промерзанию грунта на близко расположенных участках. Например, глубина
промерзания сапропеля составляет 0,6 от глубины промерзания суглинистого
грунта. Ориентировочно среднюю глубину промерзания сапропеля в отстой-
никах в условиях средней полосы России можно принимать равной
0,4...0,5 м. Тогда глубина наполнения отстойника составит 0,8...1,0 м. Сапро-
пель в отстойниках начинает замерзать при температуре –0,5...–0,6 oС.
Для определения глубины слоя сапропеля в отстойниках на основании

121
условий эффективности сушки учитывают испарение, фильтрацию в грунт и
необходимость сброса выпадающих осадков. Расчеты показывают, что
за 70 суток летнего времени можно высушить слой мощностью около 1 м.
Объем намытого в отстойнике сапропеля (V, м
3
) определяется по фор-
муле
B
L
L
i
H
V











2
ср
в
,
(5.22)
где Hв – высота намыва в начале отстойника, м; L и B – длина и ширина от-
стойника, м; iср – средний уклон поверхности намыва.
q
i
6
ср
10
6,2



,
(5.23)
где q – удельный расход потока пульпы.
Для надежного сброса осветленной воды выполняют расчет пропуск-
ной способности водосборных колодцев и коллекторных труб (Qк , м
3
/с):
,
g
2
k
k
k
H
H
b
m
Q





(5.24)
где Hk – высота слоя воды, переливаемой через стенки колодца, м; m – коэф-
фициент расхода для водослива с тонкой стенкой (можно принять m = 0,4);
b – ширина водосливной части колодца, м (обычно от 1 до 1,5 м).
Сечение коллекторной трубы (S, м
2
) для отвода осветленной воды из
колодца определяется по формуле
H
Q
S




g
2
μ
k
,
(5.25)
где  – коэффициент расхода; H – высота воды в колодце, м.
1
2,0
1
μ



d
l,
(5.26)
где l – длина коллекторной трубы, м; d – диаметр коллекторной трубы, м.
При недостаточной пропускной способности колодца сооружаются их
комплексы. Колодцы устанавливают в наиболее удаленных от точки выпуска
пульпы местах с отметками несколько ниже, чем отметки дна отстойника. По
конструкции колодцы могут быть шандорного типа или трубчатые с регули-
руемой высотой слива.
Сброс осветленной воды производится непрерывно только до начала
заполнения последнего участка отстойника. При его полном заполнении пе-
реходят на периодический сброс для обеспечения полного осветления пуль-
пы. Продолжительность работы водослива при одном цикле заполнения от-
стойника должна составлять не более 16...20 ч.
Перед строительством отстойников выполняется топографическая
съемка местности. Вычерчивается план местности в масштабе и с горизонта-
лями поверхности. Площадь, предназначенную для строительства отстойни-

122
ков, планируют и делают разбивку, перенося на натуру контуры будущих от-
стойников, трасс пульпопроводов и подъездных путей. Полностью снимается
и удаляется дерновый покров. Основание дамб заглубляется на 0,2 м ниже
отметок дна отстойников. Дамбы отсыпаются бульдозерами или экскавато-
рами с обязательным уплотнением. При этом необходимо следить, чтобы в
тело дамбы не попал дерн и почвенно-растительный слой грунта. Особое
внимание следует обращать на тщательность заделки щелей между телом
дамбы и водоотводящими патрубками сливных колодцев, которые рекомен-
дуется забивать мятой глиной, тщательно ее уплотняя. Это снизит опасность
протекания воды сквозь дамбу и ее размыв.
После отсыпки дамб дно отстойников выравнивается бульдозером с
приданием ему уклона (0,004...0,005) в сторону сливного колодца. При со-
средоточенном намыве для предотвращения размыва дна в месте падения
струи устраиваются водобойные площадки размером 2,5 × 2,5 м. Лучше всего
для этого использовать железобетонные плиты. Расстояние от точки выпуска
пульпы до кромки дамбы должно быть не менее 5 м.
В каждом отстойнике со стороны дамбы, по которой проложена доро-
га, устанавливается по одному съезду. Ширина съезда выбирается из расчета
проходимости технологического оборудования по сушке и уборке сапропе-
лей и должна быть не менее 14...16 м.
Для текущего учета количества намытого сапропеля в отстойниках ус-
танавливаются рейки, количество которых зависит от размеров отстойника.
В отстойниках размером 100 × 200 м устанавливают не менее 6 реек вдоль
отстойника в два ряда на расстоянии 25 м от оси дамб.
Намыв пульпы ведется слоями толщиной по 0,2 м и повторяется через
каждые 5 суток для сапропелей с зольностью более 30 % и через 7 суток для
сапропелей с зольностью менее 30 %. В течение сезона может быть выполне-
но 20 и более циклов намыва с образованием слоя более 1 м.
Сосредоточенный намыв через торец пульпопровода в одну точку по-
зволяет уменьшить угол наклона намытого сапропеля, что способствует бо-
лее равномерному промораживанию слоя, но не обеспечивает однородности
его фракционного и химического состава. Применение на уборке бункерных
уборочных машин (типа МТФ-43А) позволяет усреднить эти показатели, так
как машина при работе движется вдоль отстойника, собирая в один бункер
сапропель как с ближних, так и с удаленных от места выпуска зон.
Поступающая в отстойники пульпа содержит очень много воды. На-
пример, при концентрации 30 г/л на 1 кг сухого сапропеля приходится 30 кг
воды. С каждого кубометра товарного сапропеля (w = 50 %) необходимо уда-
лятьдо1м
3
воды. В процессе намыва происходит осаждение частиц твердой
фазы с образованием надосадочного слоя воды. Количество воды в этом слое
может составлять от 25 до 70 % от ее начального содержания. Наблюдения
показали, что содержание сухого вещества в осадке через 24 ч отстаивания
возрастает до 100 г/л. Отстаивающаяся вода удаляется через сливные колод-

123
цы. Одновременно с удалением надосадочного слоя происходит фильтрация
воды в подстилающий грунт. При многократном намыве вследствие уплот-
нения слоя и снижения пористости грунта водоотдача за счет фильтрации
уменьшается. Поэтому в основании отстойника рекомендуется устраивать
дренаж с закладкой дрен ниже горизонта промерзания (0,5...0,7 м) на рас-
стоянии 5...10 м друг от друга. К тому же дренаж благоприятно сказывается
на сушке сапропеля, препятствуя поднятию уровня грунтовых вод в отстой-
никах. Дренажные воды – хорошее удобрение, и их нужно собирать и ис-
пользовать для орошения. При первом намыве за счет фильтрации удаляется
до 40 % воды, по мере наращивания слоев намыва это количество уменьша-
ется до 10 %. Соответственно возрастает убыль влаги за счет отвода отстой-
ных вод.
Промораживание сапропелей способствует увеличению водоотдачи
[11, 48–50]. При этом наблюдается интенсивная миграция воды по поверхно-
стям прослоек льда, образовавшихся в замерзающем слое сапропеля, и раз-
рыв капиллярных связей в пограничных слоях намыва. При этом отделяется
значительная часть иммобилизованной и свободной воды, удерживаемой са-
пропелем в обычных условиях. Более интенсивная миграция влаги происхо-
дит в слое с большим содержанием влаги и более тонким дисперсным соста-
вом. В результате промерзания и оттаивания происходят значительные изме-
нения физико-механических свойств сапропелей. Увеличиваются пористость
слоя и размеры капилляров. Возрастают коэффициент фильтрации, набухае-
мость, снижаются влагоемкость и прочность.
Во время всасывания, а затем при движении по трубам озерная вода
заметно насыщается растворимыми органическими и минеральными компо-
нентами. В отстойных водах содержится в 3...8 раз больше азота,
в 1,5...4 раза больше калия, в 1,5 раза больше фосфора, чем в озерной воде.
Суммарное содержание органического вещества увеличивается в 10...50 раз.
Поэтому воды, удаляемые из слоя сапропеля, с высоким эффектом можно
использовать для орошения и подкормки сельскохозяйственных посевов. К
тому же эти воды, как правило, имеют нейтральную или слабощелочную ре-
акцию. В процессе длительного пребывания воды в отстойниках содержание
органических и минеральных веществ в ней уменьшается.
Уборка сапропеля из отстойников. Уборка сапропеля из отстойника
ведется при достижении им влажности 50...60 % на площадках, подвергаю-
щихся промораживанию, т. е. в отстойниках, залитых в прошлом сезоне. До
уборочной влажности сапропель подсушивают слоями, для чего верхний
слой рыхлят, ворошат и сгребают бульдозерами в навалы вдоль одной из
длинных сторон отстойника, постепенно формируя штабель, или фрезеруют,
ворошат, валкуют, убирают машинами, используемыми в торфяном произ-
водстве, и формируют штабель вдоль одной из коротких сторон отстойника
или за его пределами.

124
Выбор одной из этих технологий зависит от масштаба производства и
требований к качеству продукции.
При значительных объемах производства и высоких требованиях к
продукту целесообразно применять технологию, аналогичную технологии
добычи фрезерного торфа с применением фрезерных барабанов для рыхле-
ния, ворошилок, валкователей и бункерных уборочных машин [41, 43]. В ре-
зультате фрезерования с последующим ворошением сапропелю придается
крошкообразная структура и оптимальная влажность. Хорошая аэрация ма-
териала способствует полному окислению закисных соединений железа и ак-
тивизации микробиологических процессов, способствующих повышению со-
держания гидролизуемых форм азота и других элементов питания растений.
Готовая продукция обладает хорошей сыпучестью, равномерно распределя-
ется по удобряемому полю и быстро взаимодействует с почвой.
При послойной технологии намыва влажность верхнего слоя сапропеля
в отстойнике к концу сезона снижается до 82...85 %. После зимнего промо-
раживания и оттаивания она понижается до 70...78 %. Это позволяет исполь-
зовать любые механизмы для измельчения, дополнительной просушки и
уборки сапропеля в складочные единицы.
Сезонный сбор сапропеля (qс, т/га) при этом составляет около
4 000 т/га. В конкретных условиях его можно вычислить по формуле
qс= qцпц,
(5.27)
где qц – сбор сапропеля за один технологический цикл сушки и уборки, т/га;
пц – число таких циклов в сезоне.
Сбор сапропеля за один технологический цикл
,
γ
10
п
с
р
ц
К
К
h
q
w





(5.28)
где h р – глубина фрезерования (рыхления) сапропеля, м;  с – плотность верх-
него (на глубину рыхления) слоя сапропеля при влажности рыхления, кг/м
3
;
K w – коэффициент пересчета массы сапропеля при переходе от влажности
фрезеруемого слоя к условной влажности готового продукта; K п –
коэффициент, учитывающий потери сапропеля при валковании и уборке в
текущем цикле (K п  0,7).

,
100
100
у
р
w
w
w
К



(5.29)
где w р и w у – влажности разрыхляемого слоя и условная, %; (w р = 74...78 %
иwу=50%).
Начинать добычу сапропеля из отстойников можно в первых числах
мая и заканчивать в середине сентября. За это время можно выполнить до
50 технологических циклов, включающих в себя фрезерование верхнего слоя
сапропеля на глубину фрезерными барабанами (рис. 5.13), ворошение нафре-
зерованного слоя ворошилками, валкование подсохшего слоя и уборку бун-
керными машинами или погрузчиками в тракторные прицепы.

125
При хорошей организации труда в дни без осадков можно выполнять
однодневные циклы, поскольку при благоприятных погодных условия х
при одном ворошении нафрезерованный слой сапропеля высыхает до убо-
рочной влажности за 8...10 ч.
Уборочная машина убирает сапропель в навалы, расположенные попе-
рек отстойника или за его пределами. Штабелирующая машина оформляет
их в штабели треугольного сечения, из которых после выдержки в течение
2–3 месяцев сапропель отгружается потребителю. Погрузку сапропеля в
транспортные средства можно вести любым погрузчиком грейферного или
другого типа. За пределами отстойника штабели располагают в том случае,
если возможны задержки с реализацией продукции и возникающие в связи с
этим затруднения с намывом в следующем сезоне.
Рис. 5.13. Фрезерный барабан
При применении технологии уборки, основанной на использовании
бульдозеров, рыхление верхнего слоя выполняют дисковыми лущильни-
ками. Глубина рыхления может быть 70...100 мм. Продолжительность
сушки такого слоя до влажности 60 % составляет примерно 4 дня при еже-
дневном ворошении. После этого высохший слой сдвигается бульдозером
в навал внутри отстойника вдоль продольной дамбы. Время от времени
выполняется операция по штабелированию этого навала при помощи
бульдозера или тракторного стогометателя с лопатой для разгрузки сыпу-
чих материалов.
При помощи бульдозеров можно сгребать сапропель в навалы без
рыхления верхнего слоя. В этом случае влажность убранного в штабель са-
пропеля будет 70...75 %, что отрицательно скажется на транспортных рас-

126
ходах, так как придется перевозить много балласта, которым в данном слу-
чае является вода. Таким способом рекомендуется разрабатывать высоко-
зольные сапропели, имеющие пониженную влажность верхнего слоя, на-
пример карбонатные.
Контрольные вопросы
1. Сущность гидромеханизированного способа добычи сапропеля.
2. Какими способами осуществляется намыв сапропеля в отстойни-
ки? Дайте характеристику их преимуществ и недостатков.
3. Какие требования предъявляются к землесосным снарядам?
4. Расскажите о схемах работы земснарядов.
5. Как рассчитать сезонную и годовую производительность зем -
снаряда?
6. Как определить дальность подачи пульпы от земснаряда?
7. Приведите схему устройства отстойников и расскажите о принци-
пе их работы.
8. Какими техническими средствами можно осуществлять уборку са-
пропеля из отстойников?
5.5. Добыча сапропеля с применением зимнего намыва
С целью интенсификации процесса обезвоживания сапропеля и бо-
лее рационального использования площадей можно вести добычу сапропе-
ля гидромеханизированным способом в зимнее время. Способ предложен
Институтом торфа АН БССР [21] и заключается в послойном намыве са-
пропелевой пульпы на специально подготовленную площадку. Технология
этого способа добычи сапропеля заключается в следующем. Недалеко от
озера, прямо на берегу, подбирается небольшая ровная площадка. На ней
укатывается снежный покров и делается обваловка из снега. На нее делают
намыв слоем 10...20 см. При температуре –5 oС в отсутствие снежного по-
крова этот слой полностью промерзает за 2...3 суток, а при наличии снега –
за 4...6 суток. Замерзший слой дробят при помощи шпоровых катков и об-
разовавшуюся крошку сгребают в валок. Освободившуюся территорию за-
ливают снова. За три зимних месяца можно провести в среднем 14 циклов
намыва и уборки на одной площадке. При этом сапропель первых 7 циклов
складывают в один бурт, а семи последующих – в другой. Бурты должны
быть одинаковыми по объему и располагаться параллельно друг другу, ка-
саясь основаниями. В весенне-летний период по мере оттаивания сапропе-
ля на наружных боковых поверхностях буртов на глубину 20...30 см
его при помощи штабелирующих машин или стогометателя с лопатой
перемещают в пространство между буртами. Периодичность такого
перемещения составляет 8...12 дней. При этом в промежутке между
буртами формируется один крупный штабель, из которого ведется отгруз-

127
ка сапропеля потребителю. Обезвоживание сапропеля в этом случае
происходит за счет поверхностного стока, фильтрации испарения. Нахо-
дясь между навалами, оттаявший сапропель не растекается по
площадке.
Постепенно трансформирующаяся складочная единица и подъездные
пути к ней занимают около 20 % площади, подготовленной для намыва. Ос-
тальная территория может использоваться для сельскохозяйственных целей.
Общая площадь площадки, как правило, невелика. Для земснаряда
типа 8-ПЗУ достаточно подготовить одну площадку 50 × 100 = 5 000 м 2
.
При этом нет необходимости в использовании или строительстве постоян-
ных отстойников.
Контрольные вопросы
1. Как осуществляется послойный намыв сапропелевой пульпы в
зимнее время?
2. Расскажите о технологии зимней уборки сапропеля.
5.6. Добыча сапропеля экскаваторным способом
Экскаваторным способом добывают сапропель на торфопредприятиях
после выработки основных запасов торфа. При этом применяют обычные
гусеничные одноковшовые экскаваторы с обратной лопатой, имеющие малое
удельное давление на грунт, например МТП-71. Экскаваторами также можно
разрабатывать сапропелевые месторождения на небольших и сильно заилен-
ных проточных озерах с мощностью пласта не более 2 м. На неосушаемых
озерах можно использовать экскаваторы, оборудованные грейферным захва-
том, устанавливаемые на понтонах. Можно использовать плавучие грейфер-
ные краны и баржи, имеющиеся в распоряжении речных ведомств.
Учитывая, что большая часть сапропеля, добываемого экскаваторным
способом, извлекается из-под слоя торфа и в смеси с ним, более подробно
будет рассмотрена именно эта технология. Она предполагает выполнение
операций по подготовке месторождения к разработке, экскавацию торфо-
сапропелевой массы, погрузку ее на гусеничные саморазгружающиеся при-
цепы, транспортировку на поля складирования и сушки, разравнивание, по-
слойную сушку, уборку и штабелирование сухой смеси, ее компостирование
и отгрузку потребителю.
При разработке торфяного месторождения, которое подстилается
мощным слоем сапропеля, необходимо заранее предусматривать возмож-
ность его добычи экскаваторным способом. После выработки основных запа-
сов торфа этот сапропель становится доступным для прямой экскавации. Но
несущая способность самого сапропеля и его осушаемость открытыми осу-
шительными каналами недостаточны для организации работ непосредствен-
но на нем. Поэтому необходимо оставлять слой торфа, толщина которого за-

128
висит от свойств сапропеля. Органические сапропели, имеющие жидкопла-
стичную консистенцию, требуют над собой 1,5-метрового слоя торфа. Этот
торф обеспечивает достаточную несущую способность поверхности для ра-
боты экскаваторов и транспортного комплекса. Над высокозольным (напри-
мер, карбонатным) сапропелем, находящимся в твердопластичном состоя-
нии, достаточно оставлять слой торфа толщиной 0,5 м.
Важным этапом подготовительных работ является осушение. Сапропе-
левые месторождения под слоем торфа, как правило, практически невозмож-
но осушить со сбросом воды в водоприемники самотеком. Поэтому чаще
всего бывает необходима установка откачивающей станции, которая начина-
ет работать после сброса паводковых вод, затапливающих территорию.
На участке ведения работ отрывают открытую осушительную сеть, со-
стоящую из картовых и соединительных каналов, по которым вода стекает в
магистральный канал. В его нижней отметке монтируется насосная станция,
осуществляющая механический водоподъем.
При разработке органических сапропелей картовые каналы прокапы-
вают только в слое торфа, их глубина обычно 1,4...1,5 м. При разработке ми-
нерализованных сапропелей можно углубляться ниже границы торфа и са-
пропеля, выдерживая заложения откосов канала в сапропеле в соответствии с
его свойствами. Расстояние между картовыми каналами – 30...40 м. Расстоя-
ние до уровня грунтовых вод по оси карт должно быть не менее 1 м при раз-
работке органических сапропелей и 0,5 м – при разработке сапропелей
карбонатных.
После весенних паводков перед началом добычи сапропеля в течение
15...20 суток откачивают воду из осушительной сети. За это время опускает-
ся уровень грунтовых вод до нужной отметки и подсыхает поверхность ме-
сторождения. При этом залежь приобретает достаточную несущую способ-
ность, и можно начинать добычу сапропеля.
При экскавации сапропель извлекается вместе с торфом на всю глуби-
ну залежи или на максимальную по технической характеристике принятого
экскаватора глубину. Если глубина залежи заметно превышает возможности
экскаватора с обратной лопатой, можно взять другой, оборудованный драг-
лайном или грейфером с большей глубиной выемки, например МТП-71А-2.
Расстояние от экскаватора до верхней кромки карьера должно быть не
менее общей глубины выемки, иначе возможно сползание машины в карьер.
Экскаватор ведет выемку, начиная с точки, наиболее удаленной от
места выезда гусеничных прицепов с территории участка добычи. При этом
он движется вдаль левой кромки карты, формируя первый рабочий карьер.
Дойдя до конца участка, экскаватор возвращается холостым ходом к исход-
ной точке, сместившись вправо на ширину рабочего карьера, и начинает вто-
рой проход. Экскаватор ведет сплошную выработку залежи с постепенным
увеличением общей ширины карьера. Расстояние экскаватора (его продоль-
ной оси) от верхней кромки расположенного слева карьера должно быть не

129
менее 6...7 м. По другую сторону экскаватора на таком же расстоянии дви-
жутся гусеничные прицепы МТП-24Б, в которые осуществляется разгрузка
ковша или грейфера экскаватора.
Производительность экскаватора (Qэ,
м
3
/с) определяется по
формуле (1.10) с соответствующими коэффициентами: Kн, Kt, Kр
(Kн = 1...1,05, Kt = 0,7...0,75, Kр = 1,1...1,2).
Производительность прицепа (Qп , м
3
/с) определяется по формуле
ц
см
t
г
п
п
γТ
К
К
G
Q




,
(5.30)
где Gп – грузоподъемность прицепа, кг;  см – плотность торфосапропелевой
смеси, кг/м
3
; Tц – продолжительность рабочего цикла прицепа, с; Kг , Kt – ко-
эффициенты использования грузоподъемности (Kг = 0,85...0,95) и использо-
вания рабочего времени Kt = 0,75...0,85.
Плотность торфосапропелевой смеси определяется как средняя взве-
шенная из плотностей торфа и сапропеля:
с
т
с
с
т
т
см
γ
γ
γ
h
h
h
h





,
(5.31)
где  т и  с – плотность торфа и сапропеля, кг/м
3
;hт иhс– глубинаслоя торфа
и сапропеля в карьере, м. Средние данные по плотности торфа и сапропеля в
зависимости от влажности приведены в таблице 5.10 [21].
Таблица 5.10
Зависимость плотности торфа и сапропеля от влажности
Влажность,
%
Плотность, кг/м
3
Торф
Сапропель
Непроморо-
женный
Проморо-
женный
Непроморо-
женный
Проморо-
женный
Карбонатный
50
400
330
580
520
695
60
430
380
575
530
690
70
485
460
565
550
685
80
535
575
557
575
–
Зная плотность экскавируемой торфосапропелевой смеси, определяют
полезный объем бункера транспортного прицепа (V п , м
3
) и выполняют соот-
ветствующее этому объему наращивание бортов:
см
п
п
γ
G
V
.
(5.32)
Продолжительность рабочего цикла прицепа рассчитывают по
формуле
Tц=t1+t2+t3+t4+t5,
(5.33)
где время цикла представлено следующими составляющими (с): t1 – загрузка

130
э
н
п
1
Q
К
V
t


; t2 – транспортировка смеси к месту разгрузки,
υ
г
2
К
L
t



;
t3 – разгрузка (t 3  180 с); t4 – возвращение порожнего прицепа,
υ
п
4
К
L
t



;
t 5 – маневр у экскаватора и подъезд под загрузку (t 5  60 с). Расшифровка ве-
личин, входящих в формулы: Kн – коэффициент наполнения бункера
(Kн = 0,9); L – дальность вывозки и возвращения, м; г , п – скорости груже-
ного и порожнего прицепов, м/с (г = 1,5...2 м/с, п = 2,5...3 м/с);
К – коэффициент использования скорости при движении груженого и по-
рожнего прицепов (0,9...0,95).
Количество прицепов, работающих с одним экскаватором, находится
из выражения
5
1
ц
п
t
t
Т
N


.
(5.34)
Округляя N п до целого числа, надо учитывать, что при округлении в
меньшую сторону экскаватор будет простаивать и производительность добы-
вающего комплекта (экскаватор и приданные ему транспортные прицепы)
будет равна суммарной производительности прицепов. При округлении в
большую сторону простаивать будут прицепы и производительность ком-
плекта будет равна производительности экскаватора. Это следует учесть при
определении расчетного числа экскаваторов (N э ), подставляя в формулу не
сезонную производительность экскаватора, а сезонную производительность
комплекта Q кс :
кс
год
э
Q
Q
N
,
(5.35)
где Qгод – годовой объем добычи торфосапропелевой смеси, приведенный к
эксплуатационной влажности смеси, м
3
.
п
см
w
год
3
год
γ
10
К
К
Р
Q




,
(5.36)
где Ргод – годовое задание по вывозке торфосапропелевой смеси при условной
влажности, т; Kw – коэффициент пересчета массы смеси с эксплуатационной
влажности на условную; см – средняя плотность торфосапропелевой смеси
при эксплуатационной влажности, кг/м
3
; Kп – коэффициент, учитывающий
потери при добыче, перевозке, сушке, уборке и реализации готовой продук-
ции (Kп = 0,9...0,95).
у
ср
w
100
100
w
w
К



,
(5.37)
где wср – эксплуатационная влажность торфосапропелевой смеси, %,

131
т
с
т
т
с
с
ср
h
h
h
w
h
w
w





,
(5.38)
где wт , wс – средняя влажностьторфа и сапропеля при экскавации, %; hт , hс –
мощность слоев торфа и сапропеля в карьере, м.
Сезонная производительность комплекта (Qс, м
3
и Рс, т) может быть
определена из выражения:
Qс=Qксtсмпсм,
(5.39)
Рс= 10-3
QссмKwKп,
(5.40)
где Qкс – производительность комплекта, м
3
/с; tсм – продолжительность сме-
ны, ч; псм – количество рабочих смен в сезоне.
Учитывая, что работы ведутся без дополнительного искусственного
освещения, количество рабочих смен в тот или иной период сезона может
быть разным. Обычно весной и осенью работают в одну смену, а летом –
в две. В таком случае в сезоне в среднем может быть около 250 смен. В зави-
симости от местных условий и уровня организаций работ это количество мо-
жет быть большим или меньшим.
Расстояние от точки погрузки до полей стилки вывозимой торфоса-
пропелевой смеси обычно принимается в пределах 1...2 км. Эти поля распо-
лагают на хорошо осушенных окраинах торфяного месторождения или сухо-
долах. Поля стилки осушают аналогично полям добычи. При необходимости
их дренируют на глубину, немного превышающую глубину промерзания.
Общая площадь полей стилки зависит от организации работ. Рекомен-
дуется весь сезон разделить на три почти равные части: весенне-летнюю
(с мая по июнь), включающую в себя 75...100 рабочих смен; летнюю (с июля
по август), включающую 100 рабочих смен, и осеннюю (сентябрь, октябрь,
ноябрь) – 75...100 рабочих смен.
Торфосапропелевая смесь, экскавированная в первом периоде, высти-
лается на поля толстым слоем от 0,4 до 0,9 м. Этот слой будет высушен и вы-
везен в июле–августе (сентябре). Во втором (летнем) периоде смесь выстила-
ется тонким слоем 0,3...0,4 м, иначе она не успеет высохнуть в текущем се-
зоне. Торфосапропелевая смесь этого слоя будет высушена и вывезена в сен-
тябре–октябре. Толщина стилки в третьем периоде опять может быть боль-
шой – 0,4...0,9 м. Эта смесь останется на зиму и будет убрана в мае–июне
следующего года после промораживания.
Если принять часовую производительность экскаватора, укомплекто-
ванного нужным числом прицепов, равной 70 м
3
/ч, то в первом и
третьем периодах будет добыто 42 000 м
3
(70×8×75=42000), а
во втором – 56000м
3
. Эти объемы потребуют площадей f 1 = f 3 = 70 000 м2
и f2=140000 м2
.
Всего 280 000 м2
.
Приняв площадь нетто одной
карты 35×45=15750 м2
, получим 18 карт. Этого количества карт
будет достаточно для работы одного комплекта в течение сезона.
Для правильной организации работ вся эта площадь делится на

132
3 равные части, и работы по стилке и последующей уборке ведутся по цикло-
вому графику. В весенний период застилается одна треть площадей, в
летний – две трети. Осенью повторно застилается первая треть полей, осво-
бодившихся после летней уборки. Выстланная осенью торфосапропелевая
смесь остается под зиму и будет убрана весной.
В зависимости от свойств торфа и сапропеля (в основном с учетом
влажности и зольности) технология стилки может быть различной. Органи-
ческий сапропель имеет высокую исходную влажность, плохо отдает воду
при сушке. До влажности порядка 60 % его можно высушить лишь при по-
слойном рыхлении с ворошениями. В этом случае разгрузку прицепов можно
вести по квадратам из расчета, чтобы при разравнивании куч бульдозером
получился слой заданной толщины. В течение месяца смесь должна выдер-
живаться в кучах для предварительного обезвоживания за счет оттока воды,
энергетически не связанной с твердым веществом торфа и сапропеля. За это
время влажность смеси может понизиться на 3...5 %, что составит примерно
30 % всей воды, первоначально содержащейся в торфосапропелевой массе.
Выдерживать смесь в кучах больше месяца бесполезно, так как наступает пе-
риод равновесия оттока воды и притока ее с осадками. В некоторых случаях
влажность смеси может даже увеличиться. Потом кучи разравниваются по-
всей площади карт. Через 3...5 дней после выполнения планировочных работ
приступают к рыхлению поверхности дисковыми лущильниками типа
ЛДГ-10 (рис. 5.14) на глубину не более 0,1 м. Последующие три дня еже-
дневно проводится ворошение слоя, а на 4-й день – уборка с применением
скрепера-бульдозера ДЭ-42, который укладывает смесь в штабели высотой
3...4 м.
Рис. 5.14. Дисковый лущильник
Если штабель располагать вдоль карты, то его ширина по основанию
к концу уборки торфосапропелевого слоя толщиной 0,8 м станет около
12 м (при трапециевидном сечении и высоте 4 м). Если на каждой карте

133
формировать по 2 штабеля, расположенных в ее противоположных концах
перпендикулярно картовым каналам, то ширина таких штабелей по осно-
ванию будет достигать 45 м при высоте 4 м. Если использовать штабелер
МТФ-71, то высоту штабеля можно довести до 8 м, тогда его ширина по
основанию станет равной 30 м. При уменьшении толщины выстланного
слоя торфосапропелевой смеси размеры штабеля соответственно сокра-
щаются. Весь слой может быть убран в течение 30...40 дней за 7...10 цик-
лов. Готовая продукция должна быть вывезена с карт, чтобы последние
были подготовлены для новой стилки.
При разработке высокозольных сапропелей, имеющих пониженную
влажность в слое залегания, используются другие технологические приемы
стилки, сушки и уборки. При стилке карта делится на продольные полосы.
Прицепы разгружают торфосапропелевую смесь в непрерывные навалы
высотой около 1,5 м и шириной 10...15 м. Сушка смеси осуществляется на
поверхности и откосах навалов. Подсохший слой снимается скребками мо-
дернизированной штабелирующей машины МТФ-71 и перебрасывается
наверх – к центру навала. За 1,5...2 месяца машина делает по 30...50 коль-
цевых проходов вокруг каждого навала, формируя штабели, расположен-
ные вдоль карт по осям навалов. При высоте 4 м такие штабели имеют
трапециевидную форму с шириной по основанию 6...8 м. Торфосапро-
пелевая смесь из штабеля должна быть вывезена в соответствии с гра-
фиком и площадка освобождена для новой стилки. На погрузке приме-
няют тракторные погрузчики МТТ-12 или краны МТТ-16. Для интенси-
фикации сушки за счет фильтрации влаги в грунт хорошо выполнять
стилку на поверхность, покрытую слоем опилок или соломы толщиной
0,2.. .0,3 м.
Экскавация сапропеля должна осуществляться на всю глубину ме-
сторождения. Оставляется только минимальный придонный слой около
0,15 м, предохраняющий готовую продукцию от зазоления минеральным
грунтом, подстилающим сапропель. После выработки месторождения
желательно выполнить планировку дна образовавшегося котлована и
сформировать борта с необходимым коэффициентом заложения откосов.
При добыче сапропеля из-под слоя торфа выполняются вскрыш-
ные работы. Экскаватор, стоя на слое торфа, обнажает сапропель на мес-
те будущей выемки с одной установки. Торф грузится в транспортные
прицепы и вывозится для использования. Сапропель экскавируется, за-
гружается в другие транспортные средства и вывозится на поля стилки.
Если торф в настоящий момент реализовать невозможно, его укладыва-
ют на место выемки сапропеля для последующего использования. Далее
все работы выполняются аналогично описанному выше способу: экска-
вация – МТП -71 (МТП-71А-2), транспорт на поля стилки прицепом
МТП-24В с трактором, выгрузка на картах в кучи или навалы, разравни-
вание бульдозером типа ДЗ-42, разрыхление и ворошение при помощи

134
дискового лущильника ЛДГ-10, штабелирование с помощью бульдозера
ДЗ-42 или бульдозера-штабелера БШР-1, погрузка в транспортные сред-
ства тракторным погрузчиком МТТ-12 или гидравлическим краном
МТТ-16 и вывозка с использованием большегрузных автомобилей с
прицепами.
Можно применять другую технологию: экскавация, транспорт, вы-
грузка, разравнивание так, как и в предыдущем случае, а на сушке,
уборке и штабелировании можно применять фрезбарабаны, ворошилки,
валкователи, уборочные машины (или погрузчики с прицепами) и шта-
белеры. Далее – все, как в технологической схеме, описанной выше. При
этом глубина рыхления будет примерно 0,02 м, циклы будут ежеднев-
ными, количество их за сезон может быть доведено до 30. При этом за
сезон может быть высушен и убран слой толщиной 0,8...1,0 м.
При необходимости промораживания всего добываемого сапропеля
следует поступать аналогично технологии сушки и уборки сапропеля из
отстойников. При этом необходим двойной запас площадей для сушки
сапропеля. Разравнивание слоя должно быть выполнено до наступления
холодов. Толщина слоя должна обеспечить надежное промерзание
сапропеля.
На уборке высушенного послойно сапропеля возможно примене-
ние погрузчиков типа МТТ-17, работающих с прицепом МТП-24Б или
колесными прицепами ПТК-2, если их проходимость достаточна.
При уборке сапропеля плавающим и грейферными кранами из-под
воды рекомендуется устройство аккумулятора неподалеку от уреза воды.
Сапропель, поступающий в баржах от места выемки, разгружается при
помощи берегового грейферного крана непосредственно в аккумулятор.
Там он разбавляется водой до нужной концентрации и при помощи
грунтового насоса перекачивается в отстойники.
Возможен другой вариант: экскавируемый сапропель доставляется
к берегу, перегружается в транспортные прицепы и вывозится на поля
стилки и сушки. Далее – все, как в случае с добычей торфосапропелевой
смеси.
Контрольные вопросы
1. Расскажите об особенностях использования одноковшовых эк с-
каваторов при добыче сапропеля.
2. Как рассчитать часовую и сезонную производительность экск а-
ватора и прицепов на добыче сапропеля?
3. Расскажите об организации работ по добыче сапропеля.
4. Какие технологии стилки сапропеля используются в зависим о-
сти от свойств торфа и сапропеля?
5. Как осуществляется добыча сапропеля из -под слоя торфа?

135
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Тенденции развития топливно-энергетической отрасли в Российской
Федерации, как и во всем мире, несомненно, приведут к более широкому ис-
пользованию различных видов биомассы и местных органических ресурсов.
Естественно, что для решения задач по применению местных энергоносите-
лей в энергетике, промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и
коммунально-бытовом секторе необходимо создание новых комбинирован-
ных способов получения твердого вида топлива, а также высокоэффективных
методов его применения. В новых технологиях местное биотопливо должно
являться не только источником тепла, но и ценным сырьем для химической,
строительной и других отраслей промышленности.
Сложный состав органического вещества торфа и сапропеля позволяет
решать ряд задач не только по их прямому сжиганию, но и по пиролитиче-
ской переработке с получением твердых, жидких и газообразных продуктов.
В этом направлении развиваются исследования отечественных и зарубежных
ученых. Большое внимание уделяется применению каталитических процес-
сов в их химической переработке.
Перспективы использования торфа и сапропеля в производстве раз-
личных строительных материалов давно не являются экзотикой, особенно
для специалистов, занимающихся добычей и переработкой органических и
органоминеральных биогенных ресурсов. В последнее десятилетие активно
ведутся научные работы по применению торфяных и сапропелевых гранули-
рованных заполнителей для легких бетонов и созданию конструкционно-
теплоизоляционных блоков. Несмотря на многие положительные свойства
биогенных ресурсов, многие производители осторожно относятся к идее ис-
пользования органических материалов в строительстве, однако консерватизм
мышления в этом направлении будет постепенно преодолеваться по мере по-
явления таких новинок на рынке строительных материалов.
Несмотря на бурное развитие научных исследований и инновационных
технологий по переработке торфа и сапропеля, большой проблемой в по-
следние годы стало обеспечение этих отраслей сырьем. Приходится практи-
чески заново выстраивать торфо- и сапропеледобывающие предприятия,
большинство из которых не функционируют. В связи с практически полным
отсутствием отечественного торфяного машиностроения в учебном пособии
основное внимание уделяется технологическим процессам с использованием
зарубежного оборудования концернов VAPOOY, SUOKONEOY (Финлян-
дия) и фирм HERBST, DIFCO и BORD-NA-MONA (Ирландия).
Но несмотря на то, что торфяная отрасль России сегодня утратила ли-
дирующие позиции по объемам промышленной добычи, уступив их таким
странам, как Финляндия, Канада, Ирландия, точка падения пройдена, и наша
страна сохраняет приоритет в научном обосновании новых технологий добы-
чи и переработки органических и органоминеральных материалов.

136
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Содержание технологических расчетов участка
по добыче кускового торфа фрезформовочным способом
Исходные данные для проектирования
Площадь торфяного месторождения в границах балансовых запасов
(Fб, га) или годовая программа добычи (Ргод , тыс. т); географическое рас-
положение месторождения (область); тип торфяной залежи; степень раз-
ложения (Rт, %); пнистость (Пн , %); влажность естественная (wе , %);
влажность эксплуатационная (wэ , %); средняя глубина залежи (hз , м); мак-
симальная глубина залежи (hmax, м); толщина очесного слоя (hоч, м); тол-
щина придонного слоя (hпс , м); уборочная влажность кусков (wуб , %); диа-
метр кусков в начале сушки (dн , м); равновесное влагосодержание кусков
(Wр, кг/кг); коэффициент циклового сбора (сб ); потери залежи из-за несо-
ответствия кондиционной степени разложения (П3 ,%) и зольности (П4 , %).
Сырьевая база
Балансовые запасы (Vб , м
3
)
Vб=Fбhср.
Потери балансовых запасов:
1) на уточнение границ: П1 = 4...8 % от Vб ;
2) под сооружениями: П2 = 1...2 % от Vб ;
3) из-за несоответствия степени разложения П3 (определяются по
характеристикам залежи);
4) из-за повышенной зольности П4 (определяются по характеристи-
кам залежи);
5) на очесный слой:
,%
100
ср
оч
5
h
h
П


от объема вырабатываемых запа-
сов (Vвыр , м
3
)
100
/)
100
(
4
1
б
выр


i
П
V
V
;
6) на придонный слой:
,%
100
ср
ос
пс
6
h
К
h
П



от объема вырабатываемых
запасов;
)
100
(γ
)
100
(γ
э
з
е
е
ос
w
w
К



, где е, э – плотность залежи при естественной и
эксплуатационной влажности, кг/м
3
;
7) по условиям осушения: П7 = 2...6 % от объема вырабатываемых
запасов;

137
8) на пень: П8 = Пнз , если пнистость залежи превышает 1,5 %, иначе
П8=0;
Промышленные запасы (Vпр, м
3
и Рпр, т):
100
П
100
;
8
1
б
б
б
пр




i
К
К
V
V
,
где Кб – коэффициент использования балансовых запасов;
)
100
(
)
100
(
γ
ρ
;
10
ρ
у
е
е
3
пр
пр
w
w
V
Р








,
где  – выход готовой продукции из 1 м
3
торфяной залежи, кг/м
3
;wу– ус-
ловная влажность кускового торфа (wу = 33 %).
Годовая программа добычи кускового торфа
пм
пм
пр
год
/
βТ
Р
Р


,
где пм – коэффициент выработки запасов торфа за период работы пред-
приятия с полной мощностью (пм = 0,85); Тпм – продолжительность пе-
риода работы с полной мощностью (Тпм = 15...35 лет). Если Ргод задается,
то расчет выполняется в обратном порядке с целью определения площади
участка.
Технологические показатели добычи кускового торфа
Продолжительность технологического цикла ( ц, дн.):
,
10
τ
τ
1
ос
ц



где  ос – продолжительность сушки кусков торфа в полевых условиях, ч.
Интенсивность сушки кусков в постоянном периоде (iп , кг/м
2
ч):
)
β
(
ехр
А
сл
сл
и
п
K
K
i
i








,
где  – постоянная испарителя ( = 0,588 – белый песок); iи – календарная
испаряемость (кг/м
2
ч); А – постоянная формы куска (А = 5,33 для цилинд-
рических кусков); Ксл – критерий слоя;  – величина, зависящая от усадки
кусков:
,
)
1(
;
2,2
5,2
β
;
А
н
н
н
с
сл
ус
н
н
н






d
W
Р
К
К
V
f
d
гдеdн, fн и Vн – диаметр, поверхность иобъем куска, м, м
2
,м
3
;Кус–ко-
эффициент усадки кусков при сушке; Рс – загрузка поля в пересчете на су-
хое вещество, кг/м
2
; Wн ,  н – влагосодержание (кг/кг) и плотность (кг/м
3
)
кусков в начале сушки.

138
,
100
;
)
1(
γ
э
э
н
н
з
э
щ
с
w
w
W
W
Ш
К
f
Р




где f щ – площадь сечения фрезеруемой щели, м
2
; Кэ – коэффициент потерь
торфа при экскавации; з – плотность залежи при wэ, кг/м
3
;Ш–ширина
стилки фрезформовочной машины;
α
cos
или
щ
щ
ш
/
щ
щ
щ
ш
щ
К
b
h
f
К
b
h
f






,
где hщ , bщ – глубина и ширина щели, м; Кщ – коэффициент уширения щели
из-за биения фрезы (Кщ  1,1); f 
щ – сечение щели, образуемое фрезой,
имеющей наклон на угол , м
2
( = 15, машина МТК-12А).
Первое критическое влагосодержание














9,0
10
π
4
γ
А
)
1(
5
н
н
н
п
п
кр
W
d
i
В
W
W
,
где Wп – влагосодержание поверхности кусков в конце постоянного перио-
да сушки, кг/кг; В – величина, обратно пропорциональная коэффициенту
диффузии.
.
9,0
если
,
26
,
0
;9,0
если
,
117
,
0
365
,
0
;
1
02
,
1
ус
ус
ус
316
,
0
ус
п












К
В
К
К
В
К
W
Коэффициент изменения поверхности кусков в постоянном периоде
667
,
0
W
К
1
)
W
W
(
К
5,0
1
К










н
ус
кр
н
ус
FП
.
Продолжительность сушки кусков в постоянном периоде ( п , ч)
п
FП
з
кр
н
с
п
)
(
τ
i
К
К
W
W
Р





,
где К з – коэффициент увеличения продолжительности сушки кусков из-за
влагообмена с подстилающим слоем залежи, зависящий от влагосодержа-
ния этого слоя Wсл .
Учитывая, что осадки, выпадающие в ходе сушки, существенно уве-
личивают влажность верхнего слоя, условно можно принять Wсл = Wн.
Коэффициент изменения поверхности кусков в убывающем периоде
сушки
0,667
н
ус
к
кр
ус
FУ
1
)
(
0,5
1













W
К
W
W
К
К
,

139
где W к – конечное влагосодержание кусков, кг/кг:
уб
уб
к
100 w
w
W


.
Продолжительность сушки кусков в убывающем периоде
,
К
W
W
W
W
ln
К
W
W
i
Р
з
р
к
р
кр
FУ
р
кр
п
с
уб







ч.
Общая продолжительность сушки ( о, ч):
у
п
0





.
Продолжительность сушки с учетом осадков (ос , ч):
,
τ
τ
ос
п
п
о
ос
К
h
i
i




где h – среднегодовое количество осадков кг/(м 2 ч); Кос – коэффициент по-
глощения осадков кусковым торфом:
)
(
015
,
0
9,3
к
н
ос
W
W
R
К



.
Продолжительность сезона добычи кускового торфа (Т с, дней)
Продолжительность сезона определяется числом дней между его на-
чалом и концом (таблица).
Таблица
Сроки начала и окончания сезона добычи
кускового торфа фрезформовочным способом
Область расположения
торфопредприятия
Начало
сезона
Конец
сезона
Ленинградская, Псковская, Новгород-
ская, Тверская, Вологодская, Ярослав-
ская, Костромская, Кировская, Екате-
ринбургская, Тюменская
10. 05 10. 09
Смоленская, Московская, Владимир-
ская, Ивановская, Нижегородская
10. 05 15. 09
Число технологических циклов









ц
ц
10
с
ц
τ
τ
Т
Т
n
,
где Т 10 – число дней с осадками более 10 кг/м
2
.

140
Цикловой сбор кускового торфа (q ц , т/га):
qц = 10hсл зКэ Ксу К w,
где hсл – теоретическая толщина слоя сработки залежи за цикл
Ш
f
h
щ
сл

,м;
з – плотность залежи при wэ, кг/м
3
; Кэ , Ксу , Kw – коэффициенты: потерь
при экскавации (К э  0,9), потерь при сушке и уборке (Ксу  0,9) пересчета
массы с эксплуатационной влажности на условную
у
э
w
100
100
w
w
K



.
Сезонный сбор кускового торфа (qс , т/га):
qс=qцnц.
Сработка залежи за сезон добычи
1. На площади нетто при wэ:
Нн= hслКэКсуnц.
2. На площади брутто при wэ:
кб
кн
ип
ип
н
б
;
F
F
К
К
Н
Н


,
где К ип – коэффициент использования площади; F кб – площадь карты брут-
то, га; F кн – площадь карты нетто, га.
3. На площади брутто при wе :
ос
б
е
К
Н
Н
.
4. С учетом удаления пней
з
е
п
е
100
100
П
Н
Н


, где Пз – пнистость
залежи при wе , %.
Технологические и технические показатели работы машин
Производительность, количество фрезформовочных машин
и уточнение программы производства
Производительность за час в кубометрах торфяной залежи (Q, м
3
/ч):
t
ц
υ
э
раб
щυ
К
К
К
К
f
Q






,
где fщ – сечение щели, м
2
; раб – рабочая скорость машины, м/ч; Кэ , К,
Кц , Кt – коэффициенты: потерь при экскавации, использования скорости, ис-
пользования циклового времени, использования рабочего времени. Кэ = 0,9;
К  = 0,9; К t = 0,8; Кц – рассчитывается.

141
;
υ
;
υ
раб
рх
рх
всп
рх
рх
ц
К
L
t
t
t
t
К




,
2
π
;
υ
2
;
2
;
υ
;
пов
пов
пов
υ
пов
пов
пов
пов
к
пр
υ
пр
пр
пр
пов
пр
всп
R
L
К
L
t
R
В
L
К
L
t
t
t
t












где В к – ширина карты, м; Rпов – радиус поворота машины, м.
Максимально возможная скорость машины исходя из производи-
тельности фрезы, м/ч:
р
н
ф
фр
υ
щ
фр
макс
3600
;
υ
К
К
n
V
Q
К
f
Q





,
где Qфр – производительность фрезы, м
3
/ч; Vф – максимальный объем
торфа, экскавируемый фрезой за 1 оборот, м
3
; n – частота вращения фрезы,
1/с; Кн, Кр – коэффициенты фактического наполнения торфом объема фре-
зы и разрыхления торфа (Кн = 0,2...0,3; Кр = 1,2),
Vф=Fнlср,
где Fн – площадь рабочей поверхности ножа, м
2
; lср – длина окружности
фрезы, проходящей по средним точкам поверхности ножей, м.
),
(5,0
;
π
2
;
;
4
π
ср
ср
ср
н
2
н
h
Д
R
R
l
h
b
F
d
F






где d – диаметр ножа, м; Д – диаметр фрезы, м; b – ширина ножа, м; h – вы-
сота ножа, м; Rср – средний радиус фрезы, м.
 макс уменьшается в зависимости от пнистости фрезеруемой залежи
введением в расчет коэффициента Кпн.
Пнистость слоя
(Пс, %)
–
0 0,5 1,0 1,5
Кпн
–
1 0,95 0,9 0,8
%
5,1
ос
з
с


К
П
П
,
если Пс > 1,5 %, то залежь корчуется, а в расчет принимают остаточную
пнистость Пост = Пс (1 – Ккач ), Ккач – коэффициент качества корчевания
(Ккач = 0,6...0,7).
пн
макс
/
макс
υ
υ
К


.

142
В качестве рабочей скорости ( раб ) принимают ближайшую мень-
шую по паспорту трактора (если у него есть коробка переключения пере-
дач) или скорость, округленную в меньшую сторону до целых значений
(если трактор оборудован механизмом бесступенчатого изменения
скоростей).
Производительность за час в тоннах при условной влажности
у
су
э
э
100
)
100
(γ
w
К
w
Q
Р





.
Производительность за сезон в тоннах при условной влажности
)
τ
(ц
с
м
сез





Т
К
t
Р
Р
,
где t – продолжительность работы машин в день, ч; Км – коэффициент
уменьшения числа рабочих дней в сезоне по метеоусловиям
(Км = 0,6...0,7), увеличивается с севера на юг.
Количество фрезформовочных машин
/
ффм
сез
год
ффм
пр инято
,
N
Р
Р
N
.
Уточненная программа производства
ффм
сез
/
год
N
Р
Р


.
Производительность и количество машин по сушке
Технологическая схема сушки (ТСС)
Принимается решение о том, какие, в каком порядке и на какой
части площади (охват обработкой) выполняются операции по сушке кус-
ков. Операции: ворочка, повторная ворочка, валкование, переукладка вал-
ков. Охват площадей обработкой может изменятся от 0 до 100 %. Охват
обработкой можно выразить в долях единицы и обозначить как коэффици-
енты:К1,К2,К3,К4.
Производительность в гектарах (S, га/ч)
S=10-4
bк р КвКvК цК t ,
где bк – ширина захвата, м; Vр – рабочая скорость на операции, м/ч;
КвККцК t – коэффициенты: использования ширины захвата; скорости;
циклового и рабочего времени.
Производительность в тоннах готовой продукции (Р, т/га):
ц
q
S
Р

.
Производительность сезонная в гектарах (Sсез , га):
)τ
(ц
c
м
сез





T
t
S
К
S
,
где К м = 0,5...0,65 (увеличение с севера на юг); t = 16 ч.

143
Производительность сезонная в тоннах готовой продукции (Р сез , т):
ц
сез
сез
q
S
Р


.
Количество машин по сушке (N c ):










4
сез
4
3
сез
3
2
сез
2
сез
1
раз
c
S
К
S
К
S
К
S
К
F
N
,
где Fраз – развернутая площадь полей сушки
ц
год
р азв
q
Р
F
, га.
Производительность и количество уборочных машин
Производительность в гектарах (S, га/ч):
S=10-4
bкрКвКvКцКt,
где bк – ширина захвата уборочной машины (если уборка ведется из рас-
стила) или ширина захвата валкователя (если уборка ведется из валков), м;
Кв – коэффициент использования ширины захвата машины или валковате-
ля (соответственно).
Для контроля определяется ширина захвата, необходимая для нор-
мального наполнения бункера (Кн = 0,9...1,0) при стандартной длине рабо-
чего прохода, или длина рабочего прохода при стандартной ширине
захвата:
/
ц
р
/
нас
н
уб
р
γ
10
q
l
К
V
b





или
/
ц
р
/
нас
н
уб
р
γ
10
q
b
К
V
l





,
где Vуб – объем бункера уборочной машины, м
3
; Кн – коэффициент напол-
нения бункера; нас – насыпная плотность убираемого торфа (при wуб ),
кг/м
3
; lр – длина рабочего прохода; qц – цикловой сбор, пересчитанный на
уборочную влажность, т/га;
уб
у
ц
уб
100
)
100
(
w
w
q
q




.
Коэффициент наполнения бункера должен быть в пределах 0,6...1,0.
Иначе необходимо изменять l р или b р . Длина связана с расстоянием ме ж-
ду валовыми каналами. Ширина захвата валкователя может быть
уменьшена.
bр=bк

Кв;Кв =(Вк – А)/(nb к),
bк – конструктивная ширина захвата; Вк – ширина карты, м; А – незасти-
лаемая часть карты, м; n – округленное в большую сторону число рабочих
проходов валкователя на карте n = (В к – А)/b к .

144
Производительность в тоннах готовой продукции (Р, т/ч):
Р=Sqц.
Производительность сезонная (Рсез , т):
)
τ
(ц
c
м
сез





T
t
S
К
Р
,
где Км = 0,5...0,65 (увеличение с севера на юг); t = 16 ч.
Количество уборочных машин
.
Р
Р
N
/
сез
год
уб
Уборка кускового торфа погрузчиками непрерывного действия
с гусеничным или колесным прицепом
Обычно при такой схеме уборка кускового торфа ведется из вал ков.
Сечение валка
уб
нас
уб
ц
1
вал
γ
10
q
b
f




,
где b – ширина захвата, м; q ц уб – цикловой сбор при уборочной влажности,
т/га; нас уб – насыпная плотность при уборочной влажности, кг/м
3
.
Эксплуатационная производительность погрузчика (м
3
/ч):
Q=0,36fвалрКвКцКt;
вал
н
б
рх
V
раб
рх
рх
всп
рх
рх
ц
;
υ
;
f
К
V
L
К
L
t
t
t
t
К






,
где Lрх – длина рабочего хода (загрузки), м; Vб – объем бункера при-
цепа, м
3
; Кн – коэффициент наполнения бункера Кн = 0,8...1,0 (согласо-
вывается с длиной карты);
,
R
L
;
К
L
t
R
В
L
К
L
t
t
t
t
t
2
π
υ
2
;
2
;
υ
;
пов
пов
пов
υ
пов
пов
пов
пов
к
пр
υ
пр
пр
пр
ман
пов
пр
всп













где tман – время, затрачиваемое на замену прицепа (маневр), tман  60 с.
Эксплуатационная производительность погрузчика в тоннах при
условной влажности
у
уб
уб
нас
100
100
γ
w
w
Q
P





.

145
Сезонная производительность погрузчика определяется так же, как
и для бункерных машин.
Производительность прицепа, м
3
/ч:
ц
н
пр
пр
600
3
Т
К
V
Q



,
где Vпр – объем прицепа, м
3
; Кн – коэффициент наполнения бункера;
Тц – продолжительность рабочего цикла прицепа, с ,
Тц=tпог+tман+tпов+tпр.к+tтр+tразг+tвоз1+tвоз2,
где tпог – время погрузки; tман – время на маневр при отъезде от убороч-
ной машины и подъезде к ней (tман  60 с); tпов – время на все повороты;
tпр. к
–
время на проезд по карте; tтр – время транспортировки торфа на
склад (тр  пр. к ); tразг – время разгрузки торфа на складе с учетом вре-
мени на маневр (tразг  150...200 с); tвоз 1 – время возвращения порожнего
прицепа со склада; tвоз 2 – время возврата прицепа к уборочной машине
по карте. Дальность вывозки торфа на склад зависит от конфигурации
торфяного месторождения, выбранной схемы расположения складских
площадок на полях добычи или за пределами месторождения, а также
может задаваться.
Количество прицепов для одной уборочной машины
ман
пог
ц
пр
t
t
Т
n


.
В пятом разделе вычерчиваются схемы работы всех машин.
Расчет горючего и смазочных материалов
Удельный расход горючего на единицу работы
Удельный расход горючего определяется на каждую операцию от-
дельно, включая и операции по сушке:
р
г
п.в.
дв
дв
г
Р
K
K
K
N
q
qi





,
где qдв – удельный расход горючего на единицу мощности двигателя внут-
реннего сгорания, кг/кВтч; N – мощность двигателя, кВт; Кп.в
–
коэффици-
ент полезного времени агрегата; Кг – коэффициент, учитывающий допол-
нительный расход горючего при работе на холостом ходу; Кр – коэффици-
ент, учитывающий загрузку двигателя при работе; Р – эксплуатационная
производительность машины, т/ч.
Общее количество горючего на фрезерование и уборку определя-
ется по формуле
i
i
q
Р
Q
г
год
г


.

146
Общее количество горючего на ворочку, валкование и переук-
ладку валков
Qгi=КiРгодqгi,
где Кi – коэффициент, учитывающий ту часть площади, на которой вы-
полняется та или иная операция.
Общее количество основного горючего, израсходованного на все х
операциях в течение сезона
Qго= Qгф+Qгвр+Qгвл+Qгпв+Qгу,
где Qгф – расход горючего на фрезерование; Qг вр – на ворочку; Qг вл – на
валкование; Qг пв – на переукладку валков; Qгу – на уборку.
Расход горючего на производство одной тонны торфа
год
го
уд
P
Q
m
,
где Qго – общее количество горючего на всех операциях.
Количество бензина и смазочных материалов принимается в процен-
тах от основного горючего: бензина – 1 %; дизельного масла – 5 %;
нигрола – 1,8 %; солидола – 1 %; автола – 0,3 %.

147
Приложение 2
Технические характеристики
импортных фрезформовочных машин
Фрезформовочная машина для добычи кускового торфа РК-1 (РК-1 S)
(SUOKONEOY, Финляндия)
Характеристики
Требуемая мощность:
70...110
(100...150) КВт;
паспортная
производительность:
15...25 (20...40) м
3
/ч;
масса: 1 150 (1 350) кг
Фрезформовочная машина для добычи кускового торфа
(HERBST, DIFCO, Ирландия)
Характеристики
Требуемая мощность:
70...110 КВт;
паспортная
производительность:
15...25 (20...40) м
3
/ч;
масса: 1 150 (1 350) кг

148
Приложение 3
Технические характеристики
отечественных фрезформовочных машин
Характеристика
МТК-16
МТКП-1
МТК-12А
Тип машины
Прицепная к трактору
ДТ-175 Т
(ДТ-75 Б)
ДТ-75 Б
ДТ-75 Б
Мощность на привод, кВт
147 (53,9)
53,9
53,9
Диаметр фрезы, м
1,18
1,026
1,123
Глубина экскавации, м
0,45
0,4
0,45
Ширина ножа, м
0,06
0,04
0,045
Высота ножа, м
0,08
0,08
–
Частота вращения фрезы, 1/с
5,93 (5,16)
6,4
5,5
Ширина стилки, м
0,4
0,3...0,5
0,3...0,5
Число ручьев
4
1
2
Высота щели мундштука, м
0,085...0,09
0,15
0,1
Сечение ленты, м
2
0,025...0,027
–
–
Рабочие скорости, м/ч
1 500...2 000
(700...900)
450...1 800
450...1 800
Форма куска
Шестигранная
с диаметром
описанной ок-
ружности
100 мм
Цилиндр
с диаметром
150 мм и внут-
ренним отвер-
стием 40 мм
Цилиндр
с диаметром
100 мм
Масса, кг
2 200
1 250
1 300
Фрезформовочная машина МТК-16 в транспортном положении

149
Приложение 4
Технические характеристики
валкователей кускового торфа
Валкователь кускового торфа PSK-4 (VAPOOY, Финляндия)
Характеристики
Требуемая мощность:
60...80 КВт;
паспортная
производительность:
200 м
3
/ч;
масса: 1 700 кг
Валкователь кускового торфа KА-4,0 (SUOKONEOY, Финляндия)
Характеристики
Требуемая мощность:
50...70 КВт;
рабочая скорость:
2...6 км/ч;
ширина захвата: 4 м;
масса: 2 400 кг

150
Приложение 5
Технические характеристики
машины для ворочки кускового торфа
Машина для ворочки кускового торфа PРK-19
(VAPOOY, Финляндия)
Характеристики
Требуемая мощность: 60...80 КВт;
паспортная производительность: 10...20 га/ч;
ширина захвата: 18 м;
масса: 1 500 кг

151
Приложение 6
Технические характеристики
отечественных машин для сушки торфа
Характеристика
МТК-22
ВКТ
МТКВ-1
ВТ-18
Тип машины
Прицепная
Навесная
Прицепная
Прицепная
Ширина захвата, м
1,8
3,6
1,45
18,2
Рабочие скорости, м/ч
1 610, 1 810,
2 140, 3 440 940...1 740 940...4 740 1 610...4 740
Масса, кг
3 500
2 000
3 100
1 300
Приложение 7
Технические характеристики погрузчиков
для уборки кускового торфа
Погрузчик кускового торфа PKS-9 (VAPOOY, Финляндия)
Характеристики
Требуемая мощность:
50...70 КВт;
паспортная
производительность:
450...900 м
3
/ч;
масса: 4 500 кг

152
Погрузчик кускового торфа КН-2,0 (SUOKONEOY, Финляндия)
Характеристики
Требуемая мощность:
50...60 КВт;
паспортная
производительность:
150...350 м
3
/ч;
масса: 2 800 кг

153
Приложение 8
Используемые в качестве тягачей тракторы
«Минского тракторного завода»
Серия 1 000
Марка «Беларус 1021»;
марка двигателя Д-245;
мощность – 77 кВт
(удельный расход
топлива при номи-
нальной мощности
0,229 кг/(кВтч)).
Серия 1 200
Марка «Беларус 1 221»;
марка двигателя Д-260.2;
мощность – 96 кВт
(удельный расход
топлива при номи-
нальной мощности
0,222 кг/(кВтч)).

Приложение 9
Многолетние средние значения испаряемости,
осадков и числа дней с осадками более 10 мм (Т10 )
Область
Испаряемость, кг/м
2
ч Осадки, кг/м
2
ч
Т10, дн
Ленинградская
0,322
0,22
6,0
Вологодская
0,309
0,205
5,2
Новгородская
0,322
0,221
6,0
Псковская
0,305
0,211
8,8
Тверская
0,342
0,224
8,5
Московская
0,381
0,214
9,2
Смоленская
0,321
0,232
8,7
Ивановская
0,358
0,201
7,5
Владимирская
0,385
0,202
7,8
Костромская
0,331
0,211
6,7
Ярославская
0,353
0,215
6,0
Нижегородская
0,366
0,181
6,4
Кировская
0,378
0,188
7,5
Свердловская
0,390
0,231
7,3
Тюменская
0,386
0,184
7,0
154
Серия 2 000
Марка «Беларус 2 022»;
марка двигателя Д-260.4;
мощность – 154 кВт
(удельный расход
топлива при номи-
нальной мощности
0,227кг/(кВтч)).

155
Приложение 10
Коэффициент усадки кусков торфа при сушке Кус
Степень разложения, %
Верховой торф
Низинный торф
20
0,428
0,371
25
0,513
0,459
30
0,589
0,513
35
0,667
0,583
40
0,731
0,626
45
0,786
0,684
Приложение 11
Плотность кускового торфа
w,%
Плотность торфяных кусков (кг/м
3
) при степени разложения, %
20
25
30
35
40
45
Верховой торф
88
980
1 000
1 010
1 020
1 030
–
86
960
980
1 000
1 010
1 020
1 030
84
930
970
990
1 000
1 020
1 030
82
910
950
980
990
1 010
1 020
50
680
750
810
870
910
940
40
630
710
770
830
880
920
30
590
670
740
800
850
900
20
550
630
700
770
830
880
Низинный торф
88
1 010
1 020
1 020
1 030
1 040
–
86
980
990
1 010
1 020
1 030
1 040
84
950
970
990
1 000
1 010
1 020
82
930
950
980
990
1 000
1 010
50
660
730
770
830
850
890
40
600
680
730
780
830
870
30
550
630
680
740
790
840
20
510
590
640
710
750
800

156
Приложение 12
Плотность низинного неуплотненного торфа в залежи
w,%
Плотность низинного торфа (кг/м
3
) при степени разложения, %
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
60
96
940
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
94
730 990
–
–
–
–
–
–
–
–
–
92
600 850 970 1050 –
–
–
–
–
–
–
90
510 740 860 940 1010 1040 –
–
–
–
–
88
440 650 780 860 930 960 990 1020 1040 –
–
86
390 590 710 790 860 890 930 950 980 990 1 020
84
350 530 650 730 800 830 870 900 920 940 970
82
310 490 600 680 740 780 820 850 870 890 920
80
290 450 570 630 700 740 770 800 820 850 880
78
260 420 520 590 660 700 730 760 790 810 840
76
240 390 490 560 620 660 700 730 750 770 810
74
230 360 460 530 590 630 660 690 720 740 770
72
210 340 430 500 560 600 630 660 690 710 740
70
200 330 410 480 530 570 610 630 660 680 720
68
190 310 390 450 510 550 580 610 630 660 690
66
180 290 370 430 490 520 560 590 610 630 670
64
170 280 350 410 470 500 540 560 590 610 650
62
160 260 340 400 450 480 520 540 570 590 620
60
150 250 330 380 430 470 500 530 550 570 600
Приложение 13
Плотность верхового неуплотненного торфа в залежи
w,%
Плотность верхового торфа (кг/м
3
) при степени разложения, %
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
60
98 1040 –
–
–
–
–
–
–
–
–
–
96
850 1050 –
–
–
–
–
–
–
–
–
94
680 910 990 1080 –
–
–
–
–
–
–
92
570 790 900 980 1030 1060 –
–
–
–
–
90
490 710 820 900 960 1000 1010 1050 –
–
–
88
430 640 750 840 890 930 970 990 1010 1030 –
86
380 580 700 780 840 880 920 940 970 980 1 010
84
340 530 650 730 790 830 870 900 930 940 970
82
310 490 610 690 750 790 830 860 880 900 940
80
290 460 570 650 710 750 770 820 850 870 900
78
270 430 530 610 670 720 760 790 810 830 870
76
250 400 510 580 640 690 720 750 780 800 840
74
230 380 480 550 610 660 700 730 750 780 810
72
220 350 460 530 590 630 670 700 730 750 790
70
200 340 440 500 560 610 640 670 700 720 760

Приложение 14
Классификация сапропелевых отложений Н.А. Стеклова и Е.Д. Ильиной
Тип
Класс
Вид
Содержание, %
Состав органического
вещества, %
Вид водоема
Ас
CaO Fe2O3
А
в
т
о
х
т
о
н
н
ы
й
Органический
Смешанно-
водорослевый
До30 До8 До5
Детрит 20...25, остатки водорослей
> 50, остатки высш. растений < 15
Бессточн., слабосточн., неболь-
шие, эвтрофн., мезотрофн.
Торфянистый До 30 До 8 До 5
Детрит 20...25, остатки водорос-
лей > 35, остатки высших расте-
ний<35
Бессточные, небольшие дис-
трофные
Зоогеновый
До30 До8 До5
Детрит 20...25, остатки водорос-
лей > 35, остатки животных < 35
Все типы бессточных и сточ-
ных
Органо-
кремнеземи-
стый
Диатомовый
До65 До5 До5
Детрит 15...20, остатки диатомо-
вых водорослей > 35, прочие водо-
росли < 35
Проточн., крупные мезотроф-
ные
Органо-
минеральный
Водорослево-
известкови-
стый
30...65 8...30 До 5
Детрит 35...40, остатки водорос-
лей>50
Слабосточные, сточные в ок-
ружении карбонатных пород,
эвтрофные
Водорослево-
железистый
30...65 До 8 5...10 Детрит 35...40, остатки водорос-
лей>50
Проточн., бессточн., неболь-
шие, мезотрофн., дистрофн.
Минеральный
Известкови-
стый
65...85 Более 3 До 5
–
В окруж.карбонат.пород, лю-
бые по трофн. и сточности
Железистый
65...85 До 8
Более
10
–
Проточные, крупные, дис-
трофные небольшие
С
м
е
-
ш
а
н
-
н
ы
й
Органокласти-
ческий
Водорослево-
песчаный
30...65 До 8 До 5 Детрит 15...20, остатки водорос-
лей>50
Проточные, крупные
Водорослево-
глинистый
30...65 До8 До5
–
А
л
л
о
х
т
о
н
-
н
ы
й
Кластический
Песчаный
65...85 До 15 До 10
–
Глинистый
65
До15 До10
–
Глинисто-
известковистый 65
15...30 До 10
–
Проточн., крупные на ранней
стадии, в окруж. карбонатных
пород
1
5
7

158
Приложение 15
Сводная таблица количественных показателей по выявленным месторождениям открытых и погребенных
сапропелевых отложений по отдельным экономическим районам Российской Федерации
Экономический
район
Количество
месторождений
Площадь месторождений,
тыс. га
Глубина сапропеля, м
Запас сапропелевых
отложений, млн м
3
В озе-
рах
Под тор-
фяной
залежью
Всего
В озе-
рах
Под тор-
фяной
залежью
Всего
В озе-
рах
Под тор-
фяной
залежью
Всего В озерах
Под тор-
фяной
залежью
Всего
Верхневолжский
13
56
69
25,56
11,34
36,90 3,18
1,03
2,5
812,57
116,89
929,46
Волго-Вятский
16
37
53
0,72
3,98
4,70
2,00
0,62
0,83
14,35
24,67
39,02
Дальневосточный
–
1
1
–
0,004
0,004
–
0,75
0,75
–
0,03
0,03
Западно-
Сибирский
13
2
15
52,38
0,13
52,51 1,93
1,28
1,93 1 010,43
1,70
1 012,13
Западно-
Уральский
23
28
51
1,23
2,02
3,25
1,45
0,84
1,1
17,89
16,91
34,80
Республика Коми
4
4
8
1,02
0,89
1,91
2,92
0,26
1,67
29,80
2,29
32,09
Ленинградский
105
119
224 349,65
23,14
372,79 2,27
0,75
2,18 7 952,93 174,62 8 127,55
Московский
120
250
370 34,61
48,00
82,61 2,21
1,16
1,60 765,56
559,43 1 324,99
Мурманский
25
–
25
18,65
–
18,65 1,44
–
1,44 323,03
–
323,03
Приволжский
1
11
12
0,20
0,27
0,47
2,00
0,81
1,32
4,00
2,19
6,19
Приокский
–
34
34
–
10,42
10,42
–
0,89
0,89
–
93,10
93,10
Северо-
Восточный
6
–
6
8,82
–
8,82
1,10
–
1,10
96,12
–
96,12
Северо-Западный 112
4
116 1 234,07 0,09 1 234,16 2,00
1,39
2,00 24 682,51 1,32 24 683,83
Средневолжский
–
2
2
–
0,15
0,15
–
2,54
2,54
–
3,84
3,84
Среднеуральский
71
67
138 27,83
13,99
41,82 2,32
1,03
1,88 645,16
144,17
789,32
Центрально-
Черноземный
–
23
23
–
3,03
3,03
–
0,55
0,56
–
17,01
17,01
Южно-
Уральский
39
10
49
48,58
19,01
67,59 2,00
1,00
1,96 971,17
21,05
992,22
Итого
578
648
1226 1 803,3 119,38 1 922,7 2,07
0,99
2,00 37 325,5 1 179,23 38 504,7
1
5
8

Приложение 16
Химический состав сапропелей, % (масс.) на сухое вещество
Содержание
органического
вещества, %
SiO2
(об-
щий)
SiO2
(рас-
твори-
мый)
Класти-
ческое
вещест-
во
Полу-
торные
оксиды
Fe2 O3 Al2 O3 CaO MgO K2O SO3 P2O5 CO2
N
pH
>90
2,5
0,4
–
1,9
0,7
0,7
1,8 0,2 0,2 0,7
0,2 0,4 3,8 5,5
85...90
6,1
0,4
4,9
2,8
1,4
0,9
1,9 0,4 0,2 1,0 0,1 1,0 3,9 6,1
80...85
10,2
3,7
7,1
2,7
1,3
1,3
2,2 0,3 0,2 0,9 0,2 1,0 3,7
5,9
75...80
12,6
8,1
9,7
4,5
2,6
2,0
2,6 0,4 0,4 1,0 0,4 0,7
3,2 6,4
70...75
17,4
7,1
10,0
5,5
2,0
3,7
2,6 0,6 0,4 1,0 0,2 0,6 3,3 6,4
65...70
19,5 13,3
11,7
5,7
3,0
3,6
4,0 0,4 0,2 1,5 0,4 1,0 2,8 6,2
60...65
21,6
6,1
20,4
7,2
4,6
4,2
4,0 0,6 0,3 1,7
0,5 1,9 2,7
6,9
55...60
23,3
8,5
23,8
7,6
2,7
4,2
6,3 0,6 0,6 0,7
0,6 2,4 2,7
6,2
50...55
26,9 16,9
15,5
7,7
2,9
3,6
4,7
0,7
0,5 0,9 0,4 5,0 2,3 6,6
45...50
32,8 17,6
18,1
6,9
2,8
3,8
5,1 0,8 0,5 1,4 0,7
4,2 2,1 6,6
40...45
27,3 15,8
12,9
6,5
2,8
4,6
9,9 0,9 0,6 1,3 0,5 11,5 2,1 6,9
35...40
35,0 16,5
25,2
7,2
3,7
4,1
8,9 1,0 0,6 1,5 0,6 9,1 1,7
7,0
30...35
39,2
8,3
23,0
7,4
3,3
4,2
11,6 1,1 0,8 1,2 0,6 10,9 1,1
7,0
25...30
45,5 11,8
20,0
8,6
3,7
4,1
9,6 1,1 0,5 1,6 0,5 8,8 1,2
7,0
20...25
33,4
2,1
34,0
6,4
2,8
4,7
18,8 1,4 0,5 1,6 0,5 23,4 1,0 6,4
15...20
31,3
2,8
43,5
7,6
3,5
4,5
22,0 1,5 1,1 1,9 0,4 19,9 0,8
7,0
10...15
35,2
3,3
38,5
5,2
2,7
4,7
22,2 1,2 0,5 0,9 0,5 21,4 0,5
7,4
5...10
34,8
0,8
65,6
5,3
2,4
4,4
17,7 1,1 0,8 1,5 0,5 19,9 0,3
7,6
Средние
значения
26,6
8,9
23,7
6,4
2,8
3,9
8,9 0,9 0,5 1,3 0,5 9,0 2,5 6,6
1
5
9

Приложение 17
Краткая характеристика основных видов сапропелей
Вид сапропеля
Внешний вид
образца
При микроскопическом
исследовании
1
2
3
Торфянистый
От серовато-коричневого
до бурого с оливковым
оттенком, грубодетрито-
вый с растительными ос-
татками
Отчетливо просматриваются остатки
высших растений и мхов. Встре-
чаются остатки сфагновых и гипно-
вых мхов, корешки осок, хвоща, тро-
стника, кувшинок, древесные остатки
Гумусированный
Темно-коричневый, почти
черный, зернистый или
грубодетритовый с расти-
тельными остатками
Большое содержание бурых (почти
черных) пятен гумуса. Много расти-
тельных остатков, характерных для
торфянистого сапропеля
Зоогеновый
Серовато-коричневый
или коричнево-оливко-
вый, мелкозернистый
Преобладают остатки животных: ра-
ковины, головные щиты, антенны
ит.п.
Цианофицейный
Серо-коричневый, детри-
товый с растительными
остатками
Среднее увеличение на фоне аморф-
ного детрита дает возможность уви-
деть преобладание сине-зеленых во-
дорослей (Gloeocapsa, Anabaena)
и нитчатых. Часто присутствуют про-
тококковые водоросли
Протококковый
Темно-оливковый или бу-
ровато-оливковый, зерни-
стый или желеобразный
При малом увеличении четко разли-
чаются Pedastrum, при среднем –
обилие Scenedesmus или Tetraedron.
Присутствуют сине-зеленые или
хризомонадовые водоросли
Хризомонадовый
Светло-оливковый или се-
ровато-оливковый зерни-
стый или пастообразный
Цисты хризомонад присутствуют в
большом количестве. Всегда имеется
некоторое количество диатомовых
вместе с губками
Смешанно-
водорослевый
Наряду с диатомовыми примерно в
равном количестве присутствуют
протококковые и хризомонады, реже –
сине-зеленые водоросли
Диатомовый
Преобладают диатомовые разнооб-
разных видов
Кремнеземистый
Зеленовато-серый или ко-
ричневатый пастообразный
Характерно наличие диатомовых,
иногда вместе с цистами хризомонад.
Часто присутствуют губки
Известковистый
Светло-серый, почти бе-
лый. Встречаются также
желтоватые и розовые.
Вскипает при попадании
соляной кислоты
Обращает внимание сплошной серый
фон мелких частиц извести. Часто
наличие обезвестковленных оболочек
факотусовых водорослей
160

Продолжение прилож. 17
1
2
3
Железистый
Черный,
иногда зеле-
новато-черный с метал-
лическим оттенком и мел-
кими блестками включе-
ний. На воздухе быстро
окисляется и покрывается
ржавчиной
В отличие от гумисированного са-
пропеля, черные пятна гидроилита
имеют более резкие очертания, а фон –
зеленоватый. Изредка встречаются
диатомовые. Растительных остатков
мало
Глинистый
Сероватый или серовато-
коричневый до шоко-
ладного и розового. Пла-
стичен, прилипает к ру-
кам, мажется
Четко видны мелкие округлые и ост-
роугольные
глинистые
частицы.
Встречаются остатки диатомовых,
протококковых и губки
Песчанистый
Сероватый, с заметными
на глаз песчинками. При
разминании на пальцах
остается песок
Хорошо видны крупные округлые
песчаные и каменистые частицы. Не-
редко присутствуют губки, а также
остатки высших растений
161

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Амарян, Л.С . Свойства слабых грунтов и методы их изучения /
Л.С . Амарян. М .: Недра, 1990. 220 с.
2. Афанасьев, А.Е. Структурообразование коллоидных и капиллярно-
пористых тел при сушке / А.Е. Афанасьев. Тверь: ТвГТУ, 2003.
189 с.
3. Афанасьев, А.Е. Структурообразование при сушке сапропелей раз-
личной зольности / А.Е. Афанасьев, С.Н. Гамаюнов, О.С. Мисников //
Коллоидный журнал. 1999. Т. 61. No 3. С. 303–308.
4. Афанасьев, А.Е. Оценка структурных характеристик при сушке фор-
мованных органических и органоминеральных биогенных материа-
лов / А.Е. Афанасьев, О.С . Мисников // Теоретические основы хими-
ческой технологии. 2003. Т. 37. No 6. С. 620–628.
5. Винбер, Г.Г . Первичная продукция водоемов / Г.Г . Винбер. Минск:
Издательство АН БССР, 1960. 329 с.
6. Гамаюнов, С.Н. Опытный образец заполнителя на основе торфа и са-
пропеля для изготовления легкого бетона / С.Н. Гамаюнов,
О.С . Мисников, В.А. Беляков // Технология и комплексная механи-
зация торфяного производства: сб. науч. тр. Тверь: ТвГТУ, 1996.
С. 30–33.
7. Гревцев, Н.В. Научные основы технологии торфяных композицион-
ных материалов: дис. ... докт. техн. наук / Гревцев Н.В. Екатерин-
бург, 1998. 459 с.
8. Ефимова, Е.С . Изменение водно-физических свойств торфяного сы-
рья при механической переработке и сушке / Е.С . Ефимова, О.В. Пу-
хова // Труды Инсторфа. 2013. No 8(61). С . 44–47.
9. Касьянова, З.Ф . Химическая характеристика и биологическая эффек-
тивность гумусовых кислот некоторых лечебных грязей: автореф.
дис. ... канд. биол. наук / Касьянова З.Ф . М ., 1985. 16 с.
10. Кордэ, Н.В. Биостратификация и типология русских сапропелей /
Н.В. Кордэ. М.: АН СССР, 1960. 219 с.
11. Косаревич, И.В. Структурообразование в дисперсиях сапропелей /
И.В. Косаревич. Минск: Навука i тэхнiка, 1990. 248 с.
12. Крупнов, Р.А. Использование торфа и торфяных месторождений в
народном хозяйстве / Р.А. Крупнов, Е.Т. Базин, М.В. Попов. М .:
Недра, 1992. 232 с.
13. Курзо, Б.В. Закономерности формирования и проблемы использова-
ния сапропеля / Б.В. Курзо. Минск: Белорусская наука, 2005. 224 с.
14. Курзо, Б.В. Типизации и распространение современных осадочных
комплексов озер Беларуси / Б.В. Курзо, А.Л. Жуховицкая,
О.М . Гайдукевич // Природопользование: сб. науч. тр. ИПИПРиЭ.
Минск, 1998. Вып. 4. С . 39 –44.
162

163
15. Курзо, Б.В. Влияние некоторых азональных факторов на формирова-
ние вещественного состава сапропелей озер / Б.В. Курзо, В.Ф . Икон-
ников // Природопользование: сб. науч. тр. ИПИПРиЭ. Минск, 2003.
Вып. 9. С. 41 –46.
16. Курмышева, Н.А. Динамика состава органического вещества сапро-
пелей / Н.А. Курмышева, Л.А. Гришина // Торфяная промышлен-
ность. 1988. No 8. С . 24 –26.
17. Ларгин, И.Ф . Геология сапропелевых отложений (основы сапропеле-
ведения): учеб. пособие / И.Ф . Ларгин, Н.И. Шад. Калинин: КПИ,
1989. 72 с.
18. Ларгин, И.Ф . Влияние минеральных образований сапропелей на их
физико-химические свойства при аэрации / И.Ф . Ларгин, А.С. Таран-
тов // Торфяная промышленность. 1983. No 9. С . 28–30.
19. Лиштван, И.И. Основные свойства торфа и методы их определения /
И.И. Лиштван, И.Ф . Ларгин, Н.Т. Король. Минск: Наука и техника,
1975. 320 с.
20. Лопотко, М.З. Озера и сапропель / М.З. Лопотко. М .: Наука и техни-
ка, 1978. 88 с.
21. Лопотко, М.З. Сапропели БССР, их добыча и использование /
М.З. Лопотко. Минск: Наука и техника, 1974. 208 с.
22. Лопотко, М.З. Сапропели и продукты на их основе / М.З. Лопотко,
Г.А. Евдокимова. Минск: Наука и техника, 1986. 191 с.
23. Лопотко, М.З. Использование сапропелей в народном хозяйстве
СССР и за рубежом / М.З. Лопотко, Н.В. Кислов. М .: Недра, 1990.
83 с.
24. Мисников, О.С . Физические процессы структурообразования
при сушке погребенных сапропелей: дис. ... канд. техн. наук /
Мисников О.С . Тверь: ТвГТУ, 1997. 148 с.
25. Мисников, О.С . Пустотелый заполнитель для легкого бетона на ос-
нове торфа и минерального сырья / О.С . Мисников, С.Н. Гамаюнов //
Строительные материалы. 2004. No 5. С . 22–24.
26. Мисников, О.С . О рациональном использовании энергетических и
минеральных ресурсов торфяных месторождений / О.С . Мисников,
А.Е. Тимофеев // Горный журнал. No 11. 2008. С . 59–63.
27. Мисников, О.С . Проблемы рационального использования дополни-
тельных энерге тических и минеральных ресурсов торфяных место-
рождений / О.С . Мисников // Горный информационно-
аналитический бюллетень. М .: МГГУ, 2010. No 10. С . 285–292.
28. Мисников, О.С . Анализ технологий разработки торфяных
месторождений в странах дальнего и ближнего зарубежья /
О.С . Мисников, А.Е. Тимофеев, А.А. Михайлов // Горный
информационно-аналитический бюллетень. М .: МГГУ, 2011. No 9.
С. 84–92.

164
29. Мисников, О.С . Гидромеханизированная добыча торфа для полу-
чения формованного твердого топлива в Республике Саха
(Якутия) / О.С . Мисников, В.А. Беляков // Горный информацион-
но-аналитический бюллетень. М .: Горная книга, 2015. No 4.
Спец. вып . 11. С. 70–79.
30. Панов, В.В. Об особенностях генезиса реликтовых торфяных болот
Табалахской впадины Республики Саха (Якутия) и их использо-
вании / В.В. Панов, А.В. Протопопов // Горный информационно-
аналитический бюллетень. М .: МГГУ, 2013. No 3. С . 109–117.
31. Попов, М.В. Сапропели в мелиоративном земледелии / М.В . Попов.
СПб.: ВНИИТП, 1993. 110 с.
32. Попов, М.В . Структурная модель формирования озерно -болот-
ных отложений / М.В . Попов // Методы исследования торфяных
и сапропеле вых отложений. Тверь: ТвеПИ, 1991. С . 51–61.
33. Раковский, В.Е . Химия пирогенных процессов / В.Е. Раковский,
Ф.Л. Каганович, Е.А . Новичкова. Минск: АН БССР, 1959. 208 с.
34. Россолимо, Л.Л. Озерное накопление органического вещества
и возможность его типизации / Л.Л. Россолимо // Типология озер-
ного накопления органического вещества. М.: Наука, 1976.
С. 3–10.
35. Рубинштейн, А.Я . Интенсивность сапропеленакопления в гологене
на территории СССР / А.Я . Рубинштейн // Исследование торфяных
месторождений. Калинин, 1980. С . 58–66.
36. Рубинштейн, А.Я . История развития озер и прогнозные запасы с а-
пропелей / А.Я . Рубинштейн // История современных озер. Ленин-
град – Таллин, 1986. С. 19–21.
37. Сапропели. Ресурсы, технологии добычи и переработки. Область
применения. Зарубежный опыт // Информационно-патентный обзор;
под ред. Г .С. Алтуниной. М ., 1993. 176 с.
38. Сергеев, Ф.Г. Подготовка торфяных месторождений к эксплуатации и
ремонт производственных площадей / Ф.Г . Сергеев. М.: Недра, 1985.
255 с.
39. Смирнов, А.В. Озерные сапропели, их добыча и использование в
сельском хозяйстве / А.В. Смирнов. М.: Колос, 1965. 160 с.
40. Смольянинов, С.И . Термобрикетирование торфа / С.И. Смольяни-
нов, С.Г. Маслов. Томск, 1975. 108 с.
41. Справочник по торфу / под ред. А .В. Лазарева и С.С . Корчунова.
М.: Недра, 1982. 760 с.
42. Стеклов, Н.А. Сапропель и его использование в народном хозяйстве /
Н.А. Стеклов, Е.Д . Ильина. М .: Недра, 1969. 176 с.
43. Тарантов, А.С . Значения минералов и минералогических исследова-
ний при изучении сапропелевых отложений / А.С . Тарантов //

165
Методы исследования торфяных и сапропелевых отложений. Тверь:
ТвеПИ, 1991. С . 61–72.
44. Афанасьев, А.Е. Технология и комплексная механизация разработ-
ки торфяных месторождений / А.Е. Афанасьев, Л.М . Малков,
В.И . Смирнов [и др.] М.: Недра, 1987. 311 с.
45. Солопов, С.Г . Торфяные машины и комплексы // С.Г . Солопов,
Л.О. Горцакалян, Л.Н. Самсонов, В.И. Цветков. М.: Недра, 1981.
416 с.
46. Тюремнов, С.Н. Торфяные месторождения / С.Н. Тюремнов. М .:
Недра, 1976. 488 с.
47. Лиштван, И.И. Физико-химические основы технологии торфяного
производства / И.И. Лиштван, А.А. Терентьев, Е.Т. Базин, А.А. Г о-
ловач. Минск: Наука и техника, 1983. 232 с.
48. Фомин, А.И. Технология добычи местных удобрений / А.И. Фо-
мин. М.: Высшая школа, 1969. 295 с.
49. Хохлов, В.И. Опыт использования сапропелевых удобрений /
В.И. Хохлов // Торфяная промышленность. 1989. No 1. С. 25–28.
50. Штин, С.М . Озерные сапропели и их комплексное освоение /
С.М. Штин. М .: Изд-во МГГУ, 2005. 373 с.

166
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ........................................................................
3
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ
КУСКОВОГО ТОРФА...........................................................
5
1.1. Основные характеристики кускового торфа...........................
5
1.2. Экскавация торфа из залежи..............................................
8
1.3. Механическая переработка торфомассы...............................
16
1.4. Формование кускового торфа.............................................
21
1.5. Стилка торфяных кусков на поле сушки...............................
29
ГЛАВА 2. ПРОИЗВОДСТВО КУСКОВОГО ТОРФА
ФРЕЗФОРМОВОЧНЫМ СПОСОБОМ......................................
32
2.1. Общие вопросы технологии...............................................
32
2.2. Добыча кускового торфа фрезформовочными машинами.........
35
2.3. Машины по сушке кускового торфа....................................
38
2.4. Машины для уборки кускового торфа.................................
40
2.5. Виды учета в технологии производства кускового торфа.........
44
ГЛАВА 3. ПРОИЗВОДСТВО КУСКОВОГО ТОРФА
ЭКСКАВАТОРНЫМ СПОСОБОМ..........................................
47
3.1. Общие вопросы технологии..............................................
47
3.2. Экскавация залежи и переработка торфомассы......................
49
3.3. Стилка кускового торфа при экскаваторном способе
его добычи.........................................................................
52
3.4. Сушка экскаваторного кускового торфа...............................
55
ГЛАВА 4. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ПРОИЗВОДСТВА КУСКОВОГО ТОРФА.................................
59
4.1. Экскаваторный способ с сушкой на сетках...........................
59
4.2. Применение химического модифицирования
структуры торфа.................................................................
61
4.3. Досушка торфа в штабелях...............................................
63
4.4. Сушка кускового торфа в наращиваемых комплексах.............
66
4.5. Применение термообработки торфа....................................
68
4.6. Получение композиций на основе кускового торфа
для металлургических процессов............................................
69

167
4.7. Производство кускового торфа в условиях Крайнего Севера.....
73
ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ
САПРОПЕЛЕВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ...................................
79
5.1. Основные сведения об образовании и свойствах сапропелей......
79
5.2. Классификации и основные направления
использования сапропелей......................................................
90
5.3. Методы и технические средства добычи сапропелей................
103
5.4. Добыча сапропеля гидромеханизированным способом.............
110
5.5. Добыча сапропеля с применением зимнего намыва..................
126
5.6. Добыча сапропеля экскаваторным способом...........................
127
ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................
135
ПРИЛОЖЕНИЯ....................................................................
136
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..........................................
162

168
Мисников Олег Степанович
Беляков Владимир Александрович
Технология и комплексная механизация
открытых горных работ.
Добыча кускового торфа и сапропеля
Учебное пособие
Издание второе, переработанное и дополненное
Редактор Е.Н. Спиридонова
Корректор С.В. Борисов
Технический редактор Ю.Ф . Воробьева
Подписано в печать 10.11.2016
Формат 60х84/16
Бумага писчая
Физ. печ. л . 10,5
Усл. печ. л . 9,77
Уч. -изд. л . 9,14
Тираж 100 экз.
Заказ No 82
С–80
Редакционно-издательский центр
Тверского государственного технического университета
170026, г. Тверь, наб. А. Никитина, 22