Редакционная коллегия


МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОЧВ ПРИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ



страница29/69
Дата09.05.2018
Размер5.92 Mb.
1   ...   25   26   27   28   29   30   31   32   ...   69

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОЧВ
ПРИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ



Мяленко В.И., доктор технических наук, профессор, академик РАЕН

ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт»


Аннотация. В статье представлены образцы и характеристики специализированных разработанных машин и орудий для работы на определённом этапе рекультивации нарушенных земель, а так же способы их применения.
Территория Кемеровской области еще издавна известна широким разнообразием растительного и животного мира, а так же своим земледелием и скотоводством. Но всероссийскую значимость территория получила из-за природных богатств подземных кладовых и, в первую очередь, больших запасов энергетических углей. Поэтому и была названа по наименованию Кузнецкого угольного бассейна – Кузбасс. Все это исторически и издавна определило в регионе горнорудную направленность хозяйственной деятельности. Действительно, сырьевая и добывающие отрасли являются основными в экономике Кузбасса. Вместе с тем, высокая потребность в энергетических углях для промышленных предприятий страны сохранялась всегда и оставляла мало возможностей систематически и в полной мере заниматься экологией и последующим природообустройством после проведения горных работ. Глубокие карьеры, выполненные с практически полным вскрытием осадочных пород, к сожалению, и сегодня заметно нарушают сложившийся водный баланс территории, провоцируют дренирование местности. Отсюда недостаточно влаги в прилегающих к карьерам почвах. Пустые породы, которые естественно сопутствуют угледобыче и, как правило, в большом своем количестве требуют и больших дополнительных площадей для складирования. Таковы современные технологии угледобычи. А пустыми эти породы являются только в отношении целей угледобычи, но, в то же время, могут хранить в себе разнообразные минералы, например, тяжелые металлы, которые в последующем активно окисляются с дополнительным притоком кислорода. Для складирования отвалов обычно используют пониженные участки рельефа, либо выстраиваются терриконы, например, путем откатывания породы опрокидывающимися вагонетками. Все эти занятые дополнительные территории, безусловно, были раньше покрыты почвенным слоем. Правда, поверхностные слои почвы на местах будущих карьеров тоже вскрываются и складируются, но, как правило, их трудно сохранить до окончания горных работ.

Все эти обстоятельства вносят значительную экологическую напряженность в естественную природу местности, где производятся горные работы. Поэтому предусмотрены нормативные акты о рекультивации земель, снятии, сохранении и рациональном использовании плодородного слоя почв [1]. Реальные процессы образования минералов в осадочных слоях земли и естественные процессы почвовосстановления очень длинные по времени процессы. По сути дела, эти процессы имеют близкую природу. Например, приращение почвенного слоя в естественных условиях происходит на 1 см через 100 лет. Тогда как для выращивания культурных растений требуется почвенный слой 20-25 см. Недаром всегда, при воздействии на природу или при вторжении человека в ее естественное сложение, следует задуматься, что будет в результате – эффект или убыток. Это можно оценить следующим образом:

D = Пр – По ,

где: D – суммарные затраты воздействия человека на природу; Пр – стоимость и положительные свойства получаемого в результате продукта; По – отрицательные последствия получаемые в результате воздействия в стоимости затрат для полного восстановления. Тогда, если Пр ∕ По > 1, то на лицо явная целесообразность действий, а если Пр ∕ По < 1, то этой целесообразности нет.

На самом деле, весьма сложно оценить в стоимостном выражении величину По. Отрицательные последствия, как правило, весьма разнообразны, они включают в себя не только уничтожение почвы и растительности, и изменение воднотемпературного баланса прилегающей к карьеру территории, но и многое другое, начиная от изменений миграционных тенденций диких животных, до исчезновения вообще отдельных растений. Но все эти вопросы предшествуют рекультивации. Сама же рекультивация – это комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и народнохозяйственной ценности нарушенных земель, а так же на улучшение условий окружающей среды в соответствии с интересами общества. Рекультивация начинается обычно с инженерных работ. Первый инженерный этап рекультивации – это выравнивание рельефа и заделка пустых пород участка, нанесение свежей земли или измельченного грунта, которые выполняются традиционной техникой (бульдозеры, грейдеры, грузовики и т.д.). Здесь применяют известный набор машин и механизмов. Другой этап, связанный с высадкой кустарников, деревьев или культурных сельскохозяйственных растений, так же производится традиционным набором машин и механизмов, предназначенных для этих целей. Но, к большому сожалению, от первого ко второму этапу перейти непосредственно нельзя по некоторым причинам, главные из которых – отсутствие как таковой самой почвы необходимой растениям. Необходимы промежуточные работы, нужны специальные машины и оборудование. В частности, необходимое нанесение на поверхность старых сохраненных земель бывает практически невозможно без частичного перемешивания их с пустыми породами. Твердые комки и включения, встречающиеся в нанесенном слое почвы, делают невозможным использования обычной сельскохозяйственной техники. Нужна специальная техника для рекультивационных работ.

На рисунках ниже изображены представители разработанных машин и орудий для работы на рекультивируемых почвах. На рисунке 1 показана конструкция катка для первоначального выравнивания рельефа участка рекультивации. Каток имеет черенковые ножи 1, балластный ящик 2 и снабжен рыхлительными штангами 3, которые выполняют ударные действия, размельчая комки пустых пород. [2]


рис1
Рисунок 1 – Конструкция катка для первоначального выравнивания рельефа участка
Для высадки семян культурных растений предназначена сеялка, схема которой показана на рисунке 2. Где 1 – прицепное устройство, 2 – бункеры для семян и удобрений, 3 – опорный каток, 4 – сошник и 5 – качающий подрамник с рыхлительными лапами 6 и диски 7. [3]

рис2

Рисунок 2 – Сеялка для высадки семян культурных растений




рис 3
Рисунок 3 – Почвообрабатывающая фреза
Для интенсивного крошения остатков пустых пород может применяться почвенная фреза, изображенная схематично на рисунке 3. Фреза имеет ротор 1 с механизмами привода 2, защитный сетчатый кожух 3 и опорный каток 4. [4]

При расчете конкретных параметров этих машин и орудий следует учитывать следующие соображения. Рабочие органы для рыхления воспринимают на себя действие некоторой эпюры сил со стороны обрабатываемой почвы (см. рис.2). Сами по себе рабочие органы, как правило, представляют собой симметричные геометрические фигуры и потому можно рассматривать их нагружение в плоской системе сил. Отсюда в каждой из точек 1,2,3 и т.д. действуют единичные силы:


P1 = f1 (A1); P2 = f 2 (A2); P3 = f 3 (A3) и т.д.
Где: P1, P2, P3 – единичные силы, а f 1, f 2, f 3 – их функционалы, A – обобщенная характеристика рабочего органа, тогда, распределенная нагрузка на всем геометрическом контуре от «n» до «m» будет суммарно складываться:

n

 f a (A)dA = (P)

m

В данном случае будем считать силу P силовым эквивалентом эпюры. Тогда всегда есть и некая равновесная точка «k», к которой приложена эта суммарная сила P. При этом сама точка «k» выявляется из соображений равенства:



Эти два условия и являются началом расчетов конкретных параметров рабочих органов. Кроме этого, следует иметь в виду, что на поверхности обрабатываемого участка остается еще много твердых включений, которые препятствуют посеву. В данном случае, при наезде на твердые включения (кусок пустой породы) земледельческое орудие выглубляется, где рычажная система позволяет значительно сократить путь возвращения орудия в исходное положение (см. рис. 2).

Действительно, сила Р, действующая на рабочий орган со стороны почвы, меняется по величине и по направлению. В большей степени это зависит от твердости обрабатываемой среды и состояния лезвия рабочего органа. Колебания этой силы варьируются в интервале от заглубляющего Р1 до выталкивающего Р2 значения. Р2 – обычно возникает в случае затупленного лезвия (образование затылочной фаски на кромке лезвия) или при наезде орудия на твердое включение. На рисунке 2 показано направление силы Р и два варианта ее действия. В обычном режиме работы Р1 направлена под углом ε1 относительно горизонтальной составляющей силы тяги F, а при наезде на препятствие ε2. То есть при ε1 результат сил F1 и Р1 является некоторая Т1 и она не препятствует заглублению. При ε2 силы F2 и Р2 имеют Т2, которая способствует выглублению и тогда включение в работу рычажной системы (см. качающий подрамник 5 и диски 7 на рисунке 2) обеспечивает компенсацию Т2 за счет веса орудия и тем самым возвращение рыхлительной лапы в исходное положение.

В заключение следует отметить, что при рекультивации и восстановлении почв, наличие в поверхностном слое отдельных твердых включений пустых пород не позволяет применять традиционные культиваторы и сеялки. Нужны специальные машины, обеспечивающие размельчение твердых комков роторной и другой дробильной техникой и затем уже проведение посевных работ. Предложенные варианты машин и орудий вполне могут служить основой для разработки шлефа машин для почвовосстановления.


Список использованной литературы

  1. ГОСТ 17.5.3.04 – 835302 – 85, Охрана природы земли. Общие требования к рекультивации земель. Издательство Госстандарта СССР 1986.

  2. Патент РU № 2444876, Орудие для измельчения твердых комков и корки на поверхности почвы; МПК, А 01 В, опубл. 20.03. 2012 г.

  3. Патент РU № 2464 761, Сеялка, МПК, А 01 С, опубл. 27.10.2012 г.

  4. Заявка № 2013122344/13 (032833) от 15.10.2013. Почвообра-батывающая фреза.

УДК 631.365.22





Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   25   26   27   28   29   30   31   32   ...   69


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница