Ресурсосберегающая технология рубки лесных насаждений

Заготовка древесины – один из древнейших технологических процессов, освоенных человеком. Простейшее жилье, топливо, средства передвижения по водным путям, орудия для охоты и ловли рыбы и прочее изготовлялись из древесины. Показательно, что и теперь, в век высоких технологий, потребность в древесине не уменьшается, а растет.

Российский лесной комплекс сейчас находится в очень сложном положении, сложившемся по многим причинам. Регресс лесного комплекса России очевиден: уменьшились объемы заготовки, прекратилась вывозка древесины деревьями, которая позволяла исключить обрезку сучьев и раскряжевку в лесу и получить с лесопокрытой площади на 10–20% больше древесины, чем при вывозке хлыстами или сортиментами.

Древесина кроны менее ценная, чем стволовая, однако топливная щепа, которую можно и нужно получать из кроны, вполне применима для выработки тепловой энергии и электроэнергии. Попытки производства щепы из кроны и других порубочных остатков мобильными рубительными машинами на лесосеках или верхних складах оказались слишком затратными. Сбор порубочных остатков, измельчение и транспортировка щепы в совокупности чаще убыточны.

Правила дорожного движения по дорогам общего пользования ограничивают длину лесовозного автопоезда 18,75 метра.

Сортиментная вывозка древесины целесообразна при наличии густой сети лесовозных дорог общего назначения и большого количества лесоперерабатывающих предприятий в зоне автомобильной доступности, так как в этом случае сокращаются, а иногда и исключаются дополнительные перегрузки древесины. Такие условия есть только в нескольких регионах России – Карелии, Ленинградской области, некоторых центральных и южных областях европейской части России.

Эх, дороги…

Экономические показатели лесопользования существенно зависят от развития лесотранспортной сети. Чем выше плотность лесной дорожной инфраструктуры, тем больше доход государства за счет эффективного использования лесных ресурсов, меньше затраты на заготовку и вывозку древесины.

Вывозка древесины с мест заготовки потребителю осуществляется как по лесным дорогам, так и по дорогам общего пользования. Таким образом, экономическая составляющая лесозаготовки зависит от плотности дорог, прежде всего автомобильных.

В лесообеспеченных развитых странах протяженность лесных дорог на 1000 га лесной площади составляет от 25 до 40 км (в Германии – 24 км, в Финляндии – 25 км).

Исследования российских ученых показали, что для обеспечения эффективного ведения лесного хозяйства и лесопользования, в первую очередь лесозаготовки, необходима плотность дорожной сети не менее 10–12 км на 1000 га.
Исходя из этих данных, в России должно быть больше 9 млн км лесных дорог, тогда как сегодня их протяженность 1,8 млн км.

Особо следует отметить важность обеспеченности дорогами участков лесного фонда, отведенных для организации выборочных рубок. Если лесные ресурсы труднодоступны, проведение выборочных рубок нерентабельно. Объем сплошных рубок в России составляет более 90%, однако в обозримом будущем он должен сократиться на 20–30%, в пользу выборочных рубок.

К системе выборочных рубок относятся рубки спелых и перестойных насаждений, при которых периодически вырубается часть деревьев определенного возраста, размера, качества или состояния. При каждой рубке производится изъятие спелых деревьев старшего поколения при сохранении разновозрастной структуры и устойчивости древостоя. Интенсивность таких рубок иногда может составлять до 70%, а количество поврежденных деревьев не должно превышать 3%, при этом на участках сохраняются деревья, оставленные на доращивание.

Сейчас во многих регионах Сибири и Дальнего Востока, например Красноярском крае, Республике Саха (Якутия), в связи со значительной удаленностью деревоперерабатывающих предприятий при проведении рубок лесных насаждений заготавливаются и вывозятся только комлевая и срединная части древесных стволов.

Хлыстовая заготовка

Хлыст – это стволовая часть дерева, отделенная от корней, очищенная от сучьев, с обрезанной вершиной в том месте, где диаметр ствола составляет 6–8 см. Вершинный диаметр хлыста по мере развития технологических процессов и оборудования деревопереработки постепенно уменьшается. Наиболее товарно-ценные части хлыстов – комлевые и срединные, из которых получают самые ценные сортименты. Вершинная же часть, основное достоинство которой почти стопроцентное отсутствие внутренней гнили, чаще всего идет на производство балансов для производства технологической щепы в древесно-подготовительных цехах деревоперерабатывающих предприятий. В европейской части России таких предприятий довольно много, поэтому значительная часть фитомассы заготовленных древесных стволов используется.

Сортиментная заготовка

Сегодня в России, как и во всем мире, преобладают технологические процессы сортиментной заготовки древесины, в результате которых с лесосек вывозятся полученные из стволов заготовленных деревьев сортименты разного назначения.

Сортиментная группа технологических процессов лесосечных работ предусматривает выполнение на лесосеке (на пасеке – при скандинавской технологии или на верхнем складе – при канадской) раскряжевки.

К каждому виду сортиментов заказчик – деревоперерабатывающее предприятие предъявляет требования по породе (породам), размерам и порокам древесины. При этом далеко не все скрытые пороки (например, внутренняя гниль ствола вследствие морозобойной трещины) можно учесть при составлении плана раскроя ствола для раскряжевки на лесосеке. Из-за неоптимальных схем раскроя каждого древесного ствола при раскряжевке в брак уходит значительное количество древесины, особенно в рубках перестойных насаждений.

Современные раскряжевочно-сортировочные стационарные установки лесопромышленных складов все чаще оснащают рентген-сканерами со специальными пакетами прикладных программ, которые позволяют оптимизировать раскрой каждого древесного ствола, добиваясь выхода деловой древесины почти 100%.

Заготовка полудеревьями

Поскольку вывозить целые древесные хлысты по дорогам общего пользования запрещают действующие Правила дорожного движения, строительство лесных дорог большинству лесозаготовительных предприятий России не по карману, а вывозить вершинные части древесных хлыстов в ряде регионов России нерентабельно, была предложена технология заготовки древесины полудеревьями. Она предусматривает деление заготовленных деревьев на два отрезка – комлевой (нижний), включающий комлевую и срединную (от комля до диаметра ствола 14–16 см) части ствола, и вершинный (верхний), состоящий из вершинной части хлыста с кроной (сучьями, ветвями, ассимиляционным аппаратом).

Основные преимущества технологии заготовки древесины полудеревьями следующие:

• уменьшение энергоемкости основных лесосечных работ за счет сокращения числа резов раскряжевки до одного, а также значительного сокращения энергозатрат на обрезку сучьев;
• повышение производительности основных лесосечных работ за счет сокращения объемов указанных выше операций;
• значительное повышение выхода товарно-ценной деловой древесины (иначе говоря, доходности лесозаготовительного производства) при раскряжевке нижнего отрезка – делового долготья на современных стационарных раскряжевочно-сортировочных установках лесопромышленных складов.

Заготовка древесины полудеревьями представляет собой разновидность технологических процессов сортиментной группы, включающую следующие основные работы: валку деревьев (В), трелевку (Тр), очистку деревьев от сучьев (Ос), раскряжевку (Р) и деление (Дл).

При заготовке древесины полудеревьями очистка деревьев от сучьев выполняется не полностью, а только до верхнего реза нижнего отрезка – делового долготья.
В ряде случаев, например в сосновых древостоях, от нее отказываются. Впрочем, такой вариант – скорее исключение из правил.

Согласно теории технологических процессов лесосечных работ (рубок лесных насаждений) возможные технологические цепочки заготовки древесины полудеревьями обозначаются так: канадский вариант – В-Тр-ОС+Дл, скандинавский вариант – В-Ос+Дл-Тр.

Операции штабелевки и последующей погрузки нижних и верхних отрезков на лесовозный транспорт в данном случае не учитываются, поскольку предусматриваются почти во всех технологических процессах лесосечных работ (рубках лесных насаждений).

Также следует отметить, что в современных природно-производственных условиях ряда регионов Сибири и Дальнего Востока вывозка с лесосеки верхних отрезков (вершин деревьев с кроной) будет экономически убыточной.

Рассмотренные технологические цепочки могут осуществляться как машинным, так и механизированным способом (канадский вариант только машинным способом).

Известную в сортиментной группе технологических процессов лесосечных работ цепочку В-Ос-Тр-Р для заготовки полудеревьев применять нецелесообразно, поскольку очистка всего древесного ствола от сучьев не предусматривается, следовательно, трелевать все равно приходится за комлевую часть.

При машинной заготовке древесины полудеревьями по скандинавской технологии можно использовать классические двухмашинные комплексы, состоящие из харвестера и форвардера. Основной проблемой в этом случае будет приспособленность форвардера для сбора и трелевки длинномерного делового долготья. Подойдут и одномашинные комп­лексы – харвардеры и форвестеры, но тоже с условием, что их кузов приспособлен для сбора и трелевки делового долготья, размер которого будет зависеть от таксационных характеристик вырубаемых лесных насаждений.

Поскольку при заготовке древесины полудеревьями харвестер (харвардер или форвестер) выполняет только один раскряжевочный рез для деления спиленного дерева на два отрезка, в таком режиме он превращается в валочно-делительную машину (ВДМ).

Возможен и смешанный вариант – полумеханизированной-полумашинной заготовки древесины, предусматривающей механизированную валку деревьев и использование на пасеках (скандинавская технология) или на верхнем складе (канадская технология) самоходных сучкорезно-раскряжевочных машин (процессоров) вальцового или импульсного типа. В первом случае сбор и трелевка полученных на пасеках верхних и нижних отрезков деревьев выполняются в полностью погруженном положении форвардерами, во-втором – в полупогруженном чокерными или бесчокерными трелевочными тракторами.

Для механизированной заготовки полудеревьев (В-Ос+Дл-Тр) предложена схема, предусматривающая раздельные сбор и трелевку нижнего и верхнего отрезков заготовленных деревьев (рис. 1–3).

Если необходимо сохранить подрост и в случае выборочной рубки нижний отрезок дерева следует перемещать вдоль оси ствола, для чего требуется правильное расположение форвардера (см. рис. 3). После подтаскивания комлевого отрезка к форвардеру оператор перехватывает захватом манипулятора отрезок в центре тяжести, поднимает и укладывает в кузов.

Сучья на комлевом отрезке необходимо обрезать. Эту операцию, как и деление дерева на два отрезка, может выполнять вальщик, оснащенный рулеткой и мерной скобкой или вилкой. Вальщик должен учитывать возможность получения сортиментов из нижнего отрезка, то есть знать сортиментный план, а также размерные и качественные требования к сортиментам. Длина нижнего отрезка может быть равна длине сортимента или быть кратной длине сортиментов с учетом припусков на раскряжевку.

Ширина пасеки зависит от возможностей трелевочной техники, высоты дерева, угла примыкания оси дерева к направлению волока и должна соответствовать установленным Правилами заготовки древесины требованиям, ограничивающим площадь волоков и дорог при сплошных рубках 20% площади, однако при сплошных рубках с применением многооперационной техники допускается увеличение площади под волоками до 30%.

Предпочтительнее заготовка древесины полудеревьями машинным способом, и по канадской, и по скандинавской технологии. В первом случае возможно использование классического трехмашинного лесозаготовительного комплекса, состоящего из валочно-пакетирующей машины (ВПМ), трактора с пачковым захватом и процессора. Также допускается вариант использования двухмашинного лесозаготовительного комплекса, включающего валочно-трелевочную машину (ВТМ) и процессор, и одномашинного лесозаготовительного комплекса – валочно-трелевочно-процессорной машины.

Поскольку заготовка древесины полудеревьями – это разновидность сортиментной заготовки, получаемые нижние и верхние отрезки деревьев следует укладывать на верхнем складе (погрузочном пункте) в штабели разных групп сортировки.

В приказе Министерства природных ресурсов и экологии РФ от 17.01.2022 г. № 23 («Об утверждении видов лесосечных работ, порядка и последовательности их выполнения, формы технологической карты лесосечных работ, формы акта заключительного осмотра лесосеки и порядка заключительного осмотра лесосеки») указано: «Общая площадь трасс волоков и дорог должна составлять при сплошных рубках не более 20%, при выборочных – не более 15% от площади лесосеки. На лесосеках сплошных рубок, проводимых с применением многооперационной техники, допускается увеличение площади волоков и дорог до 30% общей площади лесосеки». Также данный документ гласит: «Общая площадь под погрузочными пунктами, производственными и бытовыми объектами должна составлять от общей площади лесосеки: на лесосеках площадью более 10 га – не более 5% при сплошных рубках, не более 3% – при выборочных рубках; на лесосеках площадью 10 га и менее – при сплошных рубках с последующим возобновлением – до 0,40 га, при сплошных рубках с предварительным возобновлением и при постепенных рубках – 0,30 га, выборочных рубках – 0,25 га; на лесосеках сплошных рубок площадью более 10 га для создания межсезонных запасов древесины общая площадь погрузочных пунктов, производственных и бытовых площадок – не более 15% от площади лесосеки, с повреждением почвы – не более 3%».

Эти указания необходимо учитывать при выборе схемы разработки лесосек, то есть проверять количество погрузочных пунктов и их размеры или соответствие их площади требованиям нормативным требованиям.

Только в случае проведения сплошных рубок с последующим искусственным лесовосстановлением общая площадь под трассами трелевочных волоков, дорог погрузочными пунктами, производственными и бытовыми объектами не ограничена.

Для того чтобы площадь пасечных, магистральных волоков не превышала 15% площади лесосек, необходимо назначать ширину пасеки в 6,7 ра-
за больше ширины волока.

При использовании ВДМ на базе полноповоротных ВПМ с ограниченным вылетом манипулятора R, позволяющим разрабатывать пасеку шириной 2R, отношение ширины пасеки к ширине волока должно быть не менее 6,7.

Минимальная ширина волока не может быть меньше ширины лесозаготовительных машин ВДМ и трелевочных тракторов.

При вариантах технологического процесса с трелевкой полудеревьями трелевать нужно только при погруженном положении как комлевых, так и вершинных отрезков, причем для трелевки вершинных отрезков стойки кузова форвардера должны быть широкими и подвижными, с тем чтобы обеспечить многоступенчатое уплотнение воза и увеличение грузоподъемности трелевочной машины и минимизировать повреждения стволов, расположенных у волока.

В зонах поворота трелевочных машин волоки необходимо уширить до 5–6 м в удаленных концах, а также в местах примыкания пасечных волоков к магистральному волоку, тогда при маневрировании трелевочных машин даже с полудеревьями исключается повреждение деревьев на пасеках.

Уменьшить повреждение деревьев и подроста можно и при трелевке вершинных и комлевых отрезков к двум усам. В этом случае ВДМ работают без холостого хода, а трелевочные машины выполняют повороты только в местах примыкания пасечных волоков к магистральному.

На сплошных рубках при использовании ВДМ допускается увеличение площади под волоки до 30% общей площади лесосек, то есть пасека (лента) должна быть шире волока в 3,34 раза. Тогда ВДМ сможет обработать все деревья на лесосеке.

Сохранность подроста достигается выносом срезанных деревьев в вертикальном положении и делением на два отрезка над волоком. Возможны повреждения подроста при наведении ЗСУ машины на деревья. Но квалифицированный оператор ВДМ может свести их к минимуму.

Проблема эффективного использования вершинных отрезков полудеревьев решается не всегда. При отсутствии вблизи мест заготовки потребителей балансовой и топливный древесины их приходится или сжигать в непожароопасный период, или использовать для укрепления лесовозных усов. Если же рядом организованы лесные терминалы (непостоянные лесопромышленные склады), вершинные отрезки можно пустить на выработку тепловой и электрической энергии, например, посредством переработки их в короткоживущие топливные брикеты для газогенераторов.

Сегодня технологические процессы заготовки древесины полудеревьями как вариант технологических процессов сортиментной группы лесосечных работ незаслуженно игнорируются. Однако их можно и нужно рекомендовать к практической апробации при использовании различных систем машин канадского и скандинавского метода, как классических, так и одномашинных. По результатам такой апробации можно будет провести опытно-конструкторские работы для совершенствования машин и механизмов, используемых при рубке лесных насаждений.

Текст: Игорь Григорьев, д-р техн.наук, АГАТУ

Ольга Григорьева, канд с.-х. наук, СПбГЛТУ им С.М. Кирова