星期六,三月12 2011 16:50

木材採伐

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本文主要藉鑑了兩份出版物:糧農組織 1996 年和糧農組織/國際勞工組織 1980 年。 還有許多其他參考資料。 有關預防措施的具體指導,請參閱 ILO 1998。

木材採伐是根據用戶的要求在森林或人工林中準備原木,並將原木交付給消費者。 它包括砍伐樹木、將其轉化為原木、提取和長途運輸到消費者或加工廠。 條款 森林采伐, 木材採伐 or 記錄 經常被同義使用。 長途運輸和非木材森林產品的採伐在本章的單獨條款中討論。

操作

雖然木材採伐使用了許多不同的方法,但它們都涉及相似的操作順序:

  • 砍伐樹木: 從樹樁上砍下一棵樹並將其推倒
  • 打頂和去枝(delimbing): 剪掉不能使用的樹冠和樹枝
  • 剝皮: 從莖上去除樹皮; 這種操作通常在加工廠而不是在森林中進行; 在薪材收穫中根本沒有完成
  • 萃取: 將樹樁或原木從樹樁上移至靠近林道的地方進行分類、堆放,常暫存,等待長途運輸
  • 日誌製作/橫切(bucking): 將樹幹切割成原木預期用途指定的長度
  • 縮放: 確定生產的原木數量,通常通過測量體積(對於小尺寸木材也通過重量;後者對於紙漿木很常見;在這種情況下稱重在加工廠完成)
  • 分揀、堆放及暫存: 原木通常具有不同的尺寸和質量,因此根據它們的潛在用途分類為紙漿木材、鋸木等,並堆放直到組裝滿載,通常是卡車裝載; 發生這些操作以及縮放和加載的清理區域稱為“著陸”
  • 加載: 將原木移動到運輸工具(通常是卡車)上,並附加負載。

 

這些操作不一定按上述順序進行。 根據森林類型、所需產品的種類和可用技術,較早(即靠近樹樁)或較晚(即在登陸處或什至在加工廠)進行操作可能更有利). 一種常見的收穫方法分類基於以下區分:

  • 全樹系統, 樹木被提取到路邊、著陸點或帶有完整樹冠的加工廠的地方
  • 短木系統, 在樹樁附近進行打頂、去枝和橫切的地方(原木通常不超過 4 至 6 m)
  • 樹長系統, 在提取之前移除頂部和分支的位置。

 

工業木材最重要的一組採伐方法是基於樹的長度。 短木系統在北歐是標準的,在世界許多其他地區也普遍用於小尺寸木材和薪材。 他們的份額可能會增加。 全樹系統在工業木材採伐中最不常見,僅在少數國家(例如加拿大、俄羅斯聯邦和美國)使用。 在那裡,它們佔體積的不到 10%。 這種方法的重要性正在減弱。

對於工作組織、安全分析和檢查,在木材採伐操作中設想三個不同的工作區域是有用的:

  1. 砍伐地點或樹樁
  2. 樹樁和林道之間的森林地形
  3. 著陸。

 

同樣值得研究的是,這些操作是否在很大程度上獨立於空間和時間,或者它們是否密切相關和相互依存。 後者通常是所有步驟同步的收穫系統中的情況。 因此,任何干擾都會擾亂從砍伐到運輸的整個鏈條。 如果不小心平衡,這些所謂的熱記錄系統會產生額外的壓力和應變。

森林生命週期中發生木材採伐的階段和採伐模式將影響技術過程及其相關危害。 木材採伐發生在間伐或最終砍伐時。 間伐是指從幼林中移除一些通常不受歡迎的樹木,以改善剩餘樹木的生長和質量。 它通常是選擇性的(即,在不產生大間隙的情況下移除個別樹木)。 生成的空間模式類似於選擇性最終切割中的空間模式。 然而,在後一種情況下,樹木已經成熟並且通常很大。 即便如此,只有部分樹木被移除,而大量的樹木覆蓋仍然存在。 在這兩種情況下,工地上的定位都很困難,因為剩餘的樹木和植被擋住了視線。 砍倒樹木可能非常困難,因為它們的樹冠往往會被其餘樹木的樹冠截斷。 牙冠掉落碎屑的風險很高。 這兩種情況都很難機械化。 因此,疏伐和選擇性切割需要更多的計劃和技能才能安全地完成。

為最終收穫而選擇性砍伐的替代方法是從一個地點移除所有樹木,稱為“皆伐”。 皆伐可以很小,比如 1 到 5 公頃,也可以很大,覆蓋幾平方公里。 在許多國家,大片砍伐在環境和風景方面受到嚴厲批評。 無論砍伐方式如何,採伐老林和天然林通常比採伐較年輕的林分或人造林面臨更大的風險,因為樹木很大,在倒下時具有巨大的慣性。 它們的樹枝可能與其他樹木和攀緣植物的樹冠纏繞在一起,導致它們在倒下時折斷其他樹木的樹枝。 許多樹木已經死亡或內部腐爛,直到砍伐過程的後期才會顯現出來。 他們在砍伐過程中的行為往往是不可預測的。 腐爛的樹木可能會折斷並朝意想不到的方向倒下。 與綠樹不同,死樹和乾樹(在北美稱為障礙物)會迅速倒下。

技術發展

20 世紀下半葉,木材採伐技術發展非常迅速。 在此過程中,平均生產率一直在飆升。 今天,許多不同的收穫方法在使用,有時在同一個國家並排使用。 例如,對 1980 世紀 40 年代中期德國使用的系統的概述描述了近 1986 種不同的設備和方法配置(Dummel 和 Branz XNUMX)。

雖然一些收穫方法在技術上比其他方法複雜得多,但沒有一種方法在本質上是優越的。 選擇通常取決於原木的客戶規格、森林條件和地形、環境考慮因素,通常還取決於成本。 有些方法在技術上也僅限於中小型樹木和相對緩和的地形,坡度不超過15至20°。

收割系統的成本和性能可能在很大範圍內變化,這取決於系統對現場條件的適應程度,同樣重要的是,取決於工人的技能和操作的組織程度。 例如,在失業率高、勞動力低、資本成本高的國家或小規模經營中,手工工具和人工採掘具有完美的經濟和社會意義。 完全機械化的方法可以實現非常高的日產量,但需要大量的資本投資。 在有利條件下的現代收割機可以生產超過 200 m3 每 8 小時工作日的日誌數。 鏈鋸操作員的產量不可能超過其中的 10%。 一台收割機或大型電纜堆垛機的成本約為 500,000 美元,而鏈鋸的成本為 1,000 美元至 2,000 美元,優質橫切手鋸的成本為 200 美元。

常用方法、設備和危害

採伐和提取準備

該階段包括砍伐和去除樹冠和樹枝; 它可能包括去皮、橫切和去鱗。 它是最危險的工業職業之一。 手動工具和鏈鋸或機器用於砍伐樹木和分枝以及將樹木橫切成原木。 手工工具包括斧頭、劈裂錘、灌木鉤和灌木刀等切割工具,以及橫切鋸和弓鋸等手鋸。 鏈鋸在大多數國家被廣泛使用。 儘管監管機構和製造商在改進鏈鋸方面做出了重大努力並取得了進展,但它們仍然是林業中最危險的機器類型。 大多數嚴重事故和許多健康問題都與它們的使用有關。

要進行的第一項活動是砍伐,或者在條件允許的情況下盡可能靠近地面將樹從樹樁上砍下來。 莖的下部通常是最有價值的部分,因為它體積大,沒有節,木質紋理均勻。 因此它不應該裂開,也不應該從槍托上撕下纖維。 控制墜落的方向很重要,這不僅是為了保護樹木和那些被留下的樹,也是為了保護工人並使提取更容易。 在人工砍伐中,這種控制是通過特殊的切割順序和配置來實現的。

鏈鋸的標準方法如圖 1 所示。確定砍伐方向 (1) 並清理樹木的底部和逃生路線後,從底切 (2) 開始鋸切,底切應穿透大約五分之一到四分之一進入樹的直徑。 底切的開口應成大約 45° 的角度。 斜切 (3) 在水平切 (4) 之前進行,水平切必須在面向砍伐方向的直線上以 90 度與斜切相交o 角度。 如果樹樁容易從樹上撕下碎片,這在較軟的木材中很常見,底切應該在鉸鏈 (5) 的兩側用小的橫向切口 (6) 終止。 背切 (7) 也必須是水平的。 它應該比底切的底部高 2.5 到 5 厘米。 如果樹木的直徑小於導向桿,則可以在一次移動 (8) 中進行回切。 否則,鋸必須多次移動 (9)。 標準方法用於樹幹直徑超過 15 厘米的樹木。 如果樹有一側樹冠、向一個方向傾斜或直徑大於鏈鋸片長度的兩倍,則標準技術將被修改。 詳細說明包含在 FAO/ILO(1980 年)和許多其他鏈鋸操作員培訓手冊中。

圖 1. 鏈鋸砍伐:切割順序。

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使用標準方法,熟練的工人可以高精度地砍伐樹木。 具有對稱樹冠的樹木或向與預期倒下方向不同的方向稍微傾斜的樹木可能根本不會倒下或可能與預期方向成一定角度倒下。 在這些情況下,需要使用諸如用於小樹的伐木桿或用於大樹的錘子和楔子等工具將樹木的自然重心轉移到所需的方向。

除了非常小的樹木外,斧頭不適合砍伐和橫切。 使用手鋸,這個過程相對較慢,並且可以檢測和修復錯誤。 使用鏈鋸切割速度很快,而且噪音會阻擋來自樹木的信號,例如纖維在倒下之前斷裂的聲音。 如果樹確實開始倒下但被其他樹木攔截,則會導致“挂機”,這是極其危險的,必須立即進行專業處理。 用於較小樹木的轉動鉤和槓桿以及用於較大樹木的手動或拖拉機安裝的絞車用於有效和安全地將懸掛的樹木放下。

與砍伐有關的危險包括倒下或滾動的樹木; 掉落或折斷的樹枝; 切割工具; 以及鏈鋸產生的噪音、振動和廢氣。 木材和部分斷裂的根系在張力下特別危險; 倒掛的樹木是嚴重和致命事故的常見原因。 所有參與採伐的工人都應該接受過專門的培訓。 現場需要有用於砍伐和處理懸垂樹木的工具。 與橫切相關的危險包括切割工具以及斷木和滾動桿或螺栓,特別是在斜坡上。

一旦一棵樹被砍倒,它通常會被打上樹枝並拔掉樹枝。 在大多數情況下,這仍然是在樹樁上使用手動工具或鏈鋸完成的。 軸可以非常有效地去分支。 在可能的情況下,砍伐已經在地面上的樹幹。 因此,該樹幹可用作天然工作台,將要分枝的樹抬高到更方便的高度,並允許完全分枝而無需轉動樹。 樹枝和樹冠從莖上切下並留在現場。 大型闊葉樹的樹冠可能必須被切成小塊或拉到一邊,否則它們會阻礙向路邊的提取或著陸。

與去枝有關的危險包括被工具或鏈鋸割傷; 鏈鋸反彈的高風險(見圖 2); 在張力下折斷樹枝; 滾動日誌; 絆倒和跌倒; 尷尬的工作姿勢; 如果使用不良技術,靜態工作負荷。

圖 2. 鏈鋸反沖。

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在機械化操作中,通過安裝在足夠重的基礎機器上的吊桿固定樹木,並使用集成在吊桿上的剪刀、圓鋸或鏈鋸切割樹幹,從而實現定向倒下。 為此,必須將機器開得非常靠近要砍伐的樹木。 然後通過動臂或機器底座的運動將樹降低到所需的方向。 最常見的機器類型是伐木機和收割機。

伐木歸堆機大多安裝在帶履帶的機器上,但也可以配備輪胎。 砍伐桿通常允許他們砍伐並收集一些小樹(一束),然後沿著滑道堆放。 有些有蛤蜊床來收集負載。 當使用伐木歸堆機時,打頂和去枝通常在平台上由機器完成。

 

憑藉良好的機器設計和謹慎的操作,伐木歸堆機的事故風險相對較低,除非鏈鋸操作員與機器一起工作。 振動、噪音、灰塵和煙霧等健康危害非常嚴重,因為基礎機器通常不是為林業目的而建造的。 不應在過高的斜坡上使用伐木歸堆器,並且吊桿不應超載,因為伐木方向變得無法控制。

收割機是集成除剝皮以外的所有砍伐操作的機器。 它們通常有六到八個車輪、液壓牽引和懸架以及鉸接式轉向系統。 裝載時,它們的動臂可達 6 至 10 m。 單手柄收割機和雙手柄收割機之間存在區別。 單把手收割機有一個帶有伐木頭的動臂,伐木頭裝有用於伐木、去枝、打頂和橫切的裝置。 它們用於樹幹直徑不超過 40 厘米的小樹,主要用於疏伐,但也越來越多地用於最終砍伐。 雙手柄收割機具有獨立的砍伐和加工頭。 後者安裝在基礎機器上而不是動臂上。 它可以處理樹樁直徑達 60 厘米的樹木。 現代收割機有一個集成的計算機輔助測量設備,可以對其進行編程,根據所需的分類做出最佳橫切決策。

收割機是北歐大規模收割的主導技術,但目前在全球收割中所佔份額相當小。 然而,隨著二次增長、人造森林和種植園作為原材料來源變得更加重要,它們的重要性可能會迅速上升。

收割機操作的事故率通常很低,但當鏈鋸操作員與收割機一起工作時,事故風險會增加。 維護收割機是危險的; 維修總是承受著很高的工作壓力,而且越來越多地在夜間進行; 存在滑倒和跌倒的高風險、不舒服和笨拙的工作姿勢、舉重、在壓力下接觸液壓油和熱油。 最大的危險是靜態肌肉緊張和來自操作控制和心理壓力的重複性勞損。

萃取

採伐涉及將樹乾或原木從樹樁上移到平台或路邊,在那裡它們可以被加工或堆放成各種分類。 提取可能是非常繁重和危險的工作。 它還會對森林及其再生、土壤和水道造成嚴重的環境破壞。 公認的主要提取系統類型是:

  • 地面打滑系統: 樹乾或原木由機器、役畜或人力拖到地上。
  • 貨代: 莖或原木由機器搬運(在薪材的情況下,也由人搬運)。
  • 電纜系統: 原木通過一根或多根懸掛電纜從樹樁傳送到平台。
  • 天線系統: 直升機或氣球用於空運原木。

 

地面集材是迄今為止最重要的工業木材和薪材提取系統,通常使用專為林業作業設計的輪式集材機完成。 履帶式拖拉機,尤其是農用拖拉機,在小型私人森林或從人工林中採伐小樹時可能具有成本效益,但需要進行調整以保護操作員和機器。 與專用機器相比,拖拉機不那麼堅固、平衡性差且保護性差。 與林業中使用的所有機器一樣,危險包括翻車、物體墜落、物體穿透、火災、全身振動和噪音。 優選全輪驅動,並且在操作過程中應至少將機器重量的 20% 作為負載保持在轉向軸上,這可能需要在機器前部附加額外的重量。 發動機和變速箱可能需要額外的機械保護。 小尺寸木材的最低發動機功率應為 35 千瓦; 50 千瓦通常足以用於普通尺寸的原木。

抓斗集材機直接驅動到單個或預捆紮的桿上,抬起負載的前端並將其拖到平台上。 帶有電纜絞盤的集材機可以在集材路上運行。 他們的負載通常通過連接到各個原木的扼流圈、帶子、鏈條或短電纜組裝而成。 扼流圈設置器準備將原木連接起來,當集材機從平台返回時,許多扼流圈連接到主線上並絞入集材機。 大多數集材機都有一個拱形結構,可以將負載的前端提升到拱形結構上,以減少集材過程中的摩擦。 當使用帶動力絞車的集材機時,船員之間通過雙向無線電或光學或聲學信號進行良好的溝通是必不可少的。 需要商定明確的信號; 任何不被理解的信號都意味著“停止!”。 圖 3  顯示建議的帶有動力絞車的集材機的手勢信號。

圖 3. 用於帶有動力絞車的集材機的手勢信號的國際慣例。

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根據經驗,不應在超過 15° 的斜坡上使用地面滑行設備。 履帶式拖拉機可用於從相對陡峭的地形中提取大樹,但如果使用不當,它們會對土壤造成重大破壞。 出於環境和安全原因,在異常潮濕的天氣中應暫停所有集材作業。

對於小型原木,尤其是在間伐作業中,用牲畜採伐是一種經濟可行的選擇。 滑行距離必須短(通常為 200 米或更短)且坡度平緩。 重要的是使用合適的安全帶提供最大的拉力,並使用像滑板、sulkies 或雪橇這樣的裝置來降低滑行阻力。

人工打滑在工業伐木中越來越少見,但在維持生計的伐木中仍在使用,尤其是薪柴。 它僅限於短距離且通常下坡,利用重力移動原木。 雖然原木通常很小,但這是一項非常繁重的工作,在陡坡上可能很危險。 使用吊鉤、槓桿和其他手動工具提升和拉動原木可以提高效率和安全性。 滑槽傳統上由木材製成,但也可用作聚乙烯半管,可以替代陡峭地形中短原木的手動地面打滑。

集運機是一種採掘機,可以在自己的框架內或拖車上將大量原木完全離開地面。 他們通常有一台機械或液壓起重機,用於自行裝卸原木。 它們往往與機械化採伐和加工設備結合使用。 經濟提取距離是地面集材機的2至4倍。 當日誌的大小大致一致時,轉發器工作得最好。

涉及貨運代理的事故通常類似於拖拉機和其他林業機械的事故:傾覆、穿透和掉落物體、電力線和維護問題。 健康危害包括振動、噪音和液壓油。

在一些工業採伐中,對於紙漿木或坑支柱等短原木,仍然使用人力搬運,這是薪材採伐的規則。 承載的負載通常超過所有建議的限制,尤其是對於經常負責拾柴的女性。 訓練適當的技術可以避免對脊柱造成極度壓力,並使用背包等可以更好地分配重量的設備可以減輕他們的負擔。

電纜抽取系統與其他抽取系統根本不同,因為機器本身不會移動。 原木由沿著懸掛電纜移動的托架輸送。 電纜由絞盤機操作,也稱為碼垛機或牽引車。 機器安裝在平台或索道的另一端,通常安裝在山脊上。 電纜懸掛在地面上方的一棵或多棵“晶石”樹上,這些樹可以是樹,也可以是鋼塔。 許多不同類型的電纜系統正在使用中。 Skylines 或電纜起重機有一個可以沿著主線移動的托架,並且可以釋放電纜以允許將原木橫向拉到線上,然後再將它們提升並轉發到平台。 如果系統允許在運輸過程中完全懸掛負載,則土壤擾動最小。 由於機器是固定的,電纜系統可用於陡峭的地形和潮濕的土壤。 電纜系統通常比地面滑移系統昂貴得多,並且需要仔細規劃和熟練的操作員。

在電纜系統的安裝、操作和拆卸過程中發生的危險,包括機艙或支架變形引起的機械衝擊; 纜索、錨、翼梁或支架斷裂; 電纜、托架、扼流圈和負載的無意或無法控制的移動; 以及運動部件的擠壓、擦傷等。 健康危害包括噪音、振動和笨拙的工作姿勢。

空中提取系統是那些在整個提取過程中將原木完全懸浮在空中的系統。 目前使用的兩種類型是氣球系統和直升機,但只有直升機被廣泛使用。 商用直升機的起重能力約為 11 噸。 負載懸掛在直升機下方的繫繩(也稱為“標語”)上。 繫繩的長度通常在 30 到 100 米之間,具體取決於地形和直升機必須懸停在上方的樹木高度。 負載附有長扼流圈並空運到著陸點,在那里通過飛機的遠程控制釋放扼流圈。 當提取大型原木時,可以使用電動抓斗系統代替扼流圈。 往返時間通常為兩到五分鐘。 直升機的直接成本非常高,但也可以實現高生產率並減少或消除對昂貴道路建設的需求。 它們對環境的影響也很小。 實際上,它們的使用僅限於在其他難以進入的地區或其他特殊情況下的高價值木材。

由於需要高生產率才能經濟地使用此類設備,因此直升機操作所僱用的工人人數遠多於其他系統。 這不僅適用於上岸作業,也適用於切割作業的工人。 如果忽視預防措施且機組人員準備不足,直升機伐木可能會造成重大安全問題,包括死亡事故。

日誌製作和加載

如果在平台上進行原木製作,則主要由鏈鋸操作員完成。 它也可以由處理器(即,去肢、去頂和切割長度的機器)執行。 縮放主要是使用捲尺手動完成的。 對於分揀和堆放,原木通常由集材機等機器處理,這些機器使用其前刀片推動和提升原木,或由抓斗裝載機處理。 使用槓桿等手動工具的助手通常會協助機器操作員。 在薪材採伐或涉及小原木的情況下,通常手動或使用小型絞盤將其裝載到卡車上。 手動加載大日誌非常費力和危險; 這些通常由抓斗或轉向節吊桿裝載機處理。 在一些國家,伐木卡車配備了自動裝載功能。 原木通過橫向支撐和可以拉緊的電纜固定在卡車上。

在人工裝載木材時,體力勞動和工作量非常大。 在手動和機械化裝載中,都存在被移動的原木或設備擊中的危險。 機械化裝載危險包括噪音、灰塵、振動、高腦力負荷、重複性勞損、傾覆、穿透或掉落物體和液壓油。

標準和法規

目前,適用於林業機械的大多數國際安全標準都是通用的——例如翻車保護。 但是,國際標準化組織 (ISO) 正在製定專門標準。 (參見本章中的“森林實踐的規則、立法、法規和規範”一文。)

鏈鋸是為數不多的具有特定安全特性國際法規的林業設備之一。 各種 ISO 規範都是相關的。 它們於 1994 年納入並補充在歐洲標準 608 中, 農林機械:便攜式鏈鋸——安全. 該標準包含有關設計特徵的詳細說明。 它還規定製造商必須提供有關操作員/用戶維護和安全使用鋸的各個方面的全面說明和信息。 這包括安全服裝和個人防護設備要求以及培訓需求。 在歐盟境內銷售的所有鋸都必須標有“警告,請參閱說明手冊”。 該標準列出了要包含在手冊中的項目。

國際標準對林業機械的覆蓋較少,而且通常沒有關於所需安全功能的具體國家法規。 林業機械也可能具有明顯的人體工程學缺陷。 這些在操作員中嚴重健康投訴的發展中起著重要作用。 在其他情況下,機器針對特定的工人群體進行了良好的設計,但如果進口到工人體型、溝通方式等不同的國家,則不太適合。 在最壞的情況下,機器會被剝奪基本的安全和健康功能,以降低出口價格。

為了指導測試機構和負責機器採購的人員,各國製定了專門的人體工程學檢查表。 檢查清單通常涉及以下機器特性:

  • 進出區域,例如台階、梯子和門
  • 機艙空間和控制裝置的位置
  • 操作員座椅的座椅、扶手、靠背和擱腳板
  • 執行主要操作時的可見性
  • “工機界面”:指示器的類型和佈置以及機器功能的控制
  • 物理環境,包括振動噪聲、氣體和氣候因素
  • 安全性,包括翻車、穿透物體、火災等
  • 保養。

 

在 Golsse (1994) 和 Apud 和 Valdés (1995) 中可以找到此類清單的具體示例。 ILO 1998 中包含機器和設備的建議以及現有的 ILO 標準列表。

 

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