Классификация способов гидромеханизации и области их применения

Для производства земляных работ с помощью гидромеханизации существуют три способа:

• 1) разработка грунта в карьерах напорной струей воды из гидромонитора;
• 2) разработка грунта под водой плавучим землесосным снарядом с применением механических или гидравлических рыхлителей;
• 3) разработка грунта «сухим» способом экскаваторами, а транспортирование в виде гидросмеси с помощью передвижных землесосных установок.

Гидромониторную разработку грунта применяют в сухих карьерах или выемках с отметками на уровне или выше горизонта воды и водоисточника. В некоторых случаях для разработки верхней необводненной части выемки применяют гидромониторы, нижней обводненной — плавучие землесосные снаряды.

Землесосные установки применяют для разработки грунта под водой (плавучие земснаряды) или для подачи в напорный трубопровод гидросмеси, полученной от размыва грунта гидромониторами.

Гидромониторная разработка грунта

Струи воды для разрушения грунтов и горных пород создаются гидромониторами. Гидромонитор состоит из нижнего неподвижного колена, верхнего колена, которое вращается вокруг вертикальной оси благодаря шарнирному устройству, ствола, имеющего возможность отклоняться от горизонтальной плоскости вверх и вниз при помощи вертикального шарового шарнира. На конец ствола навинчивается насадка, формирующая вытекающую из гидромонитора струю. Управление стволом монитора осуществляется при помощи рычага-водила либо механических или гидравлических передач.

От насосной станции 8 (рис. 3.41, я) первого подъема через высоконапорную станцию 7 подается вода по трубопроводу 6 к работающим гидромониторам 4. Для транспортировки гидросмеси применяют землесос — центробежный грунтовый насос 5, предназначенный для перекачки гидросмеси. Гидросмесь поступает в землесос по всасывающей трубе и подается в напорный трубопровод 3 для транспортировки на карту намыва 2 и намывную насыпь 1 и распределяется разводящими грунтопроводами 9.

При гидромониторной разработке размыв грунта осуществляют по двум основным схемам: с размывом в целике и после предварительного рыхления. Несвязные и малосвязные грунты (песок, супесь, легкий суглинок, песчаная глина) разрабатывают по первой схеме, связные (плотный суглинок, тощая и полужирная глины, песчано-гравийные грунты) — по второй. Грунт в целике можно разрабатывать встречным, попутным и попутно-встречным забоями.

Рис. 3.41. Гидромеханический способ разработки грунтов: а — общая схема гидромеханизации; б — способы разработки грунта гидромониторами: /- встречным забоем; II — попутным забоем;

I — намывная насыпь; 2 — карта намыва; 3 — трубопровод гидромассы; 4 — гидромонитор; 5 — землесос; 6 — трубопровод напорной воды; 7 и 8 — насосные станции низкои высоконапорная При встречном забое (рис. 3.41, б) направление струи воды и потока гидросмеси не совпадают. Гидромонитор располагают на подошве забоя, и грунт размывается выше подошвы. Транспортирование гидросмеси от забоя к зумпфу (ямс) обеспечивается уклоном, скатывающим разрабатываемый грунт. При этом способе эффективно используется разрушительная сила струи. Напорная струя создает врубы, благодаря чему интенсивно обрушивается грунт и облегчается его последующий размыв. Встречным забоем можно разрабатывать плотные грунты при меньшем расходе воды.

Недостаток способа — в удаленности гидромонитора от забоя по требованиям охраны труда. Во влажных грунтах при встречном забое затруднены передвижка гидрооборудования и уборка недомыва.

При попутном забое направления струи воды и потока гидросмеси совпадают, гидромонитор устанавливают на верхней площадке. Транспортирование гидросмеси от забоя к зумпфу не требует больших уклонов. При этом способе гидромонитор и водоводы находятся на сухом месте и легко перемещаются; струя воды используется нс только для размыва, но и для подгонки размытого грунта к приемным устройствам. К недостаткам попутного забоя следует отнести неполное использование ударной силы водяной струи, большой удельный расход воды и малую эффективность обрушения забоя.

Попутно-встречным забоем (комбинация первых двух) размывают крупный песок и песчано-гравелистые грунты, когда требуется частая подгонка грунта. При разработке грунта гидромониторами для перемещения гидросмеси от забоя к зумпфу необходим уклон уступа, что всегда ведет к недомыву грунта.

Гидросмесь, полученную при разработке грунта гидромониторами, можно транспортировать самотеком по канавам или лоткам непосредственно к месту укладки грунта, если местный рельеф позволяет обеспечить необходимый уклон и скорость течения, при которых не будет происходить оседания частиц грунта.

Минимальный уклон для песчаных грунтов — от 35 до 100%о, для супесчаных — от 30 до 50%о .

При неблагоприятных условиях рельефа и при разработке грунта со дна водоемов гидросмесь подают по трубопроводу под напором, который рассчитан исходя из обеспечения минимально необходимой критической скорости течения. Критической скоростью течения гидросмеси в трубопроводе называется такая, которая обеспечивает взвешенное состояние всех частиц грунта в движущемся по трубе потоке.

Величина критической скорости находится в прямой зависимости от крупности и плотности транспортируемых частиц грунта. Для обеспечения необходимой скорости землесос и насосная перекачивающая станция должны создавать соответствующий напор. Считают, что напор, развиваемый землесосным снарядом, должен на 5% превышать все потери напора в трубопроводах.

При ручном управлении гидромониторы в забое расставляют с учетом безопасного расстояния от гидромонитора до забоя.

где Н — высота уступа (забоя); (X — коэффициент приближения, зависящий от свойств грунта (0,9−1,1 — для глинистых грунтов, 0,8- 1,0 — для суглинистых и 0,4−0,3 — для песчаных).

При гидромониторном способе разработки грунта решающее значение имеет интенсивность размыва, которую определяют количеством воды, расходуемой на 1 м³ разрабатываемого грунта. Интенсивность размыва зависит от характера месторождения, связности и крупности частиц и зерен разрабатываемого фунта; высоты забоя, давления у насадки гидромонитора, расхода воды через насадку в единицу времени. Расход воды зависит от напора, размеров и характеристики насадки:

где Ц — коэффициент расхода, равный 0,92−0,96; Ш — площадь поперечного сечения насадки, м²; g - ускорение силы тяжести, м/с²; Н — напор перед насадкой, м.

Для размыва и транспортирования крупных и среднезернистых фунтов расход воды составляет примерно 4−6 м³ воды на 1 м³ грунта при давлении 0,3−0,4 МПа.

Автоматизация гидравлических процессов сводится к дистанционному управлению поворотом ствола в горизонтальной и вертикальной плоскостях, передвижению гидромонитора к забою, автоматическому покачиванию ствола в горизонтальной плоскости на любой угол и дистанционному управлению сменой насадок.

При централизованном управлении полным комплексом машин технологического процесса, включающим гидромонитор, землесос, насосную станцию и перекачивающие станции, на пульте дистанционного управления достаточно установить соответствующие кнопки, связанные с пусковой аппаратурой землесоса и насосных станций. Путем нажатия кнопки включают двигатель вакуум-насоса, посредством которого удаляется воздух из всасывающего трубопровода и корпуса центробежного насоса. Под атмосферным давлением вода заполняет насос и задвижки напорного трубопровода и вода по напорному трубопроводу поступает к источникам потребления. Контроль запуска насосного агрегата осуществляет также реле времени. Пуск и остановка насосной станции тесно увязаны с работой гидромониторных и землесосных установок. Поэтому управление насосной станцией осуществляется с землесосной станции или из диспетчерского пункта. Принцип автоматического управления землесосной установкой такой же, как и насосной станцией. Схема дополняется только устройством, поддерживающим постоянную консистенцию гидросмеси.