Разработка грунта гидромониторами и земснарядами

Вода под давлением подво­дится к гидромонитору от насос­ной станции. Потребный напор и расход воды следует назначать в зависимости от плотности и зерно­вого состава грунта и других ме­стных условий.

Водопроизводительность гидромонитора в м³/сек определяется по формуле:

где to — площадь выходного отверстия насадки в м,

d — внутренний диаметр насадки гидромонитора в м;

v₀ — скорость вылета струи из насадки в м/сек, определяемая по формуле

φ — коэффициент расхода, зависящий от угла конусности насадки и ее

отделки и принимаемый равным 0, 93;

g — ускорение силы тяжести в м/сек²;

Н₀ — действующий напор на вылете струи в м;

V_п — скорость подтока воды к насадке в м/сек.

Число потребных насосов или гидромониторов m зависит от количества воды, необходимой для обеспечения разработки и перемещения грунта, срока производства работ и от водопроизводительности насоса или гидромонитора (от расхода ими воды) и определяется по формуле

где W — объем разрабатываемого грунта в м³;

q — количество воды, потребное для разработки 1 м³ грунта, в м³;

а — дополнительное количество воды, потребное для перемещения одного кубометра грунта, в м³;

Q — водопроизводительность насоса или гидромонитора в м³/ч;

К_в — коэффициент использования насоса или гидромонитора по времени;

п — число часов работы в сутки;

Т — срок производства работ в сутках.

Грунты могут разрабатываться способом «снизу вверх» при установке гидромонитора на дне забоя и способом «сверху вниз» в случае установки гидро­монитора на верхней отметке забоя.

При разработке грунта способом «снизу вверх» (рис. 1, а) сначала струей воды производится подруб в подошве откоса, вызывающий обрушение вышележащего грунта, а затем уже ведется раз­мыв обрушившегося грунта. Гидромасса подгоняется к канавкам или лоткам, слу­жащим для ее отвода.

В плотных грунтах этот способ при­меняется в сочетании со «встречным» за­боем (рис. 1, б), при котором струя воды направляется «нормально» к забою и, дейст­вуя на него ударом и размывом, имеет боль­шую разрушительную силу. Более рыхлые грунты можно разрабатывать этим же спо­собом при «косом» забое (рис. 1, в). В этом случае струю воды направляют под углом с боков забоя к его середине, чем достигается больший охват площади по­дошвы забоя действием струи.

При работе «сверху вниз» с «попут­ным» забоем разработка грунта произво­дится с поверхности забоя (рис. 2, а и б). Гидромонитор 1 вначале устанавливается на бровке откоса ранее разработанной ча­сти забоя (положение II) и разрабатывает канаву 2 для отвода пульпы. Затем гид­ромонитор передвигается на расстояние l (положение I) для разработки забоя 4 в непосредственной близости к нему по обе стороны траншеи. В дальнейшем забой 4 расширяют подмывом и обрушением грун­та откосов забоя 3 под действием струи воды 5.

Работа «сверху вниз» с «попутным» забоем обеспечивает хороший отвод гид­ромассы из забоя, но требует большего расхода воды, в особенности на разработку связных глинистых грунтов. Для обеспече­ния хорошего отвода гидромассы без зна­чительного увеличения расхода воды на разработку грунта применяют «попутный» забой и при разработке грунта с подошвы забоя (рис. 2, в).

Траншея с канавой 8 для отвода гидро­массы и первоначальный забой 10 разра­батываются «снизу вверх» «встречным» за­боем. Разработка основного массива 9 про­изводится «снизу вверх», но с «попутным» забоем.

Чтобы обеспечить необходимую ско­рость течения пульпы от забоя до пульпоприемника, называемого зумпфом, по­дошве забоя придают определенный уклон. При разработке глинистых грунтов достаточен уклон 1, 5%, для перемещения супесей и мелких песков требуется уклон 2—2, 5%, средних песков—3% и крупных песков — 5—6%.

Требования, которые необходимо соблюдать при производстве работ методами гидромеханизации:

1. наилучший размыв грунта гидромонитором обеспечивается в зоне ком­пактной струи, длина которой составляет 0, 25—0, 35 действующего у насадки гидромонитора напора воды (в м вод. ст.).

2. исходя из условий компактности струи и длины труб водовода, шаг передвижки гидро­мониторов l принимается при разработке плотных связных грунтов равным 6 м, рыхлых — 12 м.

3. забой, подлежащий размыву, разбивают по ширине на полосы, равные удвоенному принятому шагу передвижки гидромонитора, т. е. b < 2 l.

4.

Для перемещения гидромассы по трубам под напором приме­няются землесосы и гидроэлеваторы.

Землесос является одноступенчатым центробежным насосом консольного типа с односторонним всасыванием, приспособленным для пере­качивания воды с грунтом.

Гидроэлеватор приме­няется для перекачивания гидромас­сы и представляет собой литую или сварную из стальных труб конструк­цию. Гидроэлеваторы могут поднимать гидромассу, содержащую крупные фрак­ции, на высоту до 30 м, не имеют быстроизнашивающихся частей, просты и на­дежны в работе, но требуют большого расхода высоконапорной воды — от 15 до 70 м³ на кубометр разрабатываемого грунта. Напор воды должен превышать в 5—7 раз высоту подъема гидромассы.

Гидроэлеваторы наиболее широко применяются при выдаче грунта из кес­сонов, глубоких затопленных котлованов, шахт и разработке подводных карье­ров гравия.

Землесосные установки предназначены для перекачивания пульпы; в зависимости от назначения они подразделяются на забойные и пере­качивающие. Забойные установки применяются для всасывания пульпы, пос­тупившей самотеком от гидромонитора в приямок-зумпф, и перемещения ее под напором по трубам к месту укладки. Так как для отвода пульпы к зумпфу нужен определенный уклон дна канавы или лотка, не представляется возмож­ным разработать грунт гидромонитором по подошве забоя до проектной от­метки.

Для уменьшения объема недобора необходимо вслед за гидромонитором передвигать и землесос, поэтому забойные землесосные установки выпускаются передвижными.

Частые передвижки землесосных установок нецелесообразны, так как вы­зываемые ими перерывы в работе снижают производительность. В зависимости от вида разрабатываемых грунтов шаг передвижки землесосных установок со­ставляет 50-—100 м. Чем крупнее частицы грунта, содержащиеся в пульпе, тем больший уклон требуется для перемещения ее к зумпфу и больше стано­вится объем недобора. Поэтому при разработке гравелистых и песчаных грун­тов применяется меньший шаг передвижки землесосной установки, чем при разработке суглинистых и глинистых грунтов.

Для разработки связных грунтов применяются механические разрыхли­тели, ножи которых отрезают пласты грунта и направляют их в зону всасы­вания. Для обеспечения эффективного резания механический разрыхлитель должен принудительно внедряться в грунт. Наиболее распространенными ти­пами механических разрыхлителей являются фрезерные.

При разработке рыхлых несвязных и связных глинистых грунтов успешно применяются роторно-ковшовые разрых­лители бункерного типа.

Папильонажные устройства служат для непрерывного перемещения зем­снаряда. При веерном папильонирова­нии земснаряд перемещается при помощи двух передних тросов по большому (свыше 50—60 м) радиусу, описываемому вокруг точки закрепления кормового троса. Передние тросы закрепляют впе­реди земснаряда к «мертвякам», распо­ложенным на верхней бровке забоя, или к якорям при разработке затопленно­го забоя. Кормовой трос закрепляют к якорю, забрасываемому в водоем.

Перемещение земснаряда вперед осуществляется при ослаблении кормового троса.

Плавучий пульповод служит для соединения земснаряда с береговым пульповодом. Он состоит из звеньев труб, уложенных на двух ци­линдрических или эллиптических понтонах. Трубы соединяются между собой шлангами или шаровыми шарнирами.

Звенья плавучего пульповода снабжены трапами для прохода на земсна­ряд и ограждениями, по ним же прокладывается электрокабель, питающий земснаряд. Плавучий пульповод присоединяется к береговому трубой, подве­шенной на двух шаровых шарнирах, что позволяет компенсировать колебание уровня воды в водоеме.