Машины для гидравлической разработки грунта

Гидромеханическим способом разработки грунтов называют такой способ, при котором все процессы — разработка грунта в карьере, перемещение его к месту укладки и, наконец, сама укладка грунта в насыпь или в отвал — производятся с помощью воды.

При этом грунт можно разрабатывать двумя способами: размывать его подаваемой гидромонитором струей воды или всасывать из-под воды землесосным снарядом.


В обоих случаях грунт, перемещаясь с водой, образует так называемую пульпу, которая перемещается по каналам, лоткам или трубам к месту его укладки. Укладка производится при уменьшении скорости потока пульпы.

Применение гидромеханизации выгодно на открытых сосредоточенных разработках при наличии благоприятного рельефа местности, источников воды и электроэнергии. В связи с этим она нашла широкое применение в гидротехническом строительстве при намыве плотин и дамб. При благоприятных условиях стоимость разработки грунта таким способом в 2—3 раза меньше, чем при применении экскаваторов.

Разработанный гидромониторами грунт может перемещаться в виде пульпы самотеком или под напором. В последнем случае размытый гидромонитором грунт стекает в приямок, откуда пульпу засасывают передвижной землесосной установкой и под напором подают ее на участок намыва. При работе землесосного снаряда пульпа подается под напором.

При размыве грунта гидромониторами оборудование состоит из насосов, гидромониторов, землесосной установки, труб, лотков и вспомогательного оборудования.

Насосы служат для забора воды из водоемов и подачи ее к гидромониторам. Для этой цели применяются центробежные насосы, развивающие напор в 90—100 м вод. ст. с высотой всасывания до 4 ми потребляющие мощность 800—1400 кет. Производительность таких насосов составляет от 2000 до 5000 м3/ч. Для создания разрежения во всасывающей линии этого насоса, что особенно важно в период пуска, служит вакуум-насос, который вместе с электродвигателями входит в комплект насосного агрегата.


Рис. 76. Гидромониторы: а — с ручным управлением; б — с гидравлическим управлением
1 — фланец; 2 — колено; 3 — шарнир горизонтального поворота; 4 — быстроразъемное соединение; 5 — шаровой шарнир; 6 — ствол; 7 — насадка; 8 — цилиндры управления












Гидромониторы служат для создания выбрасываемой с большой скоростью плотной струи воды. Они могут иметь ручное и гидравлическое управление (рис. 76).

Рис. 78. Схемы намыва насыпей:
а — с транспортированием пульпы самотеком в открытом лотке; б — с транспортированием пульпы под напорам по ::
трубам:
1 — гидромотор; 2 — щиты; 3 — лоток; 4 — дренажный колодец; 5 — насосная станция; 6 — сбросная канава; 7 — дренажный колодец; 8 — землесос; 9— трубы
На размыв гидромонитором 1 м3 грунта в среднем затрачивается 4—8 квт-ч электроэнергии.

В случае перемещения под напором пульпа забирается специальным предназначенным для перекачки воды с грунтом центробежным землесосом. Общий вид землесоса представлен на рис. 77.

К вспомогательному оборудованию откосятся трубы, водозапорное оборудование и т. п. Для целей гидромеханизации применяют стальные трубы с электросварным спиральным ковшом. На пульповодах применяются обратные клапаны прямоточного типа.

Трубы соединяются друг с другом при помощи быстроразъемных соединений. В качестве компенсирующих устройств обычно применяются сальниковые компенсаторы. Выпуск воды и пульпы из трубопроводов осуществляется через быстродействующие задвижки. Для выпуска периодически накапливающегося в трубах воздуха устанавливаются вантузы.

Для повышения концентрации пульпы гидромонитора применяют сгустители. В последних поток пульпы разделяется на две части: верхнюю с небольшой концентрацией мелких фракций грунта и более концентрированную нижнюю, которая содержит крупные фракции.

Верхняя часть направляется в отвал, а нижняя — в насыпь. Этим снижается стоимость перемещения грунта по трубам.

На рис. 78 представлены характерные схемы намыва земляных сооружений (насыпей) грунтом, разрабатываемым в забое гидромониторами. Производительность гидромонитора значительно повышается в том случае, если разрабатываемый грунт подвергается рыхлению.

Рыхление грунтов может производиться путем предварительного насыщения их водой, которая нагнетается под напором 2—3 атм по трубам, устанавливаемым на расстоянии 3—7 м от верхней бровки забоя. Для рыхления и подачи грунта к гидромонитору могут применяться также экскаваторы или бульдозеры.

По соображениям техники безопасности, в настоящее время стремятся к осуществлению дистанционного управления гидромонитором для поворота его ствола в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Для этой цели применяется гидромонитор с гидравлическим управлением (рис. 76, б).

В случае, когда разрабатываемый грунт находится под водой или имеется возможность его затопления, то в качестве средства механизации здесь применяется плавучий землесосный снаряд (рис. 79).

Грунт вместе с водой засасывается через приближенную к дну забоя всасывающую трубу 6, которая снабжена специальным рыхлителем.

Пульпа, консистенция которой обычно колеблется от 1 : 6 для рыхлых грунтов до 1 : 15 — для супесей с гравием и для суглинков, засасывается землесосом и направляется по трубам (пульповодам) к месту укладки.

Рис. 79. Плавучий землесосный снаряд

Разработка грунта производится по так называемому способу папильонирования. Последнее осуществляется с помощью двух свай, которые закреплены в находящемся на корме понтона свайном аппарате. С носа понтона вперед и в разные стороны заводятся два якоря.

Снаряд подтягивается к одному из якорей, при этом он вращается вокруг упертой в дно сваи. Вторая свая в это время приподнята. После поворота до предела опорная свая меняется и снаряд подтягивается к другому якорю, заброшенному в противоположную сторону. В результате снаряд находится в непрерывном веерообразном движении, продвигаясь одновременно вперед.

Скорость движения пульпы не должна быть ниже определенной критической скорости, при которой частицы начинают уже выпадать из потока.

При скорости более критической движение пульпы становится турбулентным, и в потоке появляются вертикальные токи воды, которые поддерживают частицы грунта во взвешенном состоянии. Скорость пульпы определяется уклоном.

Гидромониторные работы могут начинаться ранней весной, когда грунт еще не полностью оттаял. В этом случае мерзлый грунт должен быть предварительно разрыхлен взрывным способом.

В настоящее время дистанционное и автоматическое управление осуществляется только на плавучих землесосных снарядах большой производительности.

На них при помощи обычных магнитных станций управления с общего пульта осуществляется дистанционный пуск и остановка землесоса и управление всеми водоводными задвижками.

Контроль концентрации пульпы в трубах можно осуществлять с помощью радиоактивных изотопов, например кобальта (Сово). Здесь концентрация определяется при помощи тарировочных кривых, по числу гамма-квантов, достигших счетчика при прохождении их через пульповод от расположенного на противоположной стороне от счетчика контейнера с радиоактивным изотопом.