4.3 Способи розробки ґрунту і обладнання, що застосовується

Безнапірне розмивання або змивання ґрунту безнапірною водою. Це розмивання засноване на розмивній здатності потоку води. Його застосування можливе у тих випадках, коли є умови для змивання ґрунту під дією потоку, що стікає з піднесених місць.

Землесосна розробка. Розробка ґрунту земснарядами найбільш широко застосовується у гідротехнічному будівництві. Земснарядами називають несамохідні та/або самохідні судна, спеціально обладнані для розробки ґрунту (рис. 4.1). Перші застосовують у будівництві, другі – у днопоглибленні.

Рисунок 4.1 – Землесосний спосіб розробки ґрунту:

1 – всмоктуючий пристрій; 2 – судно з насосною установкою; 3 – опірна паля;

4 – плавуче судно; 5 – береговий пульповід; 6 – обвалування; 7 – земляна споруда, що намивається

На плавучому земснаряді основним агрегатом є ґрунтовий насос, що відрізняється від цетробіжного тим, що пристосований для перекачування не чистої води, а гідросуміші, що вміщує окремі крупні включення розмірами до 0,7 діаметра всмоктуючого патрубка. Під час роботи ґрунтового насосу у засмоктуючій трубі, що занурена під рівень води, утворюється розрідження, частки відриваються від масиву і разом із водою засмоктуються у ґрунтовий насос, що перекачує утворену гідросуміш до місця укладання ґрунту. Обсяг ґрунту, що всмоктується залежить від його гранулометричного складу, щільності та зв’язності, форми поперечного перерізу гирла засмоктуючої труби, швидкості всмоктування, відстані від гирла засмоктуючої труби до ґрунту, що розробляється та швидкості його переміщення. Зазвичай земснаряди обладнують розпушувачами фрезерного типу з ножами (рис. 4.2).

При розробці ґрунту земснаряди здійснюють робочі пересування. Під робочими пересуваннями снаряду мається на увазі його пересування, що забезпечує безперервний контакт фрези з ґрунтом у забої. Робочі переміщення здійснюються за допомогою тросового, пале-тросового та безтросово-хоботного пристосування.

Рисунок 4.2 – Відвальна фреза для земснаряда 350-50Т:

1 – верхня частина ріжучої крайки; 2 – нижня частина змінної ріжучої крайки

У гідротехнічному будівництві найбільш поширено пале-тросове робоче переміщення.

Землесосна розробка може виконуватися на дні річок або водоймищ, а також у обводнених забоях. При цьому забій складається з підводного та надводного уступів. У руслах річок або водоймищ земснаряди можуть працювати при силі вітру до 4 балів та хвилюванні до 3 балів.

Ділянку, яку розробляє земснаряд, розбивають на карти та блоки. Картою називають площу, що розробляють з одного берегового під’єднання, блоком – площу, що розробляють з одного положення берегового магістрального трубопроводу.

4.4 Гідромоніторна розробка

Гідромоніторна розробка полягає у розмиванні ґрунту напірним струменем води, що вилітає з насадки гідромонітору (рис. 4.3). Руйнування ґрунту відбувається за рахунок втрати частками зв’язків зчеплення при динамічній дії струменя води в момент удару та проникнення води по порах та тріщинах у ґрунт, що розмивається. Отримана гідросуміш рухається до місця укладання ґрунту або у зумпф. Місткість зумпфу повинна забезпечувати безперервну роботу ґрунтового насосу протягом 1 – 2 хвилин.

Основним елементом гідромонітора є стовбур, що закінчується насадкою, яка формує водяний струмінь. Вилітаючи з насадки, струмінь має велику щільність та форму, що наближається до циліндричної. Потім по мірі віддалення від насадки струмінь приймає конусоподібну форму. В залежності від насиченості повітрям розрізнюють три ділянки струменя. Для руйнування найбільш ефективною є перша ділянка і зовсім неефективною є третя ділянка. Довжина ділянок залежить від діаметра насадки та напору на вилиті з неї.

а

б

Рисунок 4.3 – Гідромоніторна розробка ґрунту:

а – схема гідромонітора; б – структура гідромоніторного струменя

1 – нижнє коліно; 2 – верхнє коліно; 3 – горизонтальний шарнір; 4 – вертикальний шарнір (шаровий); 5 – стовбур; 6 – насадок; 7 – ричаг з противагою; І – зона щільного струменя;

ІІ – зона часткового насичення струменя; ІІІ – зона сильно насичена повітрям.

Розробка зв’язного та незв’язного ґрунту виконується по-різному. Незв’язні ґрунти зазвичай легко розробляються і тому для розмивання потребується тільки зосереджена дія струменя води. Зв’язні ґрунти розмиваються важче та потребують більшого тиску для розмиву. Для них розмив виконують у два прийоми: спочатку уступ підрізається та обвалюється шляхом утворення вруба, а потім вже змивається розрихлений ґрунт.

Застосовують дві схеми розмивання ґрунту гідромоніторами: знизу уверх при зустрічному забої (рис. 4.4 а) та зверху униз при попутному забої (рис. 4.4 б). При зустрічному забої, який найбільш часто застосовується на практиці, гідромонітор встановлюють на підошві забою або нижньому майданчику уступа і його струмінь направляють назустріч потоку гідросуміші. При попутному забої гідромонітор встановлюють на верхньому майданчику уступа і напрям його струменя співпадає з напрямом потоку гідросуміші. Іноді застосовують суміщення обох схем розмивання – розробку ґрунту попутно-зустрічним забоєм.

При гідромоніторній розробці використовують пересувні ґрунтонасосні установки. Ґрунтовий насос може бути змонтований на металевих салазках або на спеціальній жорсткій платформі, які пересуваються за допомогою трактора. Насос може бути змонтований на понтоні і в цьому випадку пересуватися на плаву.

Продуктивність гідромоніторів та їх кількість повинні бути узгоджені з продуктивністю ґрунтонасосних установок. Забій може складатися з одного або декількох уступів, що визначається глибиною виїмки. Уступ поділяють на блоки за кількістю пересувних гідромоніторно-ґрунтонасосних установок. Блоки поділяють на карти, які розробляють з однієї стоянки за допомогою пересувної ґрунтонасосної установки.

а б

в г д

Рисунок 4.4 – Розроблення ґрунту гідромоніторними пристроями:

а – зустрічним забоєм знизу вверх і транспортуванням пульпи землесосом; б – попутним забоєм зверху вниз; в – зустрічним забоєм знизу вгору із додатковим розмиванням через свердловину; г, д – гідромонітором ближнього бою на гусеничному ходу; 1 – насосна станція; 2 – магістральний водовід; 3 – землесосна установка; 4 – колодязь (зумпф);

5 – гідромонітори; 6 – забій