Гидромониторы

Одним из важнейших элементов гидравлической разработки месторождений является размыв (разрушение) грунта. Для этой цели сконструированы специальные устройства – гидромониторы.

Гидромонитор служит для создания и управления плотной летящей с большой скоростью струи воды, которая разрушает массив грунта в области забоя, а так же может быть использована для размыва и транспортирования насыпного материала (рис. 12).

Движение струи, вытекающей из гидромонитора, происходит при отсутствии твердых границ. В зависимости от отношения плотности вещества струи к плотности среды, в которой струя движется, различают следующие виды струй:

свободные незатопленные – при плотности вещества струи больше плотности среды. Этот вид наиболее часто встречается. Он позволяет вести отработку забоя на значительном расстоянии от насадки гидромонитора;

свободные затопленные – при одинаковой плотности, используются при работе в затопленных забоях, характеризуются быстрым гашением энергии струи;

несвободные затопленные – при плотности вещества среды больше плотности вещества струи, имеют место при бурении скважин гидромониторными долотами, в эжекторных установках и т.п. [14].

Итак, более просто: незатопленная струя вытекает непосредственно в атмосферу; затопленная – возникает при подводном размыве, когда ее окружает однородная с ней среда.

П осле вылета незатопленной струи в результате сопротивления окружающей воздушной среды происходит постепенный распад струи, уменьшение средней скорости полета и увеличение ее поперечного сечения.

По своей структуре струя может быть разделена на три основных участка (рис. 13).

• первый участок – (начальный) характеризуется наличием центральной части (ядра), площадь сечения которого к концу участка уменьшается до нуля. Ядро обладает наибольшей плотностью и наибольшим удельным давлением. Вокруг него образуется зона струи, насыщенная пузырьками воздуха, которая к концу участка заполняет все его сечение.

• второй участок – характеризуется наличием насыщенной воздушными пузырьками центральной части, которая так же постепенно выклинивается к его концу, образуя зону водяной пыли, интенсивно перемешанной с воздухом, хорошо различимую по характерному молочно-белому цвету.

• третий участок – состоит исключительно из водяной пыли, которая резко теряет скорость и разлетается.

Наиболее работоспособная с точки зрения разрушения забоя часть струи состоит из первого и начальной части второго участка и ограничивается примерно 300350 диаметрами насадки. Второй участок может использоваться для размыва и транспортирования разрушенной породы.

При помощи гидромонитора струя может перемещаться как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости и направляться таким образом в любую точку забоя. Это обеспечивается соответствующим устройством гидромонитора (рис. 14). Вода в гидромонитор поступает из высоконапорного трубопровода через нижнее колено – 1, проходит через верхнее колено – 2, ствол – 3 и вылетает с большой скоростью через наконечник ствола, называемый насадкой – 4. Для перемещения струи в горизонтальной плоскости имеется плоский шарнир – 5 и в вертикальной – шаровой шарнир – 6. Специальный рычаг – 7, называемый «водилом» служит для ручного вращения ствола вокруг этих шарниров.

Качество и структура гидромониторной струи определяются:

• Давлением перед гидромониторной насадкой.

• Диаметром выходного сечения насадки.

• Профилем насадки.

• Качеством обработки насадки.

• Условиями подвода воды к насадке.

Таким образом, насадка является наиболее важной частью гидромонитора. Размер насадок различается по диаметру выходного отверстия (на рис. 14 – d_o). Для обеспечения регулировки плотностью струи серийные гидромониторы комплектуются насадками различного диаметра. Наиболее распространены 75110мм. насадки, хотя встречаются и более крупные. Оптимальная форма насадки – коническая, с цилиндрическим выходным участком. Размер гидромонитора определяется диаметром входного отверстия – размер D.

Р ис. 13 Схема строения струи гидромонитора.

Рис. 14 Общий вид гидромонитора с ручным управлением.

После прохождения через поворотные колена, сопряжения и шарнирные соединения поток воды поступает в ствол гидромонитора, имея в своем теле различного рода возмущения и завихрения. Указанные возмущения и завихрения, попав в насадку, с увеличением скорости движения потока в значительной степени усиливаются, что приводит к существенному ухудшению компактности струи и ее гидродинамических свойств. Их уменьшения добиваются путем установки в проточной части ствола гидромонитора различных успокоителей (рис. 15), продольные ребра которых, рассекая поток воды на несколько изолированных частей, способствуют более быстрому гашению его пульсаций. Наибольший эффект достигается при использовании сотовых и звездчатых успокоителей. Длина ребер успокоителя и место его установки так же играют большую роль [6].

Схемы гидромониторного размыва породы могут быть различными (рис.16). Легко размываемые породы, как правило, размываются в целике, т.е. непосредственно гидромониторами. Трудноразмываемые – требуют предварительного механического разрыхления.