Основные положения и важнейшие понятия гидромеханизации

Гидромеханизация земляных работ основана на свойстве водяной струи при определенной скорости оказывать разрушающее воздействие на грунт силой удара, давлением и размывом и перемещать взвешенные в потоке частицы грунта, что позволяет осуществить разработку, транспортирование и укладку грунта — осаждение взвешенных в потоке частиц при снижении его скорости — в едином непрерывном технологическом процессе. Водяной струей, истекающей под давлением из насадки, возможна разработка любых грунтов, кроме скальных и жирных глин.

На эффективность воздействия струи влияют физико-механические свойства грунта, в зависимости от которых назначают скорость струи и расход воды. Применяют также эрозионную подводную разработку, основанную на размывающей способности потока воды, возникающего под действием вакуума во всасывающей трубе.

Разработка грунта под водой возможна в гравийных и песчано-гравийных грунтах с незначительным содержанием валунов, а также в песчаных, супесчаных, суглинистых и глинистых грунтах (кроме жирных глин). Смесь грунта с водой называют гидромассой или пульпой. Отношение массы или объема грунта к массе или объему воды определяет соответственно массовую или объемную консистенцию пульпы.

При транспортировании гидромассы движение ее твердой фазы происходит благодаря взвешиванию частиц грунта вертикальной составляющей турбулентного потока. Наличие в потоке твердой фазы требует дополнительных затрат энергии, вызываемых вихреобразованием и трением между твердыми частицами и водой, что обусловливается разной скоростью их перемещения.

При движении потока с так называемой транспортирующей скоростью частицы грунта находятся во взвешенном состоянии и не выпадают в осадок. Скорость движения пульпы, соответствующую началу выпадания частиц грунта из потока на дно при уменьшении расхода, называют критической.

Укладка грунта в земляное сооружение и сортировка его по фракциям основаны на выпадании из потока частиц различной крупности, если скорость потока становится ниже транспортирующей для частиц данного размера.

Как перемещение, так и укладка частиц грунта зависят от их гидравлической крупности, под которой подразумевается скорость падения твердых частиц в неподвижной воде. Она определяется размерами, формой и плотностью твердых частиц. Выпадание частиц может быть свободным (в однородной жидкости) и стесненным. При гидромеханизации происходит, как правило, стесненное выпадание грунтовых частиц, поскольку в жидкости находится во взвешенном состоянии большое количество твердой фазы и скорость осаждения наиболее мелких частиц замедляется. На этом основано фракционирование частиц грунта.

Наиболее крупные частицы грунта движутся по дну пульповода. Поэтому, если в пульповоде на разных расстояниях от заданного постоянного сечения сделать выпуски для пульпы, то через первый выпадут частицы наиболее крупных фракций, через второй — частицы несколько меньших фракций и т. д. Такое фракционирование используют для обогащения железнодорожного балласта.

При намыве насыпи выпускаемая из пульповодов на ее поверхность гидромасса растекается. При этом происходит постепенное снижение скорости потока. Чем больше расстояние от места выпуска гидромассы до водосбросного колодца или трубы для стока отработанной воды, тем более мелкие частицы грунта будут уложены в тело насыпи.

В зависимости от расхода потока и скорости его движения образуются определенные уклоны намываемой поверхности. В практике гидромеханизации земляных работ применяют две основные схемы водоснабжения: прямое и с оборотом воды.

Прямое водоснабжение гидромониторных и землесосных работ возможно в тех случаях, когда источник питания водой (какой-либо водоем) имеет дебит, существенно превышающий расход воды, необходимый для нормальной работы средств гидромеханизации. Прямое водоснабжение дополняют устройством прудов-отстойников для осветления отработанной воды перед сбросом ее в реку или другой водоем.

Рис. 3.72. Водоснабжение с оборотом воды: а — участок гидромониторных работ; б — участок землесосных работ; 1 - водоем-отстойник; 2 — насосная станция; 3 — водовод; 4 — забой; 5 — гидромонитор; 6 — канава; 7 — зумпф; 8 — забойная землесосная установка; 9 — пульповод; 10 — карта намыва; 11— водосбросный колодец; 12 — отстойный прудок; 13 — поток пульпы; 14 — открытый выпуск; 15 — штольня; 16 — водовод для возврата воды; 17 — закрытый выпуск; 18 — подводный карьер; 19 — плавучий землесосный снаряд; 20 — плавучий пульповод

При сбросе воды в местные водоемы необходимо руководствоваться Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. Водоснабжение с оборотом воды (рис. 3.72) применяют при недостаточном дебите источников питания, В этих случаях отработанная вода из водоемов-отстойников насосами подается обратно в гидромониторный забой или в разрабатываемый земснарядами карьер.