Земляных работ

Гидромеханизация – один из способов комплексной механизации земляных, горных и других работ, при котором все или основная часть технологических процессов осуществляются движущимся потоком воды.

Гидромеханизация является одним из наиболее прогрессивных и эффективных способов производства земляных работ. Эффективность этого способа заложена в самой его сущности – в едином неразрывном технологическом процессе объединены разработка, транспортирование и укладка грунта. Трудозатраты на наиболее трудоемкой операции для сухоройного способа – транспортировке грунта, ничтожно малы, а, следовательно, достигается более высокая по сравнению с сухоройным способом производительность труда. В свою очередь, гидравлическая укладка грунта обеспечивает необходимую плотность его в сооружении без дополнительных трудовых затрат и уплотняющих средств, а в сочетании с возможностью попутного отмыва глинистых частиц вместе с отработанной водой позволяет получить земляное полотно очень высокого качества. При этом стоимость гидромеханизированных работ значительно ниже традиционного способа возведения земляного полотна с использованием экскаваторных модулей.

Кроме вышеуказанных, для гидромеханизации характерны следующие преимущества:

1. Простота по устройству и эксплуатации основного (землесосного) оборудования.

2. Более низкая энергоемкость с пересчетом на условное топливо.

3. Ускоренный процесс осадки сооружения на слабом основании благодаря более высоким нагрузкам в процессе намыва.

4. Возможность попутного, в процессе укладки, фракционирования грунта за счет естественного разделения, что используется при возведении намывных плотин и позволяет разложить грунт в теле плотины по крупности частиц так, как этого требует ее конструкция, и возводить плотины с ядром или оградительные дамбы.

5. Возможность подачи грунта с большой интенсивностью на ограниченные по площади и труднодоступные для автотранспорта участки сооружений, например в узкие каньоны, пазухи сооружений и др.

6. Возможность концентрации на одном земснаряде электропривода большой мощности в сочетании с высокопроизводительным землесосом позволяет выполнять очень большие объемы работ в короткие сроки.

7. При добыче нерудных строительных материалов в едином технологическом процессе производится разработка, транспортирование, фракционирование с использованием гидроклассифицирующих аппаратов и укладка грунта в штабель.

8. Возможность применения комбинированного способа, когда разработка грунта с загрузкой его в шлюзовые аппараты осуществляется сухоройным способом, а дальнейшее транспортирование и укладка – водой.

9. Не требуется строительства подъездных автодорог от карьеров к месту возведения сооружения.

10. Значительное снижение отвода площадей под карьеры за счет глубины их отработки.

11. Возможность применения в необжитых, труднодоступных районах при отсутствии дорог и коммуникаций. В отдельных случаях гидромеханизация является единственно возможным способом работы.

Наиболее полно преимущество гидромеханизации по сравнению с сухоройным способом проявилось в процессе освоения Западно-Сибирского нефтегазового региона. Земляные работы при строительстве железных дорог, магистральных и внутрипромысловых автодорог, отсыпке площадок под кустовое бурение скважин, а также территорий под жилищное и промышленное строительство из-за обводненности и заболоченности территории Западно-Сибирской низменности являлись проблемой номер один. Карьеры, пригодные для разработки сухоройным способом, располагались на повышенных участках местности, покрытой лесом, и были значительно удалены от мест укладки грунта (на 5…50 километров). Кроме того, для их закладки требовался отвод больших площадей из-за незначительной мощности слоя. На первом этапе освоения нефтяных месторождений Среднего Приобья (60-е – начало 70-х годов) до одного миллиона кубометров леса расходовалось ежегодно при устройстве основания таких дорог.

Положительный результат применения в те же годы гидромеханизации на строительстве ж.д. Тюмень – Сургут и магистральной автодороги Нефтеюганск – Сургут, речных портов в Тобольске и Сургуте позволил начать ее использование в нефтепромысловом освоении. Намыв в короткий срок с высоким качеством внутрипромысловой дороги и площадки кустового бурения на Солкинском месторождении в 1972 году положил начало широкому применению гидромеханизации при освоении Западно-Сибирского нефтегазового комплекса.

Различают три метода гидромеханизированных работ: гидромониторный, землесосный и комбинированный.

Гидромониторный метод производства работ в надводном забое имеет два технологических варианта:

- разработка грунта гидромониторно-насосными установками с самотечным (безнапорным) гидротранспортированием пульпы к месту укладки грунта (применяется при наличии необходимых уклонов для создания требуемой скорости движения пульпы);

- разработка грунта гидромониторно-насосно-землесосными установками с принудительным (напорным) гидротранспортированием пульпы к месту укладки грунта.

Землесосный метод производства работ состоит в подводной разработке грунта и гидротранспортировании пульпы плавучими землесосными снарядами к месту укладки грунта.

Комбинированный методпроизводства работ заключается в разработке и рыхлении грунта сухоройными машинами и самотечном или напорном гидротранспортировании пульпы к месту укладки грунта.

Наиболее распространенным и эффективным из вышеперечисленных методов является землесосный.

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. При сбросе воды в местные водоемы необходимо руководствоваться Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами.

Водоснабжение с оборотом воды (рис. 1.1) применяют при недостаточном дебите источника питания. В этих случаях отработанная вода из водоемов-отстойников насосами подается обратно в гидромониторный забой или в разрабатываемый земснарядами карьер.

Рис. 1.1. Схемы водоснабжения 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 – пульпопровод; 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 пульпопровод

Гидромеханизация широко применяется в народном хозяйстве. В транспортном строительстве данный способ используется для разработки выемок и намыва насыпей земляного полотна железных и автомобильных дорог, особенно на подходах к мостам, намыва дамб, регуляционных сооружений, площадок при строительстве аэродромов, для производства дноуглубительных работ, добычи балласта, песка, гравия, производства вскрышных работ и т.д.

Основные понятия и термины

Рабочий блок – часть заходки по ее длине, разрабатываемая земснарядом без переключения плавучего пульпопровода (с одного спуска), гидромониторно-землесосной установкой с одного положения (без передвижки). Длина блока равна расстоянию между местами подключения (спусками) плавучего пульпо­провода земснаряда и шагу передвижки землесосной установки. Фронт работ ус­тупа – часть заходки по ее длине, подготовленная для разработки.

Папильонирование– рабочие перемещения земснаряда.

Пульпа – механическая смесь грунта с водой.

Консистенция пульпы– соотношение содержания грунта и воды. Объёмная консистенция К_об – это отношение объёма грунта в естественном состоянии или плотном теле к объёму воды. Массовая консистенция К_м – это отношение массы грунта в сухом состоянии к массе воды.

Зумпф – открытый пульпоприемник (яма или колодец), дно которого располагается на 1,5…2 м ниже подошвы забоя, а емкость определяется из расчета обеспечения работы землесоса в течении, как минимум, 2 минут.

Карта намыва – намываемый участок насыпи длиной 50…500 м.

Первичное обвалование – обвалование по периметру намываемого сооруже­ния в виде дамбы, высотой 1…1,5 м, возводимой из местного или привозного грунта для обеспече­ния намыва первого яруса. Текущее обвалование– обвалование, возводимое в процессе намыва последующих ярусов сооружения.

Гидроотвал – массив грунта значительного объема, образуемый в результа­те гидравлической укладки вскрышных пород, шламов, золы и т. д. Упорная призма периферическая (внешняя) часть гидроотвала (плотины), образующая­ся при надводном намыве из наиболее крупных частиц грунта. Упорная призма включает в себя все дамбы обвалования и дренажные устройства. Промежуточ­ная зона гидроотвала – часть гидроотвала, находящаяся между упорной приз­мой и ядром. Ядро гидроотвала –внутренняя часть гидроотвала из пылевато-глинистых фракций, осажденных при намыве в прудках-отстойниках.

Прудок-отстойник – водоем на карте намыва у водосбросного колодца для осаждения мелких фракций.

Пляж – наклонная поверхность грунта при надводном намыве. Поверхность намыва– площадь, на которой происходит отложение частиц грунта при намы­ве. Ярус намыва – слой грунта, намываемый из одного положения намывного пульпопровода. Мощность яруса (слоя) намыва — мощность укладываемого на карте намыва слоя грунта из одного рабочего положения пульпопровода.

Пляжный откос – откос, крутизной 1:40…1:50, получаемый при свободном растекании пульпы, то есть при отсутствии обвалования.

Рабочая зона намывного пульпопровода – площадь, занимаемая грунтом при намыве из одного положения намывного пульпопровода (без перекладки труб). Цикл намыва – совокупность операций по намыву слоя на заданную величину.

Майна – незамерзающая часть водоема, используемая для ведения работ

зимой.

Высота рабочего уступа земснаряда – средняя мощность толщи пород, од­новременно разрабатываемой земснарядом.

Начальный котлован – выработка для начального расположения землесос­ной установки или земснаряда и создания условий для работы.

Капитальная траншея – траншея для вскрытия месторождения и установле­ния грузотранспортной связи рабочих горизонтов с поверхностью земли.

Разрезная траншея – горизонтальная траншея для нарезания первоначаль­ного фронта работ на каждом уступе.

Вскрышные работы – горные работы по выемке и перемещению пустых по­род, покрывающих и вмещающих полезное ископаемое.

Добычные работы – горные работы по добыванию полезного ископаемого.