Краткая характеристика условий эксплуатации дноуглубительных снарядов

При выполнении дноуглубительных работ на водных путях требуется разрабатывать различные грунты. Земснаряды же, используемые на добыче НСМ, по своему назначению разрабатывают песчаный грунт или песчано-гравийную смесь. Однако в ряде случаев наряду с НСМ приходится разрабатывать налегающие породы, а также отдельные линзы и прослойки глины, ила и др.

Глубина извлечения грунта на протяжения навигации изменяется в связи с сезонными колебаниями уровня воды в реках. Поэтому при постройке дноуглубительных снарядов предусматривается наибольшая глубина извлечения грунта 10-12 м для высокопроизводительных и 6-8 м у снарядов с низкой производительностью.

Снаряды, добывающие НСМ, должны обеспечивать возможность извлечения грунта с максимальной технически достижимой глубины, что требуется для наиболее полного освоения запасов полезных ископаемых или отработки их на всю полезную толщу.

При работе снаряда в русле он подвержен действию речного потока. Скорость течения зависит от гидрологического режима, площади сечения русла и свойств грунта на дне. На перекатах с песчаными грунтами средние скорости течения находятся в пределах 0,3-0,6 м/сек, на участках с гравийными и скальными грунтами скорости течения достигают 2-2,5 м/сек. Наличие течения существенно влияет на технологию выполнения работ и на требования к средствам оперативных переведений снарядов.

Ветроволновые условия на водохранилищах, озерах, устьевых участках крупных рек оказывает решающее влияние на выбор технологического оборудования снарядов, способов их оперативных перемещений, разработки грунта.

Ограниченные глубины и размеры акватории затрудняют выполнение операций с оперативными якорями, а также маневрирование грузового и вспомогательного флота.

Для краткой характеристики типа дноуглубительного снаряда применяются условные буквенные обозначения. На первом месте ставят буквы, характеризующие снаряд по способу разработки грунта: М - многочерпаковый снаряд, ШТ - штанговый, Г - грейферный, 3 - землесос без разрыхлителя, ЗМ- землесос с механическим разрыхлителем, ЗГ- землесос с гидравлическим разрыхлителем. Буквы на втором месте обозначает способ удаления грунта: Ш - шаландовый, Р - рефулерный (при обозначении землесосов не ставятся), Л - лотковый.

На третьем месте - буквы, определяющие тип главного двигателя: Д - дизельный, П - паровой. Последними ставятся буквы, обозначающие систему привода рабочих устройств: Э - электрифицированные, Г - гидроприводные. В обозначениях самоходных снарядов в конце добавляют букву С. После буквенных обозначений указываю техническую производительность снаряда.

Например: МЩДЭС-500 - многочерпаковый шаландовый дизельный электрифицированный самоходный снаряд производительностью 500 м3 /ч. ЗМДГ-150 - землесос с механическим разрыхлителем дизельный, с гидроприводными рабочими устройствами, производительностью 150 м3/ч

Добывающие снаряды

Краткая характеристика

При характеристике добывающих снарядов применяют условные обозначения, указывающие принадлежность и тип снаряда, его основное назначение и техническую производительность.

В обозначении снарядов буквы имеют следующие значения: П - портовый, З - землесосный, Ч - черпаковый, С - наличие сортировочного или обогатительного устройства, а цифры указывают на техническую производительность по грунту. Например: ПЗС - 600 - портовый землесосный снаряд с сортировочным устройством производительностью 600 м3/ч.

Основными техническими параметрами средств добычи НСМ являются техническая производительность, тип технологического оборудования, класс Регистра, габаритные размеры, глубина добычи НСМ, диаметр напорного пульпопровода, категория разрабатываемых пород, мощность энергетической; установки, технические характеристики добывающих средств.

Тип основного технологического оборудования определяет назначение снаряда, предусматривающее добычу гравия, песка и песчано-гравийной смеси. Габаритные размеры обусловливают возможность эксплуатации снаряда на заданном месторождении, устанавливают тип и размеры потребных транспортных судов для перевозки добываемых материалов. Диаметр трубопроводов влияет на производительность снаряда и режим работы грунтового насоса.

Особенности работы

Разработка затопленных грунтов и извлечение их из-под воды осуществляется с помощью плавучих средств, называемых земснарядами. По способу отделения от массива и последующего транспортирования грунта различают земснаряды гидравлического и механического принципа действия. К первым относятся землесосные, эжекторные и эрлифтные снаряды, к вторым – многочерпаковые грейферные, штанговые и др.

У земснарядов гидравлического действия грунт со дна захватывается потоком всасываемой воды и образующаяся гидросмесь (пульпа) транспортируется далее по грунтопроводу. На землесосах движение гидросмеси создается с помощью лопастных грунтовых насосов; на эжекторных снарядах - с помощью водоструйных аппаратов - эжекторов; на эрлифтных - благодаря подъемной силе воздуха, подаваемого в грунтопровод под водой на большой глубине.

Наиболее распространены землесосы, обеспечивающие рабочий процесс с наименьшими энергетическими затратами и позволяющие при подборе соответствующих грунтовых насосов перемещать грунт на требующиеся расстояния и высоту. К недостаткам землесосов относятся ограниченная глубина извлечения грунта и интенсивный износ грунтового насоса проходящей через него гидросмесью. Увеличения глубины добычи материалов землесосами достигают снижением положения грунтового насоса относительно уровня воды, либо располагая насос на сосуновой раме, либо увеличивая осадку корпуса земснаряда, При этом каждый I м снижения насоса обеспечивает увеличение глубины добычи приблизительно на 5 м. Однако указанные меры усложняют конструкцию и эксплуатацию земснарядов, поэтому на речных землесосах пока не нашли применения. При установке грунтового насоса в корпусе обычного речного земснаряда извлечения грунта возможно с глубины до 20-22 м.

У эжекторных снарядов износу гидросмесью подвержен простой по конструкции водоструйный аппарат, легко доступный изготовлению и замене. Малые габариты и масса эжектора позволяют располагать его непосредственно у всасывающего наконечника земснаряда, чем обеспечивается возможность извлечения грунта с больших по сравнению с землесосами глубин. Кинетическая энергия водяных струй, обеспечивающих действие эжектора, создается с помощью высоконапорного насоса, не взаимодействующего с грунтом, а поэтому и не подверженного абразивному износу. Существенными недостатками эжекторов являются пониженный (приблизительно в три раза по сравнению с грунтовыми насосами) энергетический коэффициент полезного действия и ограниченный напор, создаваемый с их помощью в грунтопроводе.

Для нормального действия эрлифта требуется большое заглубление под воду и вертикальное положение трубопровода. Так как всасывание и движение гидросмеси создается лишь благодаря разнице между удельным весом окружающей воды и трехкомпонентной смеси в трубопроводе (грунт, вода и рабочий воздух), эрлифтные снаряды могут обеспечить лишь очень ограниченные высоту и дальность подачи добываемого материала. Эрлифту свойственен низкий энергетический к.п.д. Добыча эрлифтными снарядами НСМ с глубины менее 10-15 м практически невозможна.

С целью улучшения разработки и всасывания песчано-гравийных материалов грунтозаборные устройства земснарядов гидравлического действия оснащают гидравлическими разрыхлителями грунта.

Этим земснарядам свойственна непрерывность технологического процесса, включающего добычу, транспортирование по трубам, обогащение и погрузку НСМ, а также удаление в отвал отмываемых мелких фракций грунта и легкого мусора.

Непрерывность процесса позволяет создавать земснаряды гидравлического действия с наиболее высокой производительностью (2500 м³/ч и более).

Земснаряды этого рода нецелесообразно использовать для разработки грунтов с большим содержанием крупных включений, размеры которых превышают определяющее живое сечение грунтовой магистрали (межлопастное расстояние рабочего колеса грунтового насоса, диаметр горловины эжектора и т.п.). Нежелательно применять эти земснаряды и для добычи НСМ с большим содержанием гравия, вызывающего быстрый износ трубопроводов, грунтовых насосов и другого оборудования. С увеличением содержания гравия труднее обеспечить гидравлическое транспортирование материала по трубам, так как требуются повышенные скорости движения гидросмеси, напор в системе и мощность силовой установки. Земснаряда этого рода целесообразно применять для добычи НСМ с содержанием гравия до 30%.

Землесосные, эжекторные и эрлифтные снаряды, не оборудованные специальными средствами механического рыхления, невозможно использовать для разработки связных и засоренных грунтов, например, при выполнении вскрышных работ или создании подводного склада.

Для добычи ПГС с высоким содержанием гравия (более 3О% ), или с включениями крупных камней, а также на месторождениях НСМ с отдельными прослойками или линзами связного грунта целесообразно применять земснаряды механического действия. Эти снаряды эффективны и на вскрышных работах при удалении связных и засоренных грунтов.

Из земснарядов механического действия наиболее распространены многочерпаковые. Их основной рабочий орган - замкнутая черпаковая цепь. Различаются цепи сплошные (безмайонные), собранные из одних черпаков, и цепи с промежуточными звеньями, у которых черпаки чередуются с холостыми соединительными звеньями (планками, майонами). На земснарядах для добычи НСМ в стенках черпаков устраивают отверстия, через которые выходит вода в процессе подъема материала над водой. Благодаря этому в грунтовый колодец из черпаков поступает практически обезвоженный материал. Последующее перемещение материала из грунтового колодца к обогатительному оборудованию или в загружаемое судно осуществляется либо естественным скольжением по наклонным лоткам либо с помощью конвейеров. При необходимости удаления нетоварных фракций на берег или в ограниченные подводный отвал требуется оснащать земснаряд специальной гидротранспортной установкой или использовать грунтоотвозные шаланды.

В связи с относительно высокой частотой движения черпаков (до 22-24 I/мин) процесс поступления материала на обогатительное оборудование и в загружаемые суда идет непрерывно и обладает незначительной неравномерностью. Возможности создания высокопроизводительных многочерпаковых снарядов ограничиваются доступными объемами черпаков. Предельная производительность земснарядов этого типа составляет около 1000 м³/ч.

К недостаткам многочерпаковых снарядов относятся ограниченная глубина добычи (до 18-20 м) и потеря части извлекаемого материала вследствие просора из черпаков при разгрузке над грунтовым колодцем.

Грейферные земснаряды по конструкции близки к плавучим кранам, но предназначены специально для добычи грунта из-под воды. Они оснащены оперативными лебедками для осуществления технологических перемещений и швартовными устройствами для загружаемых судов. При необходимости некоторого улучшения состава добываемого материала на грейферных снарядах устанавливают простейшее обогатительное оборудование. По конструкции различают грейферные снаряды с поворотными стрелами и с опорными мостами. При наличии соответствующей канатоемкости у подъемной лебедки грейферным снарядом можно извлекать материалы со значительной глубины.

В связи с цикличностью извлечения материала грейфером технологический процесс неравномерен, что затрудняет достижение оптимального использования обогатительного оборудования и ограничивает производительность земснарядов этого типа по сортированному продукту. Известны варианты грейферных земснарядов с несколькими (от двух до четырех) грейферами, работающими последовательно в едином технологическом цикле.

Как и у многочерпаковых, у грейферных снарядов предельная производительность ограничена емкостью рабочего органа. С увеличением глубины извлечения материала удлиняется рабочий цикл грейфера, что ведет к снижению производительности земснаряда. При отсутствии специализированных грейферных снарядов по аналогичному назначению используются плавучие краны.

Краны более просты по сравнению с земснарядами по устройству. Они приспособлены к условиям работы на малых реках с ограниченными габаритами пути, а также к условиям добычи материалов в ранневесенний и позднеосенний периоды навигации при отрицательной температуре воздуха. Применение добывающих снарядов других типов в эти периоды затруднено или невозможно из-за обледенения различных устройств.

Плавучими кранами возможно добывать полезные ископаемые с большой глубины за счет применения удлиненных тросов. Эти снаряды отличаются эффективностью использования энергетической установки, могут обрабатывать сухогрузные суда любых типов. Их существенным недостатком является сравнительно низкая производительность и отсутствие обогатительного оборудования. Нерудные строительные материалы в процессе добычи кранами остаются в естественном состоянии, т.е. их качество не повышается.

Условия применения

При расстановке земснарядов по объектам работ учитываются качественно-технологические характеристики месторождений позволяющие наиболее эффективно использовать эти перегрузочные средства .

Землесосные снаряды рационально использовать на добыче в условиях, когда месторождения содержат до 30-40% гравия, в зависимости от крупности частиц и менее 1% валунов. При добыче НСМ землесосными снарядами применяется траншейный способ разработки месторождений. Длина отдельной траншей разрабатываемой без перекладки якорей, зависит от длины папильонажных тросов. Оптимальная длина серии траншеи составляет, как правило, 100 м. По окончании выемки траншеи на заданную длину, земснаряд возвращается в начальное положение и начинает разрабатывать следующую параллельную траншею. В процессе разработки траншей землесосные снаряды продвигаются, как правило, против течения.

Многочерпаковые земснаряды рационально применять при разработке месторождений с содержанием гравия более 40%. Разработка месторождений многочерпаковыми снарядами производится методом багермейстерского папильонажа. В этом случае снаряд для лучшего наполнения черпаков грунтом перемещают так, что продольная ось земснаряда составляет некоторый угол (15-25° ) с осью прорези, а черпаки направлены в сторону перемещения земснаряда. При данном способе разработки месторождений земснаряд врезается в забой у бровки выемки материала, поворачивается под указанным углом к оси выемки и под этим углом продолжает движение к противоположной бровке, где разворачивается для движения в обратную сторону под тем же углом.

Плавучие краны применяются для добычи небольших объемов залегающих на значительной глубине песка и песчано-гравийной смеси без гидроклассификации. Разработка месторождений плавучими кранами производится в зависимости от вылета стрелы прорезями шириной 50-60 м и сериями длиной до 100 м. Для забора материала в пределах смежной полосы прорези плавучий кран перемещают и устанавливают на якоря. К недостаткам добычи НСМ плавучими грейферными кранами относятся неполная выработка полезной толщи месторождений.

Загрузка в суда материалов добываемых землесосами без классификации груза производится следующим образом. Пульпа, засасываемая в приемный трубопровод грунтовым насосом, подается по напорному трубопроводу в трюм судна, где вследствие гашения ее скорости выпадают частицы грунта, а вода с мелкими примесями стекает за борт.

При обогащении НСМ пульпа по напорному трубопроводу поступает в классификатор механического или гидравлического типа, в котором выделяется обогащенная ПГС или гравий, а песок с водой по специальному трубопроводу сбрасывается за пределы карьера. Из классификатора обогащенный материал через загрузочный лоток или поворотный ленточный конвейер поступает в одно из судов, расположенных с обоих бортов землесосного снаряда. Многочерпаковый снаряд, добывающий ПГС и гравий, устанавливают на якоря, а к борту причаливают порожние суда. Черпаки земснаряда, захватывая со дна реки НСМ, подают их в грунтовый колодец, из которого груз по лотку поступает в судно. Чтобы обеспечить непрерывную работу земснаряда при смене судов, порожнюю баржу (секцию) устанавливают заранее у его свободного борта. По окончании загрузки первого судна переключают клапан грунтового колодца и загружают второе судно.

При разработке месторождений плавучими кранами грузовые суда швартуются к понтону крана, установленного на якорях, поочередно с обоих бортов.