CC BY
50
© А.Ю. Корсаков, 2002
YAK 622.648
А.Ю. Корсаков
HOBOE OEOPYAOBAHИЕ И ^EХHOЛOГИЧECKИE СХЕМЫ ГИAPOМEХAHИЗAUИИ
В России гидромеханизированный способ производства работ используется в транспортном строительстве, гидротехническом и гражданском строительстве, при добыче и переработке полезных ископаемых, мине-рально-строитель-ных материалов для транспортировки и складирования отходов обогатительных фабрик и теплоэлектростанций, в мелиорации и дноуглублении.
Основным достоинством гидромеханизации является высокая производительность работ , непрерывность технологического цикла, обеспечивающая возможность автоматизации оборудования, и более легкое выполнение экологических требований по сравнению с «сухим» способом производства работ с сыпучими материалами. Однако объем работ выполняемый средствами гидромеханизации сравнительно невелик и не превышает 20-25% от общего объема работ с грунтами.
Ограниченное применения гидромеханизации, на мой взгляд, объясняется тем, что до настоящего времени остаются нерешенными ряд важных технических и технологических проблем, сдерживающих применение гидромеханизации. Часть проблем вытекают из особенностей присущих гидравлическому способу транспортирования. Большое количество воды в гидросмеси, обычно во много раз превышающее объем перемещаемого материала, приводит к сложным и дорогим процессам отделения твердого материала от воды, неизбежным на конечных стадиях технологического цикла перегрузки и складирования.
Так, например, при разработке, транспортировке и складирования грунтов, намыве гидротехнических сооружений земля-
ного полотна автомобильных и железнодорожных дорог требуется устройство водосливной и дренажной систем, использование бульдозеров или подобной вспомогательной техники для создания первичного и последующего обвалования. Это увеличивает и эксплуатационные затраты на строительство этих сооружений и снижает эффективность гидромеханизированных работ.
Особенно остро эти проблемы стоят при намыве узко профильных сооружений и запасов грунта (штабелей) в Западной Сибири при освоении нефтегазовых месторождений. Сложность задач определяется прежде всего климатическими, морфологическими и грунтовыми условиями. Низменный рельеф местности, наличие большого количества озер, рек, торфяных болот и водотоков с одной стороны предрасполагает к применению земснарядов, с другой стороны создает дополнительные трудности в применении традиционной техники и технологии гидромеханизации. При намыве грунтового полотна автомобильных и железных дорог, подходов к мостам, намыве площадок под буровые установки и объекты промышленного строительства не всегда удается использовать бульдозеры для первичного обвалования, трубоукладчики для прокладки трубопроводов, из-за слабых грунтов и сезонного подтопления территорий. Поэтому эти работы должны выполняться заблаговременно либо в зимнее время, либо путем предварительного намыва технологических троп «цокольных» оснований.
Учитывая эти трудности, традиционно сложившаяся технология предусматривает намыв грунтового полотна дорог, замыв
магистральных нефтегазопроводов и формирование других низкопрофильных сооружений со свободным откосом растекания грунта, уклон которого составляет, как правило 1:25-1:35 и более, из-за мелкозернистости грунтов, присущих этим регионам и низкий концентрации гидросмеси, подаваемой земснарядами. Это приводит к перемыву грунта за пределы необходимого профиля, увеличению площадей отчуждаемых под полотно дорог и карьеров грунта. Введение платы за землю и за использование водных ресурсов приводит к удорожанию строительства.
Новые экономические условия и повышающие экономические требования выдвигают задачу по координальному совершенствованию существующей технологии работ средствами гидромеханизации.
Изучение ситуации показало, что технологические трудности обусловлены низкой концентрацией гидросмеси, подаваемой в зону укладки, из-за ограниченной всасывающей способности грунтовых насосов земснарядов. С увеличением концентрации, как известно, увеличивается крутизна откосов.
Из возможных решений были приняты два направления - оснащение земснарядов погружными грунтовыми насосами, которые обеспечивают повышение концентрации гидросмеси в 2-3 раза, и второе направление - использование сгустителей гидросмеси для укладки грунта в сооружение сгущенного грунта.
По первому направлению корпорацией «Гидромехстрой» созданы три земснаряда с погружными моноблоками голландской фирмы «IHC» производительностью 500 и 800 м3/ч по гидросмеси и глубиной разработки карьеров до 20 м. Использование земснарядов для намыва полотна дорог позволило сократить расход воды на гидротранспортирование, уменьшить площадь разрабатываемых карьеров и увеличить крутизну бокового откоса полотна дороги до 1:151:18 (при свободном растекании гидросмеси). Первое направле-
ние лишь частично решает задачу.
Второе направление потребовало создания нового оборудования и технологий на основе использования сгустителей гидросмеси. Анализ достоинств и недостатков различных типов сгустителей показал, что наиболее приемлемыми для рассматриваемых условий являются сгустители центробежного типа. Это обусловлено их высокой удельной производительностью, низкой металлоемкостью, простотой конструкции и большими проходными сечениями. Кроме того, сгустители центробежного типа относятся к напорным аппаратам, что позволяет не только сгущать гидросмесь до определенной концентрации (93 % по объему), но и осуществить ее дальнейшее транспортирование по распределительному трубопроводу на некоторое расстояние от сгустителя. Возможность транспортирования гидросмеси по трубам с такой концентрацией была экспериментально доказана на лабораторных стендах, при этом было установлено, что движение гидросмеси происходит в ламинарном режиме (1, 2). А это открывает значительные энергетические и технологические возможности.
Характерные грунты обводненных карьеров Западной Сибири - это мелкие и очень мелкие пески со средним диаметром частиц 0,2-0,3 мм. С наличием в них торфа, глины и растительных включений. Поэтому создание сгустителей большой производительности и с граничным зерном разделения 0.05 мм. представляло не простую задачу (по нормативным документам фракции менее 0,05 мм. не желательны в песке при намыве насыпей).
На основе сгустителей созданы конструкции самоходных грунтоукладчиков вертикального и горизонтального типов к земснарядам производительностью 2000 мЗ/ч. и 500-800 мЗ/ч.
Конструктивно грунтоуклад-чик представляет собой сгуститель гидроциклонного типа, установленный на самоходном
шасси экскаватора или бульдо-
зера. Грунтоукладчик имеет поворотную распределительную трубу длиной 10-18 м. Для выпуска сгущенной гидросмеси, трубопровод сброса отработанной воды и ряд других механизмов с гидроприводами, работающими от гидравлической системы экскаватора (бульдозера). Распределительная труба поворачивается в горизонтальной плоскости, что обеспечивает раскладку сгущенной гидросмеси по ширине намываемого профиля полотна, а наличие нескольких выпусков по ее длине обеспечивает возможность формировать полотно по фронту намыва на длине до 20 м. с одной установки грунтоукладчика. Технические характеристики грунтоукладчиков приведены таблице.
Грунтоукладчики работают от грунтового насоса земснаряда в непрерывном режиме. Управление механизмами сгустителя осуществляется из кабины экскаватора (бульдозера).
С использованием грунтоукладчиков созданы гидромеханизированные комплексы для намыва полотна дорог, площадок и складов песка, включающие в себя (рис. 1):
• добывающий землесосный снаряд;
• плавучий и береговой трубопроводы;
• самоходный сгуститель-грунтоукладчик (СГУ);
• трубопровод возврата отработанной воды;
• перекачивающую станцию (при дальности более 3-х км.);
• бульдозеры и трубоукладчики.
Г идромеханизированный комплекс работает следующим образом. Землесосный снаряд, разрабатывая грунт в карьере, транспортирует исходную гидросмесь по плавучему и наземному трубопроводам в зоне намыва сооружения. На конце наземного трубопровода подключен грунто-
укладчик, который сгущает гидросмесь до необходимой концентрации, вплоть до 90 % и подает ее по поворотной распределительной трубе в зону укладки. При такой концентрации сгущенная гидросмесь укладывается в полотно дороги с откосом 1:5-1: 8, что обеспечивает формирование узкопрофильного сооружения. При дополнительном использовании бульдозера уклон откоса может быть доведен до значения 1:2-1:3. Около 80-90% отрабо-
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОУКЛАЛЧИКОВ
Показатели Тип сгустителя
СГУ-2000-В СГУ-800 СГУ-2000-Г
вертикальный Вертикальный горизонтальный
Производительность по гидросмеси, м3/ч 2000 50Э.Й00 2000
База ходовой части сгустителя Экскаватор МТБ-71Б Трактор Т-130Б Трактор Т-130, Т-170
Концентрация исходной гидросмеси, % 10.20 10_30 10.-20
Концентрация сгущенной гидросмеси, % (по объему) 65„8Б 60.Й0 50.80
Граничная крупность разделения, мм. 0,04_0,0б 0,04_0.06 0,С5_0,С8
Наибольший размер негабаритных включений, мм. 100 50 100
Диаметр распределительного трубопровода, мм . 200 150 200
Длина распределительного трубопровода, м. 5_18 10_12 6-18
Высота распределительного трубопровода от уровня земли, м. 2,0 1,8 1,5
Угол поворота распределительного трубопровода, град. До 90 До 80 До 120
танной воды из сгустителей может быть возвращен в карьер по отработанному трубопроводу, который прокладывается рядом с основным, либо по отводной канаве. То есть легко организуется оборотное водоснабжение карьера, при котором значительно снижается вероятность заболачивания прилегающей территории.
После намыва очередного участка длиной 15-20 м. грунто-укладчик переезжает на новую позицию за счет гибкого резинового трубопровода или путем наращивания трубопровода стандартными секциями труб, и продолжает намывать очередной участок полотна.
Гидромеханизированным комплексом по новой технологии в 1994-1995 гг. Было намыто полотно автодорог и кустовые площадки на Лянторском и Ка-нитлорском месторождении нефти. В комплексе использовался земснаряд «Сургут-1» с погружным насосным моноблоком производительностью 500 мЗ/ч и напором 0,55 МПа и сгуститель -грунтоукладчик СГУ-800.
Производительность комплекса составила 125 мЗ/ч по песку, а уклон откоса без применения обвалования составил 1:8. При работе без грунтоукладчика уклон откоса составил 1:25. Ра-
бота гидрокомплекса была осуществлена на полном обратном водоснабжении карьера по трубопроводу, проложенному рядом с основным. Это полностью исключило обводнение и заболачивание прилегающей территории к полотну дороги. Новая технология была применена при строительстве автодороги и намыве кустовой площадки под буровую установку на Покамасов-ском месторождении. В работе использовался гидрокомплекс состоящий из земснаряда типа 180-60 производительностью 2000 мЗ/ч и грунтоукладчик СГУ-2000-В. Ширина полотна по верху составляет 10 м, при высоте насыпи 3,3-3,9 м. Уклон бокового откоса полотна составил 1:3.
В сезон 1998 г. выполнены работы по намыву участка полотна дороги через реку Обь в г. Сургуте. Намыв выполнялся двумя гидромеханизированными комплексами. С одной стороны участок намывался земснарядом типа 8П с погружным моноблоком производительностью 800 мЗ/ч и грунтоукладчиком СГУ-800.
Для выявления особенностей новой технологии и сравнения их с
Рис. 1. Схема работы гидрокомплекса: 1-земснаряд, 2-карьер, 3-плавучий пульпопровод, 4-трубопровод подачи гидросмеси, 5-самоходный грунтоукладчик, 6- распределительная труба, 7-трубопровод возврата воды
традиционной, первоначальный участок дороги при высоте насыпи 6,2 м. намывался традиционным способом с формированием «узкого профиля» бульдозерами. Для этого понадобилось использование двух бульдозеров, постоянно работающих по поддерживанию дамб попутного обвалования и трубоукладчик для монтажа и перекладки трубопроводов. Большой расход
«свободной» воды (1700 мЗ/ч), обладающий значительной размывающей способностью подмывает обвалование и осложняет своевременное его поддержания. Для формирования обвалования процесс намыва периодически приостанавливается.
Уклон откоса по фронту намыва составил примерно 1:25. При указанной высоте насыпи его длина составила 150 м. В нижней части фронтального откоса формирование обвалования оказалось практически невозможным из-за обводненности территории. Это приводило к растеканию гидросмеси за пределы разметки профиля и следовательно потери грунта.
Следующий участок полотна намывался гидрокомплексами с использованием грунтоукладчи-ков. Концентрация сгущенной гидросмеси поддерживалась в пределах 65-85 % по объему. При такой концентрации песок укладывается в полотно с уклоном свободного откоса 1:8-1:5, соответственно из сгустителя-грунтоукладчика основной расход воды отводится по сливному трубопроводу за пределы на-
Рис. 2. Коэффициент снижения расхода воды (Кс), подаваемого в зону намыва, в зависимости от концентрации исходного грунта (Сисх) - 1,2,3-Сисх=20,15 и 10 %, соответственно
мывного профиля, а расход воды, поступающей с грунтом в зону намыва, оказался незначительным. На рис. 2 приведен график, показывающий, во сколько раз уменьшается расход воды, поступающей с грунтом в зону намыва в зависимости от концентрации исходного грунта и концентрации сгущенной гидросмеси.
Так например для земснаряда типа 180-60 при подаче 2000 мЗ/ч исходной гидросмеси с концентрацией 15% расход «свободной» воды, поступающей в зону намыва при традиционной технологии, составляет 1700 мЗ/ч. При работе грунтоукладчика расход воды, поступающей с грунтом в зону укладки, составляет:
• при концентрации сгущенной смеси 65%-161мЗ/ч
• при концентрации сгущенной смеси 85%-53 мЗ/ч, то есть, расход воды уменьшается соответственно в 10,5 и в 32 раза. Это и определяет технологические преимущества новой технологии намыва и процесса формирования профиля сооружения практически процесс «намыва» заменяется процессом «укладки» грунта с весовой влажностью 2030 %.
Для создания проектного уклона (1:3) обвалование выполнялось бульдозером. Однако в данном случае использование бульдозера по времени сводится к минимуму. Из-за небольшого расхода «свободной» воды в зоне укладки ее размывающая способность снижается, а интенсивность размыва дамб обвалования незначительна. Объем песка перемещаемого для поддержания дамб обвалования, существенно уменьшается, а бульдозер может работать непосредственно в процессе намыва без остановки земснаряда. Фактическое время работы бульдозеров сокращается в 3-5 раз, что приводит к продлению срока их эксплуатации и экономии ГСМ.
Плотность укладки грунта в полотно контролировалось по объемной массе скелета и коэффициенту уплотнения по результатам измерений объемная плотность скелета через 2-3 недели после намыва составила 1,65 мЗ/ч., а коэффициент уп-
лотнения - 0,938. По повторным замерам, выполненным через год после окончания работ, плотность скелета составила 1,65-1,68 мЗ/ч., и коэффициент уплотнения увеличился до 0, 98-1,00, что соответствует требованиям нормативных документов.
Намыв грунта по новой технологии обеспечивает улучшение качества песка, укладываемого в сооружение. Это достигается за счет организованного отмыва в сгустителе грунтоукладчика органических включений (торфа), илистых, глинистых и мелких частиц размером менее 0,05 мм. И их отвода с отработанной водой за пределы зоны намыва. При намыве традиционным способом также происходит отмыв указанных примесей, но этот процесс носит неуправляемый характер. Кроме этого, при намыве грунтоукладчиком полностью исключается раскладка песка по фракциям, что в совокупности с его улучшенным качеством, обеспечивает формирование полотна дороги с однородными свойствами по всей его толщи и повышает фильтрационную способность насыпи.
Всего участок полотна автодороги левобережного подхода к мосту через р. Обь длиной 830 м. по новой технологии было уложено 142 тыс. мЗ грунта. Ширина полотна по верху составила 30 м, в основании -40-50 м. уклон бокового откоса составил 1:1,5-1:2 (при влажном грунте) при высоте намываемого профиля от 3,5 до 6,2 м.
Таким образом, новая технология намыва дорог и других сооружений гидромеханизированными комплексами с использованием грунтоукладчиков, проверенная в производственных условиях, позволяет по сравнению с традиционными способами решить следующие задачи:
• осуществить намыв сооружений заданного профиля;
• уменьшить объем грунта, укладываемого в сооружение за
• счет исключения перемыва;
• осуществить возврат до 8090 % отработанной воды в карьер;
• сократить площади отчуждаемых под полотно дорог зе-
мель, и территорию разрабатываемых карьеров;
• повысить качество намываемых сооружений за счет отмыва нетоварных фракций и исключения сегрегации;
• уменьшить обводненность сооружений в процессе намыва;
• сократить использование бульдозеров для формирования обвалования.
Снижение расхода укладываемого в сооружение грунта приводит к сокращению чистого времени работы земснаряда, соответственно уменьшаются энергозатраты, износ грунтового насоса и механизмов. Возможность организации оборотного водоснабжения, снижение заболачивания прилегающих территорий делают новую технологию не только эффективной, но и экологически более чистой, отвечающей требованиям природоохранных органов. Расчеты показали, что новая технология снижает затраты производства в 2,0-2, 5 раза при сокращении сроков строительства в 1,5-2, 0 раза.
Гидрокомплексы с грунтоук-ладчиками могут также использоваться для создания штабелей грунта, при этом технология работы принципиально не отличается от вышеописанной. Возможность мобильного передвижения грунтоукладчика по карте склада обеспечивает создание штабелей любой конфигурации и высоты в пределах возможностей грунтового насоса земснаряда по напору. Использование самоходных грунтоукладчиков для формирования штабелей грунта может обеспечить, на мой взгляд решение ряда проблем гидромеханизации так как имеет следующие особенности:
• исключается необходимость оборудование штабеля шандорны-ми колодцами и водосливными трубами; полностью исключается сегрегация материала в штабеле; обеспечивается напорное оборотное водоснабжение карьера; повышается качество материала в штабеле за счет отмыва мелких частиц, ила и торфа в сгустителе и их организованного отвода со штабеля с отработанной водой по трубопроводу;
Рис. 3. Схема полноповоротного гидроотвалообразователя:
1 - склад; 2 - трубопровод подачи гидросмеси; 3 - ферма; 4 - опора; 5 - передвижная опора; 6 - круговой рельс; 7 - сгуститель гидросмеси; 8 - поворотная труба; 9 - трубопровод возврата воды; 10, 11 - дамбы первичного
• уменьшается об-
ность штабеля, что обеспечивает устойчивость его откосов за счет существенного снижения
да воды, поступающей в зону намыва при подаче сгущенной смеси;
• снижается интенсивность использования бульдозеров для формирования обвалования.
складирования
На основе сгустителей могут быть созданы и другие конструкции грунтоукладчиков стационарного и передвижного типов. На рис. 3 приведенена конструктивная схема стационарного полноповоротного гидрообразова-теля, наиболее приемлемого для создания
складов многократного использования [4].
Технология работы такой машины не требует создания водосливной и дренажной системы склада, формирования обвалования и сохраняет вышеперечисленные приемущества «сухого» намыва.
На рис. 4 изображена конструкция грунтоукладчика, уста-
новленного на портале, передвигающегося по рельсовым путям [5]. Поворотная распределительная труба длиной 26,5 м. обеспечивает раскладку песка по обе стороны от рельсового пути и создания штабелей большой вместимости. При этом так же нет необходимости в оборудовании штабелей водосливной и дренажной системами, кроме водоотводной канавы проложенной по контуру склада. Грунтоукладчик работает в комплексе с гид-ровыгружателем, который производит разгрузку песчаногравийной смеси специальных судов, отработанная вода из сгустителя возвращается по напорному трубопроводу в трюм разгружаемого судна. Песок из штабелей перегружается портальными кранами в железнодорожные вагоны.
Созданное оборудование и технология могут найти применение и в других отраслях при производстве работ средствами гидромеханизации, там где проблемы создания узкопрофильных сооружений, задачи повышения качества строительства, а так же экологические требования снижают эффективность работ традиционными способами. Положительный производственный опыт работы гидромеханизированных комплексов с использованием грунтоукладчиков и выявленные при этом преимущества дают основание считать его альтернативным вариантом при выборе технологических методов строительства дорог, складирования песчаных материалов и намыве подобных сооружений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Овчарук С.В. Физические основы и расчет потерь напора при гидротранспорте плотным потоком - Тр.ЛИВТа, 1982, вып.174. - с.10-17.
2. Способ гидравлического транспортирования зернистых материалов. (С.В. Овчарук) Л.с. СССР № 747076.
3. Способ намыва грунтового сооружения (В.К. Егоров,В.Л. Каменецкий, С.В. Овчарук и др.) Патент РФ № 2078172 от 27.04.1997 г.
4. Способ складирования грунтовых материалов (В.К. Егоров, В.Л. Каменецкий, С.В. Овчарук и др.) патент № 2078013 от 27.04.1997 г.
5. Волохов Ю.Д., Овчарук С.В. Новая технология гидромеханизации Ж. Речной транспорт, № 12,1980.
6. Ялтанец И.М., Егоров В.К. Гидромеханизация. Справочный материал. - М.: Изд-во МГГУ, 1999.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ----------------------------------
Корсаков А.Ю. — главный инженер ОАО «Севернефтестрой».
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
КОРСАКОВ
G:\По работе в универе\2002\Папки 2002\giab8_02 CЛUsersYТаняYAppDataYRoamingYMicшsoftYШаблоныYNormaLdotm Новое оборудование и технологические схемы гидромеханизации
Alexandre Katalov
01.08.2002 11:36:00 4
28.11.2008 18:36:00 Таня
0 мин.
28.11.2008 18:58:00 6
3 181 (прибл.)
18 135 (прибл.)
