CC BY
41
УДК 624.139(571.1/.5)
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
А. С. Ортман Научный руководитель - С. И. Васильев
Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 82/2 E-mail: [email protected]
Рассмотрены грунтовые условия перспективных участков для обустройства нефтяных и газовых месторождений при разведочном и эксплуатационном бурении, а также при рекультивации месторождений. Основное внимание уделено вероятностным характеристикам сезонно-мерзлых грунтов, определяющих прочностные характеристики, влияющих на эффективность разработки землеройными машинами при выполнении планировочных работ. Исследования проведены в части вероятности встречаемости в разрабатываемом мерзлом грунте той или иной фракции, вероятности распределения влажности по глубине траншеи и температуры в условиях естественного промерзания. Установлены законы распределения исследованных показателей мерзлых грунтов.
Ключевые слова: рекультивация месторождений, мерзлые грунты, землеройные машины, плотность распределения, температура грунта, влажность грунта, включения, температура.
FEATURES DESIGNING PRODUCTION MACHINES FOR FROZEN GROUND EXCAVATION
A. S. Ortman Scientific supervisor - S. I. Vasiliev
Siberian Federal University 82/2, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation E-mail: [email protected]
Soil conditions considered promising areas for development of oil and gas fields and exploration and development drilling, as well as reclamation deposits. The focus is on probabilistic characteristics of seasonally frozen ground, determining the strength characteristics affecting the efficiency of development digging machines in the performance grading. In a promising area of exploration and industrial development of deposits identified the most likely types of frozen soils, a study changes in temperature, humidity, particle size distribution and grain size stony inclusions. Investigations were carried out in terms of probability of occurrence in the prepared frozen soil of a particular faction, the probability distribution over the depth of the trench humidity and temperature under natural freezing. Established laws of distribution of the investigated parameters offrozen soil. .
Keywords: reclamation deposits, frozen ground, earthmoving machinery, density distribution, soil temperature, soil moisture, Inclusions, temperature.
При обустройстве нефтяных и газовых месторождений, при рекультивации их выполняемые земляные работы на мерзлый и вечномерзлый грунт исчисляются объемом более 1 млн м3 грунта в год, стоимость их выполнения достигает 150 руб./м3. Наиболее вероятная толщина выравниваемого слоя в условиях резко пересеченной местности составляет от 0,4 м до 1,0 метра.
Грунтовые условия работы землеройной техники характеризуются наличием каменистых включений, высокой прочности грунта, большую часть года, находящегося в мерзлом состоянии, расположением участков мерзлоты на глубине от 0,4 м. Разрабатываемые мерзлые грунты, включающие в себя вечно мерзлые грунты и сезонно-мерзлые грунты состоят из твердых скелетных частиц, льда, незамерзшей воды и воздушных пор, отличаются рядом физических свойств, которые
Секция «Проектирование машин и робототехника»
определяют физико-механические осложнения при их резании рабочими органами землеройных машин. Сочетание талых грунтов и участков с выходом вечной мерзлоты оказывают дополнительное негативное влияние на процесс резания, способствуют снижению производительности и надежности землеройных машин [1-3] Преимущество мерзлые грунты Сибири представлены супесчаными грунтами и суглинистыми, вероятность их встречаемости равны 0,39 и 0,25 вероятность (р) встречаемости скальных грунтов не более 0,015, вероятность встречаемости глинистых грунтов достигает 0,13 [4].
0,35 0.30
л
"V \
\ V гк \
! 1 \ \
/ 1 V
/ / / д —V
'"1 \
■20 -18 -16 -14 -12 -10 -3 -6 -4 -2 0 +2 Т, оС
Рис. 1. Графики функций плотности распределения минимальных температур мерзлых грунтов: 1 - глубина 0,4 м; 2 - глубина 1 м
Р1
0.25 0.20 0.15 0.10 0.05
■Г"'*
\
1/
/
т
к
\
0 2 4 6 Е 10 12 14 16 15 20 22 24 26 26 30 32 34П,%
Рис. 2. Графики функций плотности распределения влажности мерзлых грунтов: 1 - глубина 0,4 м; 2 - глубина 1 м
Анализ распределения минимальных температур мерзлых грунтов (рис. 1) показывает, что наиболее вероятным диапазоном изменения температур с вероятностью 0,60 на глубине 0,4 м является температура от -4 до -10 оС [5]. При этом распределение температур надежно %2 = 14,93 выравнивается нормальным законом с математическим ожиданием 0,6103.
Для глубины 1,0 м наиболее вероятным будет интервал температуры мерзлого грунта от -2 до -6 оС. Распределение также надежно выравнивается нормальным законом с математическим ожиданием 3,48.
При равных температурных условиях грунтов, их гранулометрическом составе важной характеристикой исследуемой среды является влажность [6; 7]. Для определения влажности разрабатываемых мерзлых грунтов проведены исследования на глубинах от дневной поверхности на глубину до 1 метра (рис. 2). В результате исследований получены вариационные ряды и графики функции плотности распределения влажностей мерзлых грунтов на глубинах 0,4 и 1,0 м. Критерий Лапласа-Шарлье распределения значений влажностей мерзлых грунтов до 1,0 м равен 9,56, математическое ожидание для этой толщины грунта равно 18,55 % [8].
Вероятность изменения значения влажности мерзлого грунта от 13 до 24 % на глубине 0,4 м составляет 0,8, такая же вероятность характерна для этого диапазона влажностей и на глубине 1 м, вероятность влажности мерзлого грунта в диапазоне от 10 до 28 % составляет 0,9 [9].
Библиографические ссылки
1. Васильев С. И., Иванчура В. И., Ереско С. П. Вероятностные физико-механические характеристики грунтов Восточно-Сибирского региона // Транспортное строительство. 2013. № 3. С. 28-30.
2. Анферов В. Н., Васильев С. И., Кузнецов С. М. Обоснование надежности работы строительных машин : монография / Сиб. федер. ун-т : Институт нефти и газа. Красноярск, 2014. 164 с.
3. Васильев С. И., Анферов В. Н., Мелкозеров В. М. Технология подготовки грунтов к разработке в зимний период при освоении полезных ископаемых Восточно-Сибирского региона. Красноярск : Изд-во СФУ. 2011. 152 с.
4. Васильев С. И. Повышение эффективности разработки сезонномерзлых грунтов // Вестник Томск. гос. архитектурно-строит. ун-та. Томск, 2010. № 1. 194-200 с.
5. Разработка сезонно-мерзлых грунтов Восточной Сибири траншейными экскаваторами : монография / С. И. Васильев, С. П. Ереско, В. Г. Жубрин, Б. В. Осипенко // Красноярск: Изд-во СФУ. 2010. С. 140.
6. Васильев С. И., Ереско С. П., Осипенко В. Б. Прогнозирование условий разработки сезонно-мерзлых грунтов // Наука и техника в дорожной отрасли. 2010. № 4. С. 35-38.
7. Васильев С. И., Ереско С. П. Исследование прочностных характеристик сезонно-мерзлых грунтов Сибири и Севера // Системы. Методы. Технологии. 2010. № 5. С. 93-99.
8. Васильев С. И., Ереско С. П. Исследование процесса резания мерзлых грунтов с гравийно-галечниковыми включениями роторными рабочими органами // Системы. Методы. Технологии. 2010. № 8. С. 145-153.
9. Показатели эффективности разработки мерзлых грунтов рабочими органами землеройных машин / С. И. Васильев, С. П. Ереско, Б. В. Осипенко, В. Л. Шустов // Горные машины и автоматика. М. : Новые технологии. 2003. № 10. С. 22-24.
© Ортман А. С., 2015
