Способы производства гидромеханизированных работ

Способы производства гидромеханизированных работ
Производство гидромеханизированных работ с использованием ПКН типа PNEUMA осуществляется тремя основными способами:
1.Разработка залежи углубочно ворoнковым способом.
2.Разработка залежи вертикально-стволовым способом.
3.Горизонтальная разработка залежи послойной срезкой.

1. Разработка залежи углубочно воронковым способом применяется для разработки рыхлых пород, обладающих текучестью (ила, песка, гравия), на большой глубине и большой мощности разрабатываемого пласта.

Технология выполнения работ Камеры ПКН подвешивают на стальном тросе с помощью крана или подъемной лебедки. Для начала работ камеры погружаются до тех пор, пока ГЗУ насоса не коснутся дна. За счет ослабления натяжения троса подъемной лебедки и под тяжестью собственного веса ГЗУ насоса постоянно остаются погруженными в породу, производя её всасывание. Вследствие воздействия внешнего гидростатического напора, сразу же после сброса давления сжатого воздуха поочередно из каждого цилиндра, происходит мгновенная подача гидросмеси через ГЗУ и входные патрубки в камеры. Интенсивность всасывания гидросмеси возрастает по мере увеличения глубины погружения камер насоса.

При всасывании несвязных пород в призабойной зоне не возникает никакой мутности, т.к. в ГЗУ насоса не используется никаких вращающихся приспособлений или фрез. Ниже приводится фотография, на которой показано образование ямы во время первой фазы всасывания.

2. Разработка залежи вертикально-стволовым способом применяется для разработки рыхлых пород, обладающих структурной вязкостью (илистые и гилинисто-илистые донные отложения)
Методы выполнения рабочих операций
Разработка пород углубочно воронковым способом, как указано выше, возможна лишь в случае разработки несвязных пород, обладающей достаточной текучестью. Илистые и глинистые породы обладают структурной вязкостью и не текут, отработка залежи при этом происходит отдельно стоящими шахтами (стволами), имеющими практически вертикальные стенки. Схема такой отработки структурированных илов показана на рисунке 1.9.
В результате чего при первичной проходке выбирается около 20% грунта отрабатываемого поля. После некоторого времени вода проникает в образовавшиеся вертикальные стенки внутреннего пространства залежи (целики) и они от увеличившейся влажности  и под действием собственного веса теряют свою устойчивость, обрушиваются и заполняют нижние части стволов (Рисунок 1.10). Так например, как показано на рисунке 1.11 при площади отрабатываемого поля в 3072м2  (64м х 48м) и мощности залежи в 10м, приходится выбирать 48 стволов диаметром около 4м, 48 подъемов насоса на высоту 11м над поверхностью грунта.

Рисунок 1.9.    Вид донной поверхности в разрезе во время отработки структурированных илов пневматическим земснарядом: 1-земснаряд, 2 – погружные камеры ПКН,   3 - структурный ил,  4 - ствол,  5 - целик.

Рисунок 1.10. Вид донной поверхности после обрушения вертикальных стенок и целиков и заполнения стволов.

Объем выбираемого грунта из 48 стволов составит 6029м3. Не выбранный объем составляет при  этом  24 691м3. Объем первичной выборки составляет 19,6% от объема отрабатываемого поля. Толщина грунтовых стенок между выбранными стволами составляет порядка 1,65м.

Рисунок 1.11. Схема отработки илистого пласта в плане пневматическим погружным насосом: D–диаметр вырабатываемого ствола и остающегося целика; А- ширина оставляемой вертикальной стенки между стволами.

3. Послойная разработка залежи с горизонтальным перемещением насоса применяется при разработке связных пород (глины, глинистых илов и.т.п.), слипшихся и загрязненных донных отложений с сопротивлением породы сдвигу до 75 кН/м2.

Технология выполнения работ Для устойчивой работы насоса и подачи гидросмеси с максимальным содержанием твердого необходимо обеспечить равномерную подачу разрабатываемой породы к ГЗУ насоса. Это осуществляется за счет буксировки и горизонтального перемещения насоса и принудительной подачи породы через ГЗУ в камеры по мере их продвижения вперед. С этой целью насосы PNEUMA оборудуются горизонтальным ГЗУ сплошного или раздельного типа, а земснаряд оснащается четырьмя ходовыми лебедками: две лебедки предназначены для рабочего хода, а две другие  предназначены для возвратного хода земснаряда. Лебедки перемещают понтон земснаряда со скоростью.

от 1 до 5 м/мин в зависимости от плотности разрабатываемой породы и производительности насоса.
Скорость возвратного хода больше скорости рабочего хода и обычно составляет 20-30 м/мин.
Корпус насоса сверху подсоединен тросом к подъемной лебедке, расположенной на корме понтона, а ГЗУ насоса подсоединены тросом к лебедке системы позиционирования, расположенной на носу понтона. Такая система обеспечивает равномерность движения земснаряда, которое напрямую передается и погруженному под воду насосу через ГЗУ, которое врезается в породу, производя её всасывание.
С помощью этой системы становится возможным достичь очень высокой концентрации твердого в гидросмеси, например, 80-90% от плотности в естественном состоянии (в теле). Это достигается за счет того, что ГЗУ насоса снабжено неподвижно закрепленными  ножами, которые по мере продвижения насоса вперед разрезают породу на полосы, что облегчает её проникновение внутрь камер за счет гидростатического напора.
Благодаря своей особой форме ножи ГЗУ остаются постоянно погруженными в породу, подвергаемую всасыванию. В результате этого лишь незначительное количество свободной воды может попадать в насос и смешиваться с твердым веществом. Аналогичной эффективности можно также достичь при всасывании загрязненных веществ. Кроме этого, технология фирмы Pneuma обладает одним явным преимуществом по сравнению с другими известными способами гидродобычи. Оно заключается в том, что не создается вторичного загрязнения водной среды из-за просора извлекаемой породы и образования облака взвеси в толще воды. Этого удается достичь за счет того, что неподвижно закрепленные ножи ГЗУ режут материал на очень медленной рабочей скорости продвижения земснаряда вперед.

 Технология работ на мелководье

На мелководье, с глубиной до 4/5 метров, ПКН PNEUMA можно применять в комплекте с вакуумной системой. При этом камеры насоса собирают фронтально в одну линию вдоль горизонтального ГЗУ,  подвешивают с помощью троса к крану или лебедке и погружают под воду по двум жестким вертикальным направляющим.

ОТСУТСТВИЕ МУТНОСТИ ВО ВРЕМЯ РАЗРАБОТКИ УПЛОТНЕННЫХ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ (ил-грязь-глина)

Система PNEUMA не создает вторичного загрязнения, возникающего обычно по причине предварительного рыхления  донных пород, так как неподвижно закрепленные на ГЗУ ножи режут породу послойно, позволяя ГЗУ проникать в породу при очень низкой скорости перемещения вперед, не применяя при этом рыхления породы с помощью механических фрез или гидрорыхление. Ловля рыбы вблизи работающей землесосного снаряда Pneuma является лучшим доказательством отсутствия замутнения воды.