ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА

Предполагаемая полезная модель относится к гидромеханизации, в частности, к техническим средствам добычи полезных ископаемых из-под воды.
Известно грунтозаборное устройство землесосного снаряда, включающее всасывающий наконечник и коллектор с соплами, при этом всасывающий наконечник разделен коллектором с соплами по высоте на две отдельные всасывающие секции (а.с. СССР №1208145, Е02F 3/88, 1984). Известное грунтозаборное устройство позволяет вести разработку грунта на различных глубинах. Недостатком известного устройства является низкая консистенция грунта, так как при всасывании размытого гидрорыхлителем грунта подсасывается большое количество чистой воды по периметру наконечника. Это снижает эффективность работы устройства. Кроме того, так как забор грунта осуществляется через узкую щель между наконечником и грунтом в условиях малой активной зоны всасывания, то режим грунтозабора постоянно изменяется из-за изменения свойств грунта, высоты его откоса, скорости перемещения устройства и т.д., что снижает производительность грунтозабора. Рыхление грунта осуществляется методом размыва, характеризующегося малой зоной активного рыхления. Это также снижает стабильность процесса грунтозабора, а при обрушении откосов грунта происходит забой наконечника и прекращение работы.
Известно также грунтозаборное устройство землесосного снаряда, включающее всасывающий наконечник со смежным ему водоподводящим каналом с элементом для регулирования проходного сечения и гидрорыхлитель, при этом нижняя часть разделительной стенки между всасывающим наконечником и водоподводящим каналом выполнена в виде одной или нескольких пластин, установленных с возможностью перемещения вдоль разделительной стенки (а.с. СССР №1155688, Е02F 3/88, 1982). В данном грунтозаборном устройстве процесс рыхления грунта предполагается осуществлять диффузионным способом, что повышает консистенцию водогрунтовой смеси. Однако забор грунта также осуществляется всасыванием через узкую щель. При этом величина всасывающей щели может регулироваться не только перемещением наконечника, но и изменением положения пластин, установленных на разделительной стенке между всасывающим наконечником и водоподводящим каналом, что повышает стабильность грунтозабора по сравнению с предыдущим техническим решением. Однако активная зона всасывания также остается малой, поэтому на стабильность процесса грунтозабора большое влияние оказывает множество факторов, что снижает производительность. Кроме того, необходимо отметить сложность рабочих перемещений грунтозаборного устройства, так как оно предназначено для работы только под слоем грунта. При наличии же связанных подстилающих слоев работа устройства вообще исключается.
Известно также грунтозаборное устройство землесосного снаряда, включающее наконечник с всасывающим зевом, трубу подвода воды и гидромонитор для рыхления грунта (Папулов В.И., Меньщиков А.И., Иванов А.С. Разработка подводных месторождений полезных ископаемых. - М.: ЦП НТГО, МГИ, 1983, с.12, рис.4.1г). Рыхление грунта может осуществляться гидромонитором как методом размыва, так и диффузионным методом, благодаря возможности осевого перемещения гидромонитора, что несколько повышает консистенцию водогрунтовой смеси. Однако забор грунта также осуществляется только всасыванием через узкую щель, поэтому активная зона всасывания остается малой, что исключает стабильность грунтозабора и снижает его производительность.
Известно и принято за прототип грунтозаборное устройство земснаряда, включающее наконечник с всасывающим зевом, трубу подвода воды, гидромонитор для рыхления грунта, снабженный соплами для транспортирования грунта, направленными в сторону наконечника (Патент РФ на полезную модель №47394 Е02F 3/88, 3/92 от 16.03.2005 г.). В известном техническом решении сопла для транспортирования грунта расширяют зону всасывания, что обеспечивает стабильность процесса грунтозабора. Однако в известном грунтозаборном устройстве и гидравлическое рыхление грунта и его транспортирование осуществляются Г-образными соплами, которые эффективны для гидротранспортирования, но, как показал опыт эксплуатации, неэффективны для гидрорыхления, что снижает зону взрыхленного грунта и производительность земснаряда.
Решаемая предполагаемой полезной моделью задача - повышение производительности забора грунта за счет повышения консистенции засасываемой водогрунтовой смеси.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого технического решения - увеличение зоны взрыхленного грунта.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном грунтозаборном устройстве землесосного снаряда, включающем наконечник с всасывающим зевом, трубу подвода воды, гидромонитор для рыхления грунта, снабженный соплами для транспортирования грунта, направленными в сторону наконечника, согласно предлагаемой полезной модели гидромонитор снабжен дополнительными соплами, установленными с возможностью создания зоны взрыхленного грунта впереди основных сопел по ходу движения монитора.
Возможны дополнительные варианты грунтозаборного устройства землесосного снаряда, в которых целесообразно, чтобы:
- дополнительные сопла для рыхления грунта были установлены радиально;
- оси дополнительных сопел были установлены в одной плоскости с осями основных;
- ось дополнительного сопла, установленного в вертикальной плоскости, направлена под углом 20-60° к горизонту.
Указанные преимущества, а также особенности предлагаемой полезной модели поясняются вариантами ее осуществления со ссылками на чертежи: на фиг.1 показан боковой вид устройства с гидромонитором; на фиг.2 - вид А на фиг.1 (вариант 1); на фиг.3 - вид А на фиг.1 (вариант 2); на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.1 (вариант 1); на фиг.5 - сечение В-В на фиг.1 (вариант 1); на фиг.6 - разрез Г-Г на фиг.1 (вариант 1); на фиг.7 - сечение Б-Б на фиг.1 (вариант 2); на фиг.8 - сечение В-В на фиг.1 (вариант 2); на фиг.9 - разрез Д-Д на фиг.4 и 7; на фиг.10 - разрез Е-Е на фиг.5 и 8; на фиг.11 - сечение Ж-Ж на фиг.9; на фиг.12 - сечение И-И на фиг.10.
Грунтозаборное устройство землесосного снаряда включает наконечник 1 с всасывающим зевом 2, трубу 3 подвода воды и гидромонитор 4 для рыхления грунта. Гидромонитор 4 снабжен соплами 5 для транспортирования грунта, а также дополнительными соплами 6 для рыхления грунта, установленными с возможностью создания зоны взрыхленного грунта впереди сопел 5 по ходу движения монитора 4. На мониторе установлены также сопла 7, 8 и 9 для подрезания подошвы откоса грунта. Наконечник 1 соединен с всасывающей трубой (на фиг. не показана). Над зевом 2 установлен экран 10, снижающий подсасывание чистой вода в зев. Экран соединен балками жесткости 11, 12 с монитором 4 и трубой 3 с образованием пространственной жесткой фермы, повышающей прочность грунтозаборного устройства. Грунтозаборное устройство может быть снабжено одним монитором 4 с соплами (фиг.2, 4, 5, 6), с двумя мониторами 4 (фиг.3, 7, 8) и более мониторами в зависимости от ширины всасывающего зева 2 грунтоприемника 1. Для обеспечения прочной установки сопел 5 на мониторе 4 предусмотрены ребра жесткости 13, а сопел 6-14.
Грунтозаборное устройство землесосного снаряда работает следующим образом. Перед началом работы подается вода по трубе 3 в гидромонитор 4 от насоса гидрорыхлителя (на черт. не показан). Затем наконечник 1 опускается на заданную глубину разработки и включается грунтовой насос (не показан). В процессе работы Грунтозаборное устройство перемещается вперед и опускается вниз, при этом гидромонитор 4 внедряется в грунт благодаря размывающему действию вытекающей из сопел 6, 7, 8 и 9 воды. Размытый грунт вытесняется поступающей вновь из сопел 6, 7, 8 и 9 водой к поверхности гидромонитора 4 и подхватывается струями воды, вытекающими из сопел 5 и транспортируется ими далее к всасывающему зеву 2. Сопла 5 установлены вдоль гидромонитора 4 и обеспечивают транспортирование грунта по всей его длине до всасывающего зева 2. Через зев 2 грунт поступает в наконечник 1 и далее по всасывающей трубе транспортируется к грунтовому насосу.
При работе ямным способом Грунтозаборное устройство опускается вниз. Гидромонитор и сопла также опускаются вниз, при этом струи воды из сопел 6 воздействуют на ложе грунта и размывают его. Грунт перемешивается с водой, вытекающей из сопел 6, с образованием зоны высоконасыщенной водогрунтовой смеси. При опускании грунтозаборного устройства в зону взрыхленного грунта, созданную соплами 6, поступают сопла 5. Струи воды, вытекающие из сопел 5, подхватывают размытый соплами 6 грунт и перемещают его к всасывающему зеву. При этом вода из сопел 6 воздействует на грунт под прямым углом, что обеспечивает высокую эффективность рыхления слежавшихся плотных грунтов, а сопла 5 только транспортируют грунт. Таким образом, снабжение сопел 5 дополнительными соплами 6 дает возможность разделить функции размыва и транспортирования, которые раньше выполняли только сопла 5, между ними с учетом их эффективности: сопла 6 рыхлят и готовят грунт к транспортированию, сопла 5 транспортируют. Следовательно, благодаря установке дополнительных сопел 6 обеспечивается эффективная работа ямным способом при разработке плотных слежавшихся грунтов.
При работе ямно-траншейным способом грунтозаборное устройство не только опускается вниз, но и перемещается вперед (вправо на фиг.1). Вытекающими из сопел 6 струями воды грунт взрыхляется: отделенный от ложа дна грунт перемешивается с водой, вытекающей из сопел 6, с образованием зоны высоконасыщенной водогрунтовой смеси. При перемещении вперед грунтозаборного устройства вслед за соплами 6, установленными впереди сопел 5 по ходу движения монитора, в зону взрыхленного грунта поступают сопла 5. Струи воды, вытекающие из сопел 5, подхватывают размытый соплами 6 грунт и перемещают его к всасывающему зеву. При этом вода из сопел 6 воздействует на грунт под прямым углом, что обеспечивает высокую эффективность рыхления слежавшихся плотных грунтов, а сопла 5 только транспортируют грунт. Следовательно, благодаря установке сопел 6 впереди сопел 5 по ходу движения монитора обеспечивается эффективная работа ямно-траншейным способом при разработке плотных слежавшихся грунтов.
Таким образом, при работе ямным и ямно-траншейным способами дополнительные сопла 6 создают зону взрыхленного грунта вокруг сопел 5, что обеспечивает эффективное рыхление соплами 6 и эффективное транспортирование грунта соплами 5, благодаря чему грунтозабор осуществляется с высоким насыщением водогрунтовой смеси. Подбирая оптимальные соотношения диаметров сопел 5 и 6 в зависимости от рода грунта и условий эксплуатации, достигается максимальная производительность грунтозаборного устройства по грунту.
Дополнительное сопло 7 обеспечивает подрез подошвы грунта перед монитором 4, способствуя его обрушению в зону работы сопел 5 и 6, что улучшает перемещение монитора вперед и способствует повышению насыщения водогрунтовой смеси. Установка этого сопла под углом β=20-60° (фиг.9) к горизонту обеспечит эффективное рыхление подошвы грунта при различных углах наклона грунтозаборного устройства к горизонту при изменяющейся глубине грунтозабора.
Дополнительные сопла 8 служат для подреза подошвы грунта по боковым сторонам от монитора 4, что исключает обвал грунта и обеспечивает равномерное насыщение водогрунтовой смеси.
Благодаря установке сопел 6 по длине гидромонитора 4 осуществляется размыв и взвешивание грунта по всей его длине, что обеспечивает повышение консистенции засасываемого грунта. При этом грунт находится во взвешенном состоянии по всей длине гидромонитора, и весь этот объем перемещается к зеву 2. Таким образом, зона активного всасывания увеличивается благодаря увеличению зоны гидравлического рыхления и составляет весь этот объем перемещаемого к зеву 2 грунта. При этом к зеву 2 поступает уже подготовленная водогрунтовая смесь, образовавшаяся в результате перемешивания грунта с водой, поступающей из сопел 5, 6, 7, 8 и 9. Подбирая соотношение расхода воды, вытекающей из сопел 5 и 6, в зависимости от рода разрабатываемого грунта, обеспечивается максимальная производительность земснаряда.
Формирование водогрунтовой смеси по длине гидромонитора 4 исключает влияние изменения свойств грунта в массиве на консистенцию водогрунтовой смеси: попадающиеся слежавшиеся прослойки грунта будут разрушаться струями воды из сопел 6 на протяжении всего движения грунта вдоль гидромонитора 4, и в зев 2 будет поступать однородная водогрунтовая смесь расчетной консистенции, что стабилизирует процесс грунтозабора и способствует увеличению производительности земснаряда. Благодаря большой протяженности зоны рыхления (взвешенного грунта) вдоль гидромонитора 4, попавшие крупногабаритные включения (например, булыжники) будут проваливаться в этой зоне вниз и не попадут в зев 2. Это снизит потери времени на очистку грунтопровода, что также повысит эксплуатационную производительность земснаряда. При внезапном обрушении свода грунта над грунтоприемником исключаются его завалы, так как грунт будет активно размываться струями из сопел 6, 7, 8 и 9 и транспортироваться к зеву 2 в виде водогрунтовой смеси, исключая срыв грунтозабора и остановку земснаряда для освобождения грунтоприемника от завала.
Установка сопел 6 впереди сопел 5 по ходу движения монитора 4 обеспечивает рыхление грунта перед соплами 5 и заглубление монитора с соплами в толщу грунта. Сопла 6 разрыхляют грунт перед соплами 5 и обеспечивают беспрепятственное перемещение монитора 4 с соплами вперед (вправо на фиг.9 и 10) в толщу грунта, обеспечивая высокую консистенцию засасываемой водогрунтовой смеси
Радиальная установка сопел 6 обеспечивает рыхление грунта вокруг монитора 4 на максимальном расстоянии, создавая максимальный объем взрыхленного грунта при заданном расходе воды через сопла 6, что расширяет зону рыхления грунта.
Установка осей дополнительных сопел 6 в одной плоскости с осями сопел 5 обеспечивает создание зоны взрыхленного грунта непосредственно перед соплами 5, что облегчает перемещение монитора 4 в толщу грунта и повышает тем самым консистенцию засасываемой водогрунтовой смеси.