Как землесосный снаряд с гидрорыхлением разрыхляет уплотнённый песок?
Землесосный снаряд с гидроразмывом разрыхляет уплотнённый песок, направляя воду под давлением в грунт рядом с всасывающим патрубком. Вода проникает в песок и нарушает связи между его зёрнами, уменьшая силы, которые удерживают их вместе. Когда песок отделяется, он смешивается с водой и в виде пульпы поступает во всасывающую трубу.
Этот метод наиболее эффективен, когда струи проникают в отложение, а система всасывания способна удалять разрыхлённый материал с достаточной производительностью. Для плотного песка может потребоваться больше времени и тщательное управление процессом; цементированные слои, глина и погребённые обломки могут создавать проблемы, которые не всегда удаётся решить только водяными струями.
Что происходит, когда водяная струя попадает в уплотнённый песок?
Уплотнённый песок состоит из плотно прилегающих друг к другу зёрен. Контакт и трение между ними помогают грунту сопротивляться перемещению. Струя подаёт воду внутрь этой структуры и воздействует на неё, раздвигая зёрна и создавая локальную турбулентность. Когда между частицами повышается давление воды, эффективные силы контакта между ними могут уменьшаться, и песок начинает перемещаться легче.
Это не означает, что всё отложение сразу превращается в жидкость. Обычно разрыхление происходит в ограниченной зоне вокруг струи. Размер этой зоны зависит от расположения сопел, энергии струи, достигающей грунта, и способности воды проходить через материал. Крупный чистый песок может вести себя иначе, чем мелкий песок с примесью ила или глины, даже если на поверхности оба кажутся твёрдыми.
После того как частицы приходят в движение, всасывающий патрубок захватывает их вместе с окружающей водой. Затем насос земснаряда перемещает смесь по напорному трубопроводу. Струи подготавливают материал к транспортировке, но для его удаления по-прежнему необходима насосная система с трубопроводом.
Почему плотный песок может замедлить процесс
Плотный песок сильнее сопротивляется проникновению струи, чем рыхлый. Сначала струя может нарушить структуру только открытой поверхности, поэтому оператору может потребоваться постепенно углубляться в отложение, а не пытаться удалить глубокий слой за один проход. Скорость реакции грунта также зависит от размера и гранулометрического состава зёрен, а также от наличия мелких частиц.
Уплотнение — не то же самое, что цементация. Плотно уложенные зёрна песка можно разрыхлить водой, но связанные минералами зёрна образуют гораздо более прочный слой. Струя может размывать открытые края или менее прочные участки, но не разрушать слой с практической скоростью. Аналогично, глина может сохраняться в виде связных комков, а не распадаться на отдельные зёрна.
Поэтому одного поверхностного описания, например «твёрдый песок», недостаточно для прогнозирования эффективности разработки. Более полезны образцы грунта или данные скважин, показывающие глубину залегания и состав отложения, особенно если прочный слой покрыт рыхлым материалом.
Давление струи — лишь один из факторов
Более высокое давление на насосе гидроразмыва не обязательно означает более высокую производительность. Важно, насколько эффективно струя воздействует на песок и попадают ли разрыхлённые частицы во всасывающий патрубок.
Положение и направление сопел влияют на этот процесс. Если сопло находится слишком далеко от грунта, значительная часть энергии струи может рассеяться в окружающей воде. Если струя направлена неправильно относительно всасывающего патрубка, она может взмучивать песок за пределами зоны захвата, и часть материала снова осядет, не попав в трубу.
Расход воды и конструкция сопел важны наряду с давлением. Сопла должны подавать достаточно воды, чтобы эффективно разрыхлять материал на рабочем участке. Узкая концентрированная струя и более широкий поток могут по-разному воздействовать на одно и то же отложение, поэтому эффективная конфигурация зависит от рабочего органа земснаряда и разрабатываемого грунта.
Производительность всасывания и концентрация пульпы также задают практические ограничения. Избыток воды в смеси означает, что насос перемещает относительно мало песка при большом объёме потока. Слишком высокая доля песка затрудняет транспортировку смеси и повышает риск отложений или засорения трубопровода. На оптимальный баланс влияют производительность насоса, диаметр трубопровода, расстояние транспортировки и высота подъёма.
Иными словами, мощная струя не может бесконечно компенсировать несоответствие транспортной системы условиям работы. И наоборот, крупный насос не сможет эффективно втягивать плотно упакованный песок, если грунт недостаточно разрыхлён.
Как определить, эффективно ли работает система
Оператору необходимо оценивать разработку грунта и его транспортировку в совокупности. Видимое взмучивание грунта само по себе не доказывает, что песок эффективно извлекается: струя может взвешивать частицы, которые так и не достигают всасывающего патрубка. И наоборот, постоянный поток в трубопроводе не обязательно означает, что в нём содержится высокая доля песка.
Изменения в работе насоса, расходе на выходе и количестве поступающего осадка могут помочь определить, не продвигается ли рабочий орган слишком быстро и не становится ли смесь трудной для транспортировки. Значение этих признаков зависит от контрольно-измерительных приборов земснаряда и условий работы; изменения также могут быть вызваны засорением, попаданием воздуха во всасывающую систему или изменением состава грунта.
При снижении производительности следует проверить разрабатываемый материал, положение рабочего органа, состояние сопел гидроразмыва и всасывающего патрубка, а также работу насоса и трубопровода. Простое увеличение давления струи может не устранить причину.
Когда гидроразмывочное всасывание подходит для работы?
Гидроразмывочное всасывание — подходящий вариант для подводных песчаных отложений, которые можно разрыхлить гидравлически и подать к всасывающему патрубку без чрезмерного разбавления. Для проектов на реках, озёрах и побережье этот метод может быть эффективен при условии, что характеристики грунта, глубина разработки и схема отвода пульпы соответствуют оборудованию.
Работа усложняется, если грунт содержит значительное количество глины, цементированного материала, крупных камней, корней или другого мусора. Эти материалы могут сопротивляться воздействию струй, засорять патрубок или нарушать надёжность перекачки. Даже в песчаном отложении слои могут настолько различаться, что оборудование, эффективно работающее у поверхности, будет хуже справляться на большей глубине.
Водяные струи также взмучивают осадок за пределами зоны захвата насоса. Если важно ограничить количество взвешенного осадка, метод работ и меры контроля на площадке должны учитывать местные условия. Более интенсивное разрыхление не всегда лучше, если значительная часть материала выходит за пределы зоны всасывания.
Чем он отличается от земснаряда с фрезерным рыхлителем?
Земснаряд с фрезерным рыхлителем использует вращающийся фрезерный рабочий орган для механического разрушения грунта вокруг всасывающего патрубка. Это другой способ разработки грунта, а не просто земснаряд с гидроразмывом и более мощным насосом. Механическое рыхление может быть целесообразно, если отложение слишком плотное или связное для эффективного гидроразмыва, хотя пригодность фрезерного оборудования по-прежнему зависит от фактических характеристик грунта и конфигурации оборудования.
В качестве примера можно привестиземснаряд с фрезерным рыхлителем YLCSD450 — машину фрезерного типа, предназначенную, в частности, для дноуглубительных и намывных работ на реках, озёрах, морях и водохранилищах. Заявленная глубина разработки составляет 14 m, но сама по себе эта величина не определяет производительность на конкретном участке. При выборе оборудования также необходимо учитывать характеристики материала и схему отвода пульпы.
Перед сравнением машин следует определить, что находится под поверхностью: толщину песчаного слоя, наличие глины или цементированных слоёв, а также камней и мусора. Затем нужно учесть требуемую глубину разработки и место, куда необходимо отводить пульпу. Эти сведения позволяют надёжнее оценить, смогут ли водяные струи разрыхлить отложение и справится ли насосная система с его эффективной транспортировкой.
