ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ
Основными факторами, определяющими эффективность применения гидромеханизации, являются следующие.
1. Наличие достаточного количества воды. При гидромониторной разработке грунтов и горных пород на каждый кубометр разрабатываемого грунта требуется определенное количество воды, зависящее от свойств разрабатываемого грунта, качества применяемого оборудования, параметров гидравлической струи и принятой схемы разработки. Это количество воды называется удельным расходом и для различных грунтов и горных пород изменяется в широких пределах — от 1 до 50 м3 и более.
В тех случаях, где дебит естественных источников, используемых гидромеханизацией, оказывается недостаточным, размыв и гидротранспорт осуществляются с использованием оборотной воды. Вода, освободившаяся от грунта, собирается и самотеком или насосами подается обратно к месту разработки или к головным сооружениям гидротранспортцой установки. Естественные потери воды (на смачивание грунта, фильтрацию и пр.) пополняются из источника. Такая подпитка может составлять 10—15% расхода оборотной воды.
2. Рельеф местности на территории размещения карьеров и по трассе гидротранспортных систем. Рельеф местности на территории разработки грунта определяет условия движения гидросмеси внутри карьера, а профиль трассы транспортирования — вид гидравлического транспорта (самотечный или напорный), принимаемый в данных условиях. Самотечный (безнапорный) гидротранспорт применяют в тех случаях, когда естественный уклон местности, по которой запроектирована трасса гидротранспортирования, не менее 0,05. При малых положительных или отрицательных уклонах местности или при необходимости транспортировать грунт на высокие отметки искусственных сооружений, например при возведении высоких плотин, приходится применять напорный гидротранспорт, т. е. гидротранспорт по трубам, с использованием для нагнетания гидросмеси землесосов или гидроэлеваторов.
3. Наличие достаточного количества грунтов требуемого качества, мощность и условия их залегания. В зависимости от назначения (намыв плотин, инертные для бетона, намыв территории и т. д.) к добываемым грунтам предъявляют различные требования по составу и допустимости тех или иных примесей. Учитывают необходимые запасы грунта и глубину их залегания. При весьма значительных мощностях вышерасположенных грунтов иногда оказывается невыгодным добывать удовлетворяющий требованиям нижележащий грунт.
4. Свойства грунтов, определяющие эффективность их разработки. При создании деловых выемок и производстве вскрышных работ грунт удаляется в отвалы, и его прочие качества обычно не интересуют гидромеханизаторов.
Естественно, что песчаные грунты разрабатываются гидромеханизацией эффективнее, чем, например, тяжелые жирные глины, грунты с валунами, сланцы и прочие связные грунты. При необходимости разрабатывать связные грунты часто оказывается целесообразным применять комбинированные способы разработки, например разрабатывать грунт какими-либо землеройными машинами или взрывами, а транспортировать его водным потоком.
5. Климатические условия. Применение гидромеханизации эффективнее при положительных температурах воздуха. Естественно, что при отрицательных температурах, когда грунт и вода смерзаются, условия разработки грунта ухудшаются и удельные расходы воды увеличиваются. Однако за последнее время гидромеханизация постепенно утрачивает свой сезонный характер, и ныне обоснована техническая возможность и во многих случаях экономическая целесообразность применения гидромеханизации при низких температурах.
6. Горно-геологические условия, которые определяют возможность и эффективность применения гидромеханизации в горной промышленности при добыче полезных ископаемых в подземных (шахтных) условиях и открытым способом.
7. Гидрологические условия, которые обусловливают выбор способа разработки грунта. Если карьер не может быть затоплен грунтовыми водами или водами близрасположенно- го водоема или реки (такие карьеры называются открытыми или незатопленными), то применяют гидромониторную разработку грунта. Если же карьер может быть затоплен (такие карьеры называются закрытыми или затопленными), то в этом случае оказывается более эффективной землесосная разработка грунта.
8. Наличие электроэнергии. Процессы гидромеханизации достаточно энергоемки, оборудование мощное и приводится в действие в основном от электромоторов, поэтому необходимо учитывать наличие достаточного количества дешевой электроэнергии. Паровые машины и локомобили, применявшиеся в первые годы развития гидромеханизации, ныне используются в исключительных случаях. Для применения гидравлических методов при разработке и транспорте различных материалов; необходимо иметь источники электроэнергии. Иногда такие источники энергии в виде тепловых станций или дизельных установок приходится создавать специально. В некоторых условиях электростанции перемещаются за фронтом работ на плавучих средствах (например, при создании русла канала, проходящего через песчаные пустыни) или на платформах по рельсовому пути.
9. Наличие специально подготовленных кадров гидромеханизаторов. Процессы разработки, гидротранспорта и укладки грунта столь сложны, что управление ими требует специальных знаний и навыков. Оборудование гидромеханизации стало достаточно сложным, поэтому эффективное его использование также требует опытных, хорошо подготовленных специалистов. Инженер-гидромеханизатор должен хорошо знать свой основной предмет — гидромеханизацию, иметь хорошие знания по гидравлике, а часто и по другим наукам — гидротехнике, гидрологии, механике грунтов, электротехнике, теплофизике — и быть хорошо подготовленным по фундаментальным дисциплинам физико-математического цикла.
Опыт использования гидромеханизации в различных областях производства показывает, что применение гидромеханизации способствует значительному повышению производительности труда, снижению стоимости единицы разрабатываемого материала (по сравнению с «сухими» способами разработки грунтов).
К недостаткам гидромеханизации следует отнести ее меньшую эффективность при разработке связных и сцементированных грунтов. В настоящее время есть опыт эффективной разработки связных грунтов оборудованием и приемами гидромеханизации, но в некоторых, особо тяжелых, случаях (например, уборка терриконов) следует сочетать механическое разрушение связного грунта (породы) и гидравлический транспорт разрушенного материала (комплексная механизация).
10. Экономические аспекты гидромеханизации. В некоторых условиях производства земляных или горных работ оказывается, что из всех способов применим только способ гидромеханизации. В большинстве же случаев вопрос о выборе способа производства работ решается методом сравнения по экономической эффективности. Так, при разработке несвязных грунтов экономически целесообразным может оказаться гидравлический способ, а при разработке связного или скального массива целесообразнее применить метод взрывов или какой-либо иной механический способ разрушения. При разработке некоторого промежуточного по связности грунта оба способа—гидравлический и механический — могут оказаться сопоставимыми. Обоснованием выбранного способа должен быть технико-экономический расчет.
Прежде всего надлежит обосновать преимущественную эффективность выбираемого способа (например, гидротранспорта при сопоставлении с другими видами транспорта: железнодорожным, автомобильным, пневмокон- тейнерным и пр.); при вариантных расчетах следует учитывать количество транспортируемого (в год) материала, дальность транспортирования и рельеф местности (трассы транспортирования). За оценочный критерий эффективности сравниваемых вариантов принимают приведенные затраты, представляющие сумму эксплуатационных и капитальных затрат.