МЕХАНИЗМ ВОЗДЕЙСТВИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СТРУЙ НА РАЗРУШАЕМЫЕ ГРУНТЫ И ПОРОДЫ
Гидромониторная струя, обрушивающаяся на забой, несет в себе количество энергии равное
При встрече напорной струи с поверхностью грунта происходит сложное явление, результатом которого является процесс разрушения грунта. Имеющиеся исследования позволяют представить следующую общую физическую картину этого явления:
на грунт действует гидродинамическая сила струи, причем, поскольку сама струя несколько пульсирует, давление также имеет непостоянный, пульсирующий характер;
под воздействием большого динамического давления на поверхности вода интенсивно проникает в поры грунта и, передавая пульсирующее давление струи на скелет грунта, вызывает его разрушение;
при встрече с поверхностью грунта струя растекается и, захватывая твердые частицы и куски породы, одновременно размывает и уносит грунт.
Можно считать, что при разрушении глинистых грунтов основное воздействие оказывают гидродинамическое давление струи и размывающая способность струи при ее растекании. Для песчаных грунтов большее влияние на процесс разрушения оказывает проникание воды в поры грунта.
Как уже отмечалось, эффективность разрушения и размыва грунта струей воды существенно увеличивается (особенно плотных грунтов), если грунт предварительно разрушен.
В зависимости от направления струи к плоскости обнажения возможны следующие схемы разработки грунта:
струя направлена нормально к уступу обнажения грунта (забою). В этом случае гидромонитор установлен на поверхности уже размытого грунта (подошве размыва). Размытый грунт, увлекаемый стекающей водой (водно-грунтовая смесь), направляется от забоя навстречу направлению действия струи. Эта схема называется напорным размывом со встречным забоем;
направление струи совпадает с направлением движения водно-грунтовой смеси; гидромонитор установлен на поверхности еще не размытого грунта, однако размыв грунта производится с образованием уступа забоя. Эта схема называется напорным размывом с попутным забоем (рис. 16).
Каждая из рассмотренных схем имеет свои преимущества и недостатки.
При напорном размыве со встречным забоем забой имеет наибольшую высоту, что дает возможность разрабатывать грунт с подрезкой. Струя имеет направление, близкое к нормальному по отношению к стенке забоя, чем достигается высокая эффективность размыва. К недостаткам этого способа следует отнести удаленность гидромонитора от стенки забоя, что определяется требованиями техники безопасности из-за возможности обрушений грунта, и мало удобный отвод образующейся водно-грунтовой смеси из забоя; в этом случае струя гидромонитора не может быть использована для улучшения отвода смеси.
При напорном размыве с попутным забоем гидромонитор может быть установлен ближе к забою, в результате чего повышается эффективность струи по размыву. Струю можно использовать на подгоне водно-грунтовой смеси к приемным устройствам. При расположении гидромонитора на поверхности еще не размытого грунта высота забоя уменьшается, в результате чего эффективность разработки грунта снижается.
При разработке грунта вторым способом эффективность разработки уменьшается также за счет того, что струю направляют к поверхности разрабатываемого массива обычно под острым углом, вследствие чего, как это было показано выше, например формула (13), динамическое воздействие струи на грунт снижается.
При напорном размыве с попутным забоем оказывается затруднительной подрезка грунта и организация его предварительного разрушения.
На практике большее распространение получил первый способ работы — встречным забоем. Этот способ особенно эффективен на плотных и связных грунтах, когда необходимо разрушать грунт подрезкой забоя.
Способ разработки грунта с попутным забоем обычно применяют при разработке рыхлых суглинистых и песчаных грунтов.
Установить расчетным путем потребное для разработки того или иного грунта количество воды (расхода воды) пока не представляется возможным. При составлении проектов организации работ приходится пользоваться данными практики, которые даются в нормативных материалах.