Гидромеханизация

Одним из видов механизации земляных работ в соответствующих природных условиях является гидравлический способ, или гидромеханизация. Для разработки грунта гидромеханическим способом применяют гидромонитор (гидравлический рыхлитель), используя при этом не только размывающее свойство воды, но и ее разрушающее действие. Роль человека сводится к управлению гидромонитором и обслуживанию насосных агрегатов. Такой гидравлический способ начал применяться с XIX в. в горных разработках сначала с самотечной, а затем с напорной водой.

Особое внимание привлек гидравлический способ разработки, предложенный в 1856 г. Пакулевым [50] и освоенный в 1858 г. инженером Лавровским на приисках компании Зотова. Применение машины Пакулева вызвало широкий отклик в печати [51].

Практический опыт применения гидравлического способа разработки пород накопили русские горные инженеры К. Ф. Пеньевский, М. А. Шостак, Е. А. Черкасов, К. А. Кулибин и др. Вот типичная для того времени схема гидравлических работ: сперва выбирали россыпь с элементами залегания, благоприятными для гидравлических работ, затем создавали водохранилище с необходимым напором, потом направляли размытые пески по сплоткам на шлюзы, для промывки и улавливания золота и, наконец, сливали "хвосты" в овраг или речку.

В 1884 г. К. Ф. Пеньевский водой под напором 6-9 м вел съемку мерзлых грунтов в бортах разреза, выработанного на р. Негри (Ныгры), притоке Лены. Это дало хорошие результаты, хотя торф не столько разрушался водой, сколько разламывался и оттаивал за счет теплообмена [52].

В 1886 г. горный инженер М. А. Шостак впервые в России применил гидравлический способ разработки грунтов с помощью элеватора. В ограниченных масштабах испытания проводились при разработке золотосодержащих пород Куджертайского прииска. Цифровых выводов сделано не было, но "опыт убедил присутствующих, что работа брызгалом много раз выгоднее работы людей" [53]. Гидроэлеватор, или водоструйный насос, работал по принципу эжектора. Основными конструктивными элементами гидроэлеватора были диффузор, горловина, камера смешения и насадка.

До применения гидроэлеваторов область использования гидравлического способа для разработки россыпных месторождений была ограничена природными условиями, т. е. разрабатывались лишь те месторождения, где не требовался подъем размытой породы. С применением гидроэлеваторов представилась возможность поднимать размытую породу на некоторую высоту, что уменьшило зависимость работ от естественных условий. Область использования гидроэлеваторов значительно расширилась.

Несколько позднее (1888) на р. Чебалсук в Абаканской тайге начала работать гидравлическая установка, созданная Е. А. Черкасовым.

В 1891 г. М. А. Шостак провел гидравлические работы значительного объема в Олекшинском округе по р. Негри [52]. Размывались золотосодержащие пески при напоре 30 м. На один объем породы требовалось около 50 объемов воды. Стоимость добычи 10 м³ песков составила 6 руб. вместо 14 руб. 46 коп. при обычных работах. В статье Шостака о результатах этих работ впервые приведен расчет гидроэлеватора. На основе теоретических предпосылок автор пришел к выводу, что для разрушения пород средней "мывкости" необходима скорость струи воды не менее 15 м/сек, а диаметр насадки не менее 38 мм.

Обобщение опыта и создание теоретических основ гидравлического способа разработки грунтов принадлежат профессору Петербургского горного института И. А. Тиме, который был одним из первых исследователей гидроэлеваторов. Для этой цели он использовал модель гидроэлеватора с конической камерой смешения и передвигающейся насадкой по отношению к входу в эту камеру.

В 1891 г. И. А. Тиме опубликовал работу [54], в которой впервые дан анализ движения водного потока в гидромониторе. Струя воды, разрушающая и смывающая породы, вытекает из подвижной насадки под большим напором, обыкновенно от 50 до 180 м. При этих напорах струя сохраняет компактную цилиндрическую форму на расстоянии до 50 м от водобоя и на расстоянии до 60-65 м бьет почти с той же силой, как и вначале. При ударе железным ломом по струе у самого водобоя лом выпадает из рук. "Струя воды при этих условиях может моментально убить быка", - резюмирует И. А. Тиме свои теоретические исследования водобоев. Изменения качества струи от расстояния Тиме объясняет сопротивлением воздуха. Указания по изготовлению насадок и установке ребер внутри трубы гидромонитора дали возможность широко использовать гидравлический способ в различных областях техники. Они остаются полезными и в наше время.

К работам по исследованию гидромониторов следует добавить статьи горного инженера В. Реутовского и его "Курс разработки золотых россыпей гидравлическим путем" [55]. Трудами Тиме и Реутовского были заложены основы теории гидромеханизации: они послужили исходными для дальнейших практических работ по гидромеханизированному способу разработки грунтов.

В строительном деле гидроэлеватор был использован впервые в нашей стране еще в 1875 г. на кесонных работах при строительстве Литейного моста в Петербурге.