ТЕХНОЛОГИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ КАНАВ И ТРАНШЕЙ

Проведение канав и траншей землеройными машинами

Способы проходки канав и траншей можно разделить на следующие: ручной, землеройными машинами, с использованием энергии ВВ и гидравлический.

Ручной способ проведения канав используют редко, в основном при поисках и съемке, при глубине канав до 1 м и небольшом объеме работ.

Наиболее перспективным способом является машинный. При этом способе используются одно- или многоковшовые экскаваторы, канатные и колесные скреперы, прицепные плужные и фрезерные канавокопатели, бульдозеры.

Экскаваторы применяют при проведении выработок в породах I—V категорий, а с предварительным рыхлением — в породах более крепких и мерзлых. Целесообразность использования экскаваторов определяется наличием большого объема работ, сконцентрированных на сравнительно легкодоступных для транспорта участках.

Проведение канав и траншей одноковшовыми экскаваторами включает в себя следующие процессы: разметку выработки на местности, подготовку подъездного пути для экскаватора, выемку породы в пределах контура канавы с перемещением ее на борт выработки или в транспортные средства. Экскаваторы типа обратной лопаты применяют для проведения разведочных канав, а работающие по принципу прямой лопаты — для проведения траншей. В первом случае экскаватор работает с земной поверхности, во втором — в выработке.

Для проведения геологоразведочных канав и траншей наиболее удобны универсальные строительные экскаваторы с вместимостью ковша от 0,06 до 1,0 м³ с механическим или гидравлическим приводом.

Универсальные одноковшовые экскаваторы выпускают на гусеничном или пневмоколесном ходу, а также на базе автомобилей и тракторов (рис. 30.1). Последние удобны для проведения геологоразведочных работ, так как имеют сравнительно высокую скорость, хорошую проходимость, могут использоваться с различным навесным оборудованием (в качестве подъемного крана, бульдозера и т. п.).

Рис. 30.7. Универсальный одноковшовый экскаватор:

1 — лемех; 2 — трактор; 3 — ковш

Многоковшовые траншейные экскаваторы и канавокопатели используют в породах I—III категорий и являются самоходными землеройными машинами непрерывного действия. В зависимости от вида рабочего оборудования эти машины подразделяются на две группы: 1) цепные траншейные экскаваторы и канавокопатели; 2) роторные траншейные экскаваторы.

Траншейный экскаватор или канавокопатель состоит из следующих основных частей: рабочего оборудования, включающего в себя ряд ножей или скребков, которые равномерно расположены на бесконечной цепи или роторном колесе; опорной рамы с гусеничными, колесным или гусенично-колесным ходом; двигателя с трансмиссией.

Ковши, открытые спереди и сверху, или скребки срезают слой породы и поднимают ее. В верхнем положении ковши разгружаются, и порода поступает на отвальный транспортер, с помощью которого подается в отвал или в транспортные средства.

Скребки перемещают породу по забою и выносят ее на поверхность земли, а затем порода передвигается на одну или обе стороны шнековыми или скребковыми транспортерами.

Для получения выемок различной глубины, а также для перемещения экскаватора в нерабочем состоянии рабочий орган может подниматься или опускаться с помощью специального подъемного механизма.

По расположению рабочего органа относительно направления движения траншейные экскаваторы и канавокопатели делят на три группы: продольного копания, в которых направление движения рабочего органа (цепи или ротора) совпадает или параллельно направлению движения машины; поперечного копания, в которых направление движения рабочего органа лежит в плоскости, перпендикулярной направлению движения машины; углового копания, в которых направление движения рабочего органа и направление движения машины составляют острый угол.

Наиболее распространен цепной траншейный экскаватор продольного копания (рис. 30.2). Основными его частями являются: замкнутая цепь с ковшами 1, огибающая ковшовую стрелу с ведущими и натяжными блоками и опорными роликами; опорная рама 4, на которой размещены двигатель, трансмиссия и система управления машиной; поперечный транспортер 3, перемещающий разрушенную породу в сторону; гусеничное ходовое оборудование 2.

Производительность многоковшового экскаватора или канавокопателя зависит от вместимости ковшей, скорости движения цепи и свойств горных пород. В среднем производительность многоковшовых экскаваторов в 1,5—2 раза выше, чем одноковшовых.

Рис. 30.2. Цепной траншейный экскаватор

Роторный траншейный экскаватор является самоходной землеройной машиной. Его рабочий орган состоит из двух колец, опирающихся ребордами на опорные катки, закрепленные в углах внутренней рамы. С наружной стороны к кольцам жестко крепят ковши, равномерно распределенные по окружности. При вращении ротора ковши из зоны резания переходят в зону разгрузки, в которой порода из них высыпается в расположенный внутри ротора поперечный ленточный транспортер.

Роторные экскаваторы делят на два типа: экскаваторы продольного копания и экскаваторы, у которых ротор находится под некоторым утлом к направлению движения машины. Эти экскаваторы состоят из следующих узлов: рабочего оборудования, установленного на специальной раме, шарнирно подвешенной к раме ходовой тележки машины; ходовой тележки, на которой расположено силовое оборудование трансмиссии, и кабины с механизмами управления.

Ленточный транспортер, расположенный внутри ротора, может выдвигаться для образования отвала с любой стороны выработки.

Роторные экскаваторы работают на гусеничном, гусеничноколесном или пневмоколесном ходу. По сравнению с цепными экскаваторами они характеризуются более высокой производительностью и большей надежностью. Выполняются, как правило, с полунавесным рабочим органом, а в качестве тягачей используют тракторы Т-100М, Т-130, Т-180.

В практике поисковых работ при проведении магистральных канав сравнительно небольшой глубины в породах, не содержащих крупной гальки и валунов, применяют прицепные плужные канавокопатели (рис. 30.3), представляющие собой самоходные машины или чаще прицепные тракторные агрегаты. Рабочий орган канавокопателя при протаскивании его в породе вырезает канаву трапециевидной формы глубиной 0,8—1,0 м. При проведении канав в районе распространения многолетней мерзлоты глубина канавы ограничивается обычно глубиной сезонного оттаивания и составляет 0,6—0,7 м. Скорость проведения канав зависит от мощности агрегата, свойств породы, угла наклона поверхности и длины разведочной линии. В зависимости от свойств пород усилие, необходимое для буксирования, изменяется в широких пределах и достигает 150—160 кН. В этом случае для проведения канав необходимо использовать совместную тягу двух-трех тракторов.

Рис. 30.3. Плужный канавокопатель:

• 1 — копающий орган; 2 — ходовая рама; 3 — блок полиспаста; 4 — трос выглубления; 5 — флюгерная колонка; 6 — тяговый трос; 7 — средний нож;
• 8 — тяговая рама

Для сокращения числа тяговых тракторов и увеличения глубины канав до 1,5 м буксирование канавокопателей осуществляют с помощью тяговой лебедки и якорного устройства, устанавливаемых на одном или двух тракторах. Плужные канавокопатели обладают простым устройством, недороги и в то же время имеют высокую производительность. Однако при использовании канавы, пройденной таким канавокопателем, для составления геологической документации необходимо провести дополнительный объем работ по расчистке и расширению ее дна, а также формированию берм безопасности между кромкой откоса канавы и породным отвалом.

В породах до VI категории геологоразведочные канавы проводят с помощью канатных скреперов. При предварительном рыхлении породы скреперы применяют и в более крепких и мерзлых породах.

По форме канатные скреперы разделяют на ящичные, зонтичные и гребковые. Зонтичные скреперы применяют при проведении канав в породах I—VI категорий, гребковые — в предварительно разрыхленных скальных породах, ящичные — в породах, требующих и не требующих предварительного рыхления.

При проведении разведочных канав канатными скреперами получили распространение два комплекса оборудования и энергетических установок:

• 1) комплексы, состоящие из скреперных лебедок, скреперов, концевых и оттяжных роликов и приспособлений для их крепления; электроснабжение скреперных лебедок осуществляется от небольших передвижных дизельных электростанций, кабельных или воздушных линий электропередачи или непосредственно от двигателей внутреннего сгорания;
• 2) комплексы, состоящие из скреперных лебедок, установленных на тракторах или тракторных прицепах (рис. 30.4).

Для проведения канав в труднодоступных районах используют скреперные установки, которые разбирают на отдельные узлы и доставляют к месту работ различными видами транспорта, в том числе и вьючным. Масса установки МСУ-0,1 составляет 642 кг, а самого тяжелого узла — 80 кг.

Рис. 30.4. Передвижная скреперная установка:

1 — упоры крепления блока; 2 — скреперная лебедка; 3 — трактор; 4 — карданный вал; 5 — салазки; 6 — скрепер; 7 — скреперный блок

В разборных скреперных установках используют скреперы зонтичного типа, режущая часть которых армирована пластинами твердого сплава. С внешней стороны зонта скрепера насажены шарнирные зубья, свободно отклоняющиеся при рабочем ходе и неподвижные при холостом, что обеспечивает рыхление породы при холостом ходе.

Скреперное оборудование отличается относительной простотой, несложностью управления и высокой надежностью. С его помощью проводят канавы, обладающие наименьшими размерами поперечных сечений по сравнению со всеми другими механизированными способами при глубине до 6 м.

Проведение канав скреперованием включает в себя следующие операции: разметка и расчистка трассы, монтаж скреперной установки, закрепление роликов, снятие почвенного слоя, предварительное рыхление (в мерзлых и скальных породах), скреперование породы в отвал, крепление канавы (при необходимости), составление геологической документации, засыпка канавы с восстановлением почвенного слоя, демонтаж скреперной установки.

Монтаж скреперной установки осуществляют на деревянных рамах, при этом раму прочно укрепляют, чтобы лебедки не смещались в процессе скреперования. Крепление роликов производят различными способами. В скальных породах, например, для этой цели пробуривают шпур глубиной 1—1,5 м.

В зависимости от рельефа местности скреперование производят в сторону скреперной лебедки или от нее. Чаще используют схему «от себя», т. е. в сторону скреперного ролика, при этом породный отвал формируют около опоры ролика.

При скреперовании в сторону скреперной лебедки перед последней скапливается значительное количество породы. В этих случаях часть породы приходится убирать.

При проведении пунктирных канав породу, вынимаемую из одной канавы, перемещают в ранее пройденную, совмещая таким образом процесс проходки с ликвидацией канав.

Для проходки геологоразведочных траншей используют колесные скреперы, представляющие собой землеройные машины, которые обеспечивают снятие слоя породы и перемещение ее в отвал. Рабочим органом колесного скрепера является ковш, имеющий на передней кромке днища (во всю его ширину) нож, с помощью которого отделяют слой породы. Разрушенная порода поступает в ковш, в котором и перемещается к отвалу.

Колесные скреперы бывают прицепными и самоходными; они снабжены механизмами подъема, опускания и разгрузки ковша.

По способу разгрузки различают скреперы с принудительной, полупринудительной и свободной разгрузкой. В первом случае порода выталкивается из ковша путем продольного перемещения задней стенки, во втором — при откидывании днища, в третьем — порода высыпается из ковша при его опрокидывании вперед или назад.

По способу управления ковшом колесные скреперы делят на гидравлические и канатные. Вместимость ковша колесных скреперов, применяемых при геологоразведочных работах, колеблется от 2,25 до 15 м³.

В процессе проходки траншеи скрепер осуществляет отделение породной стружки толщиной 0,1—0,3 м, заполняясь при этом разрушенной породой, перемещает породу из траншеи, разгружает ее с послойной укладкой в отвал и возвращается в траншею для следующего проходческого цикла.

Выемка пород при проведении траншеи может осуществляться двумя способами: а) горизонтальными слоями со дна траншеи; б) наклонными слоями с торцевых бортов траншеи.

При проведении траншеи горизонтальными слоями выемку породы начинают по всей площади размеченного на поверхности контура выработки. При этом породу вынимают на горизонтальном участке траншеи и дно выработки становится забоем. В торцах траншеи за ее проектными контурами устраивают наклонные выезды для скрепера. По мере углубления выработки ширина и длина вынимаемых слоев уменьшаются для обеспечения запроектированного наклона торцевых выездов и бортов траншеи. Разгрузку скрепера осуществляют в отвал, располагающийся параллельно траншее, отсыпку породы в отвал производят равномерными слоями по всей его длине. При проведении достаточно протяженных траншей небольшой глубины целесообразно устройство боковых выездов из выработки и формирование отдельных участков отвала по длине траншеи.

Способ проходки с выемкой породы наклонными слоями применяют преимущественно для проведения глубоких траншей значительной протяженности. В этом случае проходческие работы начинают с выемки породы горизонтальными слоями на всю глубину проектируемой траншеи в пределах отдельного небольшого участка ее длины. Затем один из торцевых бортов образовавшейся выработки превращается в забой, разрабатываемый наклонными слоями. По мере выемки породы забой постепенно перемещается по длине запроектированной траншеи, располагающийся на земной поверхности рядом с выработкой породный отвал наращивается вслед за подвиганием забоя.

При выемке породы в наклонном забое сверху вниз создаются более благоприятные условия резания и загрузки ковша скрепера. Вследствие этого оказывается возможным срезать стружку породы несколько большей толщины, а время загрузки ковша сократить на 20—30 %.

Выемку рыхлых пород рекомендуется производить при подъеме скрепера по наклонной поверхности.

Одной из самых распространенных машин при проведении геологоразведочных канав и траншей является бульдозер. Бульдозеры применяются как при выемке пород без предварительного рыхления (до V категории), так и с предварительным рыхлением более крепких пород, в частности мерзлых. Рабочим органом его является отвальный щит, который крепят перпендикулярно оси трактора.

По способу управления отвальным щитом бульдозеры разделяют на канатные и гидравлические.

Толщина и длина снимаемого слоя породы зависят от свойств породы, мощности трактора и размеров отвального щита. При перемещении породы бульдозером часть ее теряется; потери тем больше, чем на большее расстояние перемещается порода.

В зависимости от длины траншей и других факторов используют несколько вариантов организации работ по проведению траншей.

• 1. Проведение траншей со снятием и перемещением грунта в одном направлении. Такую организацию применяют при небольшой протяженности траншей (10—20 м). Бульдозер движется вдоль оси траншеи, срезая и перемещая породу до противоположного ее конца, и оставляет породу в отвале, располагаемом на поверхности за торцевым выездом из траншеи. Затем задним ходом бульдозер возвращается в исходное положение, и цикл выемки породы повторяется. При этом выемку породы из торцевой части траншеи, противоположной отвалу, осуществляют наклонными слоями (длина траншеи в процессе проходки увеличивается), а выемку породы в данной части выработки производят горизонтальными слоями.
• 2. Проведение траншей со снятием и перемещением грунта в двух направлениях. Бульдозер передвигается вдоль оси траншеи, снимает и перемещает породу до ее конца, оставляет в торцевом отвале, разворачивается и повторяет эту операцию при обратном ходе. Выемку породы осуществляют горизонтальными слоями. Отвалы размещают в противоположных концах траншеи.
• 3. Проходка траншей со снятием и перемещением грунта в двух направлениях с образованием участковых отвалов около торцевых и боковых выездов. Эту организацию рекомендуется применять при проходке длинных траншей. Боковые выезды из траншеи к участковым (промежуточным) отвалам могут располагаться под острым или прямым углом к оси выработки.

Расположение выезда под острым углом обеспечивает разворот бульдозера для выдвижения из траншеи на боковой выезд. Выезды, располагаемые перпендикулярно к оси выработки, устраивают с двух сторон траншеи («сквозными»). При выемке породы бульдозер аккумулирует ее против боковых выездов, откуда порода периодически перемещается к участковым отвалам этим же или другим бульдозером, двигающимся по боковым выездам в направлении, перпендикулярном оси траншеи.

Порода, вынимаемая в концевых участках траншеи, транспортируется в концевые отвалы.