автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Гидромеханизированная укладка в штабель нерудных строительных материалов с осреднением их гранулометрического состава

Введение.

1. Анализ состояния вопроса и задачи исследований.

1.1. Требования к нерудным строительным материалам.

1.2. Существующие технологические схемы гидромеханизированной добычи, переработки и укладки нерудных строительных материалов.

1.3. Анализ методов расчета процесса продольного фракционирования грунта при его гидромеханизированной укладке.

1.4. Сгустители гидросмеси.

1.5. Автоматизация расчетного обоснования координат рабочей точки гидравлической системы грунтонасосов.

1.6. Задачи исследований.

2. Обоснование физической и математической моделей попеременнодвухсторонней технологии намыва штабеля.

2.1. Физическая модель.

2.2. Математическая модель.

• 3. Обоснование физической и математической моделей камерного сгустителя.

3.1. Физическая модель.

3.2. Математическая модель.

3.3. Исследования методом математического моделирования предлагаемой конструкции камерного сгустителя.

4. Исследования в производственных условиях Марусинского месторождения нерудных строительных материалов (Новосибирская область).

4.1. Исследования методом математического моделирования попеременно-двухсторонней технологии намыва на примере ф® ЗАО «Новосибирский песчаный карьер».

4.1.1. Характеристика основного оборудования гидромеханизации.

4.1.2. Расчетные параметры штабеля-усреднителя.

4.2. Расчет гранулометрического состава намытого грунта.

4.2.1. Гидравлические параметры потока гидросмеси на пляже намыва.

4.2.2. Расчет кривых рассеивания фракций грунта.

4.2.3. Расчет процентного содержания фракций в составе намытого грунта.

В современных условиях наиболее важными задачами в строительстве являются снижение его стоимости, сокращение трудовых затрат и внедрение энерго- и ресурсосберегающих технологий. Этим требованиям в полной мере отвечает гидромеханизация как один из наиболее эффективных способов комплексной механизации массовых земляных работ. Гидромеханизация — единый неразрывный технологический комплекс от разработки до укладки грунта в земляное сооружение, имеющий ряд важных преимуществ перед другими способами производства земляных работ, основные из которых следующие:

1) экологичность, особенно в условиях городской застройки;

2) сокращение площади земельного отвода карьера за счет более полной отработки обводненных месторождений нерудных строительных материалов или разведанных карьерных залежей с применением специальных грунтозабор-ных устройств и эжекторов с целью увеличения глубины подводной разработки грунта;

3) возможность использования под строительство бросовых земель: оврагов и балок, пойменных, заболоченных и подтопляемых территорий;

4) высокая производительность труда благодаря непрерывности всех технологических операций по разработке, транспорту и укладке грунта;

5) относительно низкая стоимость работ, например, по сравнению с производством земляных работ сухим способом;

6) высокая степень механизации и автоматизации всех процессов.

Общепризнанным является высокое качество нерудных строительных материалов (НСМ) за счет их обогащения на входе в штабель, например, с помощью конического грохота и на выходе из штабеля путем отмыва мелких фракций грунта.

Современные экономические условия побуждают гидромеханизированные предприятия искать новые организационно-технологические решения в направлении уменьшения роли вспомогательных машин и механизмов (бульдозеров, трубоукладчиков и др.) в организации работ; снижения и удельных трудо-и энергозатрат на единицу продукции; повышения качества продукции и др. По указанным причинам в ЗАО «Новосибирский песчаный карьер» принято решение разработать и внедрить способ безбульдозерной технологии укладки НСМ в штабель-усреднитель с использованием новой конструкции сгустителя, позволяющего, во-первых, производить укладку НСМ без возведения первичного и попутного обвалования, во-вторых, исключить механизм продольного фракционирования и получить НСМ с осредненным (по объему штабеля) гранулометрическим составом.

В связи с изложенным, задачами исследований явились:

1) научное обоснование попеременно-двухсторонней технологии гидромеханизированной укладки нерудных строительных материалов с осреднением их гранулометрического состава по объему штабеля;

2) обоснования физической и математической моделей предложенной технологии;

3) исследования методом математического моделирования процессов послойного фракционирования грунта;

4) обоснование режима переключений направлений намыва штабеля, обеспечивающего требуемое осреднение гранулометрического состава продукта;

5) обоснование физической и математической модели безотрывного камерного сгустителя;

6) обоснование возможности корректировки гидравлических характеристик камерных сгустителей в зависимости от расхода гидросмеси, подаваемой от земснаряда или конического грохота;

7) испытание конструкции камерного сгустителя в производственных условиях.

Решению всех перечисленных задач посвящены основные разделы диссертации.

5. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Актуальной задачей имеющей существенное значение для строительного комплекса РФ, является, во-первых, научное обоснование попеременно-двухсторонней технологии гидромеханизированной укладки НСМ с осреднением их гранулометрического состава по объему штабеля, во-вторых, разработка новых принципов конструирования камерных сгустителей с безотрывным течением гидросмеси при минимальных потерях полезных фракций. Решение этих задач возможно методом математического моделирования сложных физических и организационно-технологических процессов.

2. Разработаны физическая и математическая модели попеременно-двухсторонней технологии намыва штабелей, реализация которых на алгоритмическом языке высокого уровня позволяет выбрать такой режим переключения направлений подачи гидросмеси, который обеспечивает максимальное осреднение гранулометрического состава НСМ по объему штабеля. Сравнение результатов расчета по данной математической модели с результатами натурных исследований при разработке Марусинского месторождения НСМ в Новосибирской области подтвердили высокую степень достоверности основных элементов физической и математической моделей.

3. Разработаны физическая и математическая модели камерного сгустителя с безотрывным течением гидросмеси при обеспечении возможности оперативно управлять процессом отмыва мелких фракций грунта путем регулирования отношения расходов слива и выпуска. Достоверность основных элементов физической и математической моделей подтверждается применением фундаментальных уравнений гидравлики двухфазных потоков. Внедрение таких камерных сгустителей позволит существенно уменьшить объем бульдозерных работ, связанных с возведением попутного обвалования.

1. Глевицкий В.И. Гидромеханизация в транспортном строительстве: Справочное пособие / В.И. Глевицкий. М.: Транспорт, 1988. - 271с.

2. Хрусталев М.И. Передовой опыт обогащения песков: Аналтический обзор / М.И. Хрусталев. М.: ВНИИЭСМ, 1990. - 89с.

3. Пеняскин Т.И. Гидромеханизация добычи песка и гравия: Учебное пособие / Т.И. Пеняскин, A.A. Матвеев. Екатеринбург: Изд. УГГА, 1993. -96с.

4. Буянов Ю.Д. Добыча и переработка нерудных строительных материалов. (Краткий справочник) / Ю.Д. Буянов, JI.M. Гейман, А.П. Давидович.- М.: Стройиздат, 1972. 264с.

5. ГОСТ 8736-93. Песок для строительных работ. Технические условия.- М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. 8с.

6. Шкундин Б.М. Землесосные работы в гидротехническом строительстве. Учебн. Пособие для вузов / Б.М. Шкундин. М.: Высшая школа, 1977. -239с.

7. ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия. Минск: ИПК Издательство стандартов, 1996.- 15с.

8. ГОСТ 24100-80. Сырье для производства песка, гравия и щебня из гравия для строительных работ. Технические условия и методы испытания. -М.: Издательство стандартов, 1991. 13с.

9. ГОСТ 23735-79. Смеси песчано-гравийные для строительных работ. Технические условия. М.: Издательство стандартов, 1989. - 6с.

10. Троицкий В.В. Обогащение нерудных строительных материалов / В.В. Троицкий. JL: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1986. - 192с.

11. Бессонов Е.А. Технология и механизация гидромеханизированных работ: Справочное пособие для инженеров и техников / Е.А. Бессонов. М.: Центр, 1999.-544с.

12. Попов Ю.А. Гидромеханизация в Северной строительно-климатической зоне / Ю.А.Попов, Д.В. Рощупкин, Т.И. Пеняскин. JL: Стройиздат, Ленинг. отд-ние, 1982. -224с.

13. Оптимизация процессов гидромеханизации земляных работ в современных условиях / Ю.А. Попов, М.Н. Шадрина, М.А. Черендин и др. // Изв. вузов. Стр-во. 2001. - №9-10. - С.77-84.

14. Шадрина М.Н. Технология гидромеханизированной укладки нерудных строительных материалов в штабель-усреднитель / М.Н. Шадрина // Тр. НГАСУ. 2002. - Т.5, №6(21). - С. 81-83.

15. Шадрина М.Н. Гидромеханизированная попеременно-двухсторонняя укладка нерудных строительных материалов в штабель-усреднитель / М.Н. Шадрина // Изв. вузов. Стр-во. 2003. - №11. - С. 67-72.

16. Мелентьев В.А. Намывные гидротехнические сооружения / В.А. Мелентьев, Н.П. Колпашников, Б.А.Волнин. М.: Энергия, 1973. - 247с.

17. Меламут Д.Л. Гидромеханизация в мелиоративном и водохозяйственном строительстве: учебн. пособие для вузов / Д.Л. Меламут. М.: Стройиздат, 1981.-303с.

18. Биткин Г.В. Гидромеханизация в транспортном строительстве / Г.В. Биткин, В.А. Горин, Н.Г. Вавилов. М.: Транспорт, 1970. - 304с.

19. Шкундин Б.М. Гидромеханизация в энергетическом строительстве / Б.М. Шкундин. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 224с.

20. Шкундин Б.М. Землесосные работы в гидротехническом строительстве: Учебн. Пособие для вузов / Б.М. Шкундин. — М.: Высшая школа, 1977. —239с.

21. Шкундин Б.М. Землесосные снаряды: Учебн. Пособие для вузов / Б.М. Шкундин. -М.: Энергия, 1968. 376с.

22. Шкундин Б.М. Машины для гидромеханизации земляных работ: Справ. Пособие для вузов / Б.М. Шкундин. М.: Стройиздат, 1982. - 183с.

23. Попов Ю.А. Инженерные основы регулирования и оптимизации режимов работы земснарядов: Учебн. Пособие / Ю.А. Попов, Д.В. Рощупкин, Т.Н. Пеняскин. Новосибирск: НИСИ, 1976. - 67с.

24. Гидромеханизация земляных работ 4.1. Теория процессов гидроме-® ханизации: Учебное пособие / Ю.А. Попов, В.Я. Мельник, М.Н. Шадрина идр. Новосибирск: НГАСУ, 2000. - 84с.

25. Гидромеханизация земляных работ. Ч. 2. Технология гидромеханизации: Учебное пособие / Ю.А.Попов, В.Я. Мельник, М.Н. Шадрина и др. — Новосибирск: НГАСУ, 2002. 64с.

26. Лизунов Е.В. Гидромеханзация земляных работ в транспортном строительстве / Е.В. Лизунов, В.А. Седов, В.С. Лаптев. — Новосибирск: НГАСУ: Тип. «Наука», 2002. 127с.

27. Упоров Н.Г. Гидомеханизация земляных работ / Н.Г. Упоров. М.: Стройиздат, 1979.-200с.

28. Харин А.И. Гидромеханизация в мелиоративном строительстве / А.И. Харин. М.: Колос, 1982. - 207с.

29. Нурок Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых ^ горных работ: Учебник для вузов / Г.А. Нурок. М.: Недра, 1979. - 549с.

30. Юфин А.П. Гидромеханизация / А.П. Юфин. М.: Стройиздат, 1974.-223с.

31. Лизунов Е.В. Актуальные задачи оптимизации технологически процессов гидромеханизации при возведении узкопрофильных земляных сооружений / Е.В. Лизунов, В.А. Седов // Изв. вузов. Стр-во. 2002. - №3. -С.52-58.

32. Роер Г.Н. Намывные и полунамывные плотины / Г.Н. Роер. М.: Стройиздат, 1938.-67с.

33. Шнеер И.А. Плотность песков при их намыве / И.А. Шнеер // Гидротехническое строительство. 1958. - №5. - С. 12-15.

34. Шнеер И.А. Расчет фракционирования песчаного грунта при намы-а ве / И.А. Шнеер // Гидротехническое строительство. 1958. - №9. - С. 8-10.

35. Волнин Б.А. Технология гидромеханизации в гидротехническом строительстве / Б.А. Волнин. -M.-JL: Энергия, 1965. -200с.

36. Гордиенко П.И. Графический способ раскладки грунта в намывных плотинах / П.И. Гордиенко // сб. тр. МИСИ. 1960. - №29. - С. 16-24.

37. ВСН 34-87. Указания по проектированию производства работ при сооружении земляного полотна железных и автомобильных дорог способом гидромеханизации. М.: Минтрансстрой, 1986. - 112с.

38. ЕНиР. Сб. Е2. Земляные работы. Вып. 2. Гидромеханизированные земляные работы / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1987. - 96с.

39. СН 449-72. Указания по проектированию земляного полотна железных и автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1972. - 86с.

40. СНиП IV-5-84. Сборник единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы (ЕРЕР-84). Сб.1. Земляные работы. -М.: Стройиздат, 1983. 116с.

41. Харин А.И. Технология подводной разработки грунтов в строительстве / А.И. Харин. М.: Стройиздат, 1980. - 70с.

42. Харин А.И. Гидромеханизация в мелиоративном строительстве / А.И. Харин. М.: Колос, 1982. - 207с.

43. Нурок Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ: Учебник для вузов / Г.А. Нурок. М.: Недра, 1979. - 549с.

44. Ялтанец И.М. Состояние и пути выхода гидромеханизации из кризисного положения / И.М. Ялтанец // «Гидромеханизация 98». Материалы Первого съезда гидромеханизаторов России, вып. 1, 1999. - С. 8-11.

45. Егоров В.К. Организационно-управленческие стратегия и тактика ведения гидромеханизированных работ в рыночных условиях / В.К.Егоров // «Гидромеханизация 98». Материалы Первого съезда гидромеханизаторов России, вып. 1, 1999.-С. 11-15.

46. Пеняскин Т.И. Работы научно-проектного предприятия «Уралсиб-гидромеханизация»/ Т.И. Пеняскин // Гидромеханизация 98. Материалы Первого съезда гидромеханизаторов России, вып. 1, 1999. - С. 22-24.

47. Технические указания по производству работ способом гидромеханизации при сооружении земляного полотна в зимних условиях (проект). — М.: ЦНИИС, 1974.-167с.

48. Попов Ю.А. Гидромеханизация земляных работ в зимнее время / Ю.А. Попов, Д.В. Рощупкин. JL: Стройиздат, Ленингр. Отд-ние, 1979. -184с.

49. Мирошник Б.Е. Гидромеханизация земляных работ в железнодорожном строительстве. Ч.Н / Б.Е. Мирошник, Д.В. Рощупкин, A.A. Цернант. -Новосибирск: НИИЖТ, 1971.- 86с.

50. Киселев П.Г. Справочник по гидравлическим расчетам / П.Г. Киселев. М.: Энергия, 1972. - 352с.

51. Киселев П.Г. Гидравлика, основы механики жидкости / П.Г. Киселев.-М.: 1980.-360с.

52. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик. М.: Машиностроение, 1992. - 672с.

53. Рощупкин Д.В. Разработка грунтов землесосными снарядами / Д.В. Рощупкин. М.: Транспорт, 1969. - 136 с.

54. Силин H.A. Режимы работы крупных землесосных снарядов и трубопроводов / H.A. Силин, С.Г. Коберник. Киев: Изд-во АН УССР, 1962. -215с.

55. Митюшин Д.Н. Неустановившиеся режимы работы землесосных снарядов / Д.Н. Митюшин // Изв. Вузов. Стр-во. 1997. - №9. - С. 35-37.

56. Смолдырев А.Е. Трубопроводный транспорт / А.Е. Смолдырев. -М.: Недра, 1970.-272с.

57. Бессонов Е.А. Способы повышения концентрации твердого в гидросмеси при разработке грунтов земснарядами / Е.А. Бессонов, H.A. Щербаков // Сб. «Гидромеханизация-98». Материалы Первого съезда гидромеханизаторов России. -М.: МГГУ, 1999. С. 82-86.

58. Бессонов Е.А. О выборе наиболее эффективной технологии добычи песка в условиях полуострова Ямал / Е.А. Бессонов // Сб. «Гидромеханиза-ция-98». Матер. Первого съезда гидромеханизаторов России. М.: МГГУ, 1999.-С. 67-72.

59. Офенгенден Н.Е. Промышленный трубопроводный транспорт / Н.Е. Офенгенден. М.: Стройиздат, 1976. - 117с.

60. Herbst F. Aufhaltung von Flotationsbergen.- «Zeitschrift fiir Erzbergbau und Metallhüttenwesen», 1962, № 4, 5, p. 26-28.

61. Rumble R. V. et al. Slimes dams for С. A. S. Т. Ltd. Diamond mine, Chana. «Bulletin of the Institution of Mining and Metallurgy», 1966, №4, p. 1215.

62. Моисеева E.H. Оптимизация разработки природных месторождений нерудных строительных материалов способом гидромеханизации / E.H. Моисеева // Тр. НГАСУ, т.6, №5(26), 2003. С. 12-17.

63. Жученко В.А. Новая технология гидромеханизированной добычи и переработки грунтов / В.А. Жученко. -М.: Стройиздат, 19.73. 288с.

64. Овчарук C.B. Новые технологии гидромеханизации с использованием сгустителей гидросмеси / C.B. Овчарук, B.JI. Каменецкий // Сб. «Гид-ромеханизация-98». Материалы Первого съезда гидромеханизаторов России.- М.: МГГУ, 1999. С. 72-76.

65. Альтшуль А.Д. Гидравлика и аэродинамика (Основы механики жидкости): Учебное пособие / А.Д. Альтшуль, П.Г. Киселев. М.: Стройиздат. - 323с.

66. Половинкин А.И. Методы инженерного творчества: Учебное пособие. Волгоград: изд-во Волгоградского политехнического института, 1984.- 364с.

67. Свинцов А.И. Сооружение земляных плотин и дамб способом гидромеханизации на строительстве Рижской ГЭС // Энергетическое строительство.- 1970.-№9. С. 41-44.

68. Абхази В.И. Гидромеханизированная добыча песчано-гравийных материалов / В.И. Абхази. М.: Энергия, 1972. - 137с.

69. Ball D.G., Call I.H. U.S. Sanitary and Hydraulic Engineering Practice in Greenland. International Conference on Permafrost. Section-Water Supplu. New York, 1963, p. 46-51.

70. Michaels Bill. Protecting Manic-3 Against Frost/ Using Snowmaking Machines to Cover the Till. Engineering and Contrast. Ree., 1975, №2, p. 14-15.

71. Нурок Г.А. Гидроотвалы на карьерах / Г.А. Нурок, А.Г. Лутовинов, А.Д. Шерстюков. -М.: Недра, 1977.-311с.

72. Огурцов А.И. Намыв земляных сооружений / А.И. Огурцов. М.: Стройиздат, 1974.-366с.

73. Упоров Н.Г. Землесосные снаряды / Н.Г. Упоров, Т.В. Марголин. -М.: Высшая школа, 1985. 125 с.

74. Ялтанец И.М. Гидромеханизация открытых горных работ / И.М. Ялтанец, В.И. Кулигин. М.: МГТУ, 1996. - 215с.

75. Ялтанец И.М. Гидромеханизация / И.М. Ялтанец, В.К. Егоров. -М.: МГТУ, 1999.- 234 с.

76. Чугаев P.P. Гидравлика / P.P. Чугаев. JL: Энергоиздат, 1982.

77. Огородников С.П. Гидромеханизация разработки грунтов / С.П. Огородников. — М.: Стройиздат, 1986.-346 с.

78. Шадрина М.Н. Обоснование эффективной конструкции камерного сгустителя гидросмеси при укладке нерудных строительных материалов / М.Н. Шадрина, // Тезисы докл. 62-й НТК НГАСУ (Сибстрин). Новосибирск: Изд-во НГАСУ (Сибстрин). - 2005. - С. 98-99.

79. Шадрина М.Н. Улучшение качества нерудных строительных материалов, получаемых способом гидромеханизации/ М.Н. Шадрина, // Тезисы докл. 62-й НТК НГАСУ (Сибстрин). Новосибирск: Изд-во НГАСУ (Сибстрин).-2005.-С. 102-103.

80. Шадрина М.Н. Добыча, укладка и отгрузка нерудных строительных материалов на гидромеханизированных предприятиях / М.Н. Шадрина, E.H. Моисеева // Тезисы докл. 61-й НТК НГАСУ (Сибстрин). — Новосибирск: Изд-во НГАСУ (Сибстрин). 2004. - С. 76.

81. Шадрина М.Н. Камерный сгуститель с безотрывным течением во-допесчаной смеси / М.Н. Шадрина // Тр. НГАСУ. 2005. - Т.8, №1(31). - С. 56-64.

82. Юфин А.П. Напорный гидротранспорт / А.П. Юфин. JI.: Энергоиздат, 1950.-233с.

83. Безрук В.М. Геология и грунтоведение / В.М. Безрук. М.: Недра, 1984.-224с.

84. Малыгин В.А. Геология и гидрогеология / В.А. Малыгин, В.П. Кузьмина. М.: Недра, 1977. - 240с.

85. Буянов Ю.Д. Разработка месторождений нерудных полезных ископаемых / Ю.Д. Буянов, A.A. Краснопольский. М.: Недра, 1980. - 431с.

86. Буянов Ю.Д. Разработка грвийно-песчаных месторождений / Ю.Д. Буянов. М.: Недра, 1988. - 356с.

87. Ильин Н.И. Земснаряды / Н.И. Ильин. М.: Транспорт, 1982.200с.

88. Ржевский В.В. Технология и комплексная механизация открытых горных работ / В.В. Ржевский. М.: Недра, 1980. - 125с.

89. Флорин В.А. Теория уплотнения земляных масс / В.А. Флорин. -М.: Стройиздат, 1948. 250с.

90. Нурок Г.А. Технология и проектирование гидромеханизации горных работ / Г.А. Нурок. М.: Недра, 1965. - 226с.

91. Длоугий В.В. Трехпродуктовые прямоточные гидроклассификаторы /В.В. Длоугий. М.: Недра, 1962. - 114с.

92. Кнороз B.C. Движение гидросмесей в напорных трубопроводах и метод расчета / B.C. Кнороз // Известия ВНИИГ, 1941. Т. 30, - С. 23-35.

93. Ляшенко П.В. Гравитационные методы обогащения / П.В. Ляшенко. M.: Госгортехиздат, 1940. - 46 с.

94. Глушаков C.B. Программирование на Visual Basic 6.0 / C.B. Глуша-ков, A.C. Сурядный. Харьков: Фолио, 2002. - 497с.

95. Попов ЮА Программный продукт «Расчет проектной фунтопроизводигель-ности земснарядов» /ЮА Попов, B.C. Лаптев // Тезисы докл. 61-й НТК НГАСУ (Сибсг-рин).-Новосибирск: Изд-во НГАСУ (Сибстрин). -2004. -С. 73-74.

96. Лаптев B.C. Универсальный программный продукт для обоснования проектной гунтопроизюдительности земснарядов / B.C. Лаптев // Тезисы докл. 62-й НТК НГАСУ (Сибстрин). -Новосибирск: Изд-во НГАСУ (Сибстрин). -2005. С. 94-95.

97. Шадрина М.Н. Обогащение и осреднение гранулометрического состава нерудных строительных материалов, добываемых способом щдромеханизации / М.Н. Шадрина // Тезисы докл. 63-й НТК НГАСУ (Сибстрин). Новосибирск: Изд-во НГАСУ (Сибстрин).-2006.-С. 142-143.