Введение к работе
Актуальность темы. Общеизвестно, что бестраншейный (закрытый) метод сооружения подземных инженерных коммуникаций является наиболее прогрессивным и экологичным. При прокладке коммуникаций под транспортным магистралями, особенно на небольшой глубине заложения, практически безальтернативным является метод , основанный на погружении в грунт трубы с открытым передним торцом, поскольку он в наибольшей степени исключает возможность вспучивания или просадки дорожного полотна. Важной завершающей операцией в этой технологии является удаление из трубы грунтового керна. Производительность очистки трубы от грунта в значительной мере определяет эффективность данной технологии в целом. Применяемые способы очистки имеют недостатки, существенно ограничивающие производительность. Поэтому изыскание и развитие прогрессивных способов удаления керна является актуальным.
Цель работы. Определить влияние основных параметров системы «труба с керном в грунтовом массиве» на производительность нового способа удаления керна, основанного на одновременном статическом воздействии на керн и виброударном воздействии на трубу, оценить производительность такого комбинированного способа и разработать обоснованные рекомендации но его практическому применению.
Объект исследования:_система «труба с керном в грунтовом массиве» в условиях виброударного воздействия на трубу и одновременного противоположно направленного статического давления на керн.
Предмет исследования:, закономерности, определяющие влияние основных параметров исследуемой системы на производительность процесса очистхи, оцениваемую по скорости продвижения керна в трубе.
Задачи исследований:
Разработать экспериментальный стенд, позволяющий достаточно полно воспроизвести реальную систему «труба с керном в грунтовом массиве».
На физической модели исследовать процесс удаления керна при комбинированном воздействии и оценить степень влияния основных параметров исследуемой системы на интенсивность процесса очистки.
Разработать расчетную модель, позволяющую определить производительность процесса очистки при заданных условиях ведения работ.
Выработать практические рекомендации, направленные на повышение эффективности очистки трубы от фунтового керна.
Методы исследовании: стендовые эксперименты на физической модели, анализ результатов, расчеты с использованием построенной математической модели, полевые испытания комбинированного способа очистки.
Основные научные положения, защищаемые автором: 1. Основными параметрами, определяющими интенсивность процесса очистки, являются влажность грунтового керна и энергия ударов пнев-
момолота, причем относительное влияние первого фактора в 3 раза более существенно, чем второго.
В основной фазе процесса очистки трубы выход грунтового керна, т.е. его видимое перемещение относительно трубы, имеет равноускоренный характер. Завершающая фаза процесса характеризуется резким возрастанием скорости керна, происходит выброс его оставшейся в трубе части керна, длина которой зависит от исходных значений основных параметров системы и продолжительности комбинированного воздействия на систему «труба с керном в грунтовом массиве».
Совместное воздействие ударной нагрузки на трубу и напорного давления на керн может приводить к постепенному перераспределению влаги в поперечном сечении керна с увеличением влажности пристеночного слоя, что влечет за собой соответствующее уменьшение коэффициента трения в паре «труба - керн». Учитывающая этот фактор расчетная модель, построенная с использованием уравнений динамики твердого тела, обеспечивает достаточное для практики соответствие расчетных и экспериментальных данных.
Достоверность научных результатов. Достоверность научных положений подтверждена необходимым объемом экспериментальных исследований на физической модели, сопоставимостью полученных результатов с данными испытаний в производственных условиях.
Новизна научных положений:
Впервые получены данные об основных фазах процесса выхода грунтового керна при комбинированном способе очистки трубы, забитой без промежуточных очисток с выходом переднего торца в приемный приямок.
Получены результаты, позволяющие дать сравнительную оценку чувствительности процесса выхода керна к изменению основных параметров исследуемой системы.
Построена расчетная модель, позволяющая оценить производительность процесса очистки комбинированным способом.
Личный вклад автора заключается: в разработке технологической схемы очистки скважин комбинированным способом и проектировании функциональных узлов комплекта оборудования; в постановке и проведении стендовых экспериментов по исследованию процессов, протекающих в системе во время очистки; в обработке экспериментальных данных и их интерпретации; в разработке алгоритма расчета производительности процесса удаления грунтового керна из трубы комбинированным способом.
Практическая ценность. Обоснована рациональная технологическая схема выполнения операции удаления керна комбинированным способом. Разработана методика расчета производительности процесса очистки трубы. Доказана перспективность комбинированного способа удаления керна,
как наиболее производительного и экономичного, особенно для достаточно протяженных (>20м) переходов, пройденных на всю длину.
Реализация работы в промышленности. Комбинированный способ удаления фунтового керна принят к применению и освоен на объектах ЗАО «Монтажстройэлектро» (г. Новосибирск) для очистки труб диаметром 273лш с использованием пневмомолота «Тайфун -70».
Апробация работы. Результаты работы докладывались на международных конференциях «Проблемы механики современных машин», (г. Улан-Удэ, 2006), «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» (г. Новосибирск, 2006); «Неделя горняка-2007», (г. Москва, 2007); «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, 2008); «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» (г. Новосибирск, 2008), обсуждались и получили одобрение на семинарах лаборатории «Механизации горных работ» ИГД СО РАН.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 7 печатных работах.
Объем п структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы. Содержит 114 страниц машинописного текста, включая 52 рисунка, 6 таблиц и список литературы из 101 наименования.
Автор выражает искреннюю признательность за помощь в работе к.т.н. Анатолию Михайловичу Петрееву. Автор также благодарен сотрудникам ИГД СО РАН к.т.н. В. В. Червову, вед. инж. В. В. Трубицину, к.т.н. И.В. Тищенко и И. Э. Веберу за полезные советы и обсуждение на стадии проведения экспериментов; и практическую помощь по созданию экспериментального оборудования, а также всем софудникам лаборатории «Механизации горных работ» за оказанную всестороннюю поддержку.
