Добыча песка: 1. Введение

Песок и щебень широко используются в строительстве. При приготовлении бетона на каждую тонну цемента строительной отрасли требуется в шесть-семь раз больше песка и гравия (USGS, 2013b). Таким образом, только за 25.9 год мировое использование заполнителей для бетона можно оценить в 29.6–2012 млрд тонн в год. Это производство представляет собой достаточно бетона, чтобы построить стену высотой 27 метров и шириной 27 метров вокруг экватора. Заполнители также составляют 90% асфальтовых покрытий и 80% бетонных дорог, а спрос на заполнители обусловлен широким спектром других секторов, включая производство стекла, электронику и аэронавтику. К этому добавляются все заполнители, используемые в мелиорации, обустройстве береговой линии и дорожных насыпях (по которым глобальная статистика недоступна), плюс 180 миллионов тонн песка, используемого в промышленности.

Этот песок и гравий добываются во всем мире, и на их долю приходится самый большой объем твердого материала, добываемого в мире, и самый большой объем сырья, используемого на земле после воды (около 70-80% из 50 миллиардов тонн добываемого материала в год). Образовавшиеся эрозионными процессами на протяжении тысячелетий, они сейчас извлекаются со скоростью, намного превышающей их возобновление.

Несмотря на нашу растущую зависимость от колоссального количества используемого песка и гравия и значительное негативное воздействие их добычи на окружающую среду, этот вопрос в основном игнорируется политиками и остается в значительной степени неизвестным широкой общественности. Действительно, отсутствие глобальных данных о добыче щебня делает экологическую оценку очень сложной и способствует отсутствию осведомленности об этом вопросе. Как следствие, существует большое расхождение между масштабами проблемы и осведомленностью общественности о ней.

Где и сколько добывают песка и гравия?

Добываемые объемы растут в геометрической прогрессии, в основном в результате быстрого экономического роста в Азии и связанного с этим строительного бума. По самым скромным оценкам, мировое потребление заполнителей составляет 40 миллиардов тонн в год, что в два раза превышает годовой объем наносов, переносимых всеми реками мира. Спрос на цемент в Китае вырос экспоненциально на 430% за 20 лет, в то время как потребление в остальном мире увеличилось на 60%. Удивительно, но достоверные данные об их добыче в некоторых развитых странах имеются только за последние годы. Песок до недавнего времени добывали в наземных карьерах и руслах рек; однако из-за истощения внутренних ресурсов произошел переход к добыче морских и прибрежных заполнителей. Речные и морские заполнители в настоящее время являются основными источниками для строительства и мелиорации земель.

Песок, встречающийся в большинстве пустынь, парадоксальным образом не подходит для бетона и мелиорации земель, поскольку в процессе ветровой эрозии образуются круглые зерна, которые плохо связываются. С другой стороны, морской заполнитель необходимо тщательно промыть, чтобы удалить соль. Если натрий не удалить из морского заполнителя, конструкция, построенная с его использованием, может разрушиться через несколько десятилетий из-за коррозии его металлических конструкций. Для бетона гравий в потоке требует меньше обработки и дает высококачественный материал.

Каковы основные проблемы добычи песка?

Негативное воздействие на окружающую среду однозначно и имеет место во всем мире. Извлекаемый объем оказывает серьезное воздействие на реки, дельты, прибрежные и морские экосистемы, добыча песка приводит к потере земель из-за речной или прибрежной эрозии, понижению уровня грунтовых вод и уменьшению количества наносов. В таблице 1 приведены некоторые из наблюдаемых воздействий.

Таблица 1: Резюме основных последствий добычи заполнителей

Добыча оказывает влияние на биоразнообразие, мутность воды, уровень грунтовых вод, ландшафт и климат. Есть также социально-экономические, культурные и даже политические последствия. Проблема в настоящее время настолько серьезна, что существование речных экосистем в ряде мест находится под угрозой, причем ущерб наносится более серьезно в бассейнах малых рек. То же самое относится и к угрозам донным экосистемам в результате морской добычи. В некоторых крайних случаях добыча морских заполнителей изменила международные границы, например, в результате исчезновения песчаных островов в Индонезии.

Добыча песка и гравия также оказывает влияние на климат. Это оказывает прямое воздействие через выбросы парниковых газов как в результате самого процесса добычи, так и при транспортировке, иногда на большие расстояния добытых материалов. На это также оказывает косвенное влияние производство цемента для использования в бетоне вместе с песком и гравием: на каждую тонну цемента производится в среднем 0.9 тонны углекислого газа. Выбросы от производства цемента только в 1.65 году оцениваются в 2010 миллиарда тонн двуокиси углерода (около y 5% от общих выбросов парниковых газов), а общие выбросы углерода от производства цемента составляют около 30 миллиардов тонн двуокиси углерода.

Отсутствие глобального мониторинга добычи заполнителей, несомненно, способствует пробелу в знаниях, что приводит к бездействию.

Каково конкретное негативное воздействие добычи морского песка?

Добыча морских агрегатов значительно возрастает, и хотя последствия добычи субстрата скрыты, они огромны. Добыча морского песка оказывает воздействие на флору и фауну морского дна. Дноуглубительные работы и извлечение агрегатов из придонной (донной) зоны разрушают организмы, среды обитания и экосистемы. Это глубоко влияет на состав биоразнообразия, обычно приводя к чистому снижению биомассы и численности фауны или сдвигу в видовом составе. Долгосрочное восстановление может происходить только там, где восстанавливается первоначальный состав отложений.

Частицы заполнителя, которые слишком мелки для использования, отбрасываются дноуглубительными судами, высвобождая огромные столбы пыли и изменяя мутность воды, что приводит к серьезным изменениям в водной среде обитания на больших территориях.

Каково воздействие на береговую и внутреннюю эрозию?

Эрозия происходит в основном из-за прямого удаления песка с пляжей, в основном из-за незаконной добычи песка. В Марокко контрабандисты песка превратили большой пляж в скалистый ландшафт. Эрозия также может происходить косвенно, в результате прибрежной морской дноуглубительной выемки заполнителей или в результате добычи песка в реках. Строительство дамб и добыча полезных ископаемых сократили поступление наносов из рек во многие прибрежные районы, что привело к ускорению эрозии пляжей. Добыча песка на суше в системах прибрежных дюн также может привести к длительной эрозии, иногда от 0.5 до 1.5 метров в год.

Повышение среднего глобального уровня моря, которое, как ожидается, достигнет 0.25–0.5 метра к 2100 году при наилучшем сценарии (сокращение выбросов парниковых газов на 70 %), особенно актуально для малых островных государств, где возможности отступления ограничены. На Мальдивы для укрепления столицы Мале ввозится большое количество песка, который используется для строительства более высоких башен и защиты побережья. Песок берется с прибрежных песчаных островов. Как это ни парадоксально, пески, добываемые для защитных мер на Мале, приводят к опусканию этих других островов, увеличивая необходимость переселения их населения.

Добыча песка привела к углублению и расширению русла озера Поянху, крупнейшего пресноводного озера в Китае и исключительно важного заповедника биоразнообразия, а также к увеличению сброса воды в реку Янцзы. Возможно, это повлияло на снижение уровня воды в озере, который в 2008 году достиг исторически низкого уровня.

Каково влияние добычи песка на биоразнообразие внутренних районов и реки?

Добыча заполнителей в реках может влиять на загрязнение и изменять уровень кислотности воды (pH). Удаление наносов из рек приводит к тому, что река прорезает свое русло через дно долины (или разрез русла) как вверх, так и вниз по течению от места добычи. Это приводит к укрупнению материала пласта и нестабильности латерального канала. Он может изменить само русло реки.

Разрез также может привести к дренированию аллювиального водоносного горизонта на более низкий уровень, что приведет к потере запаса водоносного горизонта. Это также может увеличить частоту и интенсивность наводнений за счет снижения способности регулирования паводков. Тем не менее, понижение уровня грунтовых вод представляет наибольшую угрозу для водоснабжения, усугубляя возникновение и серьезность засух, поскольку притоки крупных рек пересыхают, когда добыча песка достигает определенных пороговых значений.

Есть ли экономические последствия, связанные с добычей песка?

Туризм может пострадать из-за эрозии пляжей. Песок часто убирают с пляжей для строительства отелей, дорог и другой инфраструктуры, связанной с туризмом. В некоторых местах продолжение строительства может привести к неустойчивой ситуации и разрушению главной природной достопримечательности для посетителей — самих пляжей.

Рыболовство — как традиционное, так и коммерческое — может пострадать из-за уничтожения донной фауны, а сельское хозяйство может пострадать из-за потери сельскохозяйственных угодий из-за речной эрозии и понижения уровня грунтовых вод. Сектор страхования страдает из-за усугубления воздействия экстремальных явлений, таких как наводнения, засухи и штормовые нагоны, из-за снижения защиты пляжей. Эрозия прибрежных зон и пляжей влияет на жилые дома и инфраструктуру, поскольку уменьшение нагрузки на русло или укорачивание русла может вызвать эрозию вниз по течению, включая береговую эрозию, а также подрезку или подрыв инженерных сооружений, таких как мосты, боковые защитные стены и сооружения для водоснабжения.

Что можно сделать, чтобы уменьшить проблемы?

За счет сокращения потребления песка

Один из способов — сократить потребление песка за счет оптимизации использования существующих зданий и инфраструктуры. Переработанная строительная и карьерная пыль может заменить песок. Несмотря на очень высокую ценность минералов, обнаруженных в песке, он в основном используется для бетона или закапывается под автомагистралями. Бетонный щебень следует перерабатывать, чтобы избежать использования заполнителей, по крайней мере, для некачественных целей. Переработка стеклянных бутылок также сократит потребление песка. Также доступны заменители песка. Карьерная пыль может использоваться для замены песка в обычных бетонных конструкциях. Замена песка до 40% золы мусоросжигательных заводов демонстрирует более высокую прочность на сжатие, чем обычные цементные растворы. Некоторое количество пустынного песка можно использовать, если смешать его с другим материалом.

Существуют также альтернативы бетону для строительства домов, включая дерево, солому и переработанный материал. Тем не менее, современная строительная промышленность ориентируется на бетонные ноу-хау и оборудование. Подготовка архитекторов и инженеров, новые законы и правила, а также позитивные стимулы необходимы для того, чтобы инициировать переход к снижению нашей зависимости от песка. Возобновляемые и переработанные материалы должны использоваться для строительства домов и дорог.

Установив налоги на добычу нерудных материалов, чтобы создать стимулы для альтернатив

Нынешняя ситуация сохранится, если добыча песка не будет правильно оценена и обложена налогом, чтобы другие варианты стали экономически жизнеспособными. Потому что песок все еще очень дешев – сам песок находится в свободном доступе; необходимо покрывать только затраты на добычу – практически нет стимулов для изменения нашего потребления.

Также можно использовать альтернативные источники песка и гравия, например те, что накапливаются на дне плотин. из плотин необходимо регулярно сбрасывать большое количество воды для вымывания навоза; хотя в настоящее время они дороже, эти заполнители можно извлекать из плотин. Их использование решит проблему их аккумуляции, что приводит к снижению способности плотин хранить воду и может привести к блокировке водозаборов плотин.

За счет снижения негативных последствий добычи

Воздействия на окружающую среду при добыче в русле можно было бы избежать, если бы была рассчитана годовая нагрузка на пласт и добыча заполнителей была ограничена этим значением или меньше. Необходимо изучить местные условия, чтобы определить пределы допустимых изменений.

Какие нормативные инициативы следует применять для решения проблем?

Торговля песком является прибыльным бизнесом, и есть свидетельства незаконной торговли, такие как случай влиятельных мафий в Индии, а в Марокко половина песка — 10 миллионов кубометров в год — поступает от незаконной прибрежной добычи песка.

Отсутствие надлежащей научной методологии добычи речного песка привело к неизбирательной добыче песка, а слабое управление и коррупция привели к широкомасштабной незаконной добыче. Отсутствие адекватной информации ограничивает регулирование добычи во многих развивающихся странах. Доступ к данным затруднен, и данные не стандартизированы. Существует ограниченное сотрудничество/координация между морскими научно-исследовательскими учреждениями и промышленностью по производству морских агрегатов. За исключением Европейского союза, усилия по регулированию невелики, особенно в развивающихся странах. Отсутствие систем мониторинга, нормативной политики и оценок воздействия на окружающую среду привело к неизбирательной добыче полезных ископаемых, что нанесло серьезный ущерб окружающей среде и связанным с ней экосистемным услугам.

Поскольку этот вопрос является актуальным, необходимо провести более глубокое исследование. Внедрение механизма мониторинга глобальной совокупной добычи и торговли прольет свет на масштабы этой проблемы и устранит существующий пробел в данных и знаниях. Это также поставит этот вопрос в политическую повестку дня и, возможно, приведет к созданию международных рамок для улучшения управления добычей, поскольку нынешний уровень политической озабоченности явно не соответствует срочности ситуации.

Хотя для политических лидеров крайне важно принять соответствующие меры, добыча заполнителей еще не вошла в их политическую повестку дня. В первую очередь это связано с тем, что потеря песка еще не достигла уровня дефицита, который угрожал бы экономике. Реализуются лишь немногие меры, за заметным исключением Европейского Союза и, в частности, Соединенного Королевства. В то время как ни одна международная конвенция не регулирует добычу, использование и торговлю наземным песком (песчаный карьер, речной и озерный заполнитель), Конвенция Организации Объединенных Наций по морскому праву 1982 года (ЮНКЛОС) предусматривает разграничение морских зон и регулирует права и обязанности в отношении использования, развития и сохранения этих зон, включая добычу полезных ископаемых. Если в ряде существующих региональных конвенций по охране морской среды прямо или косвенно упоминается совокупная добыча, управление не является последовательным и включает несколько уровней регулирования между национальными и международными конвенциями.

Таким образом, необходимо регулировать добычу песка как в национальных, так и в международных водах, и это должно быть разрешено только после того, как обоснованная научная оценка покажет, что воздействие на окружающую среду будет ограниченным. Более пристальное внимание к альтернативному и устойчивому использованию ресурса может резко снизить воздействие на окружающую среду. Другие меры политики включают в себя введение научных горных работ с последующим экологическим восстановлением.

Как отделить соль от песка — 3 метода

Разделение растворимых и нерастворимых компонентов смеси

Поделиться
Flipboard
Эл. адрес

ThoughtCo / Вин Ганапати

Доктор биомедицинских наук, Университет Теннесси в Ноксвилле
Бакалавр физико-математических наук, Колледж Гастингса

Доктор Хельменстин имеет докторскую степень. в области биомедицинских наук и является научным писателем, педагогом и консультантом. Она преподавала научные курсы в средней школе, колледже и аспирантуре.

Одним из практических применений химии является то, что ее можно использовать для отделения одного вещества от другого. Причины, по которым материалы могут быть отделены друг от друга, заключаются в том, что между ними есть некоторые различия, такие как размер (отделение камней от песка), состояние вещества (отделение воды от льда), растворимость, электрический заряд или температура плавления.

Разделение песка и соли

Студентов часто просят разделить соль и песок, чтобы узнать о смесях и изучить различия между формами материи, которые можно использовать для разделения компонентов смеси.
Для разделения соли и песка используются три метода: физическое разделение (отбор кусков или использование плотности для встряхивания песка доверху), растворение соли в воде или плавление соли.
Вероятно, самый простой способ разделить эти два вещества — растворить соль в воде, вылить жидкость из песка, а затем выпарить воду, чтобы восстановить соль.

Физическое разделение соли и песка

Поскольку и соль, и песок являются твердыми веществами, вы можете взять увеличительное стекло и пинцет и, в конце концов, выбрать частицы соли и песка.

Другой метод физического разделения основан на различной плотности соли и песка. Плотность соли составляет 2.16 г/см³, а плотность песка – 2.65 г/см³. Другими словами, песок немного тяжелее соли. Если вы встряхнете кастрюлю с солью и песком, соль в конце концов поднимется наверх. Подобный метод используется для промывки золота, поскольку золото имеет более высокую плотность, чем большинство других веществ, и тонет в смеси.

Разделение соли и песка с помощью растворимости

Один из методов разделения соли и песка основан на растворимости. Если вещество растворимо, это означает, что оно растворяется в растворителе. Соль (хлорид натрия или NaCl) представляет собой ионное соединение, растворимое в воде. Песок (в основном двуокись кремния) – нет.

Насыпьте смесь соли и песка в кастрюлю.
Добавьте воды. Вам не нужно добавлять много воды. Растворимость — это свойство, на которое влияет температура, поэтому в горячей воде растворяется больше соли, чем в холодной. Ничего страшного, если соль не растворится в этот момент.
Нагрейте воду, пока соль не растворится. Если вы дойдете до того места, где вода кипит, а соль все еще остается твердой, вы можете добавить еще немного воды.
Снимите кастрюлю с огня и дайте ей остыть, пока она не станет безопасной.
Налейте соленую воду в отдельную емкость.
Теперь соберите песок.
Вылейте соленую воду обратно в пустую кастрюлю.
Нагрейте соленую воду, пока вода не закипит. Продолжайте кипятить, пока вода не испарится и не останется соль.

Другой способ, которым вы можете разделить соленую воду и песок, — это перемешать песок/соленую воду и пролить ее через кофейный фильтр, чтобы уловить песок.

Разделение компонентов смеси по температуре плавления

Другой метод разделения компонентов смеси основан на температуре плавления. Температура плавления соли составляет 1474°F (801°C), а песка — 3110°F (1710°C). Соль становится расплавленной при более низкой температуре, чем песок. Для разделения компонентов смесь соли и песка нагревают выше 801°С, но ниже 1710°С. Расплавленную соль можно слить, оставив песок. Обычно это не самый практичный метод разделения, поскольку обе температуры очень высоки. В то время как собранная соль будет чистой, некоторое количество жидкой соли загрязнит песок, как при попытке отделить песок от воды, сливая воду.

Примечания и вопросы

Обратите внимание: вы могли бы просто позволить воде испариться из кастрюли, пока не останется соль. Если бы вы решили испарить воду, одним из способов ускорить процесс было бы наливание соленой воды в большой неглубокий контейнер. Увеличенная площадь поверхности изменила бы скорость, с которой водяной пар мог попасть в воздух.

Соль не выкипела вместе с водой. Это связано с тем, что температура кипения соли намного выше, чем у воды. Разницу между температурами кипения можно использовать для очистки воды дистилляцией. При перегонке вода кипятится, но затем охлаждается, чтобы она снова конденсировалась из пара в воду и ее можно было собрать. Кипящая вода отделяет ее от соли и других соединений, таких как сахар, но ее необходимо тщательно контролировать, чтобы отделить от химических веществ с более низкой или близкой температурой кипения.

Хотя этот метод можно использовать для разделения соли и воды или сахара и воды, он не позволяет отделить соль и сахар от смеси соли, сахара и воды. Можете ли вы придумать способ разделить сахар и соль?

Подводная добыча песка и гравия

Тридцать лет назад разрешение на строительство новых участков добычи песка и гравия было получено без особых затрат и усилий. В первую очередь извлекались легкодоступные залежи, как правило, надводные, или месторождения высокого качества. Разрешение на строительство нового участка теперь получить гораздо труднее, и, если оно будет получено, оно наложит жесткие экологические ограничения и потребует благоустройства местности. Чтобы сделать месторождение рентабельным, компании должны гарантировать, что будет извлечен весь потенциал месторождения или вернуться к ранее разрабатываемым месторождениям, используя методы и оборудование, которые эффективны для этой задачи. Соответственно, использование дноуглубительных работ как метода подводной добычи песка и гравия стало более распространенным в Великобритании.

Выбрать необходимый тип дноуглубительной установки непросто, поскольку ни одна машина не подходит для каждого типа материала. Перед принятием решения о том, какой тип земснаряда наиболее подходит, необходимо учитывать следующие факторы:

градация материала, максимальный и минимальный размер
состав материала, содержание глины и т. д.
компактность на месте, способность материала течь под водой
глубина дноуглубительных работ
текущая глубина воды, если применимо
производительность (тонн/ч)
экологические ограничения
транспортировка материала и расстояние между экстракционным заводом и перерабатывающим заводом
тип перерабатывающего предприятия.

В настоящее время доступно несколько различных систем дноуглубительных работ. В этой статье описывается большинство этих систем (драглайны, экскаваторы с обратной лопатой и погружные насосы не включены в этот сокращенный отчет) для целей сравнения. Их можно разделить на два типа: механические и гидравлические.

МЕХАНИЧЕСКИЕ земснаряды

При работе на суше или на воде несколько ковшей равномерно располагаются на гусеничной цепи или соединяются вместе, образуя ленту, которая движется по верхнему и нижнему барабану, поддерживаемому землеройной лестницей. Лестницу можно поднимать или опускать с помощью лебедки для достижения необходимой глубины дноуглубительных работ. Суммарный объем ковшей и скорость цепи определяют грузоподъемность ковшового земснаряда.

Наземный
На суше ковшовые земснаряды обычно работают на гусеничном ходу, идущем параллельно берегу. Загруженные ковши перемещаются по всей длине нижней стороны лестницы ковша к устройству и гарантируют полное извлечение материала. В верхнем барабане извлеченный материал помещается в бункер; он может быть оснащен экраном для удаления крупногабаритного материала, который складируется позади машины или подается на полевой конвейер.

На водной основе
На воде ковшовые земснаряды монтируются на понтонах, для перемещения которых используются лебедки, соединенные с удерживающими якорями. Пустые ведра перемещаются по нижней стороне лестницы с ведрами к нижнему барабану, а заряженные ведра перемещаются по верхней стороне лестницы с ведрами. Когда ведра проходят через верхний стакан, они переворачиваются и высыпают свое содержимое в желоб. Пустые ведра возвращаются вниз по лестнице, чтобы снова начать процесс. Водные установки могут драгировать на глубину около 15–25 м, по сравнению с наземными версиями, которые можно использовать только на глубине около 15 м.

Конструктивные изменения позволили решить проблемы шума и затрат на износ, которые ранее препятствовали широкому использованию ковшовых земснарядов.

Эти машины представляют собой наиболее экономичный метод дноуглубительных работ, но, к сожалению, подходят не для всех материалов, особенно для месторождений с высоким содержанием мелкого песка. Мелкий песок снижает нагрузку на ковш, так как он ведет себя как жидкость под водой и, следовательно, остается на одном уровне с ободом ковша (для максимальной эффективности ковши сконструированы так, чтобы их можно было нагружать материалом).

Земснаряд

Грейферные земснаряды монтируются на плавучих понтонах с использованием стреловой, портальной или крановой конструкции. Производительность этих машин определяется глубиной выемки грунта и размером грейфера.

Наиболее популярной системой является портальная конструкция, которая может быть установлена на квадратном понтоне с откидным бассейном посередине или на понтоне катамаранного типа с откидным бассейном с одной стороны. Портал монтируется на понтоне таким образом, что под ним находятся отбрасываемый бассейн и бункер. Грейфер и лебедка с частотным регулированием перемещаются по порталу от отстойника к бункеру и обратно. Захват сбрасывается в пул в открытом положении. Когда он достигает материала, он закрывается и поднимается из воды. Затем грейфер перемещается вдоль портала и выгружает груз в бункер. Если депозит подходит, эта последовательность может работать в автоматическом режиме, что позволяет оператору чистить и обслуживать установку во время ее работы, используя пульт дистанционного управления для остановки и запуска установки.

Бункер земснаряда оснащен гризли. Негабаритный материал можно опрокинуть за борт в ранее выкопанную область или оставить для дальнейшей обработки. Материал, проходящий через колосник, обычно проходит через обезвоживающее сито, а нижний поток подается на установку для извлечения мелочи, прежде чем весь материал будет транспортирован с понтона конвейером или баржей.

В рыхлом материале грейфер выкапывает воронку, и материал стекает в пустоту. Затвердевший материал может быть проблемой из-за опасности высоких забоев в кратере и возможности падения материала на грейфер. Чтобы снизить риск этого, операторы, работающие с этим типом материала, извлекают его более мелкими разрезами, а затем перемещают земснаряд на несколько метров, прежде чем снова начать; они возвращаются в исходное положение и возобновляют дноуглубительные работы только тогда, когда окружающая территория находится на той же глубине.

Грейферные земснаряды предназначены для дноуглубительных работ с глубины от 10 до 100 м и более, при этом одна установка в настоящее время работает в Швейцарии на глубине 180 м. Следует отметить, однако, что чем глубже должен быть погружен грейфер, тем меньшая производительность может быть достигнута в час, если только не установлена система двойного грейфера.

К преимуществам грейферного земснаряда относятся:

способность работать в месторождениях, содержащих большую долю крупного материала, т.е. дерева или камня
низкие затраты на износ, так как только ковш соприкасается с материалом.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ земснаряды

Существует четыре различных типа земснарядов, все они имеют одинаковую базовую конструкцию. Основное различие между ними заключается в оборудовании, установленном на устье всасывающей трубы для разрыхления отложений.

Земляной земснаряд
Этот тип земснаряда используется только для свободнотекучих месторождений, хотя для таких материалов стало более распространенным использование струйной системы для увеличения производительности насоса.

Насос устанавливается в задней части стального понтона, обычно ниже уровня воды, чтобы облегчить заправку, и может приводиться в действие как дизельным двигателем, так и электродвигателем. Какая бы система привода ни использовалась, для работы со сложными материалами требуется контроль скорости насоса. Дизельные двигатели часто используются на земснарядах, но не рекомендуются из-за возможности разлива дизельного топлива или масла, доступности для заправки и шума. Электричество обычно подается по кабелю, проложенному вдоль подающей трубы с берега.

Большинство насосов, используемых для выемки песка и гравия, являются центробежными. Они поднимают материал вместе с процентным содержанием воды во вращающееся рабочее колесо. При этом на смесь действует центробежная сила, которая выталкивается из насоса в напорную трубу под прямым углом к направлению всасывания.
Смонтированные таким образом земснаряды могут работать на глубине до 25 м. Для более глубоких операций производители разместили насосы во всасывающей трубе ниже уровня воды. Это позволяет проводить дноуглубительные работы на глубину до 100 м, в зависимости от месторождения, хотя на палубе земснаряда по-прежнему требуется промежуточный насос для транспортировки материала на берег. Насосы, установленные на палубе, могут перекачивать воду на расстояние до 1 км или даже дальше, если используется бустерный насос.

Одним из недостатков земснаряда является то, что материал должен быть обезвожен перед обработкой. Обычно для этого требуется обезвоживающее колесо или обезвоживающее сито, которые, в свою очередь, производят большое количество воды, требующей очистки.

Для перемещения по залежи большинство земснарядов используют лебедки. Обычно на палубе судна устанавливаются три или четыре лебедки, которые соединяются с якорными точками под водой или на берегу.

Земснаряд с промывочной системой
В этом типе к всасывающему патрубку простого всасывающего земснаряда добавляется несколько водяных струй. Вода для форсунок подается специальным водяным насосом, который направляет воду по специальной трубе, установленной на всасывающей трубе. Водяные струи не только разрушают слабо- и среднесвязные отложения, но также увеличивают производительность главного насоса на 25–50 %.

Земснаряд с режущей головкой
Режущие головки предназначены для средних связных отложений. Режущая головка с гидравлическим приводом установлена на конце всасывающей лестницы. Конструкция и форма режущей головки зависят от месторождения, и доступно несколько различных версий.

Земснаряд с фрезерным колесом
Отрезные круги предназначены для средних и прочных связных отложений, а также отложений с высоким содержанием глины. Они обеспечивают очень высокое усилие отрыва, что делает их очень эффективными, но более дорогими при покупке и эксплуатации по сравнению с другими вспомогательными средствами для разрыхления. Фрезерно-всасывающий земснаряд использует то же оборудование, что и обычный земснаряд, но всасывающая труба монтируется посередине всасывающей лестницы, которая поддерживает одно или два движущихся вперед режущих колеса с гидравлическим приводом.

Струйный насос

Струйные насосы могут быть очень эффективными для перекачивания отложений от мелкой до средней крупности. В то время как земснаряд всасывает песок и гравий в насос, а затем выбрасывает их через нагнетательную трубу, в системе струйных насосов используется погружной или центробежный водяной насос, который нагнетает чистую воду под давлением 5–25 бар в смесительную камеру из литого сплава через специально разработанная насадка. Это создает вакуум в камере, который поднимает материал через всасывающий канал и выталкивает его вверх по нагнетательной трубе. Размер смесительной камеры определяет максимальный размер заполнителя, который можно перекачивать. Для перекачивания частиц большого диаметра потребуются большая смесительная камера и сопло, что делает устройство довольно большим и непрактичным. Также может быть выгодно добавить дезинтеграционные сопла на конце всасывающего канала для псевдоожижения отложений, что облегчает системе подъем материала. Для подачи воды для этой цели используется отдельный водяной насос.

Благодаря конструкции системы струйного насоса никакие движущиеся части не соприкасаются с материалом, хотя износ все же влияет на стальные трубы и особенно на устройство сопла и смесительной камеры. Их не редкость менять каждые полгода.

Рабочая глубина струйного насоса может достигать 60 м, хотя центробежный бустерный насос обычно требуется на уровне воды для дальнейшей транспортировки материала.

По сравнению с центробежным насосом, который может быть трудно перезапустить, если всасывающий или нагнетательный трубопроводы заблокированы, особенно если насос не использовался в течение длительного времени из-за поломки или отключения электроэнергии, основным преимуществом системы струйных насосов является то, что песок и гравий могут оставаться в трубопроводе в течение длительного периода времени, и насос можно легко перезапустить.

Пневматический земснаряд

Пневматические земснаряды работают по тому же принципу, что и струйный насос, но их движущей силой является сжатый воздух, а не чистая вода. Они предназначены для средних и крупных отложений и могут работать с частицами размером до 90% диаметра всасывающей трубы.

Всасывающая труба монтируется вертикально под понтоном секциями, чтобы обеспечить доступ к головке и предотвратить сегрегацию материала в трубе. Всасывающая труба содержит внутреннюю трубу для транспортировки материала вместе с внешней трубой. Сжатый воздух нагнетается в зазор между транспортирующей трубой и внешней трубой к всасывающей головке. Поскольку гидростатическое давление воздуха меньше, чем давление окружающей воды, сжатый воздух вместе с водой, песком и гравием выталкивается по транспортной трубе на поверхность. Это гидростатическое давление означает, что земснаряд не подходит для работы на глубине менее 12 м. Увеличение глубины приводит к большей силе воздействия окружающей воды, что, в свою очередь, увеличивает пропускную способность и эффективность. Теоретически нет предела глубины, на которой могут работать земснаряды, хотя на практике она составляет около 90 м.

На конце всасывающей трубы находится вращающаяся режущая головка с гидравлическим приводом; это не может обеспечить большой крутящий момент при использовании в связных или липких отложениях. После того, как материал был закачан на поверхность, его нельзя закачивать дальше с помощью центробежного бустерного насоса, в отличие от других упомянутых насосных систем. Это происходит из-за высокого содержания воздуха в смеси, а также большого количества твердых частиц. Смесь может быть перекачана непосредственно в баржу, через водоотливное сито/обезвоживающее колесо, а затем с помощью плавучего конвейера на берег или в резервуар, откуда она транспортируется на берег с помощью насоса и плавучего трубопровода.

В отличие от других систем глубоководных дноуглубительных работ, эта система требует гораздо меньших капиталовложений. Однако система может быть неэффективной в эксплуатации из-за сложности герметизации трубопровода и затрат на использование сжатого воздуха в качестве движущей силы, эффективность которой составляет примерно 10%.

АВТОМАТИЗАЦИЯ земснарядов

Технологии достигли такой степени, что большинство земснарядов, упомянутых в этой статье, могут быть полностью автоматизированы. Датчики на земснаряде могут быть подключены к системе ПЛК, которая управляет и контролирует всю установку. С помощью ПЛК земснаряд можно контролировать и контролировать с мостовых весов или центрального поста управления, которые могут находиться на значительном расстоянии от машины, а использование камер видеонаблюдения позволяет осуществлять визуальный осмотр земснаряда.

Кроме того, производитель может подключиться к системе из любой точки мира, чтобы обновить файлы и исправить проблемы, без необходимости выезда установщика на объект.

Полная эксплуатация месторождения может быть достигнута за счет использования цифровой модели участка в сочетании с GPS и гидролокатором. Когда глубина залежи достигнута, земснаряд автоматически переходит к следующей точке с нанесением всех глубин на цифровую модель.

Эта статья представляет собой сокращенную версию отчета, подготовленного Клейтоном Форсайтом в рамках стипендии Nordberg Traveling Scholarship 2002 г.