Земснарядами обобщенно называют все плавучие землесосные и землеройные машины (снаряды), предназначенные для добычи полезных ископаемых, выполнения земляных строительных, мелиоративных, дноуглубительных и прочих видов работ. В действительности плавучие снаряды имеют существенные различия и классифицируются по ряду основных отличительных признаков (Таблица 1).
На производстве и в науке принято делать основное различие плавучих снарядов по способу извлечения горной массы на поверхность, т.е. подразделять их на следующие основные типы: землесосные, эжекторные, эрлифтные и черпаковые, в т.ч. многочерпаковые, штанговые и грейферные.
Землесосные снаряды
Главной отличительной особенностью плавучего землесосного снаряда является наличие грунтового насоса, который создает напорный поток пульпы в трубопроводе. Грунтовый насос, в зависимости от модели и конструктивных особенностей плавучего снаряда, может быть расположен на его палубе, частично погружен в его трюм до плоскости ватерлинии (полутрюмное расположение), полностью размещен в трюме (трюмное расположение) или установлен на подвижной грунтозаборной раме и выполнен в погружном исполнении. Трюмное и погружное расположение грунтовых насосов является наиболее сложным техническим решением, однако оно позволяет снизить гидравлические потери в пульпопроводе и улучшить напорно-расходные характеристики земснарядов. Дальность гидротранспортирования горных пород землесосными снарядами по пульпопроводу зависит от напорных характеристик установленного грунтового насоса и геодезической высоты подачи пульпы. Для землесосных снарядов с грунтовыми насосами, развивающими высокий напор 70-82 м, на равнинной местности дальность гидротранспортирования горных пород может достигать 4-5 км, а в неразрывной цепочке с перекачивающими грунтонасосными станциями до 12-13 км. Дноуглубительные землесосные снаряды, напротив, оснащены низконапорными грунтовыми насосами (как правило, имеющими напор 16-25 м), они предназначаются для выполнения больших объемов дноуглубительных работ, при которых разработанный грунт отводится по плавучему пульпопроводу (по рефулеру) длиной 250-600 м и сбрасывается в подводные отвалы (Рис. 1).
Землесосные снаряды являются самым распространенным типом плавучих снарядов в мире. Они имеют весьма широкую сферу применения: на горных разработках при добыче полезных ископаемых и на вскрышных работах; на дноуглубительных работах; в гидротехническом строительстве; в гидромелиорации; в транспортном и промышленно-гражданском строительстве.
Эжекторные снаряды
Принципиальное отличие эжекторных плавучих снарядов от землесосных заключается в способе подъема пульпы на поверхность, который осуществляется не всасывающей способностью центробежных грунтовых насосов, а за счет энергии струи эжектора, являющегося прототипом гидроэлеватора. Грунтовый насос на них отсутствует, взамен применяют водяной насос и специальное струйное устройство - эжектор. Дальность гидротранспортирования горных пород такого типа плавучих снарядов незначительная - от нескольких десятков до двух-трех сотен метров. Их основное предназначение - поднять со дна полезное ископаемое для его переработки (сортировки или обогащения) на борту земснаряда. Переработанная горная масса либо сразу сбрасывается за борт земснаряда в отвал (Рис. 2), либо перегружается в грунтоотвозные шаланды.
Эрлифтные снаряды
Наименее распространенный тип земснарядов (Рис. 3). Применяются для разработки песчано-гравийных месторождений и россыпей полезных ископаемых, залегающих на глубинах, экономически не выгодных или технически не доступных другими типами плавучих снарядов.
Они также могут продуктивно применяться при разработке полезных ископаемых, залегающих на дне глубоких обводненных карьеров и при углублении гидрокарьеров, имеющих большие площади водных акваторий, когда неэффективны меры по водоотводу и водопонижению месторождений.
Для подъема горной массы со дна водоема используют сжатый воздух, нагнетаемый компрессором через смеситель в вертикально или крутонаклонно (более 70-75°) расположенную породозаборную трубу, формируя в ней воздушно-водную смесь.
За счет разности давлений данная смесь устремляется к поверхности и увлекает за собой со дна, вместе с потоком воды, несвязные горные породы, которые, затем, направляют в собственный трюм (самоотвозные эрлифтные снаряды) или по наклонному лотку в грунтоотвозные шаланды, пришвартованные к земснаряду.
Многочерпаковые снаряды
Этот плавучий снаряд имеет значительные конструкторские отличия от других типов земснарядов (Рис. 4). Его породозаборное устройство выполнено в виде рамы, оснащенной нижним и верхним барабанами, опоясанными одной подвижной цепью с закрепленными на ней черпаками. Наполнение черпаков происходит в заглубленной, в забой, нижней части породозаборного устройства, а разгрузка в его верхней части после прохождения их через верхний барабан и опрокидывания. Далее горная масса поступает в грунтовый колодец, а затем поочередно распределяется по лоткам на правый или левый борт земснаряда, где грузится в пришвартованные грунтотвозные шаланды. Некоторые проекты снарядов могут оснащаться плавучими ленточными конвейерами для доставки горной массы на берег. Вместимость черпаков многочерпаковых земснарядов, как правило, составляет от 0,3 до 0,8 м3, а мощность черпакового привода от 80 до 200 кВт. Многочерпаковые снаряды используют преимущественно при разработке связных и несвязных каменистых и засоренных грунтов на дноуглубительных работах и при добыче песка и гравия в акваториях рек, водохранилищах, озерах и морских заливах, куда они могут быть свободно доставлены водными путями.
Штанговые снаряды
Штанговый земснаряд, он же одночерпаковый плавучий снаряд. Отличается наличием ковшового устройства экскаваторного типа. Разработка горной породы производится ковшом, закрепленным на штанге или рукояти. По конструкции различают штанговые земснаряды с прямой лопатой (преимущественно тросовые) и, более современные, гидравлические с обратной лопатой.
Вместительность ковшей штанговых земснарядов составляет 0,5-13 м3. Разгрузка ковша осуществляется в пришвартованную к борту снаряда грунтоотвозную шаланду или к месту отвала горной породы.
Для закрепления рабочего положения штанговый снаряд оснащается сваями, а перемещение на участке работ осуществляется с помощью папильонажных лебедок.
Главным достоинством штанговых снарядов является возможность разработки тяжелых каменистых и предварительно разрушенных скальных горных пород.