Земснаряд

Земснаряд — это плавучая землеройная машина, предназначенная для разработки грунта под водой, извлечения его со дна водоёмов и транспортировки по пульпопроводам или в трюмах. Относится к классу гидромеханизированного оборудования и широко применяется в дноуглубительных работах, добыче полезных ископаемых (песка, гравия, сапропеля), строительстве гидротехнических сооружений и очистке водоёмов. Основным рабочим органом земснаряда является грунтовый насос (землесос), который создаёт разрежение, всасывает смесь воды с частицами грунта (пульпу) и перекачивает её по трубопроводу.

История

Первые прототипы земснарядов появились в середине XIX века в связи с необходимостью углубления морских портов и речных фарватеров. В 1850-х годах в Англии и Франции были построены первые паровые черпаковые снаряды, которые использовали механические ковши для извлечения грунта. Однако настоящий прорыв произошёл с изобретением центробежного грунтового насоса. В 1867 году американский инженер Джеймс Идс запатентовал конструкцию землесоса, который стал основой для современных земснарядов.

В России первые земснаряды начали применяться в конце XIX века на Волге и Неве для поддержания судоходных глубин. В советский период, с 1930-х годов, началось массовое производство земснарядов на отечественных заводах (например, на заводе «Красное Сормово»). К 1950-м годам гидромеханизация стала основным методом дноуглубления и добычи нерудных строительных материалов. В 1970–1980-х годах были разработаны высокопроизводительные земснаряды с гидроприводом и автоматизированными системами управления.

Классификация

Земснаряды классифицируются по нескольким признакам.

По способу перемещения

• Самоходные — имеют собственные двигатели и движители (гребные винты, колёса), могут самостоятельно переходить к месту работ.
• Несамоходные — буксируются к месту работ и перемещаются в процессе добычи с помощью папильонажных лебёдок или якорных систем.

По типу рабочего органа

• Землесосные (рефулерные) — грунт засасывается через всасывающий наконечник (сосун) с помощью грунтового насоса. Наиболее распространённый тип для разработки песчаных, гравийных и илистых грунтов.
• Черпаковые (многочерпаковые) — грунт извлекается цепью ковшей, поднимается наверх и сбрасывается в трюм или на транспортер. Применяются для плотных глинистых и скальных грунтов.
• Грейферные — используют грейферный ковш для точечного извлечения грунта. Обычно применяются на малых глубинах и в стеснённых условиях.
• Фрезерные — оснащены вращающейся фрезой для рыхления плотного грунта перед всасыванием. Являются подтипом землесосных.

По способу удаления грунта

• Рефулерные — пульпа подаётся по плавучему или береговому пульпопроводу в отвал или на карту намыва.
• Трюмные (шаландные) — грунт накапливается в трюме судна, а затем отвозится шаландами или саморазгружается в отвал.
• С гидротранспортом в трюме — сочетают накопление и рефулирование.

По производительности

• Малые (до 200 м³/ч по пульпе).
• Средние (200–1000 м³/ч).
• Крупные (свыше 1000 м³/ч). Крупные морские земснаряды могут перекачивать до 10 000 м³/ч и более.

Устройство и принцип действия

Основные элементы земснаряда:

• Корпус — понтон или судно, обеспечивающее плавучесть и размещение оборудования.
• Грунтовый насос (землесос) — центробежный насос с усиленной конструкцией, устойчивый к абразивному износу. Создаёт напор до 30–80 м вод. ст.
• Всасывающая рама — шарнирно закреплённая труба с грунтоприёмником (сосуном) на конце. Опускается на дно с помощью лебёдок.
• Рыхлитель (фреза, разрыхлитель) — механическое устройство для разрыхления плотного грунта перед всасыванием. Может быть роторным, дисковым или гидравлическим.
• Пульпопровод — система труб, по которым пульпа транспортируется к месту выгрузки. Включает плавучий и береговой участки.
• Папильонажное устройство — система лебёдок и тросов, позволяющая перемещать земснаряд по фронту разработки (папильонировать).
• Силовая установка — дизельный или дизель-электрический двигатель, приводящий в действие насос и вспомогательные механизмы.
• Система управления — пульт управления, контрольно-измерительные приборы, автоматика.

Принцип работы: земснаряд устанавливается на акватории, всасывающая рама опускается на дно. Грунтовый насос создаёт разрежение, засасывая смесь воды и грунта. Пульпа проходит через насос и подаётся по пульпопроводу на карту намыва или в отвал. Для повышения эффективности при разработке плотных грунтов используется рыхлитель. Перемещение земснаряда по площади разработки осуществляется папильонажными лебёдками.

Применение

Дноуглубительные работы

Основная область применения — поддержание и увеличение глубин судоходных каналов, фарватеров, портовых акваторий, подходных каналов к причалам. Земснаряды удаляют наносы песка, ила, гравия, обеспечивая безопасное судоходство.

Добыча полезных ископаемых

Земснаряды используются для добычи нерудных строительных материалов (песок, гравий, ПГС) из обводнённых карьеров и русел рек. Также применяются при добыче сапропеля (органических отложений) для удобрений, торфа, россыпных месторождений золота и платины (драги). В России добыча песка земснарядами ведётся в акваториях Волги, Оки, Камы, Невы, а также на озёрах и водохранилищах.

Гидротехническое строительство

При возведении дамб, плотин, насыпей, намывных территорий (например, в Санкт-Петербурге при строительстве дамбы Невской губы) земснаряды намывают грунт из подводных карьеров. Также используются для укрепления берегов и создания искусственных островов.

Очистка водоёмов

Земснаряды применяются для очистки прудов, озёр, каналов от иловых отложений, донного мусора, зарастания. Это улучшает экологическое состояние водоёмов и восстанавливает их водность.

Примеры земснарядов

• Земснаряд 1000/80 — советский рефулерный земснаряд производительностью 1000 м³/ч по пульпе, напор 80 м. Широко применялся на строительстве каналов и гидроузлов.
• «Волгарь» — серия российских земснарядов (производство «Судостроительный завод «Лотос», Астрахань) производительностью от 200 до 2000 м³/ч. Используются на Волге и Каспии.
• «Кубань» — земснаряд для добычи песка и ПГС, производительностью до 1500 м³/ч. Работает на реках Краснодарского края.
• «Амстердам» (IHC Beaver) — серия голландских земснарядов, считающихся эталоном надёжности. Производительность до 4000 м³/ч. Применяются в портах и на шельфе.
• «Queen of the Netherlands» — один из крупнейших самоходных земснарядов в мире (Нидерланды), производительностью до 10 000 м³/ч, способен работать на глубинах до 35 м.

Интересные факты

• Самый мощный земснаряд в мире — «Cutter Suction Dredger «J.F.J. De Nul» (Бельгия), его грунтовый насос развивает мощность 27 000 л.с., а производительность достигает 20 000 м³/ч.
• В России крупнейшие земснаряды используются на Волго-Донском канале и в порту Усть-Луга.
• Земснаряды могут работать круглосуточно, в том числе в зимний период, при условии отсутствия ледостава.
• Первый российский земснаряд с гидроприводом был построен в 1953 году на заводе «Красное Сормово».
• В Нидерландах, где большая часть территории находится ниже уровня моря, земснаряды сыграли ключевую роль в осушении земель и строительстве дамб.

Источники

• «Гидромеханизация земляных работ» / под ред. В. Н. Щербины. — М.: Стройиздат, 1985.
• «Земснаряды и дноуглубительная техника» / А. П. Козлов, В. А. Козлов. — СПб.: Судостроение, 2001.
• «Справочник по гидромеханизации» / В. И. Гольдман, А. М. Либерман. — М.: Недра, 1989.
• «Технология и организация дноуглубительных работ» / В. П. Баранов. — М.: Транспорт, 1982.
• Материалы сайта «Российская гидромеханизация» (раздел «Земснаряды»), 2023.
• «Дноуглубительная техника: история и современность» / журнал «Морской флот», № 4, 2020.