СПОСОБ ПОДВОДНОЙ РАЗРАБОТКИ Российский патент 1997 года по МПК E21C50/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подводной разработке несвязных материалов со дна водоема, предпочтительно металлосодержащих россыпей.

Известен способ подводной разработки, включающий всасывание гидросмеси, ее сгущение с последующей погрузкой сгущенной части в трюм земснаряда и использованием осветленной части для рыхления грунта и эжектирования на всос без растекания в окружающую среду, ориентацией струй в зону всасывания грунтозаборного устройства (авт. св. СССР N 601421, кл. E 21 C 45/00, 1978).

Недостаток этого решения его неэффективность при разработке россыпных месторождений, когда полезный компонент составляет только часть материала, поднятого на борт земснаряда.

Известен также способ подводной разработки, включающий отделение материала от объема россыпи, его подъем на плавсредство с исключением возможности контакта с окружающей водной средой, разделение материала россыпи на черновой концентрат и хвосты со сбросом последних за пределы плавсредства (Добрецова В. Б. Освоение минеральных ресурсов шельфа, Л. Недра, 1980, с. 210-212, рис. 65).

Недостаток такого решения загрязнение окружающей водной среды тонкодисперсной твердой фракцией при сбросе хвостов, что приводит к ее замутнению и интенсивному загрязнению растворимыми минеральными соединениями, содержащимися в материале россыпи, при этом уровень загрязнения тем выше, чем больше глубина акватории на участке разработки. Кроме того, качество чернового концентрата даже тяжелых полезных ископаемых остается невысоким.

Задачей, на решение которой направлено заявленное решение, является исключение возможности загрязнения окружающей водной среды тонкодисперсной твердой фракцией и повышение качества чернового концентрата.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в снижении мутности водной среды до естественного уровня при уменьшении содержания растворимых соединений в водной среде до их естественного уровня на отрабатываемом участке акватории. Кроме того, уменьшается содержание пустых пород в черновом концентрате.

Для решения поставленной задачи способ подводной разработки, включающий отделение материала от объема россыпи, его подъем на плавсредство с исключением возможности контакта с окружающей водной средой, разделение материала россыпи на черновой концентрат и хвосты со сбросом последних за пределы плавсредства, отличаются тем, что при сбросе хвостов с плавсредства их свободный контакт с водной средой допускают только непосредственно в придонном пространстве, для чего сброс хвостов ведут через трубчатый канал, отделенный от водного пространства непроницаемой оболочкой, причем материал, доставленный на плавсредство, дезинтегрируют, разделяют по крупности на классы, которые разделяют на две фракции по весу, после чего из более легкой фракции выделяют компоненты, обладающие магнитными свойствами, а оставшийся объем удаляют как хвосты, при этом в качестве чернового концентрата используют тяжелую фракцию и компоненты, обладающие магнитными свойствами, кроме того, сброс хвостов осуществляют непосредственно на дно траншеи, оставшейся на дне акватории после выемки материала россыпи.

Кроме того, в траншеях, оставшихся на дне акватории, периодически формируют перемычки отсыпкой хвостов крупных классов, а тонкокодисперсную фракцию размещают на участках траншеи, ограниченных двумя перемычками. При этом укладку хвостов на дно траншеи ведут в порядке увеличения классов крупности к водной поверхности.

Совместный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналога свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки п. 1 формулы изобретения обеспечивают эффективность отделения полезного компонента от пустой породы за счет выравнивания крупностей обогащаемых классов и исключают возможность загрязнения окружающей водной среды тонкодисперсными твердыми частицами, поскольку сброс хвостов (т.е. их непосредственный выпуск) производят фактически ниже зоны влияния придонных течений.

Признаки п. 2 формулы изобретения обеспечивают разделение полости траншеи на отдельные, изолированные друг от друга "отсеки", что исключает перемещение взвеси твердых частиц по длине траншеи и вероятность ее проникновения за пределы траншеи.

Признаки п. 3 формулы способствуют ограничению подвижности тонкодисперсной массы.

На фиг. 1 схематически показана компоновка устройства, обеспечивающего реализацию способа, вид сверху; на фиг. 2 продольный разрез отрабатываемой заходки; на фиг. 3 ее поперечный разрез.

Добычное устройство, обеспечивающее реализацию заявленного способа, содержит плавучее основание (понтон) 1, на котором смонтировано добычное оборудование (обеспечивающее отделение горной массы и ее подъем на борт понтона), обогатительную установку, накопитель концентрата (обеспечивающий накопление полезного компонента в виде концентрата в пределах плавоснования) и породно-транспортные модули, предназначенные для сбора отходов (хвостов) обогащения (возможно с одновременной переработкой, если предполагается их использование в качестве строительных материалов и т.п.) и их доставки к местам складирования или консервации.

Кроме того, добычное устройство снабжено системой перемещения по забою (полигону), выполненной по типу систем перемещения, используемых на многочерпаковых драгах конструкции ИЗТМ им. В. Куйбышева (канатно-свайная от индивидуальных однобарабанных лебедок, с централизованным управлением не показаны). При использовании добычных устройств на открытых акваториях такая система будет недостаточно надежна без дополнительного использования механических движителей винтового или шагающего типа. При использовании систем передвижения шагающего типа возможно выполнение плавучего основания установки самоподъемным и тем самым при подъеме основания на сваях опорах может быть уменьшена зависимость установки от погодных условий, в том числе волнения.

Конструктивно понтон 1 представляет из себя сварную металлическую конструкцию катамаранного типа. Добычное оборудование включает фрезерный грунтозаборный орган 2 и транспортирующий шнек 3, размещенные с возможностью вращения вокруг своей продольной оси на консольной стреле 4 и снабженные приводом вращения (электродвигателем) не показан. При этом шнек 3 размещен внутри трубчатого корпуса 5, а консольная стрела 4 установлена с возможностью поворота в горизонтальной плоскости.

Обогатительная установка включает в себя грохот дезинтегратор 6 (например, дражную бочку 6), обеспечивающий дополнительное измельчение горной массы и ее разделение на классы по крупности, блоки гравитационного обогащения 7 (например, винтовые или конусные сепараторы) и блоки магнитного обогащения 8 (например, многобарабанные дисковые магнитные сепараторы, которые при установке дисков из материалов с различной напряженностью магнитного поля позволяют проводить сепарацию материалов с различным уровнем магнитных свойств).

Блоки гравитационного 7 и магнитного 8 обогащения размещаются последовательно, друг за другом, при этом каждая такая линия "обслуживает" свой класс крупности горной массы, поступающей на нее с соответствующей течки (желоба) 9 дражной бочки 6. "Породный" 10 выход каждого блока гравитационного обогащения 7 связан, например, желобом течкой или виброгрохотом, со входом соответствующего блока магнитного обогащения 8, породный выход которого в свою очередь связан с бункером 11 породно-транспортного модуля. "Концентратные" 12 выходы блоков обогащения 7 и 8 связаны с накопителем концентрата, выполненным в виде бункеров 13, с разгрузочными люками (не показаны), связанными с перегружателем (предпочтительно, скребковым конвейером) 14, обеспечивающим транспортировку концентрата на контейнерную площадку, на которой размещаются контейнеры 15 для сбора концентрата.

Целесообразно, чтобы на контейнерной площадке понтона 1 был смонтирован транспортно-перегрузочный механизм 16, например, консольный кран, что позволит использовать для транспортировки грузов на добычное устройство и обратной перевозки концентрата плавсредства простейших конструкций, не оборудованные перегрузочными устройствами. Разгрузочными кожухами 17 снабжены каждый из бункеров 11 породно-транспортного модуля, размещенных на продольной оси понтона 1. Конструктивно эти кожухи 17 выполнены в виде полых трубчатых корпусов, шарнирно связанных с бункерами 11, при этом их свободные концы связаны тросами с лебедками (не показаны).

Заявленный способ осуществляется в следующем порядке.

Добычное устройство выводят на россыпь. За пределами выемочного участка размещают сваи 18, за которые цепляют тросы 19 лебедок, смонтированных на понтоне (не показаны), которые обеспечивают перемещение понтона по заходкам в пределах площади отрабатываемого участка. Выводят понтон 1 на начальный участок первой заходки, опускают на дно водоема 20 грунтозаборный орган 2 и включают его в работу, одновременно "подавая" его вниз до выхода на плотик россыпи 21 (или выхода на уровень, заранее определенный по технико-экономическим соображения).

После достижения плотика 21 грунтозаборный орган перемещают поперек продольный оси понтона 1, для чего соответственно поворачивают стрелу 4. После снятия стружки на всю проектную ширину понтон 1 перемещают вперед и так до полной отработки заходки. После этого понтон 1 переводят на следующую заходку, разворачивают и ведут выемку в направлении к началу первой заходки (предварительно при канатно-свайном способе перемещения на второй заходке устанавливают сваи 18, необходимые для маневров понтона 1). При этом грунтозаборный орган 2, вращаясь, срезает своей фрезой горную массу, которая посредством шнека 3 поднимается по трубчатому корпусу 5 на борт понтона 1.

Далее горная масса попадает в дражную бочку 6, проходя которую горная масса дезинтегрируется и разделяется на несколько классов по крупности, при этом растительный мусор и галька сразу уходят в хвосты, а обогащению подвергается фракция крупностью менее 1 мм.

При необходимости дополнительного обезвоживания и обесшламливания горной массы последнюю для снижения ее вязкости перед подачей на основную сепарацию пропускают через спиральный классификатор (не показан).

Далее горная масса подается на конусные сепараторы. Получаемый концентрат, содержащий титаномагнетит, рутил, ильменит и другие полезные компоненты, обладающие большим удельным весом, попадают в бункера 13 накопителей концентрата, а хвосты этой стадии обогащения попадают в магнитные сепараторы. Для выделения слабомагнитных минералов используют электромагнитную сепарацию. Применяя сепараторы с различной напряженностью магнитного поля H, извлекают определенные минералы, имеющие соответствующие характеристики. Например, при H=200 кА/м в магнитную фракцию процесса сепарации будет извлекаться хромит, при H=880 кА/м ильменит, при H=1280 кА/М рутил и т.д.

При необходимости выделения циркона и сфена необходимо будет использовать операцию электрической сепарации, используя различия в электропроводности.

Концентрат, прошедший блоки магнитного обогащения 8, попадает в бункера 13 накопителей концентрата. В зависимости от принятого режима формирования массы чернового концентрата разгрузка бункеров 13 блоков обогащения 7 и 8 на перегружатели 14 идет либо одновременно (тогда в одном контейнере 15 размещается и магнитная, и немагнитная фракция полезных компонентов), либо последовательно (тогда магнитная и немагнитная фракции укладываются в различные контейнеры 15). С учетом упрощения схемы работы предпочтительно будет одновременная разгрузка бункеров 13 блоков обогащения 7 и 8.

Хвосты блоков магнитного обогащения 8, накапливающиеся в бункерах 11 породно-транспортного модуля, укладывают непосредственно на дно траншеи 22, образованной работой грунтозаборного органа 2. Для этого свободные концы разгрузочных кожухов 17 опускают вниз, в траншею 22 (таким образом они оказываются расположенными ниже уровня дна водоема 20). Целесообразно, чтобы разгрузочные кожухи 17 были ориентированы к корме понтона, что исключит возможность их повреждения при встрече с препятствием (например, валуном), выступающим над дном траншеи 22.

После работы грунтозаборного органа 2 на дне водоема 20 остается выемка (траншея 22), ширина которой по верху определяется углом естественного откоса материала, слагающего борта траншеи 22.

Понтон 1 перемещают таким образом, чтобы кожух 17 не "выходил" из траншеи 22 в процессе прохода добычной установки по заходке. Отсыпку хвостов в траншею 22 ведут при выпускном конце кожуха 17, опущенном в траншею, при этом по длине траншеи периодически образуют перемычки 23 на крупной фракции хвостов, а мелкую фракцию укладывают в траншею 22 на участках между соседними перемычками 23. При повышенном содержании тонкой, глинистой фракции в самой мелкой фракции хвостов целесообразно отсыпать на участок, занятый мелкой фракцией, более крупную, которая образует покрытие, исключающее существенный размыв мелкой фракции (и, следовательно, замутнение водоема) придонным течениями или волнением. Для формирования покрытия кожухи 17 (через которые выпускают крупную фракцию) подтягивают к понтону так, чтобы их выпускные концы оказались в зоне выпуска мелкой фракции.

В результате проведения горных работ на дне водоема остаются борозды 24, глубина которых существенно меньше исходной глубины траншеи, при этом в зоне, подверженной воздействию течений и волнений, находится слой частиц пустой породы, крупность которых исключает их переход во взвешенное состояние и тем самым замутнение водоема.

Использование: изобретение может быть использовано при разработке металлосодержащих россыпей. Технический результат выражается в снижении мутности водной среды до естественного уровня на отрабатываемом участке акватории. Сущность - хвосты обогащения сбрасывают через трубчатый канал на дно траншеи, образующейся при выемке полезного ископаемого, при этом по длине траншеи формируют перемычки из хвостов повышенной крупности и верхний слой хвостов отсыпают из такой же фракции, что способствует локализации мелкой фракции. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ подводной разработки полезных ископаемых, включающий отделение материала от массива россыпи, его подъем на борт плавсредства по трубопроводу, разделение материала на крупную и тонкодисперсную фракции, обогащение материала и сброс хвостов крупной и тонкодисперсной фракций за пределы плавсредства, отличающийся тем, что сброс хвостов с плавсредства осуществляют по трубопроводу непосредственно на дно траншеи, образованной на дне акватории после выемки материала россыпи. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в траншеях периодически формируют перемычки отсыпкой хвостов крупных фракций, а тонкодисперсную фракцию размещают на участках траншеи, ограниченных двумя перемычками. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что укладку хвостов на дно траншеи ведут в порядке увеличения крупности фракций в направлении к водной поверхности.