СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ПОДВОДНОЙ РОССЫПИ Российский патент 1999 года по МПК E21C41/30 

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при отработке рассыпных месторождений шельфа, а точнее при отработке запасов непогребенных подводных россыпей, залегающих на акватории, непосредственно примыкающей к береговой черте пляжной зоны.

Известен способ разработки подводной россыпи, включающий использование плавучей добычной установки (например, драги), предусматривающий перемещение добычного забоя от уреза воды по массиву полезного ископаемого с одновременным формированием траншеи (котлована), обеспечивающей возможность перемещения понтона плавучей добычной установки (см. Справочник по разработке россыпей. Под общей редакцией В.П.Березина, В.Г.Лешкова, Л.П.Мацуева, С.В. Потемкина, М.: Недра, 1973, с. 253 - 257, рис. 65).

Однако это техническое решение не обеспечивает сохранения биоценоза отрабатываемой пляжной зоны, приводит к заиливанию и замутнению акватории в пределах которой ведутся разработки и существенно зависит от погодных условий.

Известен также способ разработки подводной россыпи, включающий выемку материала россыпи открытым способом, с базированием добывающего оборудования на суше (см. книгу В.Б.Добрецова Освоение минеральных ресурсов шельфа М.: Недра, 1980, с. 219 - 221, рис. 71a).

Недостаток этого технического решения - замутнение акватории, в пределах которой ведутся разработки, поскольку существует свободное сообщение водной среды со всеми участками очистного забоя, кроме того, валовый принцип выемки материала россыпи, затрудняет восстановление биоценоза пляжной зоны на отработанных ее участках. Кроме того, способ является достаточно энергоемким, что исключает (или существенно затрудняет его реализацию в малоосвоенных районах, без развертывания соответствующих источников энергии.

Известен способ разработки подводной россыпи, включающий использование в качестве обогатительного блока шлюзов, размещаемых в зоне прибойно-приливного волнения продольной осью вдоль преобладающего направления движения масс, с накоплением полезного компонента в объеме обогатительного блока (см. пат. РФ N 2071833, кл. B 03 B 5/70, от 20.01.97).

Недостаток этого технического решения - материалоемкость оборудования необходимого для его реализации и соответственно, потребность в средствах такелажно-доставочных работ в процессе монтажа-демонтажа устройства. Кроме того, ремонтопригодность обогатительного оборудования неудовлетворительна, что приводит к необходимости его демонтажа перед периодом осенних штормов (достигающих максимальной силы). Кроме того, процесс извлечения накопленного материала из шлюза достаточно сложен и плохо механизируется.

Задача, решаемая заявленным изобретением, выражается в снижении материалоемкости оборудования, обеспечивающего реализацию способа, упрощении монтажно-демонтажных работ и работ по извлечению накопленного материала из шлюза и исключении необходимости работ по демонтажу и последующему монтажу обогатительного оборудования в целях обеспечения его сохранности в период штормов максимальной силы.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в исключении необходимости специального подъемно-транспортного оборудования для монтажа-демонтажа обогатительного блока. Кроме того, исключаются простои в работе по причине поломки обогатительного оборудования.

Для решения поставленной задачи способ разработки подводной россыпи, включающий использование в качестве обогатительного блока шлюзов, размещаемых в зоне прибойно-приливного волнения продольной осью вдоль преобладающего направления движения водяных масс, с накоплением полезного компонента в объеме обогатительного блока, отличается тем, что отработку россыпи ведут узкими траншеями, которые располагают так, чтобы их продольная ось располагалась вдоль направления движения прибойных волн, причем, ширина траншеи превышает ширину рабочего органа землеройной машины, используемой для извлечения материала, на величину зазора, обеспечивающего сохранность стенок траншеи, при этом вертикальные стенки траншеи облицовывают щитами, например, металлическими, нижние кромки которых заглубляют в дно траншеи, кроме того, траншею связывают с акваторией водоподводящей канавой, глубина которой меньше глубины траншеи, после чего траншею оставляют до ее самозаполнения материалом, переносимым приливно-волновыми течениями, после чего выемку материала из объема траншеи повторяют.

Кроме того, дно траншеи снабжают съемными трафаретами, выполненными предпочтительно в виде металлических пластин, размеры которых соответствуют размерам поперечного сечения траншеи, при этом, нижнюю кромку трафаретов заглубляют в дно, а верхнюю размещают выше дна на уровне, сохраняемым постоянным в процессе самозаполнения траншеи.

Кроме того, перед зачисткой обустроенной траншеи от концентрата трафареты извлекают.

Кроме того, удаление от уреза воды торца траншеи не превышает максимальной дальности наката на пляж волнового прибоя в период штормов.

Сравнительный анализ признаков заявленного решения и признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи:
Признак..."отработку россыпи ведут узкими траншеями" обеспечивает возможность самозалечивания очистных выработок (траншеи) после прекращения очистных работ и снятия защитного покрытия со стенок траншеи за счет обрушения (сдвижения) бортов самих траншей, т.е. тем самым обеспечивается частичное заполнение нижних горизонтов траншеи материалом россыпи, не лишенным биоценоза.

Признак. . ."которые (т.е. траншеи) располагают так, чтобы их продольная ось располагалась вдоль направления движения прибойных волн", снижает сопротивление полости движению водной массы и, тем самым, повышает дальность переноса взвешенного в воде твердого материала и полноту заполнения траншеи (в процессе ее заполнения-самозалечивания).

Признак. . ."ширина траншеи превышает ширину рабочего органа землеройной машины, используемой для извлечения материала, на величину зазора, обеспечивающего сохранность стенок траншеи" обеспечивает возможность механизации работ по уборке концентрата из шлюза (траншеи).

Признак. . . "вертикальные стенки траншеи облицовывают щитами, например, металлическими" обеспечивает сохранность бортов траншеи и исключает ее заполнение сползающими "призмами" пустых бортовых песков подмываемых в бортах траншеи. Тем самым исключается разубоживание концентрата, аккумулируемого в траншее-шлюзе обрушенными пустыми песками.

Признак..."траншею связывают с акваторией водоподводящей канавой", обеспечивает возможность "самозаполнения" (накопления концентрата) траншеи частицами полезного компонента, взвешенными в приливно-прибойных водных массах.

Признак "глубина которой (т. е. водоподводящей канавы) меньше глубины траншеи" повышает "улавливающие" свойства траншеи по отношению к более тяжелым частицам полезного компонента, переносимым приливно-волновыми течениями.

Признаки "траншею оставляют до ее самозаполнения материалом, переносимым приливно-волновыми течениями, после чего выемку материала из объема траншеи повторяют "...обеспечивают локализацию очистных работ на отдельных участках пляжа.

Признаки второго пункта формулы изобретения повышают "улавливающие свойства траншеи", и обеспечивают их сохранение в процессе самозаполнения траншеи.

Признаки третьего пункта формулы изобретения обеспечивают возможность эффективного использования землеройной техники для очистки обустроенных траншей от (накопленного материала) концентрата.

Признак четвертого пункта формулы изобретения обеспечивает локализацию участка очистных работ в направлении по нормали к урезу воды.

На фиг. 1 показан вид отрабатываемого участка пляжа в плане; на фиг. 2 показан продольный вертикальный разрез по траншее, на начальной стадии ее самозаполнения; на фиг. 3 показан продольный вертикальный разрез по траншее, на конечной стадии ее самозаполнения.

На чертежах показаны акватория 1, береговая черта 2, направление 3 движения прибойных волн, траншеи 4, облицовка 5 траншеи, трафареты 6, водоподводящая канава 7, граница 8 максимальной дальности наката на пляж 9 волнового прибоя в период штормов.

Заявленный способ разработки россыпи осуществляется в следующем порядке.

Известным образом выявляют параметры залегания и гидрогеологические параметры участка пляжа 9, планируемого под отработку (направление 3 движения прибойных волн и положение границы 8 максимальной дальности наката на пляж 9 волнового прибоя в период штормов). В случае существенных по величине (больше чем на 45 градусов) сезонных изменений направления 3 движения прибойных волн соответственно изменяют положение продольных осей траншей 4. Глубину траншей определяют из условия обеспечения максимальной полноты извлечения полезного компонента, с учетом технических возможностей оборудования, задействованного на очистных работах. Ширину траншей принимают на 0,4 - 0,5 м большей ширины рабочего органа землеройного оборудования, задействованного на очистных работах. Наиболее предпочтительный комплект оборудования включает экскаватор и автомобиль-самосвал. Перед выемкой траншеи 4 на продольных границах ее проектного контура размещают элементы облицовки 5 (металлические щиты), которые забивают в вертикальном положении в пляжный массив, после чего осуществляют выемку траншеи. Эти работы начинают от границы 8 и перемещают фронт работ в сторону береговой черты 2, вдоль направления 3 движения прибойных волн. В качестве береговой черты 2 целесообразно принимать границы акватории 1 во время прилива. Выемку материала россыпи с формированием траншеи 4 ведут до тех пор, пока состояние поверхности пляжа 9 позволяет свободное перемещение техники или до тех пор, пока не останется небольшой (порядка 5 - 8 м, в зависимости от степени наклона поверхности пляжа) целик между соответствующим концом траншеи 4 и береговой чертой 2. По окончании этого процесса формируют торцевые участки траншеи забивкой соответствующих элементов облицовки 5 и заглубляют в дно траншеи трафареты 6 (представляющие из себя прямоугольные металлические листы толщиной 2 - 3 мм, соответствующие по форме сечению траншеи, верхняя кромка которых снабжена петлями, для подъема-извлечения трафаретов). Верхнюю кромку трафарета 6 оставляют на уровне 10 - 15 см над дном траншеи. После этого целик между торцом траншеи и береговой чертой 2 пересекают водоподводящей канавкой 7, которая имеет переменную глубину (от 0 на уровне береговой черты 2 до максимума на контакте с траншеей 4). При этом максимальная глубина канавы 7 меньше глубины траншеи 4.

После соединения траншеи 4 с акваторией 1 прибойные волны захлестываются в траншею увлекая с собой взвешенный твердый материала.

При наличии на дне акватории 1 непогребенных россыпей материал последних увлекается прибойным волнением и во взвешенном состоянии попадает в траншею 4. Наиболее крупные и тяжелые частицы выпадают на прямом участке движения прибойной волны в вихрях, образующихся у трафаретов 6. Более мелкие фракции выпадают на обратном участке движения волны, попадая в вихри, образующиеся у противоположных сторон трафаретов 6 или у торцовой стенки 10, и выпадают в траншеи. По мере заполнения траншеи осаждающимся на ее дне материалом верхнюю кромку трафаретов периодически приподнимают над образующейся при этом поверхностью (соответствующим выдергиванием трафаретов вверх). После замыва траншеи 4 трафареты 6 извлекают (выдергиванием) и производят (посредством землеройной техники и автотранспорта) выгрузку из траншеи накопившегося материала. Далее вновь повторяют процесс накопления в траншеи полезного материала. Если перед началом осенних штормов (наиболее сильных) траншея 4 оказывается заполненной материалом, то его оставляют неизвлеченным, до конца названного периода, что гарантирует сохранность облицовки и трафаретов. При возобновлении очистных работ в новом добычном сезоне их начинают с зачистки траншеи 4, а затем все повторяется.

Если оставление материала в траншее исключается, то облицовку 5 удаляют, при этом, выемки, оставшиеся на месте траншей "залечиваются" перемещаемым волнами материалом в период штормов. Одновременно вода, попавшая в траншею, подмывает ее борта, что приводит к их обрушению и частичному заполнению. Таким образом, материал из нетронутого массива, сохраняющего биоценоз, попадает на дно траншеи 4, что облегчает проникновение объектов биоценоза во всю толщу пляжа 9. Затем в начале нового добычного сезона очистные работы возобновляют и осуществляют в уже описанном порядке, при этом целесообразно располагать траншеи 4 в целиках, оставленных в период предшествующей обработки.

Способ предназначен для отработки запасов непогребенных подводных россыпей и может быть использован при отработке россыпных месторождений шельфа. Сущность способа: отработку россыпи ведут узкими траншеями, которые располагают их продольными осями вдоль направления движения прибойных волн. Стенки траншеи облицовывают щитами и связывают траншею с акваторией водоподводящей канавой, глубина которой меньше глубины траншеи. Способ позволяет упростить проведение монтажно-демонтажных работ, снизить материалоемкость оборудования. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ разработки подводной россыпи, включающий использование в качестве обогатительного блока шлюзов, размещаемых в зоне прибойно приливного волнения продольной осью вдоль преобладающего направления движения водяных масс, с накоплением полезного компонента в объеме обогатительного блока, отличающийся тем, что отработку россыпи ведут узкими траншеями, которые располагают так, чтобы их продольная ось располагалась вдоль направления движения прибойных волн, причем ширина траншеи превышает ширину рабочего органа землеройной машины, используемой для извлечения материала, на величину зазора, обеспечивающего сохранность стенок траншеи, при этом вертикальные стенки траншеи облицовывают щитами, например, металлическими, нижние кромки которых заглубляют в дно траншеи, кроме того, траншею связывают с акваторией водоподводящей канавой, глубина которой меньше глубины траншеи, после чего траншею оставляют до ее самозаполнения материалом, переносимыми приливно-волновыми течениями, после чего выемку материала из объема траншеи повторяют. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дно траншеи снабжают съемными трафаретами, выполненными предпочтительно в виде металлических пластин, размеры которых соответствуют размерам поперечного сечения траншеи, при этом нижнюю кромку трафаретов заглубляют в дно, а верхнюю размещают выше дна на уровне, сохраняемом постоянным в процессе самозаполнения траншеи. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что перед зачисткой обустроенной траншеи от концентрата трафареты извлекают. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удаление от уреза воды торца траншеи не превышает максимальной дальности наката на пляж волнового прибоя в период штормов.