УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРАБОТКИ КОНКРЕЦИЙ Российский патент 2001 года по МПК E21C50/00 

Изобретение относится к области добычи полезных ископаемых со дна шельфовых морей, представленных горизонтальными и слабонаклонными залежами неуплотненных или слабоуплотненных донных отложений, относящихся к пластовым россыпным месторождениям, залегающими непосредственно на поверхности дна и обладающими небольшой (до 0,5-1,0 м) вертикальной мощностью, что особенно относится к конкрециям.

Преимущественной областью использования являются месторождения фосфоритовых и железомарганцевых конкреций, металлоносных илов, залежей ракуши, ракушечника, песка и других несвязанных и слабосвязанных отложений полезных ископаемых морского дна с учетом того, что более 90% донных отложений Мирового океана являются неуплотненными осадками.

Известно устройство для добычи конкреций с морского дна, включающее буксируемый по дну с помощью каната рабочий орган, скрепленный с канатом через скобы, шарнирно установленные на боковых стенках рабочего органа, выполненного в виде накопительной емкости с размещенными на ней породозахватными элементами. При этом породозахватные элементы выполнены в виде ковшей, а накопительная емкость выполнена из барабана, на обечайке которого выполнены отверстия, над которыми жестко установлены ковши, и из заслонок с эластичными шторками, шарнирно установленных под отверстиями с возможностью поворота их в верхнем положении барабана, при этом шарниры скоб расположены по центру боковых сторон барабана (патент РФ N 2007573, E 21 C 50/00).

Недостатком устройства является сложность конструкции, неизбежное заглубление в малосвязанные донные отложения, содержащие конкреции. Нерегулируемый срез конкрециеносного слоя по его мощности, а также серьезные нарушения экологического равновесия вследствие практически неизбежного образования облака взвеси в процессе работы устройства, при его передвижении и при перемещении добытой горной массы, вмещающие породы которой представлены илистыми частицами в большинстве.

Известно устройство в виде самоходной тележки для сбора конкреций в условиях дна Мирового океана, включающее раму, гусеничный ход, исполнительный орган в виде барабана-рыхлителя с резцами на поверхности, защитный кожух и встроенный в него привод, в виде работающей в воде многоступенчатой прямоточной гидротурбины, питание которой осуществляется по гибкому трубопроводу от насоса, расположенного вне тележки, наконечник-сопло напорного трубопровода, установленный для улавливания разрыхленной массы в смеси с водой, исходящей из-под барабана-рыхлителя (патент РФ N 2112139, E 21 C 20/00, 1998 г. , E 21 C 50/00, 1998 г., прототип).

Недостатком устройства является сложная конструкция, значительные гидравлические потери в гибком трубопроводе при изменении его длины, сложность использования гусеничного хода ввиду крайне низкой несущей способности пород, вмещающих конкреции, а также неизбежное возникновение в связи с этим облака взвеси, в значительной степени и на длительное время нарушающего экологию, что недопустимо, особенно на шельфовых морях. Основным технологическим недостатком является низкая консистенция перекачиваемой пульпы, что приводит к повышенным энергозатратам, приходящимся на единицу добытого полезного ископаемого.

Задачей изобретения является обеспечение его устойчивой работы при малой несущей способности разрабатываемых пород, поточная работа при добыче, максимальное насыщение пульпы твердой составляющей, т.е. непосредственно конкрециями и вмещающим грунтом, и максимальное выполнение требований экологии и рационального использования недр.

Поставленная задача решается тем, что устройство для разработки конкреций, содержащее раму, смонтированный на ней исполнительный орган, привод и напорный пульповод, характеризуется тем, что оно снабжено опорными лыжами, верхнерасположенным несущим поплавком и рабочим органом, выполненным в виде торцевой фрезы-питателя с эвольвентными лопастями, копирующими эти лопасти по форме и расположенными перед ними прорезями в нижнем диске, а также косо установленными в сторону вращения фрезы ножами на внешней поверхности нижнего диска и примыкающими к внешней кривой прорезей, причем рабочий орган посредством телескопических гидроцилиндров соединен с ведомой шестерней-столом, находящейся в зацеплении с ведущей шестерней и приводом.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан разрез фронтальной поверхности общего вида устройства для разработки конкреций, на фиг. 2 - разрез (по А-А) рабочего органа в виде торцевой фрезы-питателя с несколькими (например, четырьмя) эвольвентными лопастями и соответствующими их профилю, на фиг. 3 - вид на фрезу-питатель снизу (без ножей), на фиг. 4 - разрез по Б-Б (фиг. 3), а на фиг. 5 - фронтальный разрез фрезы-питателя (без разреза по эвольвентным лопастям).

Устройство содержит раму-корпус 1 с несущим цилиндром 2, в котором подвижно установлена ведомая шестерня-стол 3, входящая в контакт с ведущей шестерней 4, соединенной посредством вала 5 с приводом 6.

К несущей шестерне-столу 3 посредством нескольких, например двух, гидроцилиндров 7 телескопично подсоединен рабочий орган 8 в виде торцевой фрезы-питателя с эвольвентными (фиг. 2) лопастями 9. Выполнение лопастей 9 в виде эвольвент обеспечивает принудительную подачу горной массы при вращении фрезы-питателя к срезу всасывающего пульповода (пунктиром 1-1 показано положение фрезы перед ее вертикальным внедрением в донные отложения - фиг. 1).

Верхний диск фрезы-питателя 10 (фиг. 5) выполнен сплошным, а нижний 11 имеет прорези 12 (фиг. 3) также эвольвентного вида, повторяющие конфигурацию лопастей 9 фрезы-питателя, и выступающие за пределы нижнего диска 11 ножи 13, расположенные на внутренних сторонах прорезей 12 (фиг. 4).

Через центральное отверстие в раме-корпусе 1, ведомой шестерне-столе 3 и торцевой фрезе-питателе 8 проходит всасывающий пульповод 14 добычного грунтового насоса 15 (привод насоса на фиг. 1 не показан) с напорным пульповодом 16 (насос может быть грунтовым центробежным, эрлифтом, гидроэлеватором и т.п.).

Все устройство установлено на опорных лыжах 17 достаточной площади (так, что фактическое удельное давление в кг/см² будет меньше допустимого для данной категории грунта - P_ф<P_зап) с учетом весьма малой несущей способности разрабатываемых пород, представленных пелитами, разжиженными алевролитами, текучими илами, вмещающими железомарганцевые конкреции, а также снабжено дополнительным несущим поплавком 18 (на фиг.1 показана только его нижняя часть), соединенным с устройством для разработки конкреций посредством фигурных тяг 19 (фиг. 1), что гарантированно обеспечивает малую отрицательную (близкую к нулевой) плавучесть всего устройства и дополнительные гарантии от излишнего нежелательного погружения устройства в разрабатываемый конкрециенесущий слой пород более заданной по мощности величины.

Устройство работает следующим образом. С судна обеспечения его опускают до соприкосновения опорных лыж 17 с кровлей разрабатываемой залежи. После этого включают в работу грунтовый насос 14 и фрезу-питатель 8 с одновременной ее подачей вертикально на горизонтальный забой гидроцилиндрами 7. В результате осуществляется срезание грунта с конкрециями ножами 13 и дальнейшим принудительным движением его внутри фрезы между верхним 10 и нижним 11 дисками к всасывающему пульповоду 14. Таким образом, при стоянии устройства на одной точке происходит внедрение фрезы-питателя на заданную глубину (h, фиг. 1), определяемую слоем вмещающих конкреции пород (для условий Балтийского моря, например, это 10-20, до 50 см), для чего предусматриваются сменные рабочие органы (т.е. фрезы- питатели).

После внедрения рабочего органа в залежь на заданную глубину осуществляют горизонтальное поступательное движение всего устройства, работающего в качестве буксируемого добычного агрегата (или подтягиваемого, в случае использования донных якорей, располагаемых на дне впереди устройства), с планомерной отработкой месторождения на заданную мощность по всей площади подводного карьерного поля.

При этом, благодаря конструкции лопастей фрезы- питателя, которые выполняют две функции - режущего органа и питателя, к центрально расположенному всасывающему патрубку 14 равномерно и постоянно подается горная масса в смеси с водой (пульпа) при повышенном содержании твердого в гидросмеси.

При эксплуатации предлагаемого устройства обеспечивается равномерная отработка конкрециеносного слоя на заданную мощность с максимальным содержанием твердого в подаваемой к всасывающему пульповоду гидросмеси при обеспечении послойной отработки месторождения с обеспечением разбивки его на отдельные горизонты в зависимости от содержания конкреций по вертикали, исключается излишнее нерегулируемое заглубление устройства в илистые вмещающие породы подводной залежи, практически устраняется возможность возникновения облака взвеси в призабойной зоне с соответствующим нарушением экологического равновесия.

Изобретение относится к добыче полезных ископаемых со дна шельфовых морей, представленных горизонтальными и слабонаклонными залежами неуплотненных или слабо уплотненных донных отложений, относящихся к пластовым россыпным месторождениям, залегающими непосредственно на поверхности дна и обладающими небольшой (до 0,5 - 1,0 м) вертикальной мощностью, что особенно относится к конкрециям. Устройство для разработки конкреций содержит раму, смонтированный на ней исполнительный орган, привод и напорный пульповод, снабжено опорными лыжами, несущим поплавком, прикрепленным к верхней площадке рамы, а исполнительный орган выполнен в виде торцевой фрезы-рыхлителя с эвольвентными лопатками, расположенными между двумя дисками, причем нижний диск выполнен с прорезями, копирующими форму лопастей, и снабжен ножами, закрепленными на его внешней поверхности и косоустановленными в сторону вращения фрезы и примыкающими к внешней кривой прорезей, причем исполнительный орган посредством телескопичных гидроцилиндров соединен с ведомой шестерней-столом, находящейся в зацеплении с ведущей шестерней и приводом. Эксплуатация устройства обеспечивает равномерную отработку конкрециеносного слоя на заданную мощность с максимальным содержанием твердого в подаваемой к всасывающему пульповоду гидросмеси при обеспечении послойной отработки месторождения с обеспечением разбивки его на отдельные горизонты в зависимости от содержания конкреций по вертикали, исключается излишнее нерегулируемое заглубление устройства в илистые вмещающие породы подводной залежи, практически устраняется возможность возникновения облака взвеси в призабойной зоне с соответствующим нарушением экологического равновесия. 5 ил.

Устройство для разработки конкреций, содержащее раму, смонтированный на ней исполнительный орган, привод и напорный пульповод, отличающееся тем, что оно снабжено опорными лыжами, несущим поплавком, прикрепленным к верхней площадке рамы, а исполнительный орган выполнен в виде торцевой фрезы-рыхлителя с эвольвентными лопатками, расположенными между двумя дисками, причем нижний диск выполнен с прорезями, копирующими форму лопастей и снабжен ножами, закрепленными на его внешней поверхности и косоустановленными в сторону вращения фрезы и примыкающими к внешней кривой прорезей, причем исполнительный орган посредством телескопических гидроцилиндров соединен с ведомой шестерней-столом, находящейся в зацеплении с ведущей шестерней и приводом.