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

Устройство относится к области добычи железомарганцевых и фосфоритовых конкреций и подобных отложений шельфовых морей и глубоководного дна океана, которые представлены в основном горизонтальными и слабонаклонными залежами малой мощности, располагающимися на поверхности дна с небольшим заглублением (до 0,5-1,5 м) от уровня его поверхности. Преимущественной областью использования устройства являются месторождения фосфоритовых и железомарганцевых конкреций, а также россыпные месторождения шельфа и малоуплотненные осадки глубоководного дна небольшой мощности.

Известно устройство для добычи конкреций с морского дна, включающее буксируемый по дну с помощью каната рабочий орган, скрепленный 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 из заслонок с эластичными шторками, шарнирно установленными под отверстиями с возможностью поворота их в верхнем положении барабана, при этом шарниры скоб расположены по центру боковых сторон барабана (патент РФ N 2007573, 5 E 21 C 50/00, аналог).

Недостатками устройства являются сложность конструкции, почти неизбежное заглубление в малосвязанные донные отложения, содержащие конкреции, нерегулируемый срез конкреционного слоя по его мощности, а также серьезные нарушения экологического равновесия вследствие практически неизбежного образования облака взвеси в процессе работы устройства при грунтозаборе и при перемещении добытой горной массы, вмещающие породы которой представлены в основном илистыми частицами (пелиты, разжиженные алевролиты, сапропели и т.п. ).

Известно устройство в виде самоходной тележки для отбора конкреций в условиях дна Мирового океана, включающей раму, гусеничный ход, исполнительный орган в виде барабана-рыхлителя с резцами на его поверхности, защитный кожух и встроенный в него привод в виде работающей на 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, выходящей из-под барабана-рыхлителя (патент РФ N 2112139, E 21 C 50/00, 1988 г., прототип).

Недостатками устройства являются сложная конструкция, значительные гидравлические потери в гибком трубопроводе при изменении его длины, валовая выемка конкреций всех размеров, а также крупных попутных включений, сомнительность успешного 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.

Задачей изобретения является обеспечение его устойчивой работы в сложных горно-гидро-геологических условиях и извлечение конкреций заданного гранулометрического состава с минимальными нарушениями состояния донных отложений при выполнении основных требований экологии и рационального использования недр.

Поставленная задача решается тем, что устройство для разработки конкреций, содержащее раму, исполнительный орган с приводом, грунтовый насос со всасывающим и напорным пульповодами, характеризуется тем, что оно снабжено несущими водоизмещающими поплавками с выдвигающимися посредством телескопических гидроцилиндров опорными лыжами, бункером с наклонным колосниковым грохотом, а исполнительный орган выполнен в виде многочерпаковой цепи, черпаки которой имеют длину B>5H, где H - высота черпака, а дно каждого черпака выполнено из отдельных пластин серповидной формы треугольного сечения с основанием треугольника, обращенным к внутренней поверхности дна черпака, при этом расстояния между отдельными пластинами дна черпаков соответствуют минимальным размерам конкреций товарной руды, а расстояния между пластинами наклонного грохота - максимальным их размерам.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан разрез фронтальной проекции общего вида устройства для разработки конкреций (без несущего водоизмещающего поплавка), на фиг. 2 - устройство в плане, на фиг. 3 показан отдельный черпак многочерпаковой цепи устройства, на фиг. 4 - разрез черпака по А-А между отдельными пластинами его дна, на фиг. 5 - поперечное сечение отдельных пластин черпака (по Б-Б на фиг. 4), на фиг. 6 - вид устройства сбоку с несущими водоизмещающими поплавками и лыжами, на фиг. 7 - вид устройства в плане.

Устройство содержит раму-корпус 1 (фиг. 1), на котором смонтированы исполнительный орган в виде многочерпаковой цепи 2 (привод не показан), приемный бункер 3, наклонный колосниковый грохот 4, закрывающий бункер 3 с верху и всасывающий патрубок 5 грунтового насоса, например, эрлифта (как не нарушающего целостности добытых конкреций при их подъеме на судно или баржу).

Каждый отдельный черпак 6 исполнительного органа 2 имеет длину B (фиг. 3), более чем в 5 раз превышающую высоту H на фиг. 4, т.е. В>5H, что обеспечивает разработку конкреций (в плане) широкой полосой (заходкой). Кроме этого дно каждого черпака выполнено из отдельных пластин 7, серповидной формы с расстоянием между ними l (фиг. 3, 5), в виде гребенки (фиг. 4, разрез по А-А). Каждая полоса дна черпака в сечении имеет вид треугольника (фиг. 5, сечение по Б-Б несколько увеличено), а расстояние между основаниями этих треугольников l позволяет проходить минимальным кускам (несколько более) товарной руды. Например, для железомарганцевых конкреций месторождений Балтийского моря этот размер составляет 5 мм. Боковые стенки 8 и задняя стенка 9 ковша (фиг. 3) выполнены сплошными.

Все устройство закреплено на несущих водоизмещающих поплавках 10, обеспечивающих минимальную отрицательную плавучесть (минимальные нагрузки на грунт залежи, обладающей пониженной несущей способностью), и снабжено механизмом 11 для зацепления с тросом буксирования.

Каждый поплавок 10 имеет плоскую, закругленную с концов лыжу 12 на телескопических цилиндрах 13, что обеспечивает горизонтальное перемещение всего устройства при работе, когда при разработке отдельной заходки одна из лыж должна выдвигаться вниз на величину, равную мощности срезаемого грунтозаборным устройством слоя залежи и перемещаться по кровле подстилающих конкрециеносный слой пород, а другая лыжа перемещаться по поверхности залежи (ступенчатая конфигурация забоя в разрезе).

Пластины 14 наклонного колосникового грохота 4 расположены одна под другой на расстоянии L, соответствующим максимальному значению товарной руды (для условий месторождений Финского залива это 30 мм).

Устройство работает следующим образом. С судна обеспечения его спускают до кровли конкреционной залежи, нижние черпаки 6 устройства внедряются в залежь под собственным весом устройства (при необходимости плавучесть устройства отрицательная, может быть несколько увеличена за счет работы водоизмещающих поплавков) и черпаковая цепь 2 приводится в движение с одновременным подтягиванием всего устройства (например, при движении буксировочного судна) и отработкой полосы залежи заданной ширины и мощности.

За счет формы днища черпака 6 в виде серповидной гребенки осуществляется выемка из разрабатываемого слоя залежи конкреций минимального заданного размера (для условий месторождений конкреций Балтийского моря, например, товарная руда имеет размеры от 5 до 30 мм, и это составляет примерно 45% объема одного кубометра горной массы залежи. Конкреции меньшего значения, не представляющие интереса в качестве товарной руды, проходят через щели днища ковша 6 (фиг. 3) между отдельными пластинами, и за счет формы поперечного сечения пластин в виде опрокинутых треугольников (фиг. 3) исключается заклинивание между пластинами отдельных конкреций. Большая часть илистых и рыхлых, вмещающих конкреции пород (пелиты, разжиженные алевролиты, сапропели и пр.) проходит между пластинами днища каждого черпака и вместе с другими частицами меньше заданного размера остается в теле залежи.

Таким образом на наклонный колосниковый грохот 4 подается в основном твердая горная масса от минимальных заданных размеров отдельных частиц и более (крупные сростки, обломки других пород и т.п.), поскольку расстояния между отдельными пластинами наклонного колосникового грохота 4 (L на фиг. 2) составляют несколько более максимального размера товарной руды (как отмечалось ранее для условий месторождений Балтийского моря -30 мм), то в накопительный бункер 3 (фиг. 2) поступают конкреции с заданными размерами, определяющими товарную руду. Более крупные включения скатываются по наклонной плоскости грохота 4 позади устройства для разработки конкреций и укладываются во внутренний отвал - выработанное пространство подводного карьера.

Товарная руда из бункера 3 по всасывающему патрубку 5 насосом (на фиг. 1 и далее - не показан) подается на судно, баржу или другую накопительную емкость надводного расположения.

При эксплуатации предлагаемого устройства из тела подводной залежи извлекаются преимущественно конкреции заданного размера с оставлением на месте большей части вмещающих пород, за счет несущих водоизмещающих поплавков исключается нежелательное внедрение устройства в тело разрабатываемой залежи с малыми несущими характеристиками, обеспечивается выдача на поверхность конкреций с заданными максимальными и минимальными размерами (товарная руда) и незначительным засорением вмещающими породами, минимально нарушается экологическое равновесие в месте производства работ за счет образования незначительного по параметрам облака взвеси.

Изобретение относится к области добычи железомарганцевых и фосфоритовых конкреций и подобных отложений шельфовых морей и глубоководного дна океана, которые представлены в основном горизонтальными и слабо наклонными залежами малой мощности, располагающимися на поверхности дна с небольшим заглублением (до 0,5 - 1,0 м) от уровня его поверхности. Преимущественной областью использования устройства являются месторождения фосфоритовых и железомарганцевых конкреций, а также россыпные месторождения шельфа и малоуплотненные осадки глубоководного дна небольшой мощности. Устройство для разработки конкреций содержит раму, исполнительный орган с приводом, грунтовый насос со всасывающим и напорным пульповодами, снабжено несущими водоизмещающими поплавками с выдвигающимися посредством телескопических гидроцилиндров опорными лыжами, бункером с наклонным колосниковым грохотом, а исполнительный орган выполнен в виде многочерпаковой цепи, черпаки которой имеют длину, более чем в 5 раз превышающую высоту, а дно каждого черпака выполнено из отдельных пластин серповидной формы треугольного сечения с основанием треугольника, обращенным к внутренней поверхности дна черпака, и накопительным бункером с наклонным колосниковым грохотом, при этом расстояния между отдельными пластинами дна черпаков соответствуют минимальным размерам конкреций товарной руды, а расстояния между пластинами наклонного грохота - максимальным их размерам. При эксплуатации предлагаемого устройства обеспечивается выдача на поверхность конкреций с заданными минимальными и максимальными размерами (товарная руда) и незначительным засорением вмещающими породами, минимально нарушается экологическое равновесие в месте производства работ за счет образования незначительного по параметрам облака взвеси. 7 ил.

Устройство для разработки конкреций, содержащее раму, исполнительный орган с приводом, грунтовый насос со всасывающим и напорным пульповодами, отличающееся тем, что оно снабжено несущими водоизмещающими поплавками с выдвигающимися посредством телескопических гидроцилиндров опорными лыжами, бункером с наклонным колосниковым грохотом, а исполнительный орган выполнен в виде многочерпаковой цепи, черпаки которой имеют длину В > 5H, где Н - высота черпака, а дно каждого черпака выполнено из отдельных пластин серповидной формы треугольного сечения с основанием треугольника, обращенным к внутренней поверхности дна черпака, и при этом расстояния между отдельными пластинами дна черпаков соответствуют минимальным размерам конкреций товарной руды, а расстояния между пластинами наклонного грохота - максимальным их размерам.