Устройство для разработки конкреций Российский патент 2004 года по МПК E21C50/00 E02F3/88 

Устройство относится к области разработки месторождений железо-марганцевых конкреций (ЖМК) и фосфоритовых конкреций (ФК), а также подобных отложений шельфовых морей и отложений глубоководного дна океана, которые представлены в основном горизонтальными и слабонаклонными залежами малой мощности, располагающимися на поверхности дна со сравнительно небольшим заглублением (0,5-1,5 м) от уровня его поверхности. Преимущественной областью использования устройства являются месторождения железомарганцевых конкреций, а также фосфоритовых конкреций.

Известно устройство для добычи конкреций с морского дна в виде самоходной тележки для сбора конкреций, включающее 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 с водой, выходящей из-под барабана-рыхлителя (патент РФ № 2112139, МКИ 7 Е 21 С 50/00, 1998).

Недостатком устройства является сложная конструкция, значительные гидравлические потери в гибком трубопроводе при изменении его длины, сомнительность использования гусеничного хода ввиду крайне низкой несущей способности пород, вмещающих конкреции, необходимость выдачи наверх в добычное или транспортное судно всего объема горной массы - и конкреций, и вмещающих пород, нарушения экологии за счет взмучивания донных отложений при разработке с образованием облака взвеси значительных размеров.

Известно устройство для разработки конкреций, содержащее раму, смонтированный на ней исполнительный орган, привод и напорный пульповод и снабженное опорными лыжами, несущим поплавком, прикрепленным к верхней площадке рамы с исполнительным органом, выполненным в виде торцевой фрезы-рыхлителя с эвольвентными лопастями, 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 (патент РФ № 2170823, МКИ 7 Е 21 С 50/00), принятое за прототип.

Недостатком устройства является необходимость выдачи на поверхность в технические плавсредства всего объема горной массы, а также сброс за борт воды (отделяемой из пульпы на поверхности), поднимаемой из донных ее слоев, имеющих пониженную температуру по сравнению с температурой поверхностных вод, что ведет к повышенным энергозатратам при транспортировке и последующем обогащении, к экологическим нарушениям при сбросе хвостов обогащения за борт, или размещении их на береговых площадях, а также разбавлении поверхностных вод глубинными с ухудшением среды обитания морских организмов этих горизонтов водной массы.

Задачей изобретения является обеспечение уменьшения энергозатрат на весь технологический цикл добычи и обогащения ЖМК при работе устройства в сложных горно-гидрогеологических условиях, улучшения экологической обстановки в зоне производства работ и выдачи на добычное судно или транспортные плавсредства преимущественно ЖМК или ФК с оставлением на дне большей части вмещающих пород и ЖМК некондиционного грансостава при максимально возможном выполнении требований экологии и рационального использования недр.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для разработки конкреций, содержащем грунтозаборный орган, грунтовый насос со всасывающим и напорным патрубками и напорный пульповод, связанный с напорным патрубком грунтового насоса, в соответствии с изобретением напорный пульповод снабжен гидроциклоном с двумя выходными патрубками, один из которых соединен с трюмом добычного судна, а другой входит в зазор между защитным кожухом, оканчивающимся разгрузочной консолью и напорным пульповодом, выполненным в виде связанной с гидроциклоном в верхней части вертикальной трубы, которая в нижней части выполнена в виде спирали из эластичного материала, составленной по внешней боковой и донной сторонам из отдельных продольных трапециевидных пластин, обращенных большим основанием внутрь пульповода и скрепленных наружными скобами, а расстояния между отдельными пластинами внутри спирали меньше размера конкреций товарного грансостава.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан разрез фронтальной поверхности общего вида устройства для разработки конкреций, на фиг. 2 - поперечный разрез (по А-А) отдельного витка спиральной части напорного пульповода, на фиг. 3 - вид сбоку на отрезок витка спиральной части напорного пульповода со скобой крепления продольных пластин его сепарирующей части, на фиг.4 показана конструкция отдельных продольных пластин спирального напорного пульповода с одной из скоб крепления, а на фиг. 5 - общий вид добытой системы совместно с заявляемым устройством.

Устройство для разработки конкреций включает (фиг.1) грунтозаборный орган 1 сепарирующего типа (например, по патенту РФ № 2170824), на котором установлен погружной центробежный грунтовый насос 2, сагрегированный с приводом (привод на фиг.1 не показан) со всасывающим 3 и напорным 4 патрубками, защитный кожух 5, ограждающий напорный пульповод, включающий спиральную часть 6, соединенную с напорным патрубком 4 грунтового насоса 2, и вертикальную трубу 7, соединенную с обезвоживающим гидроциклоном 8. Гидроциклон 8 выполнен с двумя выходными патрубками: разгрузочным 9 и патрубком 10 для удаления воды и мелких частиц, который входит в зазор между вертикальной трубой 7 напорного пульповода и защитным кожухом 5. Разгрузочный патрубок 9 соединен с трюмом добычного судна 11. Все устройство крепится на добычном судне 11. На грунтозаборном органе 1 (фиг. 5) расположено крепление 12 тяговой лебедки 13 передвижной донной якорной платформы 14 через тяговый канат 15. Защитный кожух 5 переходит в разгрузочную консоль 16 для удаления воды и мелких частиц во внутренний отвал 17. Добычное судно 11 заякорено по ходу его движения тросом 18.

Спиральная часть 6 трубопровода выполнена из эластичного материала и составлена по внешней боковой и донной сторонам из отдельных продольных пластин 19 (фиг.2-4) трапециевидной в сечении формы, обращенные большим основанием внутрь пульповода (фиг.4) его спиральной части 6 (фиг.1) через определенные промежутки (по прочностным характеристикам материала пульповода) скрепляются между собой наружными скобами 20 (фиг. 2, 3, 4) с соединительными, выступающими внутрь крепежными штырями 21. Расстояние между отдельными пластинами внутри спирали “ l ” выбирают меньше размера конкреций товарного грансостава.

Устройство работает следующим образом. С добычного судна 11 его опускают до уровня кровли конкрециеносной залежи (в транспортном положении оно располагается наклонно или горизонтально, как стрела с грунтозаборником обычного земснаряда) и при включенном грунтовом насосе 2 происходит его внедрение в россыпь на заданную глубину. Например, для условий месторождений ЖМК Балтийского моря продуктивный слой залежи на заглубленных участках, подлежащий выемке, составляет 8-10 см (при общей мощности залежи - 50 см). Затем осуществляется перемещение добычного судна 11 на тросе 18 (фиг.5) с синхронным подтягиванием всего устройства тяговой лебедкой 13 донной якорной платформы 14 при отработке полосы залежи ЖМК заданной ширины и мощности.

Первоначально пульпа центробежным грунтовым насосом 2 (фиг.1) подается в спиральную часть 6 напорного пульповода. В нем за счет центробежных сил и сил гравитации происходит удаление некондиционных ЖМК и песчано-глинистых частиц вмещающих пород (отмывка ЖМК) через продольные промежутки шириной l (фиг.2, 4) спиральной части 6 напорного пульповода (фиг.1). Конструкция донной и боковой внешней части напорного пульповода в виде продольных пластин без поперечин (против обычной сетчатой конструкции) сводит к минимуму переизмельчение хрупких (100 кПа) ЖМК в процессе их транспортировки напорным потоком на добычное судно через обезвоживающий гидроциклон. Внешнее, на крепежных штырях 21 (фиг.4) расположение скрепляющих скоб 20 не нарушает гидродинамики процесса прохождения пульпы в спиральном пульповоде, а также не затрудняет удаление мелкой фракции из спирального пульповода. Трапециевидное сечение продольных пластин 19 предотвращает заклинивание между ними отдельных конкреций или частиц вмещающих пород, прошедших между пластинами.

Длина спиральной части 6 напорного пульповода рассчитывается так, чтобы при фактическом грансоставе ЖМК и вмещающих пород, а также их процентном содержании в процессе движения по нему пульпы происходило максимально возможное обогащение ЖМК. При этом спиральная часть 6 напорного пульповода выполняется из эластичного упругого материала, например полихлорвинила или винипласта, что позволяет спирали при работе несколько раздвигаться (фиг. 5 по сравнению с фиг. 1) и компенсировать (наряду с работой стандартных компенсаторов качки судна, через которые крепится к судну заявляемое устройство) вертикальные подвижки всей добычной системы с обеспечением достаточного качества отработки залежи ЖМК и сокращением потерь горной массы.

Далее пульпа, содержащая в основном товарные ЖМК, подается (фиг.1) по вертикальной трубе 7 напорного пульповода и поступает в гидроциклон 8, где происходит обезвоживание ЖМК с подачей их через разгрузочный патрубок 9 в трюм добычного судна 11. Вода и отделенные частицы центробежным насосом и гидроциклоном 8 (на фиг. 1, 5 не показан) нагнетается в вертикальную цилиндрическую часть защитного кожуха 5 через патрубок 10.

Таким образом, и мелкие фракции, выделенные из потока пульпы в спиральной части 6 напорного пульповода (фиг.1), и мелкие илистые фракции, выделенные в гидроциклоне 8, подаются через разгрузочную консоль 16 во внутренний отвал 17 - выработанное пространство подводного карьера.

При эксплуатации предлагаемого устройства за счет конструкции напорного спирального пульповода круглого сечения с щелевыми боковой (внешней) и донной стенками выше уровня водоема поднимается и затем перегружается в трюм добычного судна преимущественно полезное ископаемое - ЖМК заданного грансостава, а большая часть вмещающих пород и мелкие фракции ЖМК выделяются на стадии транспортирования пульпы по спиральной части напорного пульповода и окончательно удаляются в обезвоживающем гидроциклоне, причем все отходы поступают во внутренний отвал, двигаясь внутри защитного кожуха, что обеспечивает минимальное загрязнение водных масс вокруг предлагаемого устройства и исключение попадания в верхние слои воды объемов нижних слоев с пониженной температурой, что предотвращает нарушение нормальной жизнедеятельности организмов верхней зоны водоемов.

Устройство относится к области разработки месторождений железомарганцевых конкреций и фосфоритовых конкреций, а также подобных отложений шельфовых морей и отложений глубоководного дна океана, которые представлены в основном горизонтальными и слабонаклонными залежами малой мощности, располагающимися на поверхности дна со сравнительно небольшим заглублением (0,5-1,0 м) от его поверхности. Устройство содержит грунтозаборный орган, грунтовый насос с всасывающим и напорным патрубками и напорный пульповод, связанный с напорным патрубком грунтового насоса. Напорный пульповод устройства снабжен гидроциклоном с двумя выходными патрубками, один из которых соединен с трюмом добычного судна, а другой входит в зазор между защитным кожухом, оканчивающимся разгрузочной консолью, и напорным пульповодом, выполненным в виде связанной с гидроциклоном в верхней части вертикальной трубы. Труба в нижней части выполнена в виде спирали из эластичного материала, составленной по внешней боковой и донной сторонам из отдельных продольных трапециевидных пластин, обращенных большим основанием внутрь пульповода, и скрепленных наружными скобами. Расстояния между отдельными пластинами внутри спирали меньше размера конкреций товарного грансостава. Изобретение обеспечивает уменьшение энергозатрат на весь технологический цикл добычи и обогащения конкреций, улучшение экологической обстановки в зоне производства работ. 5 ил.

Устройство для разработки конкреций, содержащее грунтозаборный орган, грунтовый насос с всасывающим и напорным патрубками и напорный пульповод, связанный с напорным патрубком грунтового насоса, отличающееся тем, что напорный пульповод устройства снабжен гидроциклоном с двумя выходными патрубками, один из которых соединен с трюмом добычного судна, а другой входит в зазор между защитным кожухом, оканчивающимся разгрузочной консолью, и напорным пульповодом, выполненным в виде связанной с гидроциклоном в верхней части вертикальной трубы, которая в нижней части выполнена в виде спирали из эластичного материала, составленной по внешней боковой и донной сторонам из отдельных продольных трапециевидных пластин, обращенных большим основанием внутрь пульповода, и скрепленных наружными скобами, а расстояния между отдельными пластинами внутри спирали меньше размера конкреций товарного грансостава.