агрегат для очистки водоемов от донных отложений и добычи полезных ископаемых из-под воды

Формула изобретения

Агрегат для очистки водоемов от донных отложений и добычи полезных ископаемых из-под воды, содержащий закрепленное на плавсредстве устройство для транспортирования донных отложений, состоящее из связанного с колонной труб цилиндра, установленного в цилиндре и связанного с колонной штанг полого поршня, имеющего канал с участком воронкообразной формы, расширяющимся в сторону заборного конца, перекрываемый запорным клапаном, установленный на плавсредстве привод устройства для транспортирования, обеспечивающий возвратно-поступательное перемещение колонны штанг, отличающийся тем, что он снабжен ножом, имеющим V-образную форму и закрепленным на агрегате со стороны, противоположной направлению его перемещения, и служащим для срезания слоя полезных ископаемых и концентрирования их в месте забора, при этом к цилиндру крепится фильтр со щетками и тягами, исключающий попадание крупных частиц под клапан.

Описание изобретения к патенту

Изобретение предназначено для использования при очистке водоемов от донных отложений (ила), и при добыче полезных ископаемых из-под воды (сапропель), и при подводной добыче сыпучих материалов (песок, гравий, рассыпное золото). Агрегат содержит закрепленное на плавсредстве устройство для добычи и транспортирования донных отложений; привод устройства, обеспечивающий возвратно-поступательное перемещение колонны штанг; нож V-образной формы и трубопровод для подачи забираемой среды на берег или баржу. Устройство для транспортирования донных отложений состоит из связанного с колонной труб цилиндра, установленного в цилиндре, и связанного с колонной штанг полого поршня, имеющего канал с участком воронкообразной формы, расширяющимся в сторону заборного конца, перекрываемый запорным клапаном, и фильтр, исключающий попадание крупных частиц под клапан.

Известен способ подводной добычи полезных ископаемых с помощью дражных земснарядов, где применяется устройство транспортирования в виде черпаковой цепи (см. Б.М.Шкундин. Машины для гидромеханизации земляных работ, под ред. Епифанова С.П. - М.: Стройиздат, 1982, с.133-140). Способ малоэффективен при добыче полезных ископаемых небольшой плотности (ила) и имеет ограниченную глубину разработки, а агрегат для добычи сложен и дорог.

Известен также способ транспортирования породы с помощью гидротранспортного трубопровода, при котором мелкие частицы породы, образующие водяные взвеси, переносятся на требуемое расстояние. Отделение частиц от воды происходит в отстойниках, расположенных на плавсредствах или на суше. Способ широко применяется в землесосных снарядах (см. Б.М.Шкундин. Машины для гидромеханизации земляных работ, под ред. Епифанова С.П. - М.: Стройиздат, 1982, с.78-133). Недостатками данного способа являются: ограниченность функциональных возможностей (в основном, способ применяется при добыче песка и сапропеля); большая энергоемкость, связанная с тем, что 99% энергии расходуется на транспортирование воды, большие площади, занимаемые отстойниками, и длительность процесса разделения воды и взвеси, а следовательно, большие эксплуатационные расходы.

При очистке водоемов от донных отложений обычно изолируют очищаемый участок, откачивают там воду и далее грейферами грузят ил на баржи. Способ чрезвычайно сложный, трудоемкий и дорогой, потому применяется, в основном, для очистки каналов и малых рек в городах.

Известно устройство для транспортирования породы при подводной добыче полезных ископаемых, содержащее колонну труб с полой насадкой, с участком воронкообразной формы, расширяющимся в сторону заборного конца насадки. Привод устройства связан с колонной труб с возможностью осуществления ее возвратно-поступательного перемещения и обеспечения внедрения насадки в породу для ее продавливания через канал насадки и запорный механизм (патент России № 2079659). Большую глубину разработки и большее расстояние транспортирования можно достичь, если воспользоваться устройством, аналогичным скважинному насосу, описанному в патенте России 1622624. Устройство содержит связанный с колонной труб цилиндр, связанный с колонной штанг полый поршень, снабженный расположенным в его канале нагнетательным клапаном, установленный с возможностью выхода из цилиндра и соединенный посредством эластичного элемента.

Недостатком данного устройства является ограниченная глубина добычи полезных ископаемых и небольшое расстояние транспортирования, связанное с тем, что в момент внедрения полого поршня в добываемое ископаемое на клапан давит столб жидкости и породы, затрудняющий открытие клапана и пропуск очередной порции полезных ископаемых.

Отмеченный недостаток устранен в устройстве, описанном в патенте России 2162152, содержащем связанный с колонной труб цилиндр, связанный с колонной штанг посредством штока полый поршень, имеющий канал с участком воронкообразной формы, расширяющимся в сторону заборного конца, и запорный механизм-клапан, установленный в канале поршня с возможностью перекрытия канала, а также перегородку с проходным каналом, перекрытым напорным клапаном, установленную в верхней части цилиндра с образованием замкнутого пространства между запорным механизмом-клапаном и указанной перегородкой, при этом нагнетательный клапан установлен с возможностью свободного скольжения по штоку.

Устройства, описанные в патентах России 2079659, 1622624 и 2162152, позволяют добывать жидкие полезные ископаемые, а также сыпучие (псевдожидкие) ископаемые при их подводной добыче. Однако при незначительной толщине пласта и большой плотности (слежалости) полезных ископаемых данные устройства имеют ограниченную функциональную возможность и малую производительность.

Цель изобретения - увеличение сыпучести слежалых полезных ископаемых, расширение функциональной возможности и увеличение производительности агрегата за счет того, что срезается слой полезных ископаемых, который затем концентрируется в том месте, где идет забор полезных ископаемых транспортным устройством.

Указанная цель достигается тем, что в агрегате для очистки водоемов от донных отложений и добычи полезных ископаемых из-под воды, содержащем закрепленное на плавсредстве устройство для транспортирования донных отложений, состоящее из связанного с колонной труб цилиндра, установленного в цилиндре и связанного с колонной штанг полого поршня, имеющего канал с участком воронкообразной формы, расширяющимся в сторону заборного конца, перекрываемый запорным клапаном, установленный на плавсредстве привод устройства для транспортирования, обеспечивающий возвратно-поступательное перемещение колонны штанг, он снабжен ножом, имеющим V-образную форму, и закрепленным на агрегате со стороны, противоположной направлению его перемещения, и служащим для срезания слоя полезных ископаемых, и концентрирующий их в месте забора, при этом к цилиндру крепится фильтр со щетками и тягами, исключающий попадание крупных частиц под клапан.

На фиг.1 схематически представлен агрегат для очистки водоемов, а на фиг.2 - разрез по А-А фиг.1.

Агрегат содержит закрепленное на плавсредстве устройство для транспортирования донных отложений, привод устройства, обеспечивающий возвратно-поступательное перемещение колонны штанг, нож V-образной формы и трубопровод для подачи забираемой среды на берег или баржу.

Устройство для транспортирования донных отложений содержит связанный с колонной труб 1 цилиндр 2, связанный с колонной приводных штанг 3 шток 4, на конце которого закреплен поршень 5, снабженный расположенным в его канале 6 с участком воронкообразной формы 7 клапаном 8. К цилиндру 2 крепится фильтр 9 и нож V-образной формы 10. Фильтр 9 чистится щетками 11, связанными с тягами 12.

Агрегат для очистки водоемов от донных отложений и добычи полезных ископаемых из-под воды работает следующим образом.

При большой текучести (либо сыпучести) отложений и значительной толщине пласта устройство для транспортирования осадка устанавливают как можно глубже под уровень отложений, а плавсредство периодически перемещается на новое место, когда забор отложений значительно уменьшается. В случае когда толщина пласта полезных ископаемых мала и они имеют большую плотность (слежалость), нож V-образной формы 10 заглубляется в пласт на некоторую величину, а плавсредство перемещается непрерывно, при этом происходит срезание уплотненного слоя на величину заглубления ножа. Срезанный слой, имеющий меньшую плотность, концентрируется в центре V-образного ножа 10, где располагается заборная часть транспортного устройства.

Увеличение толщины слоя забираемой среды и повышение ее сыпучести положительно сказывается на производительности агрегата и расширении его функциональных возможностей.

Транспортное устройство работает следующим образом: при ходе приводных штанг 3 вниз, осуществляемом за счет привода, установленного на плавсредстве, поршень 5 внедряется в отложения, находящиеся в нижней части цилиндра 2; при этом происходит продавливание его через канал 6 в поршне с участком воронкообразной формы 7. Он давит на клапан 8, открывает его и проходит в верхнюю часть цилиндра 2.

При обратном ходе колонны штанг 3, осуществляемом за счет привода, клапан 8 закрывается вследствие уменьшения объема цилиндра выше поршня 5, заполненного ископаемым. Затем начинает расти давление и добываемая среда через патрубок в цилиндре 2 продавливается в трубопровод, а далее на берег или баржу. Одновременно с этим происходит заполнение отложениями нижней части цилиндра 2, которые, проходя через фильтр 9, открытый конец и щели в цилиндре 2, заполняют пространство, освободившееся при ходе поршня вверх. Фильтр 9 чистится щетками 11, которые перемещаются вверх-вниз с помощью штанг 12. Очистка фильтра производится либо периодически (вручную), либо постоянно, тогда тяги 12 связываются со штоком 4.