способ селективного отбора и предварительного обогащения железомарганцевых конкреций и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ селективного отбора и предварительного обогащения железомарганцевых конкреций, включающий перемещение добычного устройства по дну, захват конкреций со дна, транспортирование их с помощью барабана до зоны разгрузки и подача в бункер, отличающийся тем, что на обечайке барабана создают зону разрежения, на которой происходит захват, удержание и транспортирование железомарганцевых конкреций до места окончания зоны разрежения с последующей разгрузкой в бункер под их собственным весом.

2. Устройство для реализации способа селективного отбора и предварительного обогащения железомарганцевых конкреций, содержащее надводное плавсредство, транспортирующий орган, придонное добычное устройство в виде барабана, отличающийся тем, что добычное устройство выполнено с продольными пазами на внешней поверхности барабана, имеющего сквозные отверстия по концам пазов, на котором установлена обечайка, с равномерно расположенными по всей ее поверхности, ориентированными основанием наружу, сквозными конусообразными отверстиями, соразмерными захватываемому концентрату, при этом барабан размещен на смещенных относительно торца к его центру боковых дисках и установлен на опорном столе, с которым жестко связан неподвижный коллектор, имеющий форму сектора, равного % окружности и ориентируемый симметрично относительно горизонтальной оси в направлении против хода движения, к тому же коллектор расположен внутри барабана, между его торцом и боковым диском, а в зоне контакта с поверхностью барабана на коллекторе имеется эластичное низкофрикционное покрытие, кроме того, опорный стол установлен на вертикальных гидроцилиндрах, смонтированных на лыжах, на которых установлен бункер в виде усеченного конуса и электродвигатель в масляной ванне с насосом, соединенным при помощи сети патрубков с коллектором.

Описание изобретения к патенту

Способ и изобретение относятся к подводной добыче полезных ископаемых и могут быть использованы в горнодобывающей промышленности.

Известен способ добычи ЖМК [Патент № 2053366, МПК Е21С 50/00, дата публикации 1996.01.27], включающий спуск на дно шасси с автономным двигателем и контейнером-сборником (КС) с регулятором переменной плавучести, управление движением шасси с одновременным сбором ЖМК и подъем КС на поверхность океана путем придания положительной плавучести с последующей разгрузкой КС. Способ отличается тем, что в процессе перемещения шасси производят регулировку давления шасси на дно океана путем наддува подъемного устройства КС, сбор ЖМК производят всасыванием предварительно образованной пульпы, обогащение донных отложений производят непосредственно на дне путем сепарирования и сброса отходов на отработанный участок, а в процессе наполнения КС производят его продувку сжатым газом. Управление работой шасси осуществляют дистанционно.

Недостатками данного способа являются высокая замутненность в зоне работы и, как следствие, ухудшение экологической обстановки в местах ведения добычи конкреций, захват и транспортирование большого объема пустой породы.

Известен также способ ведения добычных работ по сбору и подъему железомарганцевых конкреций [Коробков В.А., Левин B.C., Лукошков А.В. Подводная технология /Л.: Судостроение, 1981. - 240 с, стр.142-143.]. Он является механическим способом, основанным на использовании многочерпаковой драгирующей системы с бесконечным кольцевым тяговым канатом. В процессе работы лебедки непрерывно перемещают канат, рабочая петля которого волочится по грунту. В то же время судно, на котором закреплены лебедки, перемещается в боковом направлении. Порода из ковшей, поднятых на палубу, поступает в приемный бункер, а ковши отсоединяются от троса и вновь присоединяются к нему после его выхода из кормовой лебедки.

Недостатками этого способа является малая площадь отработки дна, подъем пустой породы, низкая заполняемость ковшей, запутывание ветвей каната, нарушение экологической обстановки в зоне работы черпания и на всем протяжении зоны транспортирования до судна.

Известно также устройство сбора твердых полезных ископаемых со дна и его способ ведения добычи титаномагнетитовых песков [Коробков В.А., Левин B.C., Лукошков А.В. Подводная технология /Л.: Судостроение, 1981. - 240 с., стр.126-127], который принят за прототип. Сущность способа состоит в том, что на вращающемся барабане сепаратора образована секторная немагнитная зона за счет конструктивного распределения постоянных магнитов. Сепаратор буксируется по дну. На пути его движения верхний слой донного грунта разрушается гидромонитором. Взвешенные в воде магнитные частички притягиваются к поверхности барабана и вращаются вместе с ним до момента входа в немагнитную зону, где они засасываются подъемным насосом в транспортный трубопровод и подаются в бункер.

Недостатками данного способа являются затрудненность ведения добычных работ за счет высокой замутненность в зоне гидромонитора, ограничение глубины разработки, невозможность ведения добычи немагнитных твердых полезных ископаемых.

Известно устройство драга [Лобанов В.А. Справочник по технике освоения шельфа / Л.: Судостроение, 1983. 288 стр.], включающее судно обеспечения, бесконечно замкнутая цепь с ковшами и цепной привод. Оно способно вести разработку придонных полезных ископаемых на глубине до 4000 метров.

Недостатками этого устройства являются низкая производительность из-за недостаточной наполняемости ковшей и, как следствие, низкое качество отработки донных участков месторождений, запутывание ветвей цепи.

Известна установка добычи железомарганцевых конкреций [Тимофеев И.П. Шагающие машины для освоения ресурсов морского дна / Ленинград: Издательство Ленинградского университета, 1987. - 176 с, стр.9-11], принятая за прототип. Она снабжена надводным плавсредством, транспортирующим органом, придонным добычным устройством сбора с бункером для заполнения ковшей, закрепленных на тяговом канате. Добычное устройство установлено на салазках, оборудовано в передней части ножом-рыхлителем, имеет днище в виде грохотной решетки, перемещается оно с помощью каната. Движением добычного устройства по дну и черпаков на канате управляют с надводного плавсредства.

Недостатки этой установки: низкая производительность, напрямую зависящая от ширины ковшей, низкий коэффициент обогащения конкреций на дне, что ведет к подъему большого объема пустой породы, запутывание ветвей тягового каната из-за их свободного провисания, нарушение экологической обстановки в процессе подъема заполненных ковшей.

Техническим результатом является устранение указанных недостатков, а именно исключение прямой зависимости производительности от ширины ковшей, исключение подъема пустой породы за счет проведения первичного обогащения, возможность добычи немагнитных полезных ископаемых, улучшение экологической обстановки в зоне отработки залежей железомарганцевых конкреций.

Технический результат в части способа достигается тем, что способ селективного отбора и предварительного обогащения железомарганцевых конкреций, включающий перемещение добычного устройства по дну, захват конкреций со дна, транспортирование их с помощью барабана до зоны разгрузки и подача в бункер, отличается тем, что на обечайке барабана создают зону разрежения, на которой происходит захват, удержание и транспортирование железомарганцевых конкреций до места окончания зоны разрежения с последующей разгрузкой в бункер под их собственным весом.

Технический результат в части устройства достигается тем, что устройство для реализации способа селективного отбора и предварительного обогащения железомарганцевых конкреций, содержащее надводное плавсредство, транспортирующий орган, придонное добычное устройство в виде барабана, отличается тем, что добычное устройство выполнено с продольными пазами на внешней поверхности барабана, имеющего сквозные отверстия по концам пазов, на котором установлена обечайка с равномерно расположенными по всей ее поверхности, ориентированными основанием наружу сквозными конусообразными отверстиями, соразмерными захватываемому концентрата, при этом барабан размещен на смещенных относительно торца к его центру боковых дисках и установлен на опорном столе, с которым жестко связан неподвижный коллектор, имеющий форму сектора, равного ¾ окружности, и ориентируемый симметрично относительно горизонтальной оси в направлении против хода движения, к тому же коллектор расположен внутри барабана, между его торцом и боковым диском, а в зоне контакта с поверхностью барабана на коллекторе имеется эластичное низкофрикционное покрытие, кроме того, опорный стол установлен на вертикальных гидроцилиндрах, смонтированных на лыжах, на которых установлен бункер в виде усеченного конуса и электродвигатель в масляной ванне с насосом, соединенным при помощи сети патрубков с коллектором.

Способ селективного отбора и предварительного обогащения железомарганцевых конкреций и устройство для его реализации показаны на чертежах, где на фиг.1 - представлена общая схема агрегата, на фиг.2 - общий вид придонного добычного устройства, на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2, на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3, на фиг.5 - вид В-В на фиг.3 крупным планом.

Способ и устройство включают в себя надводное плавсредство 1, грузонесущий кабель 2, транспортирующий орган, например, известный из патента № 2301338 МПК Е21С 50/00 (2006.01), дата публикации 2007.06.20, придонное добычное устройство в виде барабана 3.

Транспортирующий орган состоит из транспортирующей конвейерной ленты 4 с ковшами-поплавками 5, промежуточного привода 6 и трубного става 7. Промежуточные привода 6 размещены между ветвями конвейерной ленты 4 и крепятся на ставе 7, выполненном в виде колонны труб. Количество промежуточных приводов зависит от глубины разработки. С увеличением глубины увеличивается и количество промежуточных приводов.

Придонное добычное устройство представлено в виде барабана 8. Оно состоит собственно из барабана 8 с продольными пазами 9, ширина которых выбирается в зависимости от эластичности обечайки 10, чтобы исключить ее прогибание внутрь барабана 8 под действием разрежения. На концах продольных пазов 9 имеются сквозные отверстия 11 для откачивания воды. Снаружи на барабане 8 находится сменная обечайка 10, выполненная из эластичного материала, например резины. По поверхности обечайки 10 равномерно распределены сквозные конусообразные отверстия 12. Размер этих конусов зависит от среднего диаметра добываемых конкреций. Данные о конкрециях предоставляются благодаря геологоразведке местности, после чего и выбираются заранее изготовленные эластичные обечайки 10 с необходимыми размерами конусообразных отверстий 12. Барабан 8 при помощи боковых дисков 13 жестко крепится на оси 14. Боковые диски 13 смещены к центру барабана 8 относительно его торца на величину, большую ширины коллектора 15. Барабан 8 и ось 14 свободно вращаются в подшипнике скольжения 16, установленного на опорном столе 17. К опорному столу 17 фермой 18 крепится неподвижный коллектор 15, вставляемый в барабан 8 между его торцом и боковым диском 13. Коллектор 15 имеет форму сектора с углом в 270 градусов, ориентированного симметрично относительно горизонтальной оси с пустым сектором по ходу движения придонного добычного устройства 3, и имеет в зоне контакта его внешней части и внутренней поверхности барабана 8 эластичное низкофрикционное покрытие 19 для уменьшения сил трения, возникающих при вращении барабана 8 и для герметизации внутренней полости коллектора 15. Опорный стол 17 устанавливается на гидроцилиндрах 20, которые монтируются на лыжах 21. Гидроцилиндры 20 позволяют изменять вертикальное положение оси 14 барабана, тем самым регулируя глубину внедрения обечайки 10 в мягкий ил. На лыжах 21 при помощи фермы 22 монтируется бункер 23, из которого происходит черпание конкреций ковшами-поплавками 5 транспортирующего органа и доставка их на надводное плавсредство 1. Бункер 23 имеет в плане вид усеченного конуса, что позволяет уменьшить ширину ковшей-поплавков 5, так как в этом случае добытые конкреции будут концентрироваться в его узкой части за счет усечения боковин бункера 23, и избежать необходимости черпания на всю ширину захвата барабана 5. На лыжах 21 также расположен электродвигатель 24 в масляной ванне для обеспечения его работы в водной среде и исключения попадания воды внутрь электродвигателя 24, насос 25 и конец грузонесущего кабеля 2, второй конец которого закреплен на надводном плавсредстве. Насос 25 при помощи патрубков 26 и муфты 27 связан с коллектором 15.

Предлагаемое устройство и способ селективного отбора и предварительного обогащения железомарганцевых конкреций работает следующим образом. Скорость движения от надводного плавсредства 1, при помощи грузонесущего кабеля 2, передается придонному добычному устройству 3. За счет сил трения качения происходит вращение барабана 8, обечайки 10, боковых дисков 13 и оси 14 в подшипниках 16. Электричество, передаваемое по грузонесущему кабелю 2, питает электродвигатель 24, который запускает в работу насос 25. Вода из конусообразных отверстий 12 на эластичной обечайке 10 по продольным пазам 9 и сквозным отверстиям 11 через коллектор 15, муфты 27 по патрубкам 26 откачивается насосом 25, в результате чего происходит разрежения на всей ширине захвата барабана 8 в зоне конусообразных отверстий 12 обечайки 10, находящихся в данный момент над сектором неподвижного коллектора 15 в 270 градусов. Барабан 8, вращаясь, накатывается на железомарганцевые конкреции, лежащие в илу конусообразными отверстиями 12. Благодаря разрежению в зоне сектора неподвижного коллектора 15 будет происходить захват и удержание конкреций на поверхности обечайки 10 конусообразными отверстиями 12. При этом достигается первичное обогащение конкреций, то есть исключается захват и транспортирование пустой вмещающей породы. Дальнейшее вращение барабана приводит к тому, что конкреции, удерживаемые разрежением на поверхности обечайки 10, достигают верхнего конца сектора коллектора 15, где заканчивается зона разрежения. Под действием силы тяжести конкреции разгружаются в бункер 23. Благодаря наклону и конусообразной форме бункера 23 они скапливаются в узкой его части и черпаются ковшами 5 транспортирующей конвейерной ленты 4, после чего доставляются на надводное плавсредство 1.

Поднятые на судно 1 при помощи транспортирующего тяговонесущего органа добытые железомарганцевые конкреции складируется в трюмах, а далее при помощи барж переправляются на берег для дальнейшей переработки.

Таким образом, с предложенным устройством и способом добычи железомарганцевых конкреций возможно исключение подъема пустой породы за счет проведения первичного обогащения, повышение производительности устройства за счет только увеличения ширины захвата барабана, так как производительность ковшовой транспортирующей системы практически не будет влиять на производительность всей установки в связи с транспортированием уже обогащенных конкреций, возможность ведения добычи любых немагнитных фракций, улучшение экологии в зоне отработки залежей железомарганцевых конкреций, так как исключается выемка всего конкрециеносного слоя и грубое нарушение рельефа морского дна.