DE2326036B2 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von Meeresablagerungen, insbesondere polymetallischen Knollen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von festen Stoffen, die auf dem Grund von Gewässern ruhen, insbesondere von Meeresablagerungen. Ihr Anwendungsgebiet ist vor allem die Gewinnung oder kontinuierliche »Ausbaggerung« von polymetallischen Knollen, die bekanntlich eine große Bedeutung für die Gewinnung der verschiedenen Metalle aufweisen, die sie enthalten.

Diese polymetallischen Knollen ruhen allgemein in sehr großen Tiefen, in der Größenordnung von 3000 bis 6000 Meter, so daß er. schwierig ist, sie mittels klassischer Bagger in rentabler Weise herauszuholen.

Andererseits wurden auch Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die dieses Baggern durchzuführen gestatten. So offenbart die DE-AS 20 18 542 ein Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von Meeresablagerungen, insbesondere polymetallischen Knollen, vom Meeresboden mittels eines mit Baggereimern bestückten, aus einem Soll oder einer Kette bestehenden endlosen Trägerelementes, das von einem Schiff zum Meeresboden abgelassen, auf diesem entlanggezogen und wieder zum Schiff hochgezogen wird. Nach diesem Verfahren wird das endlose Trägerelement von einem und demselben Schiff abgelassen und wieder hochgezogen, zu welchem Zweck die der Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung entsprechende Mittel zum Antrieb und zur Führung des Trägerelements aufweist. Dabei muß sich das Schiff seitlich bewegen, damit die auf dem Meeresboden überstrichene Oberfläche möglichst groß ist.

Diese bekannte Verfahrensweise und Vorrichtung weisen eine gewisse Zahl von Nachweisen auf, worunter die geringe durch die Baggereimer heraufgeholte Menge zu nennen ist. Außerdem ist es schwierig, auf die Tiefe des Baggervorganges bei einer gegebenen Länge des endlosen Trägerelements einzuwirken. Schließlich erfordert diese Vorrichtung, wie erwähnt, ein seitliches Fortbewegen des Schiffes, was vom Navigationsstandpunkt aus ungünstig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte Verfahrensweise und Vorrichtung so abzuwandeln, daß sie in relativ einfacher Weise ein wirksames Ausbaggern unabhängig von der Tiefe des auszubaggernden Meeresbodens ermöglichen. Die Verfahrensweise gemäß der Erfindung sollen außerdem möglichst geringe Navigationsschwierigkeiten machen. Daneben soll die Erfindung ermöglichen, daß die Parameter der Baggerung leicht steuerbar sind.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst ein Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von Meeresablagerungen, insbesondere polymetallischen Knollen, vom Meeresboden mittels eines mit Baggereimern bestückten, aus einem Seil oder einer Kette bestehenden endlosen Trägerelementes, das von einem Schiff zum Meeresboden abgelassen, auf diesem entlanggezogcn und wieder zum Schiff hochgezogen wird, mit dem Kennzeichen, daß wenigstens ein endloses Trägerelement für die Baggereimer vorgesehen ist, das von einem ersten Auslegerschiff zum Meeresboden herabgelassen, nach dem Baggern bzw. Schürfen am Meeresboden zu einem zweiten Aufneh-

merschiff wieder hochgezogen wird und das zum ersten Schiff in Form eines teilweise untergetauchten Rückkehrteils zurückgeführt wird, wobei sich die beiden Schiffe auf Parallelkurs bewegen.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 gekennzeichnet.

Nach einer besonderen Ausführungsart der Erfindung kann man auch mehrere mit Baggereimern bestückte endlose Trägerelemente, z. B. zwei, verwenden, von denen dann jedes von einem besonderen Auslegerschiff aus in das Mucr hinabgeführt und nach dem Baggern zu einem gemeinsamen Aufnehmerschiff aufsteigt. Es wäre gleichfalls möglich, drei Trägerelemente und drei Schiffe vorzusehen deren jedes als Auslegerschiff für ein Trägerelement und als Aufnehmerschiff für ein anderes Trägerelement usw. dienen würde.

Man sieht, daß das Verfahren gemäß der Erfindung eine äußerst einfache Beeinflussung der Baggertiefe und/oder der Länge des auf dem Meeresboden ruhenden Teils des endlosen Trägerelements ermöglicht: Es genügt dabei, einfach den Durchhang des teilweise eingetauchten Rückkehrteils des Trägerelements zu ändern, ohne daß sich die Schiffe relativ zueinander bewegen müssen. Umgekehrt genügt es, wenn man die Relativstellung der beiden Schiffe, z. B. aus Navigationsgründen, zu verändern wünscht, ohne die Baggerbedingungen zu verändern, gleichfalls, den Durchhang des Rückkehrteils entsprechend zu variieren.

Es ist außerdem zu bemerken, daß das erfindungsgemäße Verfahren hinsichtlich der Navigation wenig Probleme bringt.

Es ist nämlich leicht, die beiden Schiffe parallel zueinander zu bewegen, was man manchmal die Navigation »en boeufs« nennt, wobei das eine der Schiffe das Mutterschiff ist und das andere dem ersten entsprechend navigiert wird. Andererseits schafft der Rückkehrteil, da er eingetaucht ist, kein Hindernis für die Navigation der anderen Schiffe.

Weiter ist es vorteilhaft, Baggereimer, wie eius der DE-AS 20 18 542 bekannt, vor ihrem Einsatz zum Baggern in Wartestellung auf dem Meeresgrund abzulegen, was es insbesondere ermöglicht, eine große Funktionsanpaßbarkeit zu erhalten, das Trägerelement zu stabilisieren und dessen Rutschen auf dem Meeresgrund zu verringern.

Gegenstand der Erfindung ist weiter eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die wenigstens zwei Schiffe, wenigstens ein in bekannter Weise mit Baggereimern bestücktes Trägerelement aus einem Seil oder einer Kette, sowie für jedes dieser Trägerelemente bekannte Vorrichtungen zu ihrem Hinablassen von einem der Schiffe auf den Meeresboden, bekannte Vorrichtungen zum Heraufziehen vom Meeresboden an Bord eines anderen der Schiffe und Vorrichtungen zu deren Rückführung zum ersten Schiff mittels eines teilweise untergeiauchten Rückkehrteils aufweist.

Ausgestaltungen dieser Vorrichtung sind in den Patentansprüchen 6 bis 8 gekennzeichnet.

Die Lösung nach dem Patentanspruch 8 weist außer der Tatsache, daß sie eine Verdoppelung der Schürfkapa/ität unter Hinzufügung nur eines weiteren Schiffes ermöglicht, den Vorteil der Symmetrie der beiden Trägerelemente bezüglich des Aufnehmerschiffes auf, was die Navigation dieses letzteren erleichtert.

In der folgenden Beschreibung werden zwei in der Zeichnung veranschaulichte Ausführungsbeispiclc der Erfindung näher erläutert; darin zeigt

F i g. 1 in sehr schematischer Weise eine Ausführungs weise des Verfahrens bzw. der Vorrichtung gemäß der Erfindung und

Fig-2 in ebenfalls schematischer Weise eine andere Ausführungsart dieses Verfahrens und dieser Vorrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt im wesentlichen ein Auslegerschiff !,ein Aufuehmerschiff 2 und ein endloses Trägerelement 3, das mit nicht dargestellten Baggereimern bestückt ist und die beiden Schiffe und den zu baggernden Meeresboden F überstreicht.

Die beiden Schiffe 1 und 2 bewegen sich mit der Geschwindigkeit K z. B. untereinander parallel in der Zone des Windes und der Strömung. Jedoch sind diese beiden Stoffe frei, sich in Winkeln zu ihrer Hauptbewegungsrichtung auszurichten, um die Schubwirkung ihrer Schrauben am besten auszunutzen. Was ihren seitlichen Abstand betrifft, so kann dieser in der Größenordnung von 800 m sein, wenn die Tiefe des auszubaggernden Meeresbodens in der Größenordnung von 6000 m liegt.

Es soll schon jetzt bemerkt werden, daß die Geschwindigkeit eines Punktes des Trägerelements 3 in einem gegebenen Augenblick aus der Überlagerung zweier Geschwindigkeiten resultiert: der Umlaufgeschwindigkeit des Trägerelements für sich und einer Fortbewegungsgeschwindigkeit aufgrund der Bewegung der Schiffe.

Andererseits kann das mit Baggereimern bestückte und zum Ausbaggern des Bodens F bestimmte Trägerelement 3 aus einem Kabel, einer Kette, einem Draht, einem Gelenk- oder anderen Band oder der Kombination solcher Elemente bestehen. Es weist verschiedene Abschnitte oder Trums auf, die nun im einzelnen beschrieben werden sollen.

Das Auslegerschiff 1 läßt das Trägerelement 3 austreten, das ein absteigendes Trum 4 bildet, dessen Bewegungsrichtung durch den Pfeil 5 angedeutet ist. Die Baggereimer dieses absteigenden Trums 4 sind natürlich leer. Der folgende Teil 6 des Trägerelements ruht auf dem Meeresboden Fund umfaßt vorzugsweise eine Anzahl von Baggereimern in Wartestellung, was es ermöglicht:

die Geschwindigkeitsvariationen des Auslegerschiffes 1 zu absorbieren;

das Trägerelement z. B. während eines Baggereimerwechsels anzuhalten;

die Bewegungen des aufsteigenden Trums und des absteigenden Trums unabhängig zu machen, was eine gute Funktionsanpaßbarkeit zur Folge hat;

die Baggerkehre oder -schleife zu stabilisieren, indem man vermeidet, daß sie einer Pendelbewegung ausgesetzt wird, woraus sich eine bessere Genauigkeit der ausgebaggerten Zone ergibt; und

die Rutschbewegungen des Trägerelements auf dem Grund zu verringern, da, wenn die Baggerschleife eine Rutschbewegung macht, die Wartebaggereimer in Aktion treten.

Das Trägerelement 3 setzt sich in einem eigentlichen Baggerteil 7 fort, der den Boden Fauf einer Oberfläche 8 großer Abmessung schürf!, deren Länge offenbar gleich dem Weg der Schiffe 1 und 2 ist. Es ist hierzu /u bemerken, daß im Verhältnis zum Teil 6 der wartenden Baggereimer das eigentliche Baggertrum 7 gleichzeitig zur Seite und nach vorne gezogen wird. Andererseits hängt die Zahl von Baggereimern beim Haggervorgiu^

iiiif dem Boden wesentlich vom seitlichen Abstand /wischen den Schiffen 1 und 2 und vom allgemeinen Belastungszustand des in der Figur mil 9 bezeichneten aufsteigenden Trums ab. Es ist daher möglich, die Zahl der jeweils baggernden Baggereimer zu steuern und so > den Schürf- oder Extraktionsdurchsatz zu beeinflussen.

Es ist außerdem zu bemerken, daß das Baggertrum 7 in jedem Augenblick gekrümmt ist, was folgende Vorteile bringt:

Verringerung der Gefahr, daß alle Baggereimer ι ι gleichzeitig in den Boden eingreifen oder dort verankert sind;

Verringerung der Gefahr des Verrutschens aller Baggereimer;

fortlaufende Bewegung der Baggereimer; ι ί

Möglichkeit, die Geschwindigkeit des Schiffes 1 und die Durchlaufgeschwindigkeit 5 des Trägerelements 3 zu kombinieren, um einen bestimmten Wert der Schneid- oder Abschürfgeschwindigkeit am Boden zu erhalten. ."·

Wenn die Baggereimer einmal beladen sind, steigen sie längs des aufsteigenden Trums 9 mit einer durch den Pfeil 10 angedeuteten Geschwindigkeit an Bord des Aufnehmerschiffes 2 auf.

Nach Durchlauf des Aufnehmerschiffes 2, an Bord : dessen die Baggereimer von ihrer Meeresablagerungsladung befreit werden, erreicht das Trägerelement 3 wieder das Auslegerschiff 1, wobei es einen teilweise untergetauchten Rückkehrteil 11 bildet, dessen Durchlaufgeschwindigkeit durch den Pfeil 12 angedeutet ist. ;■

Dieser Rückkehrteil 11 ermöglicht eine Relativgeschwindigkeit zwischen den Schiffen 1 und 2, was eine Steuerung der Geometrie des Trägerelements und der Baggerparameter zuläßt, insbesondere soweit das eigentliche Baggertrum betroffen ist. Er ermöglicht auch die Verwendung ein und derselben Länge des Trägerelements für verschiedene Baggertiefen durch Änderung seines Durchhanges.

Es ist gleichfalls möglich, sich dieses Rückkehrteils zu bedienen, um Sedimente auf das Auslegerschiff 1 zu >'< überführen.

Durch tieferes Eintauchen dieses durchhängenden Rückkehrteils 11 kann man auch das Baggertrum 7 vom Boden F trennen, ohne das Trägerclcment 3 auf dem Deck der Schiffe speichern zu müssen.

Wie schon oben erwähnt wurde, ist es vorteilhaft, sich des Spannungsausmaßes in dem Rückkehrteil 11 zu bedienen, um ihm die zum Hinabführen des Trägerelements 3 vom Schiff 1 und zu dessen Hochholen an Bord des Schiffes 2 verwendeten Haspelmaschinen anzupassen bzw. nachzuschalten.

Man sieht ohne weiteres, daß man, wenn es sich um die Ausbeutung eines Feldes von polymetallischen Knollen oder anderer Sedimente handelt, in mehreren Durchgängen längs Bandzonen arbeiten kann, die von 100 bis zu mehreren 100 Metern Breite haben und je nach den günstigsten Navigationsachsen gewählt sind.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsart sind die den in Fig. 1 gleichen oder die gleiche Rolle wie diese spielenden Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Man verwendet hier zwei Trägerelemente 3a und 3b, die auf dem Grund längs zwei parallelen Bandstreifen 8a und Sb baggern. Das Trägerelement 3;i wird von einem Auslegerschiff Xa ausgelegt und steigt nach dem Baggern an Bord eines Aufnehmerschiffes 2 auf, um über einen Rückkehrteil das Aüslegerschiff Ii wieder zu erreichen. Das Trägerelement 3b geht von einem zweiten Auslegerschiff Xb aus in die Tiefe und steigt nach dem Baggern an Bord des gleichen Ausnehmerschiffes 2 wie das Trägerelement 3a auf. Es erreicht dann über einen Rückkehrteil sein Auslegerschiff Xb.

Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht, die Mengen von gewonnenen Sedimenten dank der Hinzunahme nur eines weiteren Schiffes zu verdoppeln und die Navigation des Aufnehmerschiffes 2 zu erleichtern, wie schon erwähnt wurde. Man könnte natürlich die Zahl der Trägerelemente noch weiter erhöhen und das gleiche Grundprinzip anwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Gewinnung von Meeresabiagerungen, insbesondere polymetalli- "> sehen Knollen, vom Meeresboden mittels eines mit Baggereimern bestückten, aus einem Seil oder einer Kette bestehenden endlosen Trägerelementes, das von einem Schiff zum Meeresboden abgelassen, auf diesem entlanggezogen und wieder zum Schiff ι ο hochgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein endloses Trägerelement für die Baggereimer vorgesehen ist, das von einem ersten Auslegerschiff zum Meeresboden herabgelassen, nach dem Baggern bzw. Schürfen am Meeresbo- ι "> den zu einem zweiten Aufnehmerschiff wieder hochgezogen wird und das zum ersten Schiff in Form eines teilweise untergetauchten Rückkehrteils zurückgeführt wird, wobei sich die beiden Schiffe auf Parallelkurs bewegen. 2»

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Durchhang des Rückkehrteils des Trägerelements verändert, um die Baggertiefe einzustellen und/oder die Länge des Teils des Trägerelements für die Baggereimer, der auf dem _>■> Meeresboden ruht, zu ändern.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Durchhang des Rückkehrteils des Trägerelements verändert, um die Relativstellung der beiden Schiffe zu verändern, ohne die x> Baggerbedingungen zu ändern.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr endlose Trägerelemente für die Baggereimer von je einem gesonderten Schiff auf den Meeresboden hinabge- v, lassen werden, daß jedoch alle Trägerelemente nach dem Baggern zu einem gemeinsamen Schiff hochgezogen werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie -to wenigstens zwei Schiffe (1, 2), wenigstens ein in bekannter Weise mit Baggereimern bestücktes Trägerelement (3) aus einem Seil oder einer Kette, sowie für jedes dieser Trägerelemente bekannte Vorrichtungen zu ihrem Hinablassen von einem der 4 Schiffe (1) auf den Meeresboden, bekannte Vorrichtungen zum Heraufziehen vom Meeresboden an Bord eines anderen der Schiffe (2) und Vorrichtungen zu deren Rückführung zum ersten Schiff (1) mittels eines teilweise untergetauchten Rückkehr- ^r>o teils (11) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie Vorrichtungen zur Steuerung des Durchhanges des Rückkehrteils (11) aufweist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, r> dadurch gekennzeichnet, daß die bekannten Vorrichtungen zum Hinablassen des Trägerelements (3) zum Meeresboden und die Vorrichtungen zum Heraufziehen Haspelmaschinen sind, die der mechanischen Spannung im f.ückkehrteil (11) angepaßt <><> sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie drei Schiffe (la, l/>, 2) mit zwei endlosen Trägerelemcnten (3a, 3b) umfaßt, wobei eines der Schiffe (2) mit bekannten i>> Hinrichtungen zum Heraufziehen beider Trägerelemente (Ja, 3b) versehen ist und die beiden anderen, /11 beiden Seiten des ersten Schiffes (2) angeordneten Schiffe (la, \b) jeweils mit bekannten Vorrichtungen zum Hinablassen eines Trägerelements (3a bzw. 3b)zum Meeresboden ausgerüstet sind.