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Förderanlage für den Meeresbergbau Die Erfindung betrifft eine Förderanlage
für den Meeresbergbau, insbesondere für den Abbau und/oder die Förderung von am
Meeresboden befindlichen Lagerstätten, die vorzugsifeise aus Knollen bestehen.
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Wachsende Weltbevölkerung und der Anstieg des Lebensstandards haben
einen steigenden Verbrauch, u.a. von mineralischen Rohstoffen, zur Folge. Langfristig
kann dies zur Rohstoffverknappung führen, wenn es nicht gelingt, den sich abzeichnenden
Rohstoffbedarf durch Aufschluß neuer mineralischer Lagerstätten auszugleichen. Eine
Alternative bilden die Weltmeere, in denen ungeheure mineralische Rohstoffmengen
entdeckt wurden.
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Die Ausbeutung dieser Vorkommen erfordert jedoch neue Vorrichtungen
und Verfahren für die Gewinnung, die Förderung, den Transport und die Aufbereitung
der Erze; Verfahren und Vorrichtungen, die heute größtenteils noch gar nicht entwickelt
worden sind. Hier wird völliges Neuland betreten, denn es geht darum, marine Rohstoffe
mit z.B. 1,4 % Nickel, 1,3 % Kupfer, 0,5 % Kobalt und 30 5 Mangan aus ca. 5 000
bis 8 000 m Wassertiefe zu gewinnen. Der Abbau solcher Lagerstätten, insbesondere
Erzlagerstätten, und der Transport der gewonnen Rohstoffe an Land stellen völlig
neue Anforderwngen, da es direkte Vorbildér nicht gibt. Erfahrungen aus vorhandenen
kleinen
und küstennahen Rohstoffgewinnungen aus dem Meer können nur in beschränktem Umfang
Verwendung finden.
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Die Eigenarten des Meeresbergbaus, entfernt von qualifizierten Versorgungs-
und Wartungsplätzen, die Gefahren des Meeres und die hohen Anforderungen an Mensch
und Material sind die die Verfahren und Vorrichtungen für den Abbau, die Förderung
sowie den Transport im wesentlichen beeinflussenden Faktoren.
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Nach dem heutigen Stand der Technik muß von Vorrichtungen für den
Meeresbergbau primär ein gutes Seeverhalten, insbesondere bei schlechtem Wetter,
verlangt werden.
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Bekannt sind schh;immende Arbeitsplattformen, die über Säulen auf
zwei torpedoförmigen Schwimmkörpern oder auf einem schiffsförmigen Rumpf mit vier
an ihren Enden mit Schwiutiiikörpern versehenen Beinen befestigt sind. Diese für
Offshore-Bohrungen für die Mineralölgewinnung bisher geplanten und eingesetzten
Vorrichtungen sind als Halbtaucher ausgebildet, bei denen die Schwimmkörper weit
unter der Meeresoberfläche außerhalb des Seegangenergiespektrums liegen. Ob sich
diese Systeme für den Abbau von am Meeresboden befindlichen Erzlagerstätten, insbesondere
Knolleniagerstätten, eignen, ist noch zweifelhaft (Meerestechnik 4, H. 1, s, -49).
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Es ist vorgesehen, solche Halbtaucher so zu dimensionieren, daß sich
die ihrer Masse angepaßte Positionierungsenergie in vertretbaren Grenzen hält. Nur
so wird ein planmäßiger Abbau der Lagerstätten in parallelen und eng aneinander
liegenden Streifen möglich sein, auch wenn Wind, See und Strömung die halbtauchende
Fördereinheit auf einen anderen Kurs legen und verdriften möchten.
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Eine solche halbtauchende Fördereinheit ist über einen Rohrstrang
mit dem auf dem Meeresboden befindlichen Gewinnungsgerät verbunden. Die Förderung
der gewonnenen Rohs-toffe erfolgt entweder auf hydraulischem Wege mittels Pumpen
oder nach dem "Airlift"-Verfahren, bei dem neben dem Rohrstrang ein weiteres Rohr
angeordnet ist, über das Druckluft zum Gewinnungsgerät gepunpt wird, wo es zur Bildung
eines Luft-Wasser-Feststoffgemisches kommt, das über den Förderrohrstrang ausgetragen-
wird.
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Die halbtauchende Fördereinheit kann über Rohre oder Transportbänder
mit einem als Schiff ausgebildeten Zwisöhen bunker verbunden sein, der die gewonnenen
Rohstoffe aufnimmt und sie über Rohre oder Transportbänder an ein herkömmliches
Transportschiff- abgibt. Bei diesem System ist-eine teilweise Aufbereitung der gewonnenen
Rohstoffe möglich. Auf eine Zwischenbunkerung kann verzichtet und die gewonnenen
Rohstoffe unmittelbar von der Fördereinheit an das Transportschiff abgegeben werden.
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Es ist ferner ein- Eimerketten-Bagger-Fördersystem vorge- -sehen,
bei dem-über zwei in bestimmter Entfernung zueinander angeordnete Schiffe:. mit
Friktionsantrieben eine beispielsweise 14 000 m lange Kunstfaserseilschlaufe geführt
wird. In bestimmten Abständen sind an diesem schwimmfähigen Seil einseitig offene
Körbe befestigt, die beim Durchlaufen über den Meeresboden Knollenmaterial aufnehmen
und sich beim Durchlauf über die Schiffe entleeren. So -einfach dieses System auch
aussieht, es ist doch mit erheblichen technischen Schwierigkeiten verbunden. Zudem
eignet sich diese Anlage nur zum Abbau völlig eben liegender Vorkommen.
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Darüb-rhinaus haben diese aus mehreren Binßleiten bestehenden Systeme
den Nachteil, daß die dynamischen aus Wind, See und Strömung gebildeten Kräfte auf
jede Einheit des Gesamtsystems, d.h. auf Fördereinheit, Zwischenbunier, Transpor-tschilf
sowie die Übergabeeinrichtungen wie Rohre oder Transportbänder, wirken. Die daraus
resultierenden Abweichungen haben daher unterschiedliche Richtungen und Kräfte.
Die für die Aufhebungen dieser Abweichungen erforderlichen Gegenkräfte müssen, um
wirkungsvoll zu sein, größer sein als die dynamischen Kräfte. Da sich beim Abbau
der am Meeresboden befindlichen Lagerstätten das Gesamtsystem ständig in Fahrt befindet,
ist es schwierig, den Sollkurve und die Sollgeschwindigkeit, d.h. die Abbaugeschxllindigkeit,
jeder Einheit, die mit Einzelantriebs- und Positionierungsanlagen ausgerüstet sein
müssen, mm selbständig arbeiten zu können, bei den zwischen ihnen bestehenden flexiblen
Verbindungen zu halten.
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Die Übergabe einheiten lassen nur eine stark begrenzte Abweichung
der Transporteinheit von der Fördereinheit während der Förderung und der Übergabe
der Rohstoffe zu.
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Die Aufwendungen zum nahezu erforderlichen Gleichlauf der Transporteinheit
mit der Fördereinheit sind sehr groß.
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Im übrigen ist auch die Überwachung und Reparatur derartiger Systeme
nicht ohne Probleme.
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Im Falle der Mitführung von Versorgungsgütern auf der Transporteinheit,
müssen diese z.B. in Schwimmcontainern an die Förderstation übergeben werden. -Dazu
sind besondere Einrichtungen und gegebenenfalls auch Schleppfahrzeuge erforderlich.
Die zur Zeit bei Offshore-Bohrungen von
Erdöl zum Einsatz kornmenden
- Versorgungsschiffe sind aufgrund ihrer Abmessungen und der an sie zu stellenden
Anforderungen für die genannten Systeme nicht geeignet.
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Im übrigen sind die beschriebenen Systeme stark wetterabhängig.
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Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, eine halb tauchende
Fördereinheit für den Abbau mariner Rohstoffe zu entwickeln, der die vorstehend
genannten Nachteile nicht anhaften, insbesondere jedoch ein System zu entwickeln,
bei dem Förder- und Transporteinheit integrierbar sind.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß eine halbtauchende
schiffskörperähnliche Fördereinheit mit eigenen An-triebs- und Positionierungsanlagen
in dem vor den achtern argeordneten Auf bauten liegenden Teil als Dock für die Aufnahme
eines Transportschiffs ausgebildet ist, in das das Transportschiff glanz oder teilweise
eingedockt werden kann, so daß aus zwei selbständigen Einkieiten eine selbständige
voll manöverier- und positionierungsfähige Einheit entsteht.
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Vorzugsweise ist das Dock in Längsrichtung entsprechend der Form des
Vorderteils des Transportschiffs und im Querschnitt U-förmig gestaltet.
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Im inneren Teil der Dockwände und im Dockboden befinden sich Halte-
und Fendervorrichtungen, die nach dem Eindocken eine starre Verbindung zwischen
der Fördereinheit und dem Transportschiff bewirken.
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Im Dockteil sind Öffnungen angebracht, über die die Rohstoffe mit
Hilfe von Übergabevorrichtungen an das Transportschiff abgegeben werden.
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Neben den Halte- und Fendervonrichtungen enthalten die Seitenteile
sowie der Doppelboden vorwiegend Ballastzellen und Trimmeinrichtungen. Im Doppelboden
sind zusätzliche Antriebsanlagen für die dynamische Positionierung angebracht Im
Bereich des Heckteils der Fördereinheit befindet sich ein durchgehender Schacht
mit einem darüber befindlichen Arbeitsturm zur Handhabung der Rohrstränge.
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In den Seitenwänden des Dockteils können Rohrdurchlässe angeordnet
sein, um die Querstrahlanlage des Transportschiffs beim Positionieren mit einsetzen
zu können Um während des Eindockens eine möglichst runige Lage zu erreichen, ist
die Fördereinheit mit Schnelltrinntanks und gegebenenfalls ScMingerausgleichsanlagen
ausgerüstet.
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Es ist zweckmäßig, wen das aus dem Rohrstrang kommende Luft-YJasser-Feststoffgemisch
auf der Fördereinheit getrennt bzw. aufbereitet wird.
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Das Transportschiff wird in der Weise mit der Fördereinheit verbundene
daß das Gesamtsystem aus Transport schiff und Fördereinheit von der Fördereinheit
aus navigatorisch führbar ist.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt, die
im folgenden anhand eines Ausführungs bei spiels näher erläutert werden,
Es
zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht des Schiffskörpers mtt teilweise eingedocktem
Transportschiff.
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Fig. 2 eine Draufsicht des Schiffskörpers mit teilweise eingedocktem
Transportschiff.
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Fig. 3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie I - I der Fig. 1.
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Um ein rationelles Arbeiten und eine maximale Ausnutzung der zur Verfügung
stehenden Zeit zu erz elen, ist eine sichere und zügige Kopplung von Fördere-nheit
und Transportschiff erforderlich.
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Das Transportschiff 1 übermittelt z.B. per Funk seinen genauen Tiefgang
sowie die eigenen Roll- und Stampfbe weOungen an die Fördereinheit 2. Die Fördereinheit
2 trirmnt sich auf den erforderlichen Tiefgang und ermittelt aufgrund der an Ort
herrschenden dynamischen Kräfte die Ideallage und gibt den Einlaufkurs dem Transportschiff
1 bekannt. Das Transportschiff 1 läuft im aufgegebenen Kurs auf die Fördereinheit
2 zu. Die Fördereinheit 2 stellt sich auf das Eindocken ein, Tiefgang sowie Roll-
bzw.
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Stampfausgleich werden auf das Transportschiff 1 abgestimmt. Wenn
sich das Transportschiff 1 auf etwa 100 m der Fördereinheit 2 genähert hat, bewegen
sich das Transportschiff 1 und die Fördereinheit 2 aufeinander zu und das Transportschiff
1 schiebt. sich in den Dockteil 3 der Fördereinheit 2 ein.
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Entsprechend der auftretenden Belastungen wird das Transportschiff
1 mittels der Halte- und Fendervorrichtung 4 gehalten und die Austrimmung beider
Teile 1, 2 zu einer Gesamtteilaustrimmung erfolgt. Bis zur endgültig starren
Verkopplung
arbeiten Transportschiff 1 und Fördereinheit 2 mit ihren Vortriebsanlagen gegeneinander,
so daß keine Fahrt entsteht. Die Positionierungsanlagen sorgen für eine Aufhebung
der seitlichen Abdrift. Nach der Verkopplung werden die Übergabe- und Versorgungssysteme
angeschlossen und die Beladung- des Transportschifis 1 sowie die Versorgung der
Fördereinheit 2 beginnt.
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Die mit der erfindungsgemäß gestalteten Fördereinheit erzielten Vorteile
bestehen insbesondere darin, daß die durch Wind, Seegang und Strömung her-orgerufenen
dynamischen-Kräfte nur auf das aus Transportschiff und Fördereinheit bestehende
Gesamtsystem einwirken, wobei die aus den d-imemisehen Kräften resultierende Abweichung
stets in einer Richtung und Kraft verläuft. Der Sollkurs und die Sollgeschwindigkeit
der Fördereinheit und des Transportschiffs können daher beim Eindocken besser gehalten
werden.
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Die für die Aufhebung der Abweichung bei den zum Stand der Technik
geschilderten Systeme erforderlichen Antriebs-und Positionierungsanlagen sind bei
der erfindungsgemäßen Anlage von wesentlich geringerem Aufwand. Im übrigen ist das
integrierte System, wie es sich mit der Erfindung erzielen läßt, vergleichsweise
einfacher zu manöverieren und zu positionieren.
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Nach dem Eindocken erfolgt die Steuerung des Gesamtsystems von der
Fördereinheit aus, wobei das Heck des Transportschiffs zum Bug des Gesamtsystems
wird, so daß die Fördereinheit die Pührungsposition übernimmt. Die Antriebe des
Transportschiffs sowie die zusätzlich-im Heck befindlichen Querstrahlanlagen unterstützen
das Gesamtsystem beSm Manöverieren und Positionieren. Bei genügender Auslegung der
Antriebs- und Positionierungsanlagen entstehen bei der Navigation des Gesamtsystems
keine Schwierigkeiten0
Das Transportschiff ist in der Lage alle
Versorgungegüter für die Betriebserhaltung der Fördereinheit mitzuführen und während
der Übernahme an die Fördereinheit zu übergeben, so daß zusätzliche Versorgungsschiffe
entfallen können Da die Anreise des Transportschiffs vom Umschlagplatz zur Fördereinheit
als Ballast anzusehen ist, steh-t genug Freiraum und Tankkapazität für das Mitführen
von Versorgungsgütern zur Verfügung. Die laufende Überwachung des Gesamtsystems
gestaltet sich vergleichsweise einfach.
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Nach dem Verkoppeln der beiden Einheiten werden die Übergabe- und
Versorgungssysteme, z.B. Transportbänder und/oder Rohre, angeschlossen und die Beladung
des Transportschiffs sowie die Versorgung der Fördereinheit beginnen.
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Patentansprüche