RU2098628C1 - Method of underwater mining of mineral deposits and plant for its embodiment - Google Patents
Method of underwater mining of mineral deposits and plant for its embodiment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2098628C1 RU2098628C1 RU95104635A RU95104635A RU2098628C1 RU 2098628 C1 RU2098628 C1 RU 2098628C1 RU 95104635 A RU95104635 A RU 95104635A RU 95104635 A RU95104635 A RU 95104635A RU 2098628 C1 RU2098628 C1 RU 2098628C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- minerals
- ferrophase
- rocks
- sedimentary rocks
- unloading
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относятся к подводной добыче полезных ископаемых, а более конкретно к способам и средствам их разработки на дне морей и океанов. The invention relates to underwater mining, and more specifically to methods and means of their development at the bottom of the seas and oceans.
В ФРГ запатентован способ подводных горных работ (см. /1/, /2, стр. 26/), обеспечивающий защиту окружающей среды. Способ заключается в том, что предусмотрены грейферная нарезка блоков горных пород, замораживание пород в грейфере и транспортировка их вместе с грейфером на поверхность. При этом нарезку осуществляют под действием статического веса тяжелого грейфера, подвешенного на канате. In Germany, a method for underwater mining is patented (see / 1 /, / 2, p. 26 /), which provides environmental protection. The method consists in providing clamshell cutting of rock blocks, freezing rocks in the grab and transporting them together with the grab to the surface. In this case, the cutting is carried out under the influence of the static weight of a heavy grab suspended on a rope.
Преимущество способа в том, что замораживание горных пород в грейфере предотвращает загрязнение моря взвешенными илами. Вместо горизонтального движения горных пород в процессе разработки, вызывающего загрязнение моря, используется вертикальный их захват и транспортировка. The advantage of the method is that the freezing of rocks in the grab prevents pollution of the sea by suspended sludges. Instead of the horizontal movement of rocks during the development process, causing pollution of the sea, vertical capture and transportation are used.
Рассмотренный выше способ реализуется техническим решением /2/, в котором предложен складной плоский "замораживающий" грейфер. Падающий грейфер при спуске на дно имеет небольшое сопротивление потоку, благодаря чему обеспечивается его интенсивное внедрение в поле горных пород. Во время подъема загруженный породой грейфер находится в закрытом состоянии. Тем самым предотвращается эмиссия породы. По извлечении на поверхность груз выталкивается из обеих частей грейфера с помощью многостоячного автомата без съема с карабина каната. После этого грейфер сразу же готов к следующему спуску. The above method is implemented by technical solution / 2 /, which proposed a folding flat "freezing" grab. When descending to the bottom, the falling grab has little resistance to flow, which ensures its intensive introduction into the rock field. The grapple loaded with the rock is closed during the climb. This prevents rock emission. Upon removal to the surface, the load is pushed out of both parts of the grab using a multi-stand machine without being removed from the rope carbine. After that, the grab is immediately ready for the next descent.
Для замораживания материала и воды используется находящийся в резервуаре грейфера жидкий воздух, возможно также применение в этих же целях жидкой или твердой углекислоты. To freeze material and water, liquid air located in the grab tank is used; liquid or solid carbon dioxide can also be used for the same purpose.
Основной недостаток предложенного способа и устройства, его реализующего, заключается в том, что не производится очистка осадочных пород от полезных ископаемых перед подъемом их на поверхность. Поэтому приходится производить дополнительные энергетические затраты по замораживанию и подъему на поверхность пустой породы. The main disadvantage of the proposed method and device that implements it is that it does not clean sedimentary rocks from minerals before lifting them to the surface. Therefore, it is necessary to make additional energy costs for freezing and lifting to the surface of waste rock.
После отделения от полезных ископаемых пустую породу приходится транспортировать к берегу для выгрузки или же в лучшем случае опускать опять на разрабатываемые участки морского дна, используя ее в грейферах в качестве балласта, что также приводит к повышенным энергозатратам. Кроме этого, при подводной разработке горных пород с помощью указанного способа не удается контролировать границы разрабатываемого поля, в результате чего не обеспечивается извлечение полезных ископаемых из пропущенных участков. After separation from minerals, the waste rock has to be transported to the shore for unloading or, at best, lowered again to the developed sections of the seabed, using it in grabs as ballast, which also leads to increased energy costs. In addition, when underwater mining of rocks using the specified method, it is not possible to control the boundaries of the developed field, as a result of which extraction of minerals from missed sites is not ensured.
Известен способ подводной разработки месторождений (см. /4/, /5, стр. 19-21/), включающей загрузку горных пород вместе с морской водой в замкнутый объем, перемешивание горных пород и морской воды, разделение полезных ископаемых и осадочных пород, выгрузку осадочных пород из указанного объема, выгрузку полезных ископаемых для последующего подъема на поверхность. A known method of underwater development of deposits (see / 4 /, / 5, p. 19-21 /), including loading rocks together with sea water into a closed volume, mixing rocks and sea water, separation of minerals and sediment, unloading sedimentary rocks from the specified volume, unloading of minerals for subsequent rise to the surface.
Способ реализует установка для подводной разработки горных пород, состоящая из следующих основных функциональных устройств:
устройства извлечения горных пород, обеспечивающего выемку горных пород из слоя донных осадков и направление их в замкнутый объем внутреннего транспортировочного устройства;
устройства перемешивания, обеспечивающего перемешивание горных пород и морской воды;
устройства очистки полезных ископаемых от осадочных пород, совмещенного с устройствами внутренней транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород, содержащими движители транспортировки с трубопроводами транспортировки, обеспечивающими удаление с поверхности полезных ископаемых налипших на них осадочных пород в виде ила и транспортировки к местам выгрузки;
ходовой части установки, обеспечивающей перемещение силовой рамы с установленными на ней устройствами по поверхности дна;
устройства отделения полезных ископаемых и выгрузки осадочных пород, обеспечивающего отделение полезных ископаемых от осадочных пород и выгрузку последних на разработанные участки дна;
устройства выгрузки полезных ископаемых, обеспечивающего их выгрузку в бункер для последующего подъема на поверхность.The method implements an installation for underwater mining of rocks, consisting of the following main functional devices:
rock extraction device, providing for the extraction of rocks from the bottom sediment layer and their direction into the enclosed volume of the internal transportation device;
mixing devices for mixing rocks and sea water;
a device for cleaning minerals from sedimentary rocks, combined with devices for the internal transportation of minerals and sedimentary rocks containing transport propulsion devices with transport pipelines that ensure removal of sedimentary rocks adhering to them in the form of silt from the surface of minerals and transporting them to unloading places;
the chassis of the installation, providing movement of the power frame with the devices installed on it along the bottom surface;
devices for separating minerals and unloading sedimentary rocks, providing separation of minerals from sedimentary rocks and unloading the latter to developed sections of the bottom;
a device for unloading minerals, providing for their unloading into the hopper for subsequent lifting to the surface.
Основным элементом конструкции ходовой части установки является корпус, содержащий силовую раму, на которой установлены указанные устройства, причем трубопроводы транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород соединены с замкнутым объемом, который в свою очередь через клапаны выгрузки соединен с трубопроводами выгрузки полезных ископаемых и осадочных пород. The main structural element of the installation chassis is a housing containing a power frame on which these devices are installed, the pipelines for transporting minerals and sedimentary rocks connected to a closed volume, which in turn is connected via discharge valves to the pipelines for unloading minerals and sedimentary rocks.
Устройство извлечения горных пород выполнено на основе механических захватов. Рассмотрен вариант с захватами в виде барабана, состоящего из дисков, каждый из которых состоит из нескольких радиальных ножей. Барабан с ножами загрубляется в грунт на глубину залегания полезных ископаемых с тем, чтобы сложение скорости вращения барабана и скорости движения агрегата сбора обеспечивало траекторию конечных точек ножей, необходимую для захвата полезных ископаемых расчетных размеров. The rock extraction device is based on mechanical grips. A variant with grippers in the form of a drum consisting of disks, each of which consists of several radial knives, is considered. A drum with knives is roughened into the soil to a depth of minerals so that the addition of the rotational speed of the drum and the speed of the collection unit provides the trajectory of the end points of the knives necessary to capture minerals of the calculated dimensions.
Передняя кромка каждого ножа спрофилирована так, чтобы был обеспечен захват и удержание полезных ископаемых при вращении барабана. Расстояние между дисками определяется минимальным размером полезного ископаемого, а расстояние между ножами в каждом диске максимальным размером полезного ископаемого. The front edge of each knife is profiled so as to ensure the capture and retention of minerals during rotation of the drum. The distance between the disks is determined by the minimum size of the mineral, and the distance between the knives in each disk is the maximum size of the mineral.
Извлеченные полезные ископаемые вместе с остатками осадочных пород помещаются в замкнутый объем, где подвергаются воздействию струй воды от струйных насосов (движителей смеси породы и морской воды), удаляющих включения осадочных пород с поверхности полезных ископаемых. The extracted minerals together with the remains of sedimentary rocks are placed in a confined space, where they are exposed to water jets from jet pumps (rock mixers and sea water), which remove sedimentary inclusions from the surface of minerals.
Одновременно указанные струи транспортируют под давлением полученную смесь по гибкому трубопроводу к фильтрам, отделяющим использованную воду вместе с растворимыми в ней осадочными породами от полезных ископаемых. At the same time, these jets transport the resulting mixture under pressure through a flexible pipe to filters separating used water together with sediment soluble in it from minerals.
Далее производится отвод использованной воды и осадочных пород через клапан выгрузки на разработанные участки дна. Next, the used water and sedimentary rocks are discharged through the discharge valve to the developed bottom sections.
Очищенные полезные ископаемые выгружаются через клапан выгрузки и транспортируются, например, с помощью шнекового транспортера в бункер-накопитель, который с помощью сферического соединения, установленного на раме, соединен с нижним концом подъемного трубопровода. Purified minerals are discharged through the discharge valve and transported, for example, by means of a screw conveyor into a storage hopper, which is connected to the lower end of the lifting pipeline using a spherical connection mounted on the frame.
Согласно /6/ выявлены следующее основные недостатки, присущие данному способу подводной разработки месторождений и установке его реализующей при добыче железо-марганцевых конкреций (ЖМК):
потери ЖМК от полного запаса на участке дна до 20%
в процессе добычи и последующей транспортировки происходит дробление ЖМК крупных размеров (60-100 мм) до средних размеров (20-40 мм), что существенно снижает качество конкреций;
быстрый абразивный износ рабочих и транспортирующих устройств установки;
не производится очистка ЖМК от твердых осадочных пород.According to / 6 /, the following main disadvantages inherent in this method of underwater development of deposits and the installation of it that implements in the extraction of iron-manganese nodules (LMC) were identified:
loss of iron and steel products from the full stock on the bottom up to 20%
in the process of production and subsequent transportation, large-sized FMCs are crushed (60-100 mm) to medium sizes (20-40 mm), which significantly reduces the quality of nodules;
fast abrasive wear of working and transporting devices of the installation;
the LMC is not cleaned of solid sedimentary rocks.
Кроме того, рассмотренные способ и установка, работающая по изложенным в нем принципам, являются экологически не безопасными. In addition, the considered method and installation, working according to the principles set forth in it, are environmentally unsafe.
Поражение окружающей среды происходит двумя путями: физическое загрязнение (загрязнение твердыми частицами, маслами, сбрасываемыми замутненными потоками морской воды); химическое загрязнение (обусловлено переходом в растворенное состояние тяжелых металлов из переизмельченного материала горных пород). Environmental damage occurs in two ways: physical pollution (pollution by solid particles, oils, discharged by turbid streams of sea water); chemical pollution (due to the transition to the dissolved state of heavy metals from over-crushed rock material).
Использование предложенного в прототипе принципа очистки и транспортировки полезных ископаемых приводит также к высокому расходу чистой морской воды. Так, коэффициент ее расхода на единицу объема добытой массы полезного ископаемого (Кр) при очистке среднелипких осадочных пород составляет ≈10-15 ед. Взмучивание донных осадков в процессе выемки ЖМК и поступление взвесей в придонные слои после отделения осадочных пород от ЖМК приводит к загрязнению водных толщ. The use of the principle of purification and transportation of minerals proposed in the prototype also leads to a high consumption of pure sea water. So, the coefficient of its consumption per unit volume of the extracted mass of minerals (Cr) when cleaning medium-sticky sedimentary rocks is ≈10-15 units. The winding up of bottom sediments during the extraction of the LMC and the entry of suspensions into the bottom layers after separation of sedimentary rocks from the LMC leads to pollution of the water column.
Поступающая в воду взвесь существенно уменьшает ее прозрачность. Так, например, при концентрации взвеси 700-900 мг/л поглощается ею до 90% солнечной энергии, что приводит к снижению интенсивности фотосинтеза в поверхностном слое воды на 40%
Технический результат изобретения заключается в уменьшении негативной нагрузки на экологию места добычи, а также устранении вышеуказанных недостатков, присущих рассмотренному способу и установке по подводной разработке месторождений.Suspended by water significantly reduces its transparency. So, for example, at a suspension concentration of 700-900 mg / l it absorbs up to 90% of solar energy, which leads to a 40% reduction in the intensity of photosynthesis in the surface layer of water
The technical result of the invention is to reduce the negative burden on the ecology of the production site, as well as eliminate the above disadvantages inherent in the considered method and installation for underwater mining.
Для получения технического результата в способе подводной разработки месторождений, включающем загрузку горных пород вместе с морской водой в замкнутый объем, перемешивание горных пород и морской воды, разделение полезных ископаемых и осадочных пород, выгрузку осадочных парод из указанного объема, выгрузку полезных ископаемых в транспортные средства для последующего подъема на поверхность, горные породы вместе с морской водой загружают в замкнутый объем, заполненный устойчивой к разбавлению, а также седиментационно- устойчивой ферромагнитной жидкостью на основе морской воды (ФМЖОМВ), намагниченной до насыщения при одновременном сохранении агрегативной устойчивости, перемешивают горные породы с намагниченной ФМЖОМВ, разделение полезных ископаемых и осадочных пород производят путем приложения к указанной смеси с помощью внешнего магнитного поля объемной магнитной силы в н/м3, величина которой определяется по выражению:
где g ускорение свободного падения у поверхности Земли, в м/с2;
Кп1 коэффициент положительной плавучести осадочных пород в ФМЖОМВ;
ρоп плотность осадочных пород, для которых выполняется условие Kп1ρоп< ρпи,вкг/м3, где ρпи плотность вещества полезного ископаемого, в кг/м3;
ρж плотность ФМЖОМВ, в кг/м3,
а направление совпадает с направлением к месту выгрузки осадочных пород, выделение из эмульсии, образовавшейся в процессе приложения силы осадочных пород плотностью ρоп и их выгрузку осуществляют путем приложения к ней внешнего магнитного поля, величина напряженности которого определяется по выражению
где Pp рабочее давление выгрузки осадочных пород, Па;
μo= 4π•10-7 магнитная проницаемость вакуума, Гн/м;
средняя равновесная намагниченность ФМЖОМВ, А/м,
причем в процессе выгрузки отделяют стабилизированную феррофазу, входящую в состав ФМЖОМВ, от осадочных пород, затем производят разделение полезных ископаемых и осадочных пород плотностью ρп> Kп2ρпи, где Кп2 коэффициент положительной плавучести полезных ископаемых в ФМЖОМВ, путем приложения к горным породам с помощью внешнего магнитного поля объемной магнитной силы в н/м3, величина которой определяется по выражению
а направление совпадает с направлением к месту выгрузки полезных ископаемых, выделение полезных ископаемых из их смеси с ФМЖОМВ, а также их выгрузку осуществляют путем приложения к смеси внешнего магнитного поля, величина напряженности которого определяется по выражению:
где Pс рабочее давление выгрузки полезных ископаемых в Па, причем в процессе выгрузки отделяют стабилизированную феррофазу, входящую в состав ФМЖОМВ, от полезных ископаемых, а по окончанию выгрузки полезных ископаемых оставшиеся твердые осадочные породы выгружают с помощью сил тяжести, далее производят повторный цикл разработки горных пород вышеуказанным образом.To obtain a technical result in a method of underwater mining, including loading rocks together with sea water into a closed volume, mixing rocks and sea water, separating minerals and sedimentary rocks, unloading sedimentary rocks from the specified volume, unloading minerals into vehicles for subsequent rise to the surface, the rocks together with sea water are loaded into a closed volume filled with a dilution-resistant, as well as sedimentation-resistant ferro magnetic rocks based on seawater (FMJOMV), magnetized to saturation while maintaining aggregate stability, mix rocks with magnetized FMJOMV, separation of minerals and sediment is carried out by applying volumetric magnetic force to the indicated mixture using an external magnetic field in n / m 3 , the value of which is determined by the expression:
where g is the acceleration of gravity at the surface of the Earth, in m / s 2 ;
To p1 coefficient of positive buoyancy of sedimentary rocks in FMZHOMV;
ρ op the density of sedimentary rocks for which the condition K p1 ρ op <ρ pi , vkg / m 3 , where ρ pi the density of the mineral substance, in kg / m 3 ;
ρ W the density of FMZHOMV, in kg / m 3 ,
and the direction coincides with the direction to the place of discharge of sedimentary rocks, the allocation of the emulsion formed during the application of force sedimentary rocks of density ρ op and their unloading is carried out by applying an external magnetic field to it, the magnitude of which is determined by the expression
where Pp is the working pressure of the discharge of sedimentary rocks, Pa;
μ o = 4π • 10 -7 vacuum magnetic permeability, GN / m;
average equilibrium magnetization FMZHOMV, A / m,
moreover, in the process of unloading, the stabilized ferrophase, which is part of the FMJWM, is separated from sedimentary rocks, then the minerals and sedimentary rocks are separated by a density ρ p > K p2 ρ pi , where K p2 is the positive buoyancy coefficient of minerals in the FMJWM, by application to rocks using an external magnetic field of volumetric magnetic force in n / m 3 , the value of which is determined by the expression
and the direction coincides with the direction to the place of unloading of minerals, the selection of minerals from their mixture with FMZHOMV, as well as their unloading is carried out by applying an external magnetic field to the mixture, the magnitude of which is determined by the expression:
where P is the working pressure of the unloading of minerals in Pa, moreover, during the unloading process, the stabilized ferrophase, which is part of the FMHWM, is separated from the minerals, and at the end of the unloading of the minerals, the remaining solid sedimentary rocks are unloaded using gravity, then a mining cycle is repeated rocks in the above manner.
Для получения технического результата предлагается: в способе подводной разработки месторождений при наличии липких осадочных пород перемешивание в замкнутом объеме производить путем направленного перемещения ФМЖОМВ с помощью внешнего магнитного поля, величина напряженности которого определяется по выражению:
где Pо давление, необходимое для превращения липких осадочных пород в слаболипкие в Па в указанный замкнутый объем, занятый горными породами, при этом время приложения внешнего магнитного поля равняется времени превращения липких осадочных пород в слаболипкие; в способе подводной разработки месторождений разделение осадочных пород и полезных ископаемых производить путем последовательного приложения к полученной смеси с помощью внешнего магнитного поля объемных магнитных сил в н/м3, где i= 0, 1, 2, величина которых определяется по выражению
где Δρ приращение плотности в i-ом цикле, кг/м3, а направление с направлением к месту выгрузки осадочных пород, при этом производить измерения в замкнутом объеме i-х стробирующих уменьшений плотности вещества эмульсии непосредственно над границей сепарации осадочных пород в моменты приложения сил либо увеличений плотности вещества смеси ρc> ρc(i-1) в замкнутом объеме после приложения сил приложение сил прекратить, если указанных изменений в плотности веществ не наблюдается или в случае достижения значения ρпи-Δρ в способе подводной разработки месторождений в процессе выгрузки твердых осадочных пород с помощью сил тяжести отделять от них стабилизированную феррофазу путем воздействия магнитным полем на смесь твердых осадочных пород в ФМЖОМВ замкнутого объема; в способе подводной разработки месторождений перед отделением стабилизированной феррофазы от осадочных пород и полезных ископаемых охлаждать соответствующие им эмульсию и смесь до температуры ниже температуры окружающей морской воды, но выше температуры кристаллизации льда, а отделение проводить путем воздействия на них магнитным полем; в способе подводной разработки месторождений в каждом цикле разработки номинальную плотность ФМЖОМВ поддерживать за счет дополнительной подачи стабилизированной феррофазы в замкнутый объем из объема-накопителя; в способе подводной разработки месторождений отделенную от полезных ископаемых и осадочных пород стабилизированную феррофазу, находящуюся в морской воде, концентрировать и транспортировать в объем-накопитель ФМЖОМВ; в способе подводной разработки месторождений в случае наличия осадка в стабилизированной феррофазе ФМЖОМВ производить его диспергирование непосредственно на месте разработки месторождений.To obtain a technical result, it is proposed: in the method of underwater development of deposits in the presence of sticky sedimentary rocks, mixing in a confined space is carried out by directional movement of the FMJOMV using an external magnetic field, the intensity of which is determined by the expression:
where P is the pressure required to convert sticky sedimentary rocks into weakly sticky in Pa into a specified enclosed volume occupied by rocks, while the application of an external magnetic field is equal to the time that sticky sedimentary rocks become weakly sticky; In the method of underwater development of deposits, separation of sedimentary rocks and minerals is carried out by successive application of volume magnetic forces to the resulting mixture using an external magnetic field in n / m 3 , where i = 0, 1, 2, the value of which is determined by the expression
where Δρ is the density increment in the i-th cycle, kg / m 3 , and the direction is towards the place of discharge of sedimentary rocks, while measuring in a closed volume of i-gating decreases in the density of the emulsion substance directly above the separation boundary of sedimentary rocks at the moment of application of forces or increases in the density of the mixture substance ρ c > ρ c (i-1) in a closed volume after the application of forces force application stop if the indicated changes in the density of substances are not observed or if the value ρ pi -Δρ is reached in the method of underwater development of deposits in the process of unloading solid sedimentary rocks using gravity, separate the stabilized ferrophase from them by applying a magnetic field to the mixture of solid sedimentary rocks in the WWFW closed volume; in the method of underwater development of deposits, before separating the stabilized ferrophase from sedimentary rocks and minerals, cool the corresponding emulsion and mixture to a temperature below the temperature of ambient sea water but above the crystallization temperature of ice, and separate it by exposing them to a magnetic field; in the method of underwater development of deposits in each development cycle, the nominal density of the PMFOMW is maintained due to the additional supply of stabilized ferrophase to the closed volume from the storage volume; in the method of underwater development of deposits, concentrated from the mineral and sedimentary rocks, stabilized ferrophase located in sea water, concentrated and transported into the storage volume of FMZHOMV; in the method of underwater development of deposits in the case of the presence of sediment in the stabilized ferrofase FMZHOMV to disperse it directly at the site of field development.
Для достижения технического результата в установке для подводной разработки месторождений полезных ископаемых, реализующей способ по п.1, включающей установленные на силовой раме устройство извлечения горных пород с замкнутым объемом, устройство перемешивания, устройства очистки полезных ископаемых, транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород, содержащие движители транспортировки с трубопроводами транспортировки, устройства отделения полезных ископаемых от осадочных пород и выгрузки полезных ископаемых и осадочных пород с движителями выгрузки, при этом трубопроводы транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород соединены с замкнутым объемом, который в свою очередь через клапаны выгрузки соединен с трубопроводами выгрузки полезных ископаемых и осадочных пород, замкнутый объем образован единым корпусом устройств извлечения горных пород, перемешивания, очистки полезных ископаемых, отделения полезных ископаемых от осадочных пород, транспортировки полезных ископаемых, транспортировки осадочных пород и трубопроводами устройств транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород, при этом замкнутый объем заполнен намагниченной до насыщения ФМЖОМВ при одновременном сохранении ее агрегативной устойчивости, а также введены блок формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ замкнутого объема, включающий устройство формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ в едином корпусе перечисленных устройств, устройство формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ трубопровода транспортировки полезных ископаемых, устройство формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ трубопровода транспортировки осадочных пород, кроме этого, в нее введены устройства сбора стабилизированной феррофазы с выгружаемой породы и устройство загрузки ФМЖОМВ в замкнутый объем, при этом устройства формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ трубопроводов транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород установлены на соответствующих им трубопроводах, а устройства сбора стабилизированной феррофазы с выгружаемой породы установлены на трубопроводах выгрузки полезных ископаемых и осадочных пород за соответствующими им клапанами выгрузки. To achieve a technical result in the installation for underwater mining of mineral deposits that implements the method according to
Для получения технического результата в установке для подводной разработки месторождений полезных ископаемых предлагается образованный замкнутый объем выполнить в виде короба прямоугольной формы, по периметру нижней кромки которого установлен погружной гребень, на полотне закрытия короба выполнить боковые обрамляющие бортики, расположенные в направляющих пазах короба, при этом устройство извлечения горных пород выполнить на основе плоского подрезного ножа, прикрепленного к концу полотна закрытия короба и снабдить приводом вытяжного вала, а само полотно закрытия короба намотать на ось укладки полотна и крепить к ней через пружины, причем ось с полотном разместить в кожухе, установленном на силовой раме, верхнюю часть короба закрыть крышкой в виде срезанного конуса, при этом трубопроводы транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород вмонтировать в коническую часть крышки короба; в установке для подводной разработки месторождений полезных ископаемых движитель в устройствах перемешивания, очистки полезных ископаемых, отделения полезных ископаемых от осадочных пород, транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород выполнить в виде соленоида, который расположен на наружной боковой части короба, установлен в направляющих пазах и снабжен приводом его перемещения, размещенным на силовой раме, с ограничителями перемещения с одной стороны до первой кромки короба, а с другой до плоскости, совпадающей с положением, при котором плоскость, перпендикулярная оси указанного соленоида и секущая его пополам, совмещена с плоскостью, образованной другой кромкой короба; в установке для подводной разработки месторождений полезных ископаемых привод вытяжного вала установить на силовой раме и снабдить четырьмя направляющими роликами, при этом плоский подрезной нож соединить с вытяжными канатами полотна, переброшенными через направляющие ролики и закрепленными на вытяжном валу, а оси первого и второго направляющих роликов расположить неподвижно внутри короба, причем кромки рабочих поверхностей первого и второго роликов лежат на плоскости, образованной кромкой короба, а оси третьего и четвертого направляющих роликов установлены неподвижно внутри короба так, что ролики своими верхней и нижней рабочими кромками относительно конической части короба соответственно лежат на плоскости, перпендикулярной оси короба и отстоящей от его кромки со стороны конической части на расстоянии половины высоты соленоида устройства формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки, а вытяжной канат между вторым и третьим направляющими роликами прилегает к внутренней стенке короба, кроме этого, устройства транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород снабдить расположенной внутри короба поворотной заслонкой закрытия входных отверстий трубопроводов транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород, привод которой установлен на верхнем срезе конической части крышки короба; в установке для подводной разработки месторождений полезных ископаемых движители в устройствах выгрузки полезных ископаемых и осадочных пород выполнить в виде соленоидов, установленных на трубопроводах транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород над соответствующими трубопроводами выгрузки; в установке для подводной разработки месторождений полезных ископаемых блок формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ замкнутого объема выполнить в виде устройства (формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ в едином корпусе устройств извлечения горных пород, перемешивания, очистки полезных ископаемых, отделения полезных ископаемых от осадочных пород, транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород, устройства формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ трубопровода транспортировки полезных ископаемых, устройства формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ трубопровода транспортировки осадочных пород к устройства формирования номинальных параметров ФМЖОМВ, при этом устройство формирования номинальных параметров ФМЖОМВ в свою очередь выполнить в виде системы контроля плотности ФМЖОМВ, системы подачи диспергента и контура подогрева ФМЖОМВ, а систему контроля плотности ФМЖОМВ снабдить плотномером контроля процесса загрузки породы, плотномером контроля процесса сепарации, плотномером контроля выгрузки осадочных пород и плотномером контроля выгрузки полезных ископаемых, причем плотномер контроля процесса загрузки породы расположен внутри короба за плоскостью, образованной кромками короба, а плотномер контроля процесса сепарации за плоскостью, перпендикулярной оси короба и отстоящей от его кромки со стороны конической части на расстоянии половины высоты соленоида устройства формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки, оси чувствительности плотномеров контроля выгрузки осадочных пород и полезных ископаемых перпендикулярны продольным осям клапанов выгрузки осадочных пород и полезных ископаемых и образуют совместно плоскости, перпендикулярные продольным осям трубопроводов транспортировки осадочных пород и полезных ископаемых соответственно; в установке для подводной разработки месторождений полезных ископаемых устройство формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ в едином корпусе устройств извлечения горных пород, перемешивания, очистки полезных ископаемых, отделения полезных ископаемых от осадочных пород, транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород выполнить в виде блока удержания стабилизированной феррофазы в корпусе установки, блока перемешивания породы и ФМЖОМВ, блока очистки и отделения полезных ископаемых от осадочных пород и транспортировки осадочных пород к месту выгрузки, блока выделения из эмульсии и выгрузки осадочных пород из корпуса установки, блока транспортировки полезных ископаемых к месту выгрузки, блока выгрузки полезных ископаемых из корпуса установки и коммутатора транслирования управляющих воздействий по формированию магнитных полей в соленоиде устройства формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки с пультом управления, при этом указанные блоки подключить параллельно через коммутатор транслирования управляющих воздействий по формированию магнитных полей в соленоиде управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки, к обмотке соленоида устройства формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки; в установке для подводной разработки месторождений полезных ископаемых устройство формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ трубопровода транспортировки полезных ископаемых выполнить в виде блока удержания стабилизированной феррофазы в трубопроводе транспортировки полезных ископаемых, блока выгрузки полезных ископаемых из трубопровода их транспортировки и коммутатора транслирования управляющих воздействий по формированию магнитных полей в соленоиде выгрузки полезных ископаемых с пультом управления, при этом указанные блоки подключить параллельно через коммутатор транслирования управляющих воздействий по формированию магнитных полей в соленоиде выгрузки полезных ископаемых, к обмотке соленоида выгрузки полезных ископаемых, а устройство формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ в трубопроводе транспортировки осадочных пород выполнить в виде блока удержания стабилизированной феррофазы в трубопроводе транспортировки осадочных пород, блока выгрузки осадочных пород из трубопровода их транспортировки и коммутатора транслирования управляющих воздействий по формированию магнитных полей в соленоиде выгрузки осадочных пород с пультом управления, при этом указанные блоки подключить параллельно через коммутатор транслирования управляющих воздействий по формированию магнитных полей в соленоиде выгрузки осадочных пород, к обмотке соленоида выгрузки осадочных пород; в установке для подводной разработки месторождений полезных ископаемых устройство формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ в едином корпусе устройств извлечения горных пород, перемешивания, очистки полезных ископаемых, отделения полезных ископаемых от осадочных пород, транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород выполнить в виде блока удержания стабилизированной феррофазы в корпусе установки, блока перемешивания породы и ФМЖОМВ, блока очистки и отделения полезных ископаемых от осадочных пород и транспортировки осадочных пород к месту выгрузки, блока выделения из эмульсии и выгрузки осадочных пород из корпуса установки, блока транспортировки полезных ископаемых к месту выгрузки, блока выгрузки полезных ископаемых из корпуса установки и блока разрушения мягких осадочных пород, каждый из которых подключить через коммутатор транслирования управляющих воздействий по формированию магнитных полей в соленоиде устройства формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки, к обмотке соленоида устройства формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки; в установке для подводной разработки месторождений полезных ископаемых устройство формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ в едином корпусе устройств извлечения горных пород, перемешивания, очистки полезных ископаемых, отделения полезных ископаемых от осадочных пород, транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород выполнить в виде блока удержания стабилизированной феррофазы в корпусе установки, блока перемешивания породы ФМЖОМВ, "i"-х пар из блоков очистки и отделения полезных ископаемых от осадочных пород и транспортировки осадочных пород к месту выгрузки и блоков выделения из эмульсии и выгрузки осадочных пород из корпуса установки, блока транспортировки полезных ископаемых к месту выгрузки, блока выгрузки полезных ископаемых из корпуса установки, каждый из которых подключить через коммутатор транслирования управляющих воздействий по формированию магнитных полей в соленоиде устройства формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки, к обмотке соленоида устройства формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки; в установке для подводной разработки месторождений полезных ископаемых устройство формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ в едином корпусе устройств извлечения горных пород, перемешивания, очистки полезных ископаемых, отделения полезных ископаемых от осадочных пород, транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород выполнить в виде блока удержания стабилизированной феррофазы в корпусе установки, блока перемешивания породы ФМЖОМВ, блока очистки и отделения полезных ископаемых от осадочных пород и транспортировки осадочных пород к месту выгрузки, блока выделения из эмульсии и выгрузки осадочных пород из корпуса установки, блока транспортировки полезных ископаемых к месту выгрузки, блока выгрузки полезных ископаемых из корпуса установки и блока удержания стабилизированной феррофазы в корпусе установки при выгрузке твердых осадочных пород, каждый из которых подключить через коммутатор транслирования управляющих воздействий по формированию магнитных полей в соленоиде устройства укрепляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки, к обмотке соленоида устройства управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки; в установке для подводной разработки месторождений полезных ископаемых каждое из устройств сбора стабилизированной феррофазы с выгружаемой породы выполнить в виде холодильника и устройства отделения феррофазы от выгружаемой породы, которое в свою очередь содержит четыре электромагнитных уловителя стабилизированной феррофазы, установленных на трубопроводах выгрузки полезных ископаемых и осадочных пород по их осям симметрии, при этом полые сердечники электромагнитов указанных уловителей являются одновременно и трубопроводами откачки ФМЖОМВ, а холодильник установлен на трубопроводах выгрузки перед устройством отделения феррофазы от выгружаемой породы; в установке для подводной разработки месторождений полезных ископаемых устройство загрузки ФМЖОМВ в замкнутый объем выполнить в виде бака-накопителя ФМЖОМВ с клапаном загрузки ФМЖОМВ, установленном в крышке бака-накопителя ФМЖОМВ и содержащего запорный соленоид, при этом бак-накопитель ФМЖОМВ связан с каждым из трубопроводов транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород клапанами выравнивания давления, установленными на днище бака-накопителя, а днище бака-накопителя установлено вплотную к соленоидам выгрузки полезных ископаемых и осадочных пород, при этом продольные оси соленоидов и клапанов выравнивания давления совпадают, а сами оси перпендикулярны плоскости, образованной днищем бака-накопителя ФМЖОМВ; в установке для подводной разработки месторождений полезных ископаемых каждое из устройств сбора стабилизированной феррофазы с выгружаемой породы выполнить в виде холодильника, устройства отделения феррофазы от выгружаемой породы, устройства транспортировки отделенной феррофазы, концентратора феррофазы, устройства транспортировки сконцентрированной феррофазы и устройства загрузки сконцентрированной феррофазы в бак-накопитель ФМЖОМВ, при этом устройство транспортировки отделенной феррофазы содержит трубопроводы, входы которых соединены с трубопроводами откачки устройства отделения феррофазы от выгружаемой породы, а выходы с входами в концентратор феррофазы с установленным соленоидом загрузки феррофазы, причем в каждом трубопроводе установлены j-е соленоиды транспортировки отделенной феррофазы, где j 1, 2, 3,n число указанных соленоидов, для которых выполняется условие:
Hм∩Hj∩ Hj+1∩ Hj+2∩ ... ∩ Hj+n∩ Hк1
где Нм область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля электромагнитного уловителя феррофазы в трубопроводе транспортировки отделенной феррофазы, в А/м;
Hj, j+1, j+2,j+n области распределения рабочих значений напряженности магнитных полей от j-х соленоидов транспортировки отделенной феррофазы в трубопроводе транспортировки отделенной феррофазы, в А/м;
Нк1- область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля соленоида загрузки феррофазы в концентратор в трубопроводах транспортировки отделенной феррофазы, в А/м,
кроме этого, вектора напряженности магнитных полей, лежащие на оси каждого из указанных электромагнитов и соленоидов, направлены в сторону транспортировки отделенной феррофазы, устройство транспортировки сконцентрированной феррофазы содержит трубопровод, вход которого соединен с выходом концентратора феррофазы, на котором установлен соленоид концентрирования феррофазы, а выход с входом в бак-накопитель ФМЖОМВ, с установленным соленоидом загрузки сконцентрированной феррофазы, при этом в указанном трубопроводе установлены "q"-е соленоиды транспортировки сконцентрированной феррофазы, где q 1, 2, 3,m число указанных соленоидов, для которых выполняется условие
Hк2∩Hq∩Hq+1∩Hq+2∩ ... ∩Hq+1∩Hz
где Нк2 область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля соленоида концентрирования феррофазы в трубопроводе транспортировки сконцентрированной феррофазы в А/м;
Hq, q+1, q+2,q+m области распределения рабочих значений напряженности магнитных полей q-х соленоидов транспортировки сконцентрированной феррофазы в трубопроводе транспортировки сконцентрированной феррофазы, в А/м,
Hz область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля соленоида загрузки сконцентрированной феррофазы в бак-накопитель ФМЖОМВ в трубопроводе транспортировки сконцентрированной феррофазы, в А/м, кроме этого, вектора напряженности магнитных полей, лежащие на оси каждого из указанных соленоидов, направлены в сторону транспортировки сконцентрированной феррофазы, а устройство загрузки сконцентрированной феррофазы в бак-накопитель ФМЖОМВ, кроме указанного соленоида загрузки сконцентрированной феррофазы, содержит клапан загрузки сконцентрированной феррофазы, установленный на выходе трубопровода транспортировки сконцентрированной феррофазы, при этом оси указанного клапана и соленоида загрузки сконцентрированной феррофазы совпадают; в установке для подводной разработки месторождений полезных ископаемых систему контроля плотности ФМЖОМВ выполнить в виде плотномера контроля процесса загрузки породы, плотномера контроля процесса сепарации, плотномера контроля выгрузки осадочных пород, плотномера контроля выгрузки полезных ископаемых и плотномера контроля плотности в баке-накопителе ФМЖОМВ, расположенного со стороны днища указанного бака; в установке для подводной разработки месторождений полезных ископаемых систему подачи диспергента выполнить в виде устройства вытеснительной подачи топлива для реактивных двигателей ориентации космического аппарата с однокомпонентным топливом.To obtain a technical result in an installation for underwater mining of mineral deposits, it is proposed that the formed enclosed volume be made in the form of a rectangular box, along the perimeter of the lower edge of which an immersion ridge is installed, on the closure web of the box, make side framing rails located in the guide grooves of the box, while the device extraction of rocks to perform on the basis of a flat cutting knife attached to the end of the canvas closure of the duct and provide with a drive exhaust of the shaft, and wind the closure of the box closure on the axis of laying the canvas and fasten to it through the springs, with the axis with the canvas placed in a casing mounted on the power frame, close the top of the box with a lid in the form of a cut cone, while the pipelines for transporting minerals and mount sedimentary rocks into the conical part of the box lid; In an installation for underwater mining of mineral deposits, the propulsion device in the mixing, purification of minerals, separation of minerals from sedimentary rocks, transportation of minerals and sedimentary rocks in the form of a solenoid, which is located on the outer side of the duct, is installed in the guide grooves and is equipped with a drive its movement, placed on the power frame, with movement limiters on one side to the first edge of the box, and on the other to a plane coinciding with the position m, at which the plane perpendicular to the axis of said solenoid and its secant halves, aligned with the plane defined by the other edge of the box; in an installation for underwater mining of mineral deposits, install the drive of the exhaust shaft on the power frame and provide four guide rollers, connect the flat cutting knife to the exhaust ropes of the blade thrown through the guide rollers and mounted on the exhaust shaft, and arrange the axes of the first and second guide rollers motionless inside the box, and the edges of the working surfaces of the first and second rollers lie on a plane formed by the edge of the box, and the axes of the third and fourth directions the cleaning rollers are mounted motionlessly inside the box so that the rollers, with their upper and lower working edges relative to the conical part of the box, respectively lie on a plane perpendicular to the axis of the box and spaced from the edge of the conical part at half the height of the solenoid of the device for generating control actions on the housing and the exhaust rope between the second and third guide rollers is adjacent to the inner wall of the box, in addition, the device for transporting minerals proxy and sediment supply conduit located inside the rotary valve closing inlets pipelines transporting minerals and sedimentary rocks, which drive is mounted on the top cut conical part of the box cover; in an installation for underwater mining of mineral deposits, the propulsors in the devices for unloading minerals and sedimentary rocks should be made in the form of solenoids installed on pipelines for transporting minerals and sedimentary rocks over the corresponding discharge pipelines; in the installation for underwater mining of mineral deposits, the control actions generation unit for closed-loop FMWHMs should be made in the form of a device (control actions to be carried out on FMHWHMs in a single unit of rock extraction, mixing, mineral cleaning, separation of minerals from sedimentary rocks, transportation of minerals and sedimentary rocks, a device for the formation of control actions on FMZHOMV pipeline transportation of minerals, a device the formation of control actions on the FMJOMV pipeline for transporting sedimentary rocks to the device for generating nominal parameters FMJOMV, while the device for generating nominal parameters FMJOMV, in turn, is implemented as a density control system FMJOMV, a dispersant supply system and heating loop FMJOMV, and the density monitoring system FMJOMV be equipped with a densitometer control of the process of loading the rock, densitometer control of the separation process, densitometer to control the discharge of sedimentary rocks and densitometer control the loading of minerals, moreover, the density meter for monitoring the process of loading the rock is located inside the box behind the plane formed by the edges of the box, and the density meter for controlling the separation process over the plane perpendicular to the axis of the box and spaced from the conical side at a half of the height of the solenoid of the device for forming control actions on FMZHOMV of the installation case, the sensitivity axes of densitometers for monitoring the discharge of sedimentary rocks and minerals are perpendicular to the longitudinal axes to lapans for unloading sedimentary rocks and minerals and together form planes perpendicular to the longitudinal axes of pipelines for transporting sedimentary rocks and minerals, respectively; in the installation for underwater mining of mineral deposits, the device for forming control actions on the FMHOMV in a single device for extracting rocks, mixing, purifying minerals, separating minerals from sedimentary rocks, transporting minerals and sedimentary rocks in the form of a unit for holding stabilized ferrophase in the housing installation, block mixing rock and FMZHOMV, block cleaning and separation of minerals from sedimentary rocks and wasp transportation full-time rocks to the place of unloading, a block for separation from the emulsion and unloading of sedimentary rocks from the unit, a block for transporting minerals to the place of unloading, a block for unloading minerals from the unit and the switchboard for translating control actions for the formation of magnetic fields in the solenoid of the device for generating control actions for the case of the installation with a control panel, while these units are connected in parallel through the switch broadcast control actions on the formations NIJ magnetic fields in the solenoid control actions FMZHOMV installation housing for solenoid coils forming apparatus control actions FMZHOMV unit casing; in the installation for underwater mining of mineral deposits, the device for generating control actions on the FMWHM of the mineral transportation pipeline should be made in the form of a unit for holding stabilized ferrophase in the mineral transportation pipeline, a block for unloading minerals from their transportation pipeline and a switch for transmitting control actions for the formation of magnetic fields in the solenoid Mineral unloading with a control panel, while the indicated bl connect the oki in parallel through the switchboard for translating control actions for the formation of magnetic fields in the solenoid for unloading minerals, to the winding of the solenoid for unloading minerals, and make the device for forming control actions for PMFLMW in the sedimentary rocks transportation pipeline as a block of stabilized ferrophase retention in the sedimentary rocks transportation pipeline, unit for the discharge of sedimentary rocks from the pipeline for their transportation and switch broadcasting managers in impacts on the formation of magnetic fields in the solenoid for unloading sedimentary rocks with a control panel, while these units are connected in parallel through the switch for transmitting control actions for the formation of magnetic fields in the solenoid for unloading sedimentary rocks, to the coil of the solenoid for unloading sedimentary rocks; in the installation for underwater mining of mineral deposits, the device for forming control actions on the FMHOMV in a single device for extracting rocks, mixing, purifying minerals, separating minerals from sedimentary rocks, transporting minerals and sedimentary rocks in the form of a unit for holding stabilized ferrophase in the housing installation, block mixing rock and FMZHOMV, block cleaning and separation of minerals from sedimentary rocks and wasp transportation full-time rocks to the place of unloading, a block for separation from the emulsion and unloading of sedimentary rocks from the installation casing, a block for transporting minerals to the place of unloading, a block for unloading minerals from the installation casing and a block for breaking soft sedimentary rocks, each of which is connected via a control translation relay the formation of magnetic fields in the solenoid of the device for the formation of control actions on the PMZHOMV installation casing, to the winding of the solenoid of the device for the formation of control actions tvy FMZHOMV on the unit casing; in the installation for underwater mining of mineral deposits, the device for forming control actions on the FMHOMV in a single device for extracting rocks, mixing, purifying minerals, separating minerals from sedimentary rocks, transporting minerals and sedimentary rocks in the form of a unit for holding stabilized ferrophase in the housing installation, block mixing rock FMZHOMV, "i" pairs of blocks from the purification and separation of minerals from sedimentary rocks and vehicles alignment of sedimentary rocks to the place of unloading and blocks of separation from the emulsion and unloading of sedimentary rocks from the body of the unit, block of transportation of minerals to the place of unloading, block of unloading of minerals from the body of the unit, each of which is connected through a switch for translating control actions for the formation of magnetic fields in the solenoid devices for forming control actions on the housing unit’s FMHOMV, to the solenoid winding the device for forming control actions on the housing unit ОМОМOMV is installed ki; in the installation for underwater mining of mineral deposits, the device for forming control actions on the FMHOMV in a single device for extracting rocks, mixing, purifying minerals, separating minerals from sedimentary rocks, transporting minerals and sedimentary rocks in the form of a unit for holding stabilized ferrophase in the housing installation, block mixing rock FMZHOMV, block cleaning and separation of minerals from sedimentary rocks and siege transportation minerals to the place of unloading, a block for separation from the emulsion and unloading of sedimentary rocks from the unit, a unit for transporting minerals to the place of unloading, a block for unloading minerals from the unit and the unit for holding stabilized ferrophase in the unit when unloading solid sedimentary rocks, each of which to connect through the switchboard of broadcasting of control actions for the formation of magnetic fields in the solenoid of the device of reinforcing actions on the device housing, to the solenoid winding yes control devices on the device housing; In an installation for underwater mining of mineral deposits, each of the devices for collecting stabilized ferrophase from the paged rock should be made in the form of a refrigerator and a device for separating ferrophase from the paged rock, which in turn contains four electromagnetic traps of stabilized ferrophase installed on pipelines for unloading minerals and sedimentary rocks their axes of symmetry, while the hollow cores of the electromagnets of these traps are simultaneously open pipelines hibernation FMZHOMV and refrigerator set to discharge pipes before separating device ferrophase discharged from the breed; in an installation for underwater mining of mineral deposits, the device for loading the FMJOMV into a closed volume is made in the form of a storage tank FMZHOMV with a loading valve FMZHOMV installed in the lid of the storage tank FMZHOMV and containing a shut-off solenoid, while the storage tank FMZHOMV is connected to each of the transportation pipelines minerals and sedimentary rocks pressure equalization valves installed on the bottom of the storage tank, and the bottom of the storage tank is installed close to the solenoids unloading minerals and sedimentary rocks, while the longitudinal axis of the solenoids and pressure equalization valves coincide, and the axes themselves are perpendicular to the plane formed by the bottom of the storage tank FMZHOMV; in an installation for underwater mining of mineral deposits, each of the devices for collecting stabilized ferrophase from the paged rock should be made in the form of a refrigerator, a device for separating the ferrophase from the paged rock, a device for transporting separated ferrophase, a concentrator of ferrophase, a device for transporting concentrated ferrophase and a device for loading concentrated ferrophase into a storage tank FMZHOMV, while the device for transporting the separated ferrophase contains pipelines, the inputs of which connected to the pipelines for pumping the device for separating the ferrophase from the paged rock, and the exits with the entrances to the ferrophase concentrator with the installed ferrophase loading solenoid, and in each pipeline the j-th solenoids of transporting the separated ferrophase are installed, where j 1, 2, 3, n are the number of these solenoids, for which the condition is satisfied:
H m ∩H j ∩ H j + 1∩ H j + 2 ∩ ... ∩ H j + n ∩ H q1
where N m is the distribution area of the working values of the magnetic field of the electromagnetic trap of the ferrophase in the pipeline for transporting the separated ferrophase, in A / m;
Hj, j + 1, j + 2, j + n the distribution area of the working values of the magnetic field strengths from the j-th solenoids of transportation of the separated ferrophase in the pipeline of transportation of the separated ferrophase, in A / m;
N k1 - the distribution area of the working values of the magnetic field of the solenoid loading the ferrophase into the concentrator in the pipelines of transportation of the separated ferrophase, in A / m,
in addition, the magnetic field vectors lying on the axis of each of these electromagnets and solenoids are directed towards the transport of the separated ferrophase, the concentrated ferrophase transport device contains a pipeline, the input of which is connected to the output of the ferrophase concentrator, on which the ferrophase concentration solenoid is installed, and the output is the entrance to the storage tank FMZHOMV, with the installed solenoid loading concentrated ferrophase, while in the specified pipe installed "q" e oids for transporting concentrated ferrophase, where
H k2 ∩H q ∩H q + 1 ∩H q + 2 ∩ ... ∩H q + 1 ∩H z
where N k2 is the distribution area of the working values of the magnetic field strength of the solenoid for concentrating the ferrophase in the pipeline for transporting concentrated ferrophase in A / m;
H q , q + 1, q + 2, q + m the distribution area of the working magnetic field strengths of the q-x solenoids of transportation of concentrated ferrophase in the pipeline of transportation of concentrated ferrophase, in A / m,
H z is the distribution area of the working values of the magnetic field strength of the solenoid loading concentrated ferrophase into the storage tank FMZHOMV in the pipeline for transporting concentrated ferrophase, in A / m, in addition, the magnetic field vector vectors lying on the axis of each of these solenoids are directed towards the concentrated transport ferrophase, and the device for loading concentrated ferrophase into the storage tank FMZHOMV, in addition to the specified solenoid loading concentrated ferrophase, contains en loading concentrated ferrophase installed at the outlet of the pipeline transporting concentrated ferrophase, while the axis of the valve and the loading solenoid concentrated ferrophase coincide; in the installation for underwater mining of mineral deposits, the FMZHOMV density control system should be implemented as a density meter for controlling the rock loading process, a density meter for controlling the separation process, a density meter for controlling the discharge of sedimentary rocks, a density meter for controlling the unloading of minerals and a density meter for density control in the FMZHOMV storage tank located on the side the bottom of the specified tank; in the installation for underwater mining of mineral deposits, the dispersant supply system should be implemented as a fuel displacement device for jet engines for orienting a spacecraft with single-component fuel.
Введение новых признаков в предлагаемые "Способ. установку." позволяет достичь указанного технического результата. The introduction of new features in the proposed "Method. Installation." allows you to achieve the specified technical result.
Использование в действиях способа принципа феррогидростатической сепарации, в частности, применительно к добыче позволяет практически избежать потерь. На это направлены действия способа, которые позволяют за счет последовательного отделения осадочных пород от конкреций исключить обволакивание мелкодисперсной их части и выгрузку вместе с осадочными породами. А при наличии комков конкреций с образованиями липких осадочных пород действия способа позволяют разрушить указанные комки и довести породу до слаболипкого состояния. В то же время не происходит разрушение непосредственно самих ЖМК, так как давление, необходимое для разрушения липких осадочных пород, на порядки единиц меньше тех значений, которые необходимы для разрушения их твердой структуры. The use of the principle of ferrohydrostatic separation in the process steps, in particular with regard to production, allows practically avoiding losses. The actions of the method are aimed at this, which, due to the sequential separation of sedimentary rocks from nodules, exclude the enveloping of their finely divided parts and unloading together with sedimentary rocks. And in the presence of lumps of nodules with the formation of sticky sedimentary rocks, the action of the method allows to destroy these lumps and bring the rock to a weakly sticky state. At the same time, the destruction of the ZhMK itself does not occur, since the pressure necessary for the destruction of sticky sedimentary rocks is orders of magnitude less than those values necessary for the destruction of their solid structure.
Применение магнитореологической жидкости в качестве рабочего органа (инструмента) почти исключает абразивный износ рабочих и транспортирующих породу устройств, так как сама жидкость не производит указанного разрушительного действия и в значительной степени обволакивает саму породу, не допуская ее прямого соприкасания с металлом конструкции. The use of magnetorheological fluid as a working body (tool) almost eliminates the abrasive wear of working and rock-transporting devices, since the liquid itself does not produce the indicated destructive effect and largely envelops the rock itself, preventing its direct contact with the metal of the structure.
Разработанный способ и установка, его реализующая, позволяют очистить полезные ископаемые как от мягких, так и от твердых осадочных пород без подъема на поверхность. Это исключает энергозатраты на подъем пустой породы и ее дальнейшую переработку. The developed method and installation, which implements it, allows you to clean minerals from both soft and hard sedimentary rocks without lifting to the surface. This eliminates the energy consumption for raising waste rock and its further processing.
Несмотря на то, что разработка полезных ископаемых производится с непосредственной укладкой пустой породы на разработанные участки дна, влияние на окружающую среду всего процесса минимально. Так, согласно /6/, рассчитываются три уровня параметров загрязнения водных толщ:
первый уровень при сбросе сливаемых пульп на поверхность моря;
второй уровень располагается на высоте порядка 130-160 м;
третий уровень загрязнения обусловлен работой донного модуля добычной установки (выемочный орган, корпус агрегата сбора, движители, устройство отмывки ЖМК, устройство дробления ЖМК).Despite the fact that the development of minerals is carried out with the direct laying of waste rock on the developed sections of the bottom, the environmental impact of the whole process is minimal. So, according to / 6 /, three levels of pollution parameters of the water column are calculated:
the first level when dumping drained pulps to the surface of the sea;
the second level is located at an altitude of the order of 130-160 m;
the third level of contamination is due to the operation of the bottom module of the production unit (extraction unit, collection unit body, propulsors, LMC washing device, LMC crushing device).
Если рассматривать только загрязнение водных толщ от осадочных пород, то первые два уровня загрязнения в предложенном способе исключаются вообще. А третий уровень является наиболее экологически чистым для всех известных случаев непосредственной придонной разработки полезных ископаемых без подъема на поверхность пустой породы (см. /1-6/). Относительная экологическая чистота достигается как выбором принципа феррогидростатической сепарации, так и специальным подбором магнитореологической жидкости, основой которой является морская вода непосредственно места разработки. Так, если в прототипе осадочные породы размываются и уносятся с поверхности полезных ископаемых морской водой, что приводит к значительному ее расходу, то в предлагаемом способе осадочные породы вытесняются из морской воды, входящей в состав ФМЖОМВ. Причем это вытеснение происходит в определенный объем, заполненный морской водой, который и является объектом загрязнений. А указанный объем можно конструктивно уменьшать вплоть до потребной величины, определяемой непосредственно объемом самой пустой породы, т.е. за счет вытеснения более легких осадочных пород из областей сильного магнитного поля, создаваемого в ФМЖОМВ, можно их сконцентрировать (уплотнить) перед непосредственной выгрузкой в определенной части замкнутого объема. Далее также можно локализовать и подвергнуть необходимой технологической обработке (например, охлаждению, как предложено в способе, или упаковке и т.д.) и уже в виде экологически безопасного продукта выгружать на разработанные участки дна. If we consider only the pollution of water column from sedimentary rocks, then the first two levels of pollution in the proposed method are excluded altogether. And the third level is the most environmentally friendly for all known cases of direct near-bottom mining of minerals without rising to the surface of waste rock (see / 1-6 /). Relative ecological purity is achieved both by the choice of the principle of ferrohydrostatic separation, and by a special selection of magnetorheological liquid, the basis of which is sea water directly from the development site. So, if in the prototype sedimentary rocks are eroded and carried away from the surface of minerals with sea water, which leads to a significant consumption of it, then in the proposed method, sedimentary rocks are displaced from sea water, which is part of the FMJOMV. Moreover, this displacement occurs in a certain volume filled with sea water, which is the object of pollution. And the indicated volume can be structurally reduced up to the required value determined directly by the volume of the waste rock itself, i.e. due to the displacement of lighter sedimentary rocks from areas of a strong magnetic field created in the FMHOMW, they can be concentrated (compacted) before direct discharge in a certain part of the enclosed volume. Further, it is also possible to localize and subject to the necessary technological processing (for example, cooling, as proposed in the method, or packaging, etc.) and unload it in the form of an environmentally friendly product to the developed bottom sections.
При соблюдении номинальных параметров ФМЖОМВ (устойчивости к разбавлению, седиментационной и агрегативной устойчивости ФМЖОМВ) указанная жидкость не производит ни физического, ни химического загрязнения окружающей среды. Поверхностно-активное вещество в таком случае не отделяется от феррофазы и не допускает появления "жирных" составляющих в виде органических масел. Стабилизированная феррофаза не вступает также в химическую реакцию с разрабатываемой породой. Отсутствие дробления породы в процессе разработки исключает возможность химической реакции ее с морской водой. Сама же ФМЖОМВ отделяется от выгружаемой породы и собирается, одновременно она контролируется на соответствии номинальным параметрам и в случае необходимости восстанавливается непосредственно в установке. Это необходимо как для сохранения непрерывности технологического процесса (в плане сохранения рабочего органа), так и для выполнения требований по составу вещества полезного ископаемого после его добычи, для сохранения окружающей среды (отсутствие нехарактерных непосредственно для нее включений). Subject to the nominal parameters of FMZHOMV (resistance to dilution, sedimentation and aggregative stability of FMZHOMV), this liquid does not produce any physical or chemical pollution of the environment. The surfactant in this case does not separate from the ferrophase and does not allow the appearance of "fatty" components in the form of organic oils. Stabilized ferrophase also does not enter into a chemical reaction with the developed breed. The absence of crushing of the rock during the development process eliminates the possibility of its chemical reaction with sea water. FMZHOMV itself is separated from the paged rock and collected, at the same time it is controlled according to the nominal parameters and, if necessary, restored directly to the installation. This is necessary both to preserve the continuity of the technological process (in terms of preserving the working body), and to fulfill the requirements for the composition of the mineral substance after its extraction, to preserve the environment (the absence of inclusions not characteristic of it directly).
Установка, реализующая предложенный способ, имеет также ряд конструктивных преимуществ перед прототипом. Так, в одном корпусе-коробе удалось объединить все ее основные устройства, элементы которых на определенных этапах технологических операций дополняют друг друга. Например, устройство извлечения горных пород, выполненное на основе плоского подрезного ножа, закрепленного к полотну закрытия короба, позволяет в технологических операциях делить замкнутый объем в определенных пропорциях. Если учитывать, что в это же время в различных частях указанного объема находится вещество разного состава, то понятно, что указанное устройство выполняет часть функций другого устройства отделение полезных ископаемых от осадочных пород. Все это позволяет конструктивно упростить установку, сократить число приводных механизмов, что выгодно как с экономической, так и экологической точек зрения (уменьшение физического загрязнения среды в виде масел от работающих приводов различных устройств). Installation that implements the proposed method also has a number of design advantages over the prototype. So, in one case-box it was possible to combine all its main devices, the elements of which at certain stages of technological operations complement each other. For example, a rock extraction device made on the basis of a flat cutting knife fixed to the box closure blade allows in technological operations to divide the closed volume in certain proportions. If we take into account that at the same time in different parts of the indicated volume there is a substance of different composition, it is clear that the specified device performs part of the functions of another device for separating minerals from sedimentary rocks. All this makes it possible to constructively simplify installation, reduce the number of drive mechanisms, which is beneficial both from an economic and environmental point of view (reduction of physical pollution in the form of oils from working drives of various devices).
Выбор в установке в качестве движителей для массы перемещаемой породы импульсных соленоидов также уменьшает по эксплуатационным особенностям физическое загрязнение среды по сравнению с электромеханическими приводами движителей прототипа. The choice of pulsed solenoids as propulsors for the mass of the transported rock in the installation also reduces the physical pollution of the medium in operational characteristics compared to the electromechanical drives of the prototype propulsors.
Несмотря на то, что предложенный способ предлагает принципиально новый технологический процесс, для установки, его реализующей, предложен ряд законченных технических решений, известных из космической техники. В частности, это различные группы соленоидов, применяемых в магнитных исполнительных органах систем ориентации космических аппаратов (КА), система управления бортовыми системами КА, а также устройство вытеснительной подачи топлива для реактивных двигателей ориентации КА с однокомпонентным топливом. Это позволяет сократить расходы на проектирование и производство указанных элементов конструкции установок. Despite the fact that the proposed method offers a fundamentally new technological process, a number of complete technical solutions known from space technology have been proposed for the installation that implements it. In particular, these are various groups of solenoids used in the magnetic executive bodies of spacecraft orientation systems (SC), the spacecraft onboard systems control system, and the propellant supply device for rocket orientation engines with single-component fuel. This allows you to reduce the cost of design and production of these structural elements of the plants.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что необходимый технический результат, заявляемый в предлагаемых способе и установке, достигается. Что же касается количественных оценок, то они будут даны по мере дальнейшего описания заявки. Based on the foregoing, we can conclude that the necessary technical result, as claimed in the proposed method and installation, is achieved. As for the quantitative estimates, they will be given as the application is further described.
В середине 60-х гг. были получены жидкие ферромагнетики ферромагнитные жидкости, сочетающие в себе свойства ферромагнитного материала со свойствами жидкости-носителя (см. /7,8/). К настоящему времени апробирован целый ряд способов и технических устройств, их реализующих, в которых магнитные жидкости используются в качестве рабочего органа. Одно из таких применений указанных жидкостей, а именно для феррогидростатической сепарации (см. /7, стр. 104-107; 8, стр. 39/) предлагается авторами использовать для подводной разработки месторождений полезных ископаемых. In the mid 60's. liquid ferromagnets were obtained, ferromagnetic liquids combining the properties of a ferromagnetic material with the properties of a carrier fluid (see / 7.8 /). To date, a number of methods and technical devices that implement them have been tested, in which magnetic fluids are used as a working body. One of such applications of these fluids, namely for ferrohydrostatic separation (see / 7, p. 104-107; 8, p. 39 /), is proposed by the authors to be used for underwater mining of mineral deposits.
Немагнитное тело, погруженное в магнитную жидкость, к которой приложено неоднородное магнитное поле, будет испытывать на себе действие силы выталкивающей это тело в область слабого поля (см. /7, стр. 106/). На определенной высоте силы уравновесятся:
где магнитная объемная сила, в н;
сила Архимеда, в н; сила тяжести, в н.A non-magnetic body immersed in a magnetic fluid to which an inhomogeneous magnetic field is applied will experience the action of a force pushing this body into the region of a weak field (see / 7, p. 106 /). At a certain height, the forces will be balanced:
Where magnetic volumetric force, in n;
the power of Archimedes, in n; gravity, in n.
Значение силы записано для единичного объема, занимаемого немагнитным телом, а для произвольного объема V выражение (1) можно записать в виде
где g ускорение свободного падения у поверхности Земли в м/с2;
ρж плотность магнитной жидкости, кг/м3;
ρм плотность материала погруженного тела в кг/м3.Power value is written for a unit volume occupied by a nonmagnetic body, and for an arbitrary volume V, expression (1) can be written as
where g is the acceleration of gravity at the Earth's surface in m / s 2 ;
ρ W the density of magnetic fluid, kg / m 3 ;
ρ m the density of the material of the immersed body in kg / m 3 .
Из выражения (2) следует, что сила позволяет всплывать немагнитным телам плотностью:
где в н/м3, где μo= 4π•10-7 магнитная проницаемость вакуума, Гн/м;
M намагниченность магнитной жидкости, в А/м;
H напряженность внешнего магнитного поля, в А/м;
▽ (набла) оператор
где орты базиса магнитного поля.From the expression (2) it follows that the force allows non-magnetic bodies to float with a density of:
Where in n / m 3 , where μ o = 4π • 10 -7 is the magnetic permeability of vacuum, GN / m;
M magnetization of a magnetic fluid, in A / m;
H is the intensity of the external magnetic field, in A / m;
▽ (nabla) operator
Where unit vectors of the magnetic field basis.
Аналогичное выражение представлено в /8, стр. 39/. Магнитные жидкости являются одним из видов коллоидных систем, причем коллоидные частицы магнитного материала представляют однодоменные области, магнитные моменты которых взаимодействуют друг с другом. Чтобы частицы не слипались, в жидкую основу вводят поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые образуют на частицах защитные адсорбционные слои (стабилизируют феррофазу). A similar expression is presented in / 8, p. 39 /. Magnetic fluids are a type of colloidal system, and the colloidal particles of the magnetic material represent single-domain regions whose magnetic moments interact with each other. To prevent particles from sticking together, surfactants are introduced into the liquid base, which form protective adsorption layers on the particles (stabilize the ferrophase).
Указанные жидкости могут быть приготовлены на (см. /7, стр. 34-39/):
углеводородной основе (керосин, трансформаторное масло, конденсаторное масло и т. д. );
кремнийорганической основе;
фторорганической основе;
водной основе.The indicated liquids can be prepared on (see / 7, p. 34-39 /):
hydrocarbon based (kerosene, transformer oil, condenser oil, etc.);
organosilicon base;
organofluorine-based;
water based.
Выбор основы предлагается провести с учетом доступа к рабочему органу (которым является магнитная жидкость (МЖ)) окружающей среды морской воды места разработки полезных ископаемых. The choice of the basis is proposed to be carried out taking into account access to the working body (which is magnetic fluid (MF)) of the sea water environment of the place of mining.
В случае углеводородной основы МЖ легко сама сепарируется силой Архимеда, поскольку плотность веществ, составляющих основу, ниже плотности морской воды. Тем самым МЖ теряет свою основу и характерные для жидкого ферромагнетика свойства. Одновременно будет происходить сильное загрязнение окружающей среды (повторяется один из существенных недостатков физического загрязнения, присущих прототипу). Поэтому в данном случае открытым рабочий орган держать невозможно, что значительно затрудняет условия его эксплуатации необходимостью изолирования процесса сепарации по отношению к внешней среде. In the case of a hydrocarbon base, the MF is easily separated by the force of Archimedes, since the density of the substances that make up the base is lower than the density of sea water. Thus, the MF loses its basis and the properties characteristic of a liquid ferromagnet. At the same time, severe environmental pollution will occur (one of the significant drawbacks of physical pollution inherent in the prototype is repeated). Therefore, in this case, it is impossible to keep the working body open, which greatly complicates the conditions of its operation by the need to isolate the separation process in relation to the external environment.
В случае применения кремнийорганической или фторорганической основы можно избежать указанной выше сепарации, однако согласно /7/ не удается подобрать оптимальный состав магнитной жидкости в массовом отношении ферромагнетик ПАВ-основа. Кроме того, не изучены свойства указанных жидкостей в плане устойчивости их к разбавлению морской водой. Сами же рассматриваемые основы являются веществами химически активными и при соприкосновении с морской водой, а также с горными породами могут вступать с ними в химическую реакцию, тем самым терять свои свойства, производить химическое загрязнение окружающей среды, нежелательно воздействовать на полезные ископаемые. In the case of using an organosilicon or organofluorine base, the aforementioned separation can be avoided, however, according to / 7 /, it is not possible to select the optimal composition of the magnetic fluid in a mass ratio ferromagnetic surfactant base. In addition, the properties of these liquids in terms of their resistance to dilution with sea water have not been studied. The bases under consideration themselves are chemically active substances and, in contact with sea water, as well as with rocks, can enter into a chemical reaction with them, thereby losing their properties, producing chemical pollution of the environment, and it is undesirable to affect minerals.
Исходя из вышеизложенных аргументов, предлагается в качестве рабочего органа для подводной разработки месторождений горных пород применять магнитную жидкость на водной основе. Очевидно, что такой магнитной жидкости не присущи вышеизложенные недостатки. Рассмотрим несколько более подробно выбранный класс магнитных жидкостей на водной основе. В качестве феррофазы в таких жидкостях широкое применение получил высокодисперсный магнетит (Fe3O4)
см. /9, стр. 3-10/. Была проведена проверка возможности использования в качестве ПАВ при синтезе ферромагнитных жидкостей (ФМЖ) на воде с магнетитом различных веществ и показано, что высокомагнитные и устойчивые жидкости удается получить с лаурилсульфатом и олеатом натрия в сочетании с додециламином и ундециламингидрохлоридом.Based on the above arguments, it is proposed to use water-based magnetic fluid as a working body for underwater mining of rock deposits. Obviously, the above disadvantages are not inherent in such a magnetic fluid. Consider a slightly more detailed selected class of water-based magnetic fluids. Highly dispersed magnetite (Fe 3 O 4 ) has been widely used as a ferrophase in such liquids.
see / 9, p. 3-10 /. The possibility of using various substances as a surfactant in the synthesis of ferromagnetic liquids (FMF) in water with magnetite was tested and it was shown that highly magnetic and stable liquids can be obtained with lauryl sulfate and sodium oleate in combination with dodecylamine and undecylamine hydrochloride.
Для ФМЖ различают два основных вида устойчивости: седиментационную, связанную с оседанием твердых частиц в силовых полях (силы тяжести, центробежной силы) без слипания, и агрегативную устойчивость к объединению частиц между собой (нарушению функции ПАВ), со временем приводящему к уменьшению числа частиц в единице объема. For PMF, two main types of stability are distinguished: sedimentation, associated with the settling of solid particles in force fields (gravity, centrifugal force) without sticking, and aggregative resistance to the unification of particles among themselves (violation of the surfactant function), which over time leads to a decrease in the number of particles in unit of volume.
Как показано в /9/, удалось получить высоко седиментационно- и агрегативно-устойчивые ФМЖ на водной основе с применением указанных выше ПАВ. As shown in / 9 /, it was possible to obtain highly sedimentational and aggregatively stable water-based breast cancer using the above surfactants.
Горное бюро США исследовало производство аналогичного класса магнитных жидкостей на предмет пригодности к обогащению минералов и материалов методом феррогидростатической сепарации (см. /10/). При этом было рассмотрено еще одно свойство таких ФМЖ устойчивость к разбавлению избыточной водой. Показано, что приготовленные ФМЖ на водной основе с использованием додециламиновой кислоты не проявили устойчивости к разбавлению. После добавления обильного количества воды наступала необратимая флокуляция. Когда в качестве диспергирующего агента вместо додециламиновой была применена додекановая (лауриновая) кислота, то образовавшаяся водная магнитная жидкость была более устойчивая к разбавлению водой. В некоторых образцах происходило разделение избыточной воды и осадка при соотношении свыше 100:1. Осадок в данном случае отличался от получаемого при применении додециламина тем, что выглядел в виде увлажненного брикета с резиноподобной структурой. Образовавшуюся "резину" можно повторно диспергировать подогреванием в небольшом объеме воды, содержащем незначительное количество гидроокиси аммиака. The U.S. Mining Bureau investigated the production of a similar class of magnetic fluids for suitability for the enrichment of minerals and materials by ferrohydrostatic separation (see / 10 /). At the same time, another property of such PMF was considered that it is resistant to dilution with excess water. It was shown that the prepared water-based BCF using dodecylamic acid did not show resistance to dilution. After the addition of a copious amount of water, irreversible flocculation occurred. When dodecanoic (lauric) acid was used instead of dodecylamine as a dispersing agent, the resulting aqueous magnetic fluid was more resistant to dilution with water. In some samples, excess water and sediment were separated at a ratio of over 100: 1. The precipitate in this case differed from that obtained with dodecylamine in that it looked like a moistened briquette with a rubber-like structure. The resulting "rubber" can be redispersed by heating in a small volume of water containing a small amount of ammonia hydroxide.
Кроме обеспечения вышеуказанных номинальных параметров МЖ, необходимо для предлагаемого случая использования рассмотреть еще и устойчивость жидкости к действию электролитов. Известно, что морскую воду можно также отнести к слабым электролитам. Так, например, согласно паспорту физико-химических испытаний поверхностного слоя (до 5 м) морской воды (см. /11/), забранной в районе Новороссийска, проведенных с помощью универсального иономера типа ЭВ-74, среднее значение pH составило 7,41 (среда слабощелочная). В работе /12/ показано, что стабильность магнитных жидкостей рассматриваемого класса сохраняется в диапазоне pH от ≈ 4 до ≈ 12 единиц, т.е. слабощелочная окружающая среда, которую представляет собой морская вода, на стабильность рассматриваемых жидкостей не влияет. In addition to providing the above nominal parameters of the breast, it is necessary for the proposed use case to consider also the resistance of the liquid to the action of electrolytes. It is known that sea water can also be attributed to weak electrolytes. So, for example, according to the passport of physicochemical tests of the surface layer (up to 5 m) of seawater (see / 11 /), taken in the Novorossiysk region, carried out using a universal ion-type type EV-74, the average pH value was 7.41 ( slightly alkaline environment). It was shown in / 12 / that the stability of magnetic fluids of the considered class is preserved in the pH range from ≈ 4 to ≈ 12 units, i.e. the slightly alkaline environment, which is sea water, does not affect the stability of the liquids in question.
Из вышеизложенного можно сделать следующий вывод: ферромагнитная жидкость на основе морской воды (ФМЖОМВ) с применением в качестве феррофазы мелкодисперсного магнетита, а в качестве ПАВ соединений додекановой (лауриновой) кислоты не теряет своих изначальных свойств при соприкосновении с окружающей морской водой. При сильной "промывке" этой водой (соотношение свыше 100: 1) в ФМЖОМВ может появиться осадок, однако этот процесс является обратимым, т.е. поддается диспергированию. Указанная жидкость обладает также агрегативной и седиментационной устойчивостью. From the foregoing, the following conclusion can be drawn: ferromagnetic fluid based on seawater (PMFMW) using finely dispersed magnetite as a ferrophase, and as a surfactant, dodecanoic (lauric) acid compounds do not lose their original properties when it comes into contact with surrounding sea water. With a strong “washing” with this water (ratio over 100: 1), a precipitate may appear in the PMFMW, however, this process is reversible, i.e. Dispersible. The specified liquid also has aggregative and sedimentation stability.
Проведем оценку седиментационной устойчивости выбранной ФМЖОМВ, исходя из глубины разработки месторождений. Let us evaluate the sedimentation stability of the selected FMJOMV, based on the depth of field development.
При центрифугировании магнитной жидкости до достижения критического фактора разделения давление, которому подвергается магнитная частица, покрытая ПАВ, можно оценить примерно по выражению
Pц≈ ρж•gкр•L (4),
где gкр ускорение критического фактора разделения, в м/с2;
L гипсометрическая высота (см. /7, стр.9/), в м.When centrifuging a magnetic fluid until a critical separation factor is reached, the pressure to which a magnetic particle coated with a surfactant is subjected can be estimated approximately by the expression
P c ≈ ρ l • g cr • L (4),
where g cr acceleration of the critical separation factor, in m / s 2 ;
L hypsometric height (see / 7, p. 9 /), in m.
В процессе подводной разработки месторождений и использования ФМЖОМВ в качестве рабочего органа в замкнутых объемах, соединенных с внешней средой, на указанную частицу будет действовать давление
P = ρм.в.•g•h (5),
где ρм.в. плотность морской воды, в кг/м3;
h глубина разработки, в м.In the process of underwater development of deposits and the use of FMJOMV as a working body in confined volumes connected to the external environment, pressure will act on the specified particle
P = ρ m.v. • g • h (5),
where ρ m.v. density of sea water, in kg / m 3 ;
h depth of development, in m.
Из выражений (4) и (5) можно получить неравенство
выполнение которого обеспечивает седиментационную устойчивость ФМЖОМВ на глубине h подводной разработки.From expressions (4) and (5) we can obtain the inequality
the implementation of which provides sedimentation stability FMZHOMV at a depth h of underwater mining.
Если взять для расчета следующие исходные данные:
gкр=6000 g, см.[9]
ρм.в.= 1040 кг/м3,см [6];
ρж= 1200 кг/м3,см [10,12];
L 0,08 м, см. /7/,
то предельная глубина разработки, исходя из (4), (5), будет равняться
Однако необходимо отметить, что полученное значение h не является абсолютно предельным. Существуют способы повышения седиментационной устойчивости магнитных жидкостей, так, например, получены жидкости, для которых gкр 150000g (см. /8, стр. 28/).If we take the following initial data for calculation:
g cr = 6000 g, see [9]
ρ m.v. = 1040 kg / m 3 , cm [6];
ρ W = 1200 kg / m 3 , cm [10,12];
L 0.08 m, see / 7 /,
then the maximum depth of development, based on (4), (5), will be equal to
However, it should be noted that the obtained value of h is not absolutely limiting. There are ways to increase the sedimentation stability of magnetic fluids, for example, fluids are obtained for which g cr 150,000 g (see / 8, p. 28 /).
Для дальнейшего описания предлагаемого способа подводной разработки месторождений необходимо рассмотреть условия залегания полезных ископаемых и их физико-химические характеристики. To further describe the proposed method for underwater mining, it is necessary to consider the conditions of occurrence of minerals and their physico-chemical characteristics.
В качестве примера возьмем наиболее типичный случай добычи ЖМК (см. /6/). As an example, we take the most typical case of the production of LMCs (see / 6 /).
В составе ЖМК содержится до 30 различных химических элементов, в том числе,
Марганец 1,7.42
Железо 0,8-22
Медь До 2
Никель До 1,5
Кобальт До 1,5
ЖМК можно отнести и к слабомагнитным и немагнитным материалам. На глубине разработки породы до 0,1 м средняя масса залегания ≈ 15 кг/м2 Объемная масса мокрых конкреций составляет 1960.2050 кг/м3. Различается несколько морфологических типов ЖМК: шаровидные, эллипсовидные, желваковые, плитчатые, корковые. Наибольшее площадное распределение получила разновидность ЖМК с размером 0,05 до 0,1 м. Гранулометрический состав в процентах приведен в таблице.The composition of the LMC contains up to 30 different chemical elements, including
Manganese 1.7.42
Iron 0.8-22
Copper Up to 2
Nickel Up to 1.5
Cobalt Up to 1.5
FMC can be attributed to weakly magnetic and non-magnetic materials. At a rock development depth of up to 0.1 m, the average bed mass is ≈ 15 kg / m 2 The volumetric mass of wet nodules is 1960.2050 kg / m 3 . Several morphological types of LMCs are distinguished: spherical, ellipsoidal, nodular, tiled, cortical. The largest area distribution was obtained by the ZhMK variety with a size of 0.05 to 0.1 m. The particle size distribution in percent is given in the table.
Кроме ЖМК, в состав горных пород дна входят мягкие и твердые осадочные породы. Наиболее встречающиеся мягкие осадочные породы дна чаще представлены слабыми иллит-монтомориллонитовыми (до 80%) и реже мягкими связанными монтмориллонит-иллитовыми породами (до 20%). In addition to the LMC, the bottom rocks include soft and hard sedimentary rocks. The most common soft sedimentary bottom rocks are more often represented by weak illite-montomorillonite rocks (up to 80%) and less commonly by soft related montmorillonite-illite rocks (up to 20%).
Характеристики иллит-монтмориллонитовых осадочных пород:
породы вязко-текучие и текуче-пластичные;
плотность 1,21•10.1,27•10 кг/м3;
естественная влажность 205.282%
липкость 0,04.0,23 кПа (при нагрузке 7 кПа слабо липкие);
сопротивление вращательному срезу составляет 2,2.9,8 кПа;
остаточная прочность 0,7.4 кПа.Characteristics of illite-montmorillonite sedimentary rocks:
viscous-fluid and fluid-plastic rocks;
density 1.21 • 10.1.27 • 10 kg / m 3 ;
natural humidity 205.282%
stickiness 0.04.0.23 kPa (weakly sticky at a load of 7 kPa);
rotational shear resistance is 2.2.9.8 kPa;
residual strength of 0.7.4 kPa.
Характеристики монтмолонит-иллитовых глинистых пород:
породы мягко пластичные;
плотность -1,11•10.1,32•10 кг/м3;
естественная влажность 173.185%
липкость 0,07 кПа (нелипкие);
сопротивление остаточному срезу 9,6.15,5 кПа;
остаточная прочность 1,6.7,6 кПа.Characteristics of montmolonite-illite clay rocks:
soft plastic rocks;
density -1.11 • 10.1.32 • 10 kg / m 3 ;
natural humidity 173.185%
stickiness 0.07 kPa (non-sticky);
Residual shear resistance 9.6.15.5 kPa;
residual strength 1.6.7.6 kPa.
Твердые осадочные породы представлены разновидностью пород базальтового фундамента, участками камнепадов, полями глин и т.д. Плотность их может быть как выше, так и ниже плотности ЖМК. Solid sedimentary rocks are represented by a variety of basalt foundation rocks, rockfall sites, clay fields, etc. Their density can be either higher or lower than the density of the LMC.
Глубина погружения ЖМК в донные осадки не превышает 100 мм. The immersion depth of the LMC in the bottom sediments does not exceed 100 mm.
Рассмотрим возможную схему подводной сепарации горных пород с использованием ФМЖОМВ. На фиг.1 представлены элементы такой схемы, где введены обозначения:
1 короб (цилиндрической или прямоугольной формы); 2 открывающийся поддон короба; 3 пружина поддона; 4 фиксатор поддона; 5 привод фиксатора; 6 мешалка с приводом; 7 клапан загрузки породы; 8 клапан выгрузки горных пород с электроприводом задвижки; 9 клапан выравнивания давления с фильтром; 10 соленоид управляющих воздействий на ФМЖОМВ; 11 - ФМЖОМВ.Consider a possible scheme of underwater rock separation using FMZHOMV. Figure 1 presents the elements of such a scheme, where the notation is introduced:
1 box (cylindrical or rectangular); 2 opening tray pan; 3 pallet spring; 4 pallet lock; 5 drive lock; 6 agitator with drive; 7 rock loading valve; 8 rock discharge valve with electric valve; 9 pressure equalization valve with filter; 10 solenoid control actions on FMZHOMV; 11 - FMJOMV.
Пунктиром показан уровень загрузки горных пород в короб 1. Стрелками - направления движения горных пород и морской воды. Кроме этого, на чертеже слеза показан график распределения напряженности магнитного поля вдоль оси соленоида OZ. The dotted line shows the level of loading of rocks in
Внутри закрытого короба 1 расположена мешалка 6, привод которой находится в верхней его части с наружной стороны. Соленоид управляющих воздействий на ФМЖОМВ 10 охватывает боковую часть короба, причем открывающийся поддон короба 2 под действием пружины поддона 3 занимает в исходном состоянии положение плоскости секущей соленоид 10 пополам. Фиксатор поддона 4 подведен с помощью привода фиксатора 5 под поддон и удерживает его в указанном состоянии. Клапан загрузки породы 7 расположен над соленоидом 10 на боковой наружной части короба 1, а клапаны выгрузки породы 8 расположены с наружной стороны верхней части короба 1. Клапан выравнивания давления с фильтром 9 расположен с наружной части короба, над соленоидом 10, с противоположной стороны от клапана 7. Inside the
С помощью мешалки 5 можно производить перемешивание любой смеси, находящейся в объеме короба 1. Через клапан 7 производится загрузка горных пород в короб 1, а через клапаны 8 выгрузка горных пород. Клапан 9, снабженный фильтром, позволяет выравнивать давление между внутренним объемом короба и внешней средой (морской водой места погружения) за счет перепускания морской воды в обеих направлениях. С помощью соленоида 10 можно производить различные электромагнитные технологические воздействия на ФМЖОМВ 11, заполняющую нижнюю часть объема короба 1. With the help of a mixer 5, it is possible to mix any mixture located in the volume of the
В исходном состоянии ФМЖОМВ 11 намагничена вплоть до насыщения и может удерживаться от вытекания как поддоном 2 (в закрытом положении), так и магнитным полем соленоида 10 (при открытом поддоне 2). Причем под удержанием ФМЖОМВ 11 подразумевается удержание в магнитном поле заданного количества стабилизированной феррофазы, необходимой для создания магнитной жидкости номинальной концентрации. В то же время морская вода (основа) может частично меняться за счет перетекания из объема короба 1 и обратно. In the initial state,
В исходном состоянии короб 1 закрыт поддоном 2 с помощью пружины 3 и зафиксирован фиксатором 4 с помощью привода 5. Далее через клапан 7 производится загрузка горных пород вместе с морской водой в замкнутый объем короба 1. При этом задвижки электроклапанов 8 закрыты и наполнение объема производится с одновременным вытеснением морской воды с верхней ее части через клапан 9. В процессе вытеснения фильтр задерживает возможные попадания частиц горных пород. In the initial state, the
Горные породы как более тяжелые по сравнению с морской водой опускаются в нижнюю часть замкнутого объема короба 1 и перемешиваются с помощью мешалки в намагниченной ФМЖОМВ. Уровень загрузки определяется границами действия магнитного поля соленоида. Rocks as heavier than sea water are lowered into the lower part of the enclosed volume of
По концу перемешивания на полученную смесь с помощью соленоида 10 производим воздействие объемной магнитной силой Цель воздействия - отделение осадочных пород меньших по плотности (ρоп) по сравнению с плотностью полезных ископаемых (ρпи)
Исходя из выражения (3) начало левитации осадочных пород будет происходить при
Однако для технологического процесса необходимо иметь определенный коэффициент положительной плавучести осадочных пород в ФМЖОМВ (Кп1), тем самым будет обеспечиваться динамика процесса. Поэтому определяется по выражению:
Значение Кп1 должно выбираться из условия Kп1ρоп< ρпи, иначе будут всплывать и полезные ископаемые. С другой стороны, оно должно обеспечить динамику процесса и не приводить к перерасходу электроэнергии для создания Из указанных соображений, эмпирически и устанавливается данный коэффициент.At the end of mixing, the resulting mixture using the
Based on expression (3), the onset of levitation of sedimentary rocks will occur when
However, the process must have a certain positive buoyancy ratio sediment in FMZHOMV (C n1), thereby the process dynamics is provided. therefore determined by the expression:
The value of K p1 should be selected from the condition Kp1ρ op <ρ pi , otherwise minerals will also pop up. On the other hand, it should ensure the dynamics of the process and not lead to an excessive consumption of electricity to create From these considerations, empirically, this coefficient is established.
Если вектор градиента напряженности магнитного поля направить по оси соленоида, то исходя из общего выражения для можно записать
где орт, определявший ось соленоида.If the vector of the magnetic field gradient is directed along the axis of the solenoid, then, based on the general expression for can write
Where unit determining the axis of the solenoid.
Максимальное значение градиента в центре соленоида и далее величина его уменьшается в обоих направлениях (см. /13/). Для того чтобы осадочные породы всплывали в верхнюю часть короба 1, необходимо механически заблокировать одно из этих направлений с помощью поддона 2 и направить вектор (путем определенного пропускания тока по соленоиду) в требуемом направлений. Кроме этого, поддон 2 должен располагаться не ниже уровня максимального значения H (на фиг. 1 он расположен по границе, определенной Hmax), иначе образованная электромагнитная пробка из ФМЖОМВ не дает возможности всплывать породе, приходящейся ниже указанного уровня.The maximum value of the gradient in the center of the solenoid and then its value decreases in both directions (see / 13 /). In order for sedimentary rocks to float to the upper part of the
Приравняв выражение (8) и (9), можем определить необходимое значение градиента напряженности магнитного поля для граничного уровня всплытия породы (см. пунктир на фиг.1). Equating expression (8) and (9), we can determine the required value of the gradient of the magnetic field strength for the boundary level of the ascent of the rock (see the dotted line in figure 1).
Для примера расчета примем следующие исходные данные:
М 25•103 А/М (см. /9/)
тогда
Как видно из /13/, это вполне приемлемое значение градиента напряженности магнитного поля для расчета параметров соленоида 10.
For an example of calculation, we take the following initial data:
then
As can be seen from / 13 /, this is a quite acceptable value of the magnetic field gradient for calculating the parameters of
После всплытия осадочных пород с помощью электроприводов открываются задвижки клапанов выгрузки 8 и производится выгрузка (откачивание) образовавшейся эмульсии осадочных пород в морской воде. При этом стабилизированная феррофаза удерживается в области магнитного поля соленоида 10, а через клапан 9 происходит забор чистой морской воды. Одновременно обратное течение воды промывает стоящий за клапаном фильтр. Легкие горные породы уносятся из фильтра, более тяжелые оседают в сторону поддона 2. After the emergence of sedimentary rocks with the help of electric drives, the valves of the
После выгрузки осадочных пород и закрытия клапанов 8 прикладываем к оставшейся смеси объемную магнитную силу
где Кп2 коэффициент положительной плавучести полезных ископаемых в ФМЖОМВ.After unloading sedimentary rocks and
where K p2 is the coefficient of positive buoyancy of minerals in FMZHOMV.
Аналогично (10) можно рассчитать значение градиента напряженности магнитного поля для граничного уровня всплытия полезных ископаемых. Similarly to (10), it is possible to calculate the value of the gradient of the magnetic field strength for the boundary level of ascent of minerals.
Всплывшие полезные ископаемые также выгружаем через клапаны выгрузки 8, при этом намагниченную стабилизированную феррофазу удерживаем с помощью магнитного поля соленоида 10, а давление внутри замкнутого объема выравниваем с помощью клапана 9. По концу выгрузки полезных ископаемых закрываем клапаны 8. После проведения двух указанных этапов сепарация на поддоне 2 остаются осадочные породы плотностью ρп> Kп2•ρпи Для их выгрузки достаточно разблокировать поддон 2, убрав фиксатор 4 с помощью привода 5. Тогда под действием силы тяжести породы поддон 2 откроется, смяв пружину 3, и произойдет выгрузка массы породы. Стабилизированная феррофаза при этом будет удерживаться в границах магнитного поля верхней части соленоида 10 за счет отключения нижней части его обмотки. Возможны и другие варианты по удержанию феррофазы в границах замкнутого объема, например, путем установки внутри объема электромагнита, включаемого при открытии поддона 2.Floated minerals are also discharged through the
В конце выгрузки породы, оставшейся после сепарирования, поддон 2 с помощью пружины 3 возвращается в исходное состояние, фиксируется с помощью фиксатора 4, и тем самым схема готова к повторному циклу сепарации. At the end of the unloading of the rock remaining after separation, the pan 2 with the help of spring 3 returns to its original state, is fixed with the help of the clamp 4, and thus the circuit is ready for a repeated separation cycle.
На примере данной схемы работы показано, каким образом можно проводить разделение горных пород путем их сепарации, используя в качестве рабочего органа ФМЖОМВ. Однако любой способ подводной разработки месторождений включает в себя целый ряд и других операций, представляющих собой законченный технологический цикл, а именно:
подрезку горных пород;
выемку горных пород;
транспортировку горных пород;
очистку полезных ископаемых от осадочных пород;
разделение полезных ископаемых и осадочных пород;
выгрузку полезных ископаемых для последующего подъема на поверхность;
выгрузку осадочных пород с одновременной укладкой на разработанные участки морского дна.On the example of this scheme of work, it is shown how it is possible to separate rocks by their separation, using FMJOMV as a working body. However, any method of underwater development of deposits includes a number of other operations that represent a complete technological cycle, namely:
rock trimming;
excavation of rocks;
rock transportation;
purification of minerals from sedimentary rocks;
separation of minerals and sedimentary rocks;
unloading of minerals for subsequent rise to the surface;
unloading of sedimentary rocks with simultaneous laying on developed areas of the seabed.
Рассмотрим применение ФМЖОМВ при выполнении всего перечня технологических операций. На фиг. 2 а), б), в), г), д) предложена схема надреза горных пород, наиболее подходящая к предлагаемому технологическому циклу разработки месторождений. При этом, кроме ранее введенных, приняты следующие новые обозначения:
12 плоский подрезной нож; 13 полотно закрытия короба; 14 ось укладки полотна закрытия короба; 15 соединительная пружина; 16 кожух оси укладки полотна, 17 направляющий бортик полотна; 18 направляющий паз полотна короба для протяжки полотна; 19 -вытяжные канаты полотна; 20 - вытяжной вал с барабанами намотки канатов; 21 привод вытяжного вала; 22 - первый направляющий ролик полотна; 23 второй направляющий ролик полотна; 24 третий направляющий ролик полотна; 25 четвертый направляющий ролик полотна; 26 -погружной гребень; 27 направляющие пазы движения соленоида.Consider the use of FMJOMV when performing the entire list of technological operations. In FIG. 2 a), b), c), d), e) a rock notching scheme is proposed that is most suitable for the proposed technological cycle of field development. Moreover, in addition to the previously introduced, the following new designations are adopted:
12 flat cutting knife; 13 canvas closing box; 14 axis of laying the canvas closure of the box; 15 connecting spring; 16 casing of the axis of laying the web; 17 guide side of the web; 18 guide groove of the canvas of the box for drawing the canvas; 19 - exhaust ropes of the canvas; 20 - exhaust shaft with rope winding drums; 21 drive exhaust shaft; 22 - the first guide roller of the canvas; 23 second web guide roller; 24 third web guide roller; 25 fourth web guide roller; 26-submersible ridge; 27 guide grooves of the movement of the solenoid.
Подрезной нож 12 жестко крепится к концу полотна 13, намотанного на ось 14 и закрепленного к нему с помощью соединительной пружины 15. Смотанное полотно 13 вместе с осью 14 помещено в кожух 16, установленный на силовой раме. По обоим краям полотна 13 установлены направляющие бортики 17, входящие в направляющие пазы 18, которые расположены по периметру боковых сторон движения полотна. К двум крайним точкам подрезного ножа 12 крепятся вытяжные канаты 19, уложенные в пазы 18 и закрепленные другими своими концами к барабанам намотки канатов вытяжного вала 20, имеющего свой независимый привод 21. Кроме того, по углам короба 1 установлены четыре направляющих ролика полотна 22-25, имеющие нумерацию первый-четвертый, с началом отсчета от кожуха оси полотна. К торцевым боковым стенкам короба крепится погружной гребень 26. На фиг. 2г) показано также положение соленоида 10 в момент подрезания породы, а на фиг. 2д) то же положение при подъеме короба 1 над участком разработки и "сползании" соленоида по направляющим пазам 27. Прямоугольные формы короба 1 позволяют проводить сплошную обработку участка разработки за счет прилегания боковых стыковочных линий проходки. The cutting
В исходном положении плоский подрезной нож 12 находится под первым направляющим роликом 22, а полотно 13 намотано на ось укладки 14 за счет стягивающего усилия соединительной пружины 15. При установке короба 1 на участок разработки под действием силы тяжести он заглубляется на требуемую глубину разработки горных пород. Погружной гребень 26, изготовленный, например, из армированной резины, позволяет амортизировать соприкосновение короба 1 с донными породами. Регулировать давление короба на грунт и глубину его погружения можно путем изменения площади соприкосновения торцевой части соленоида 10 с участком разрабатываемой поверхности. Кроме этого, регулировки можно проводить, как будет показано далее, за счет других устройств установки по подводной разработке месторождений. In the initial position, a
После размещения короба 1 на дне (см. фиг. 2г) включается привод 21 и производится вытягивание канатами 19 полотна 13. При этом нагружается пружина 15, а наматывание каната производится на барабаны намотки, установленные на вале 20. Подрезной нож 12 подрезает горные породы на уровне заглубления короба 1 (0,1 м). У второго направляющего ролика 23 нож останавливается и удерживается за счет электродинамического торможения привода 21, переходящего в режим "фиксации". Далее короб 1 приподымают и соленоид 10 по направляющим опускается до уровня, необходимого для проведения последующего технологического процесса по сепарации горных пород (см. на фиг. 1 положение поддона 2). After placing the
Из вышеизложенного описания следует, что схема надреза горных пород с помощью плоского ножа, движущегося по донной части короба, наиболее приемлема для предлагаемого способа разработки месторождений, так как она не требует дополнительной транспортировки породы от места надреза к месту непосредственной ее переработки. From the above description it follows that the scheme of notching rocks using a flat knife moving along the bottom of the box is most acceptable for the proposed method of developing deposits, since it does not require additional transportation of the rock from the place of notching to the place of its direct processing.
Условия залегания горных пород на дне требуют в большинстве случаев включения операции по очистке полезных ископаемых от липких осадочных пород. Так, в частности, необходимо производить очистку ЖМК от иллит-монтимориллонитовых осадочных пород. Можно достичь частичной очистки путем перемешивания породы в соответствии со схемой, представленной на фиг.1, за счет механического снятия части более мягких осадочных с более твердых полезных ископаемых. Для полной же очистки необходимо предварительно разрушить липкие породы, превратив их из липких в слаболипкие. Так, при иллит-монтимориллонитовых осадочных породах для этого необходимо воздействовать на них избыточным давлением 7 кПа. The conditions for the occurrence of rocks at the bottom require in most cases the inclusion of operations to clean minerals from sticky sediment. So, in particular, it is necessary to clean the LMC from illite-montimorillonite sedimentary rocks. Partial cleaning can be achieved by mixing the rock in accordance with the scheme shown in figure 1, by mechanically removing part of the softer sediment from harder minerals. For complete cleaning, it is necessary to first destroy the sticky rocks, turning them from sticky to weakly sticky. So, with illite-montimorillonite sedimentary rocks, for this it is necessary to influence them with an excess pressure of 7 kPa.
В прототипе процесс очистки осуществляется путем отмывки струей воды и совмещается с процессом внутренней транспортировки, т.е. в ходе всей транспортировки внутри установки ЖМК подвергаются воздействию струй воды, направляемых под определенным давлением и удаляющих включение осадочных пород с поверхности ЖМК. Исследования указанного способа очистки, представленные в /6/, показывают, что для достижения требований к чистоте поднятых ЖМК при допустимых включениях пустой породы не более 10% от общей массы необходимо тщательное перемешивание смеси горных пород при одновременном воздействии направленных струй вода. Для этого создаются специальные сложные устройства, совмещающие функции вертикальных роторных транспортеров и непосредственно устройств отмывки. Помимо сложности конструкции, возникает еще один существенный вопрос: "Куда девать отработанную воду? ". Расход воды довольно большой (коэффициент расхода Кр=10.15) и ее необходимо либо очищать специально для непосредственного выброса на разработанные участки, что требует создания системы специальных фильтров, либо транспортировать на поверхность вместе с полезными ископаемыми в эрлифтных или эжекторных средствах подъема.In the prototype, the cleaning process is carried out by washing with a stream of water and combined with the process of internal transportation, i.e. during the entire transportation inside the installation, the LMFs are exposed to jets of water directed under a certain pressure and removing the inclusion of sedimentary rocks from the surface of the LMF. Studies of this cleaning method, presented in / 6 /, show that in order to achieve the cleanliness requirements of the raised LMCs with admissible inclusions of gangue not more than 10% of the total mass, thorough mixing of the rock mixture is necessary under the influence of directed jets of water. For this, special complex devices are created that combine the functions of vertical rotor conveyors and directly washing devices. In addition to the complexity of the design, another significant question arises: "Where to put the waste water?". The water consumption is quite large (flow coefficient K p = 10.15) and it must either be cleaned specifically for direct discharge to the developed areas, which requires the creation of a special filter system, or transported to the surface with minerals in airlift or ejector lifting means.
Задача упрощается, а расход воды ограничен только внутренними рабочими объемами, если для очистки полезных ископаемых от осадочных пород использовать стабилизированную феррофазу, входящую в состав ФМЖОМВ. Для этого в процессе надреза горных пород намагниченная стабилизированная феррофаза ФМЖОМВ 11 находится в области магнитного поля, создаваемого вторым соленоидом, см. 28 на фиг.3, находящимся над первым соленоидом 10. Если после подреза горных пород снять это магнитное поле и создать новое с помощью соленоида 10, то стабилизированная феррофаза ФМЖОМВ 11 устремится в область этого поля и создаст давление выше в той ее части, где больше напряженность магнитного поля (см. /7, стр. 106/). Изначально известно давление Pо, необходимое для превращения липких осадочных пород в слаболипкие (для рассматриваемого примера Pо≈7 кПа). Тогда из выражения (3.4), см./7, стр. 105/, можно определить требуемую напряженность внешнего магнитного поля Hо в А/М, создаваемую на уровне рабочей плоскости соленоидом 10:
где средняя равновесная намагниченность ФМЖОМВ.The task is simplified, and the water flow is limited only by the internal working volumes, if for the purification of minerals from sedimentary rocks, use the stabilized ferrophase, which is part of the FMJOMV. For this, in the process of incision of rocks, the magnetized stabilized
Where average equilibrium magnetization
Проведем сразу оценку величины Ho, приняв 25•10 А/М:
Как показано в /14/, создание магнитного поля расчетной напряженности с помощью существующих типов соленоидов вполне возможно.We immediately estimate Ho, taking 25 • 10 A / M:
As shown in / 14 /, the creation of a magnetic field of the calculated intensity using existing types of solenoids is quite possible.
Время приложения внешнего магнитного поля должно равняться времени превращения липких осадочных пород в слаболипкие. Такое время сопоставимо с временем релаксации ФМЖОМВ и составляет 10-6.10-5 с (см. /7, стр.62/). Следовательно, возможно эффективное применение импульсных соленоидов при выполнении данной операции (см. /14/).The time of application of an external magnetic field should be equal to the time of transformation of sticky sedimentary rocks into weakly sticky. Such a time is comparable with the relaxation time of the FMWHMW and amounts to 10 -6 .10 -5 s (see / 7, p. 62 /). Therefore, it is possible to effectively use pulsed solenoids when performing this operation (see / 14 /).
Очевидно, что вместе с очисткой происходит перемешивание горных пород и ФМЖОМВ, поэтому для нелипких осадочных пород значение Ho выбирается с учетом обеспечивающего только перемешивание горных пород, при этом
После очистки-перемешивания можно осуществлять сепарацию горных пород путем приложения объемных магнитных сил с помощью соленоида 10 в соответствии с выражениями (8), (11). Однако в случае наличия липких осадочных пород (даже разрушенных до состояния слаболипких) при их подъеме в ФМЖОМВ за один цикл приложения происходит частичное увлечение мелкодисперсной фазы полезного ископаемого (ЖМК размерами от 8 мм и меньше) осадочными породами. Поскольку в дальнейшем производится выброс осадочных пород, то вместе с ними теряется некоторая часть полезных ископаемых.It is obvious that, together with the cleaning, mixing of rocks and PMFWM occurs; therefore, for non-sticky sedimentary rocks, the Ho value is chosen taking into account providing only mixing of rocks, while
After cleaning-mixing, it is possible to separate rocks by applying bulk magnetic forces using a
Для исключения указанных потерь предлагается в таких случаях прикладывать объемную магнитную силу не сразу, а последовательно в i-х циклах, где i 0, 1, 2, величина силы в которых определяется по выражению:
где Δρ приращение плотности в i-м цикле, в кг/м3, определяется эмпирически, исходя из плотности и липкости осадочных пород, а также плотности полезного ископаемого. Чем меньше тем более тщательно с точки зрения отделения породы производится сепарация. Однако увеличение числа i-х циклов приводит к повышенному расходу электроэнергии.To eliminate these losses, it is proposed in such cases to apply volumetric magnetic force not immediately, but sequentially in the i-th cycles, where i 0, 1, 2, the magnitude of the force in which is determined by the expression:
where Δρ is the density increment in the ith cycle, in kg / m 3 , determined empirically, based on the density and stickiness of sedimentary rocks, as well as the density of the mineral. The smaller the more carefully from the point of view of separation of the rock separation is performed. However, an increase in the number of i-cycles leads to increased energy consumption.
Кроме этого, существует также верхняя граница числа циклов, которая определяется либо достижением плотностью смеси rci значения ρпи-Δρ (последующий цикл приводит к левитации полезных ископаемых), либо нецелесообразностью дальнейшего циклирования по окончанию отделения осадочных пород. Если в первом случае число циклов можно получить расчетным путем (по известным ρоп,ρпи,Δρ,ρж ), то во втором случае необходимо производить в процессе циклирования измерение плотности массы вещества. Указанными измерениями фиксируется всплытие легких фракций осадочных пород и одновременное увеличение плотности смеси оставшихся горных пород в ФМЖОМВ.In addition, there is also an upper limit to the number of cycles, which is determined either by the density of the mixture r ci reaching ρ pi -Δρ (a subsequent cycle leads to levitation of minerals) or the inexpediency of further cycling at the end of separation of sedimentary rocks. If in the first case the number of cycles can be obtained by calculation (according to the known ρ op , ρ pi , Δρ, ρ g ), then in the second case, it is necessary to measure the mass density of the substance during cycling. The indicated measurements record the emergence of light fractions of sedimentary rocks and a simultaneous increase in the density of the mixture of the remaining rocks in the FMJOMV.
Для заключения о наличии сепарации необходимо проводить одно из указанных измерений. Если установить, например, ультразвуковой плотномер непосредственно над границей сепарации осадочных пород, т.е. черты, выше которой находятся всплывшие легкие осадочные породы, то в момент каждого приложения будет наблюдаться по мере вытеснения породы ярко выраженные стробирующие уменьшения плотности вещества эмульсии ρв, характер которых показан на фиг. 4, где t1, t2, ti моменты времени приложения Как видно из фиг.4, наблюдается и общий рост плотности вещества, а к концу сепарирования уменьшение величины строба, который в конце концов становится исчезающе мал (сепарирование закончено). При этом подразумевается, что разброс в значениях плотности осадочных пород носит непрерывный, а не дискретный характер, что и соответствует разрушенным липким осадочным породам плотностью меньшим, чем ρпи В общем случае строб изменения плотности вещества может присутствовать вплоть до достижения в постоянного значения ρпи-Δρ
Если установить плотномер в местах загрузки породы, то будет наблюдаться рост плотности смеси ρci сравнению с ρc (i-1). Значение плотности непосредственно для намагниченной до насыщения ФМЖОМВ можно принять примерно постоянным ( ρж ≈const) или же учитывать поправками увеличения этой плотности за счет незначительного увеличения концентрации феррофазы в заданном объеме по мере роста Тогда основное увеличение плотности в объеме будет происходить за счет замещения легких фракций осадочных пород стабилизированной феррофазой ФМЖОМВ. Если изменений по увеличению плотности смеси на уровне загрузки породы не наблюдается, то процесс необходимого сепарирования закончен.To conclude that there is separation, one of these measurements must be carried out. If you install, for example, an ultrasonic densitometer directly above the separation boundary of sedimentary rocks, i.e. features above which surfaced light sedimentary rocks, then at the time of each application as the rock is displaced, pronounced gating decreases in the density of the emulsion substance ρ в , whose character is shown in FIG. 4, where t 1 , t 2 , t i times of application As can be seen from figure 4, there is a general increase in the density of the substance, and by the end of the separation, a decrease in the gate value, which in the end becomes vanishingly small (separation is completed). It is assumed that the spread in the density values of sedimentary rocks is continuous, not discrete, which corresponds to destroyed sticky sedimentary rocks with a density lower than ρ pi In general, a strobe of a change in the density of a substance can be present until a constant value of ρ pi - Δρ
If you install a density meter in the places of loading of the rock, then there will be an increase in the density of the mixture ρ ci compared with ρ c (i-1). The density value directly for magnetized to saturation PMFWMW can be taken approximately constant (ρ W ≈const) or taken into account as corrections for an increase in this density due to a slight increase in the concentration of ferrophase in a given volume as it grows Then the main increase in density in the volume will occur due to the replacement of light fractions of sedimentary rocks with a stabilized ferrophase FMJOMV. If changes to increase the density of the mixture at the level of rock loading are not observed, then the process of necessary separation is completed.
Поскольку разброс в значениях плотностей ρоп и ρпи значителен даже в одном районе добычи, то в общем случае постановка плотномеров для контроля сепарации становится необходимой. При этом плотномеры для контроля можно включать и периодически. Например, применять их в начальный момент при определении необходимого числа i-х циклов разработки именно конкретного участка, а далее выключать.Since the spread in the densities ρ op and ρ pi is significant even in one production area, in the general case, setting densitometers to control separation becomes necessary. At the same time, densitometers for monitoring can be turned on periodically. For example, apply them at the initial moment in determining the required number of i-development cycles of a particular site, and then turn them off.
Схема выгрузки горных пород представлена на фиг.5, где, кроме ранее введенных, дополнительно представлены следующие обозначения: 29 поворотная заслонка; 30 отверстие выгрузки осадочных пород; 31 отверстие выгрузки полезных ископаемых; 32 крышка короба. The rock unloading scheme is presented in Fig. 5, where, in addition to the previously introduced ones, the following symbols are additionally presented: 29 rotary damper; 30 hole discharge sedimentary rocks; 31 hole mineral unloading; 32 box cover.
После отделения осадочных пород плотностью ρоп с одновременной транспортировкой их в определенную часть замкнутого объема с помощью объемной магнитной силы изолируем образовавшуюся эмульсию указанных пород в ФМЖОМВ от нижней части объема путем протягивания полотна 13 до четвертого направляющего ролика 25. При этом поворотная заслонка 29 скрывает отверстие 31, а соленоид 28 расположен таким образом, что плоскость, образованная полотном 13, расположенным между третьим направлявшим роликом 24 и четвертым направляющим роликом 25, перпендикулярна вектору и делит обмотку соленоида 28 пополам. Верхняя же граница магнитного поля соленоида 28 полностью перекрывает отверстие 30.After separation of sedimentary rocks of density ρ op with simultaneous transportation of them to a certain part of the enclosed volume using volumetric magnetic force we isolate the resulting emulsion of the indicated rocks in the medium from the lower part of the volume by pulling the
Тогда для выгрузки осадочных пород из эмульсии через отверстие 30 под заданным рабочим давлением Pр, в Па, необходимо согласно выражению (3.4) на стр. 105 /7/ создать магнитное поле, величина напряженности которого определяется по выражению:
Указанное поле создает соленоид 28. А уклон, создаваемый заслонкой 29 и частью крышки короба 32, позволяет направлять движение осадочных пород в сторону отверстия 30, так как именно в этом направлении магнитное поле будет уменьшаться. Согласно же принципу феррогидростатической сепарации на осадочные породы, погруженные в ФМЖОМВ, будет действовать сила, выталкивающая их в область слабого поля. Взяв за основу форму магнитного поля соленоида 28, подбираются заслонки и крышки с конечной целью достижения указанного принципа.Then, for unloading sedimentary rocks from the emulsion through the
The specified field creates a
После выгрузки осадочных пород плотностью ρоп объединяем общий объем короба путем наматывания полотна 13 на ось 14 до остановки ножа 12 у третьего направляющего ролика 24 (см.фиг.5). Далее перебрасываем заслонку 29 в положение, при котором закрывается отверстие З0 и открывается отверстие 31 и производим разделение полезных ископаемых с осадочными породами плотностью ρп> Kп2,ρпи путем приложения к смеси с помощью внешнего магнитного поля, создаваемого соленоидом 10, объемной магнитной силы Затем аналогично предыдущему изолируем образовавшуюся смесь полезных ископаемых в ФМЖОМВ от остальной части замкнутого объема и выгрузку полезных ископаемых из смеси осуществляем путем приложения к ней с помощью соленоида 28 внешнего магнитного поля напряженностью
где Pс рабочее давление выгрузки полезных ископаемых, в Па.After unloading sedimentary rocks of density ρ op, we combine the total volume of the box by winding the
where P with the working pressure of the unloading of minerals, in Pa.
По техническим требованиям добычи полезные ископаемые должны быть очищены от всевозможных включений, в том числе, и от частиц стабилизированной феррофазы, входящей в состав ФМЖОМВ. Очевидно, что часть частиц феррофазы за счет пористости полезного ископаемого, остаточной небольшой его намагниченности (при наличии в составе ископаемого железа) будет увлекаться в канал выгрузки. Отделение феррофазы от смеси в силу ее специфических магнитных свойств и исходной намагниченности до насыщения удобнее всего производить путем притягивания внешним магнитным полем. Для этого смесь полезных ископаемых и морской воды с остатками ФМЖОМВ пропускают через электромагнитные ловушки. Пример одной из таких ловушек (магнитоуловителя феррофазы) схематично представлен на фиг. 6, где введены обозначения: 33 трубопровод выгрузки полезных ископаемых; 34 обмотка электромагнитного уловителя стабилизированной феррофазы; 35 полый сердечник электромагнитного уловителя стабилизированной феррофазы; 36 ограничительная сетка. According to the technical requirements of mining, minerals must be cleaned of all kinds of inclusions, including particles of stabilized ferrophase, which is part of the FMHOMV. It is obvious that part of the particles of the ferrophase due to the porosity of the mineral, its residual small magnetization (if there is iron in the composition of the mineral) will be entrained in the discharge channel. The separation of the ferrophase from the mixture due to its specific magnetic properties and the initial magnetization to saturation is most conveniently carried out by attraction by an external magnetic field. To do this, a mixture of minerals and sea water with the remains of FMZHOMV passed through electromagnetic traps. An example of one of such traps (magnetically trap ferrophase) is shown schematically in FIG. 6, where the designations are introduced: 33 pipeline for unloading minerals; 34 winding of an electromagnetic trap of stabilized ferrophase; 35 hollow core of an electromagnetic trap of stabilized ferrophase; 36 bounding grid.
С помощью четырех указанных одинаковых электромагнитных уловителей, установленных по осям трубопровода в плоскости его поперечного сечения, можно создать магнитное поле с "нейтральной точкой" нулевой напряженности в центре симметрии, лежащей на оси трубопровода. Для этого каждый из двух магнитов, одноименные полюса которых обладают одинаковой намагниченностью, должны быть направлены навстречу друг другу. Тогда от нулевой точки во всех направлениях величина напряженности поля будет возрастать. Турбулентное движение смеси, созданное давлением Pс, будет способствовать ее перемешиванию и при прохождении через указанную ловушку стабилизированная феррофаза будет "отсасываться" в полые сердечники электромагнитов. При этом немагнитные частички, а также крупные (по отношению к частицам ФМЖОМВ) частично намагниченные куски ЖМК не будут пропускаться сеткой 36, а будут уноситься потоком смеси.Using the four indicated identical electromagnetic traps installed along the axes of the pipeline in the plane of its cross section, it is possible to create a magnetic field with a "neutral point" of zero tension in the center of symmetry lying on the axis of the pipeline. For this, each of the two magnets, whose poles of the same name have the same magnetization, should be directed towards each other. Then from the zero point in all directions the magnitude of the field strength will increase. The turbulent movement of the mixture created by pressure P s will facilitate its mixing and, when passing through the indicated trap, the stabilized ferrophase will be “sucked” into the hollow cores of the electromagnets. In this case, non-magnetic particles, as well as large (with respect to the particles of FMJOMV) partially magnetized pieces of the FMC will not be passed through the
Величины напряженности магнитных полей электромагнитных уловителей подбирается экспериментальным путем. В экспериментах в качестве переменных величин фигурируют давление Pс, геометрические размеры ловушки, физические свойства полезных ископаемых. Конечная цель добиться полного отделения стабилизированной феррофазы при минимальном числе установленных ловушек и минимальных затратах электроэнергии в соленоидах электромагнитов 34.The magnitude of the magnetic fields of electromagnetic traps is selected experimentally. In the experiments, pressure P c , geometrical dimensions of the trap, and physical properties of minerals appear as variables. The ultimate goal is to achieve the complete separation of the stabilized ferrophase with a minimum number of traps installed and minimum energy costs in the solenoids of
После выгрузки полезных ископаемых на дне замкнутого объема остается смесь твердых осадочных пород плотностью ρп в ФМЖОМВ.After unloading of minerals at the bottom of the enclosed volume, a mixture of solid sedimentary rocks with a density of ρ p remains in FMZHOMV.
Перед выгрузкой породы с помощью соленоидов 10 и 28 образуем постоянное внешнее магнитное поле, необходимое и достаточное для удержания стабилизированной феррофазы в пределах замкнутого объема. Before unloading the rock with the help of
Далее "открываем поддон" путем намотки полотна закрытия короба до исходного положения (до остановки ножа 12 у первого направляющего ролика 22). Под действием сил тяжести породы выгружаются на разработанную поверхность дна. Next, “open the pallet” by winding the canvas to close the box to its original position (until the
Переместив с помощью магнитного поля соленоида 28 стабилизированную феррофазу в верхнюю часть замкнутого объема, подготавливаем схему для очередной разработки горных пород морского дна. By moving the stabilized ferrophase using the magnetic field of the
Как видно из вышеизложенного, преимущество данной конструктивной схемы разработки полезных ископаемых по сравнению с другими (в том числе, и схемой, представленной на фиг.1) в том, что после очистки полезных ископаемых от осадочных пород с помощью ФМЖОМВ этот же состав жидкости применяется для операций по выемке, очистке, разделению и транспортировке полезных ископаемых и осадочных пород. В свою очередь, указанное совмещение числа технологических операций приводит к возможности достичь более высокой производительности в разработке полезных ископаемых при одновременном упрощении конструктивной схемы установки, реализующей предлагаемый способ разработки. As can be seen from the foregoing, the advantage of this constructive scheme for the development of minerals compared to others (including the scheme shown in Fig. 1) is that after cleaning minerals from sedimentary rocks with the help of PMFMF, the same liquid composition is used for mining, cleaning, separation and transportation of minerals and sedimentary rocks. In turn, the specified combination of the number of technological operations leads to the possibility of achieving higher productivity in the development of minerals while simplifying the design of the installation that implements the proposed development method.
В приведенном выше описании показано, каким образом с помощью магнитных полей производится отделение стабилизированной феррофазы от полезных ископаемых и твердых осадочных пород. Аналогичное отделение необходимо производить и от легких осадочных пород. При этом дополнительно предлагается охлаждать эмульсию, их содержащую, до температуры ниже температуры окружающей морской воды, но выше температуры кристаллизации льда (до температуры -1.-2oC, при точке кристаллизации морской воды, зависящей от степени ее солености и находящейся в пределах -2,5.-5oC). Тогда с понижением температуры увеличивается намагниченность стабилизированной феррофазы, и она становится более податливой к воздействию внешнего магнитного поля, что способствует лучшему ее выделению из эмульсии. С другой стороны, увеличивается плотность оставшейся эмульсии легких осадочных пород в морской воде по отношению к плотности окружающей среды. Это в дальнейшем способствует придонной укладке ее на разработанные участки морского дна, когда в ламинарном потоке порода не всплывает и не загрязняет тем самым окружающую морскую воду. Таким образом, способ разработки становится экологически более безопасным с точки зрения возможного замутнения придонного слоя морской воды, ведь и выгрузка остальных горных пород не приводит к указанному замутнению, так как очищенные полезные ископаемые загружаются в контейнер для непосредственного подъема на поверхность, а твердые осадочные породы в силу их высокой плотности тут же оседают в места их выемки, причем высота их падения минимальна, зависит от конструкции установки и может составлять ≈ 3 м.The above description shows how the magnetic fields are used to separate stabilized ferrophase from minerals and solid sedimentary rocks. A similar separation must be made from light sedimentary rocks. In addition, it is proposed to cool the emulsion containing them to a temperature below the temperature of the surrounding sea water, but above the temperature of crystallization of ice (to a temperature of -1.-2 o C, at the crystallization point of sea water, depending on its degree of salinity and within 2.5.-5 o C). Then, with decreasing temperature, the magnetization of the stabilized ferrophase increases, and it becomes more malleable to the action of an external magnetic field, which contributes to its better separation from the emulsion. On the other hand, the density of the remaining emulsion of light sedimentary rocks in seawater increases with respect to the density of the environment. This further contributes to the bottom laying of it on the developed sections of the seabed, when the rock does not float in the laminar flow and thereby does not pollute the surrounding sea water. Thus, the development method becomes environmentally safer from the point of view of possible clouding of the bottom layer of seawater, because the unloading of the remaining rocks does not lead to this clouding, since the purified minerals are loaded into a container for direct rise to the surface, and solid sedimentary rocks the force of their high density immediately settles in the places of their excavation, and the height of their fall is minimal, depends on the design of the installation and can be ≈ 3 m.
Аналогично проводится и охлаждение выгружаемой смеси полезных ископаемых в морской воде. Тогда эффективность сбора остатков феррофазы, как и в случае сбора с выгружаемых осадочных пород, повышается. The cooling of the discharged mixture of minerals in sea water is carried out similarly. Then, the efficiency of collecting residues of ferrophase, as in the case of collection from unloaded sedimentary rocks, increases.
Отделенную стабилизированную феррофазу во всех рассмотренных после отделения случаях необходимо концентрировать для сохранения свойств рабочего органа высокой намагниченности ФМЖОМВ /12/. Ведь содержание отделенного магнитного материала в воде незначительно, так как основная часть феррофазы удерживается в замкнутом объеме в процессе разработки горных пород. По аналогии ситуацию можно рассматривать как промывку ФМЖОМВ избыточной водой /10/ с последующей ее концентрацией. In all cases considered after separation, the separated stabilized ferrophase must be concentrated in order to maintain the properties of the working organ of high magnetization FMZHOMV / 12 /. Indeed, the content of the separated magnetic material in the water is insignificant, since the main part of the ferrophase is kept in a closed volume during the development of rocks. By analogy, the situation can be considered as a washing of FMJOMV with excess water / 10 / followed by its concentration.
Известен ряд методов концентрирования магнитных жидкостей на водной основе. В данном случае применения указанных жидкостей для концентрирования наиболее подходят, с точки зрения авторов разработки, методы ультрафильтрования и использования неорганического кислотного коагулянта /12/. A number of methods are known for concentrating magnetic fluids on a water basis. In this case, the use of these liquids for concentration is most suitable, from the point of view of the authors of the development, methods of ultrafiltration and the use of inorganic acid coagulant / 12 /.
Сконцентрированную феррофазу необходимо повторно использовать в технологическом цикле. Для этого ее транспортируют в объем-накопитель ФМЖОМВ. Concentrated ferrophase must be reused in the production cycle. For this, it is transported to the storage volume FMZHOMV.
Схема концентрирования магнитной жидкости по методу ультрафильтрования при помощи внешних магнитных полей с последующей ее транспортировкой в объем накопитель представлена на фиг.7а, б, где дополнительно ввезены новые обозначения: 37 трубопровод выгрузки осадочных пород; 38 раструб трубопровода выгрузки осадочных пород; 39 трубопровод транспортировки отделенной феррофазы; 40 соленоид транспортировки отделенной феррофазы; 41 - корпус концентратора феррофазы; 42 соленоид загрузки феррофазы в концентратор; 43 соленоид концентрирования феррофазы; 44 конус загрузки феррофазы; 45 соленоид транспортировки сконцентрированной феррофазы; 46 - трубопровод транспортировки сконцентрированной феррофазы; 47 холодильник; 48 привод ультрафильтра; 49 ультрафильтр; 50 плотномер. The scheme of magnetic fluid concentration by ultrafiltration using external magnetic fields with its subsequent transportation to the storage volume is shown in figa, b, where additional designations are introduced: 37 sedimentary rock discharge pipeline; 38 bell of the pipeline for unloading sedimentary rocks; 39 pipeline transporting the separated ferrophase; 40 solenoid transport separated ferrophase; 41 - case of a concentrator of ferrophase; 42 solenoid loading ferrophase into the concentrator; 43 solenoid concentration of ferrophase; 44 ferrophase loading cone; 45 solenoid conveying concentrated ferrophase; 46 - pipeline transportation of concentrated ferrophase; 47 refrigerator; 48 ultrafilter drive; 49 ultrafilter; 50 densitometer.
Стрелками показаны направления движения феррофазы. Раструб 38, установленный на конце трубопровода 37, предназначен для преобразования турбулентного потока эмульсии из осадочных пород в морской воде в ламинарный поток на выходе. Это способствует уменьшению степени замутнения придонного слоя морской воды на участках выгрузки эмульсии. Arrows indicate the direction of motion of the ferrophase. The
Как видно из схемы, отделения магнитных частиц стабилизированной феррофазы, находящихся в выгружаемых осадочных породах, производятся с помощью электромагнитной ловушки, представленной на фиг.6. Далее она транспортируется по трубопроводам 39 с помощью соленоидов 40 (установленных внутри каждого трубопровода) до корпуса 41 концентратора. Для этого последовательно включаются электрические обмотки, начиная с электромагнитов и кончая последним соленоидом, установленным перед корпусом 41. Число соленоидов зависит от длины трубопроводов 39, а расстояние между ними выбирается таким образом, чтобы взаимно пересекались образованные ими магнитные поля. При этом сам трубопровод 39 необходимо рассматривать как полый стержень электромагнита, изготовленный из магнитомягкого материала. Тогда феррофаза будет перемещаться в сторону "последовательно движущегося" магнитного поля в сторону корпуса 41 концентратора. As can be seen from the diagram, the separation of the magnetic particles of stabilized ferrophase located in the discharged sedimentary rocks is carried out using the electromagnetic trap shown in Fig.6. Then it is transported through
Математически условие перекачки отделенной стабилизированной феррофазы можно представить в виде пересечения ∩ множества областей распределений рабочих значений напряженностей магнитных полей (см. /13/) в трубопроводах транспортировки отделенной феррофазы:
Hм∩Hj∩ Hj+1∩ Hj+2∩ ... ∩ Hj+n∩ Hк1 (17)
где Hм область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля электромагнитного уловителя феррофазы в трубопроводе транспортировки отделенной феррофазы, в А/м;
Hj, j+, j+, j+n области распределения рабочих значений напряженности магнитных полей от j-х соленоидов транспортировки отделенной феррофазы в трубопроводе транспортировки отделенной феррофазы, в А./м, где j 1, 2, 3,n число указанных соленоидов транспортировки;
Hк1- область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля соленоида загрузки феррофазы в концентратор в трубопроводах транспортировки отделенной феррофазы, в А/м.Mathematically, the condition for pumping the separated stabilized ferrophase can be represented as the intersection ∩ of the plurality of distribution areas of the working values of the magnetic field strengths (see / 13 /) in the pipelines for transporting the separated ferrophase:
H m ∩H j ∩ H j + 1∩ H j + 2 ∩ ... ∩ H j + n ∩ H q1 (17)
where H m the distribution area of the working values of the magnetic field of the electromagnetic trap of the ferrophase in the pipeline for transportation of the separated ferrophase, in A / m;
H j , j +, j +, j + n the distribution area of the working values of magnetic field strengths from the j-th solenoids of transportation of the separated ferrophase in the pipeline of transportation of the separated ferrophase, in A. / m, where
H k1 is the distribution area of the working values of the magnetic field of the solenoid loading the ferrophase into the concentrator in the pipelines of transportation of the separated ferrophase, in A / m.
При этом векторы напряженности магнитных полей, лежащие на оси каждого из указанных электромагнитов и соленоидов, направлены в сторону транспортировки отделенной феррофазы. Возможно проводить перекачку всей ФМЖОМВ с помощью, например, струйных насосов, однако нет смысла перемещать весь объем указанной жидкости, так как в последующем технологическом процессе важно наличие лишь ее стабилизированной феррофазы. Поэтому именно этому способу перекачки и отдается предпочтение. In this case, the magnetic field vectors lying on the axis of each of these electromagnets and solenoids are directed towards the transportation of the separated ferrophase. It is possible to carry out the pumping of the entire PMFMW using, for example, jet pumps, but it makes no sense to move the entire volume of the indicated liquid, since in the subsequent technological process it is important to have only its stabilized ferrophase. Therefore, this pumping method is preferred.
Загрузка феррофазы в концентратор производится с помощью соленоида 42 при его запитке. Максимальное значение напряженности магнитного поля в центре соленоида 42, а также конус 44, выполненный из немагнитного материала, позволяют сосредоточить феррофазу у входа соленоида 43 (см.фиг.7а). The loading of the ferrophase into the concentrator is carried out using the
Более высокая степень концентрации феррофазы достигается соленоидом 43 за счет создания более высокого градиента напряженности магнитного поля. Указанный соленоид одновременно служит для загрузки сконцентрированной феррофазы в трубопровод транспортировки 46. A higher degree of concentration of the ferrophase is achieved by the
Сконцентрированная феррофаза транспортируется по трубопроводу 46 в бак-накопитель с помощью своей группы соленоидов 45, установленных внутри трубопровода. Concentrated ferrophase is transported via
Математически условие перекачки сконцентрированной стабилизированной феррофазы можно также представить в виде пересечения множеств областей распределения рабочих значений напряженностей магнитных полей в трубопроводе транспортировки сконцентрированной феррофазы:
Hк2∩ Hq∩ Hq+1∩ Hq+2∩ ... Hq+m∩ Hz (18),
где Hк2 область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля соленоида концентрирования феррофазы в трубопроводе транспортировки сконцентрированной феррофазы, в А/М;
Hq, q+1, q+2,q+m области распределения рабочих значений напряженности магнитных полей q-х соленоидов транспортировки сконцентрированной феррофазы в трубопроводе транспортировки сконцентрированной феррофазы, в А/М, где q 1,2,3,m число указанных соленоидов транспортировки;
Hz область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля соленоида загрузки сконцентрированной феррофазы в бак-накопитель ФМЖОМВ в трубопроводе транспортировки сконцентрированной феррофазы, в А/М.Mathematically, the condition for pumping concentrated concentrated ferrophase can also be represented as the intersection of the sets of distribution areas of the working values of the magnetic field strengths in the pipeline for the transportation of concentrated ferrophase:
H k2 ∩ H q ∩ H q + 1 ∩ H q + 2 ∩ ... H q + m ∩ H z (18),
where H k2 is the distribution area of the working values of the magnetic field of the solenoid for concentrating the ferrophase in the pipeline for transporting the concentrated ferrophase, in A / M;
H q , q + 1, q + 2, q + m the distribution area of the working magnetic field strengths of the q-x solenoids for transporting concentrated ferrophase in the pipeline for transporting concentrated ferrophase, in A / M, where
H z the distribution area of the working values of the magnetic field strength of the solenoid loading concentrated ferrophase into the storage tank FMZHOMV in the pipeline transporting concentrated ferrophase, in A / M.
При этом векторы напряженности магнитных полей, лежащие на оси каждого из указанных соленоидов, направлены в сторону транспортировки сконцентрированной феррофазы. In this case, the magnetic field vectors lying on the axis of each of these solenoids are directed towards the transportation of concentrated ferrophase.
Холодильник 47 служит для охлаждения выгружаемой эмульсии. В исходном состоянии с помощью привода 46, ультрафильтр 49 (например, типа "Тое") /12/ закрывают вход внутрь соленоида 43. Избыточное давление (до 5 кг/см2) ферросуспензии на рабочей поверхности ультрафильтра создается магнитным полем соленоида 43 (по аналогии с рабочим давлением перемешивания разрабатываемой породы и ФМЖОМВ, см.(12), (13). После достижения необходимой концентрации ферросуспензии, фиксируемой с помощью плотномера 50, привод 48 с помощью, например, зубчатой реечной передачи открывает вход во внутреннюю полость соленоида 43. Далее производится перекачка и транспортировка сконцентрированной феррофазы по вышеуказанной схеме. После перекачки заслонка-ультрафильтр опять закрывается и цикл ультрафильтрования повторяется.
При указанном концентрировании ФМЖОМВ существуют определенные ограничения по величине напряженности создаваемых электромагнитных полей. Они связаны с сохранением агрегативной устойчивости ФМЖОМВ (см. /7, стр. 9,8,27/). With the specified concentration of FMJOMV, there are certain restrictions on the magnitude of the intensity of the created electromagnetic fields. They are associated with the preservation of the aggregative stability of FMJOMV (see / 7, p. 9,8,27 /).
Предпочтение рассмотренному методу концентрации ФМЖОМВ по сравнению с применением неорганических коагулянтов /12/ отдается, исходя из экологической безопасности процесса, так как его технология не требует применения кислоты и щелочи. The preference for the considered method of concentration of PMFVMF over the use of inorganic coagulants / 12 / is given based on the environmental safety of the process, since its technology does not require the use of acid and alkali.
С другой стороны, применение методов концентрирования ФМЖОМВ с помощью неорганических коагулянтов позволяет получить более высокую степень концентрации магнетита (до 40%). On the other hand, the application of methods for the concentration of PMFMW with inorganic coagulants allows one to obtain a higher degree of magnetite concentration (up to 40%).
Несмотря на замкнутость технологического цикла, часть стабилизированной феррофазы будет изыматься из него разрабатываемыми породами. Поэтому для постоянного поддержания непрерывности процесса разработки за счет сохранения номинальных параметров ФМЖОМВ необходимо восполнять потери стабилизированной феррофазы за счет дополнительной ее подачи с бака-накопителя в замкнутый объем. В свою очередь, в бак-накопитель она подается после отделения от разрабатываемой породы и последующего концентрирования. Despite the isolation of the technological cycle, part of the stabilized ferrophase will be removed from it by the rocks being developed. Therefore, in order to constantly maintain the continuity of the development process by maintaining the nominal parameters of the FMHOMV, it is necessary to compensate for the loss of stabilized ferrophase due to its additional supply from the storage tank to a closed volume. In turn, it is fed into the storage tank after separation from the developed breed and subsequent concentration.
Как видно из вышерассмотренной схемы разработки горных пород, в момент их загрузки в замкнутый объем происходит частичная ". промывка ФМЖОМВ избыточной водой" /10/. При этом устойчивые к разбавлению жидкости не поддаются необратимой флокуляции, но могут постепенно терять свойства и образовать осадок в виде ". увлажненного брикета с резиноподобной структурой". Указанные изменения можно установить за счет измерения плотности ФМЖОМВ по всему замкнутому объему, который она заполняет. Разделение ФМЖОМВ на избыточную воду и осадок фиксируется на основе различия в их плотности и неоднородности номинальной плотности исходной жидкости. As can be seen from the above rocks development scheme, at the time of their loading into a confined space, partial ". Washing of PMFMW with excess water" / 10 /. At the same time, liquids that are resistant to dilution do not lend themselves to irreversible flocculation, but can gradually lose their properties and form a precipitate in the form of a “moistened briquette with a rubber-like structure”. These changes can be established by measuring the density of FMJOMV throughout the closed volume that it fills. The separation of PMWMW into excess water and sediment is fixed on the basis of differences in their density and heterogeneity of the nominal density of the initial liquid.
Для продолжения цикла разработки, восстановления рабочего органа, которым является ФМЖОМВ, предлагается проводить не путем его замены, а путем "ремонта" непосредственно на месте разработки. Для этого образовавшуюся "резину" повторно диспергируют в замкнутом объеме. В случае конкретного, ранее рассмотренного состава ФМЖОМВ, в приготовлении которой используется додекановая (лауриновая) кислота, диспергирования проводят путем подогрева "брикета" с добавлением в небольшой объем воды, где он находится, незначительного количества гидроокиси аммиака. Время нагрева, его температура, количество аммиака и весь технологический цикл диспергирования подробно рассмотрены. In order to continue the development cycle, the restoration of the working body, which is the FMHOMV, is proposed to be carried out not by replacing it, but by "repair" directly at the development site. For this, the resulting "rubber" is redispersed in a closed volume. In the case of a specific composition of FMJOMV previously considered, in the preparation of which dodecanoic (lauric) acid is used, dispersions are carried out by heating the "briquette" with the addition of a small amount of ammonia hydroxide to a small volume of water where it is located. The heating time, its temperature, the amount of ammonia and the entire dispersion process cycle are examined in detail.
Схема установки для подводной разработки месторождений полезных ископаемых, реализующая предложенный способ, представлена на фиг.8, 9. Кроме этого, на фиг. 10 рассмотрен пример агрегатирования установки на самоходные шасси колесного хода. The installation diagram for underwater mining of mineral deposits that implements the proposed method is presented in Fig.8, 9. In addition, in Fig. 10, an example of aggregation of an installation on a self-propelled wheeled chassis is considered.
Обозначениям 1, 10-13, 19-33, 37-39, 41, 46, 47 соответствуют ранее введенные названия на фиг. 1-7. Кроме этого, дополнительно введены нижеследующие обозначения: 51 трубопровод транспортировки полезных ископаемых; 52 трубопровод транспортировки осадочных пород; 53 клапан выгрузки полезных ископаемых; 54 клапан выгрузки осадочных пород; 55 - барабан укладки полотна закрытия короба, содержащий ось укладки полотна закрытия короба 14, соединительную пружину 15 и кожух оси укладки полотна 16 (см.фиг.2); 56 бак-накопитель ФМЖОМВ; 57 клапан загрузки ФМЖОМВ в бак-накопителе; 58 клапан выравнивания давления между баком-накопителем ФМЖОМВ и трубопроводом транспортировки полезных ископаемых; 59 клапан выравнивания давления между баком-накопителем ФМЖОМВ и трубопроводом транспортировки осадочных пород; 60 привод подъема соленоида управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки; 61 тросы подъема соленоида управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки; 62 блоки подъема соленоида управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки; 63 привод поворотной заслонки; 64 соленоид выгрузки полезных ископаемых; 65 соленоид выгрузки осадочных пород; 66 плотномер контроля загрузки породы; 67 запорный соленоид; 68 плотномер контроля сепарации; 69 плотномер контроля выгрузки осадочных пород; 70 соленоид загрузки стабилизированной феррофазы ФМЖОМВ в бак-накопитель; 71 клапан загрузки сконцентрированной феррофазы ФМЖОМВ в бак-накопитель; 72 плотномер контроля выгрузки полезных ископаемых; 73 плотномер контроля плотности ФМЖОМВ в баке-накопителе; 74 бак диспергента; 75 клапан-редуктор с электроприводом подачи диспергента; 76 - шар-баллон вытеснительной подачи диспергента; 77 форсунка подачи диспергента; 78 контур подогрева ФМЖОМВ; 79 силовой каркас рамы.
Расположение нагревательных элементов контура подогрева показано пунктирной линией на фиг. 8. На фиг. 10 пунктиром показано также самоходное шасси на котором агрегатировано установка. Там же показан пример выгрузки полезных ископаемых с помощью шнекового транспортера. The location of the heating elements of the heating circuit is shown by the dashed line in FIG. 8. In FIG. 10, the dotted line also shows the self-propelled chassis on which the unit is mounted. It also shows an example of unloading minerals using a screw conveyor.
При этом в коническую крышку 32 короба 1 прямоугольной формы вмонтированы трубопровод 51 транспортировки полезных ископаемых и трубопровод 52 транспортировки легких осадочных пород, нижние входные отверстия которых соединены с внутренним объемом короба 1. На наружной части короба 1 прямоугольной формы расположен соленоид 10 управляющих воздействий на ФМЖОМВ короба 1, который по направляющим пазам, расположенным на коробе 1, с помощью привода подъема 60, посредством блоков 62 и тросов 61 может перемещаться. При этом верхняя граница перемещения определена положением, при котором верхняя плоскость соленоида совмещается с плоскостью, образованной верхней кромкой короба, а нижняя граница -положением, при котором плоскость, перпендикулярная оси соленоида 10 и секущая его пополам совместится с плоскостью, образованной нижней кромкой короба 1. Плоский подрезной нож 12, установленный на краю полотна 13 закрытия короба 1, соединен с вытяжными канатами полотна 19, переброшенными через второй 23, третий 24 и четвертый 25 направляющие ролики и закрепленными на вытяжном валу. Оси первого 22 и второго 23 направляющих роликов расположены неподвижно внутри короба 1 таким образом, что кромки их рабочих поверхностей лежат на плоскости, образованной нижней кромкой короба. А оси третьего 24 и четвертого 25 направляющих роликов установлены так, что ролики своими верхней и нижней рабочими кромками соответственно лежат на плоскости, секущей пополам соленоид 10 при занятии последним крайнего верхнего положения относительно короба 1. At the same time, a
Боковые обрамляющие бортики полотна 13 расположены в направляющих пазах короба 1. Поворотная заслонка 29 установлена таким образом, что в одном из двух крайних своих положений закрывает снизу поочередно трубопроводы 51, 52 транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород. Клапаны 53 и 54 выгрузки полезных ископаемых посадочных пород установлены на входах трубопроводов 33, 37 выгрузки полезных ископаемых и осадочных пород соответственно и расположены над входными отверстиями трубопроводов 51, 52 транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород. На трубопроводе 37 выгрузки осадочных пород за клапаном 54 последовательно установлены холодильник 47, магнитные уловители феррофазы 34 и раструб выгрузки 38. На трубопроводе 33 выгрузки полезных ископаемых за клапаном 53 установлены магнитные уловители феррофазы 34. Возможна также установка и холодильника 47 на этом же трубопроводе. В этом случае охлажденная феррофаза будет более интенсивно отделяться от выгружаемых полезных ископаемых. Следовательно, и ее потери в технологическом цикле будут уменьшаться. Каждый из магнитных уловителей феррофазы 34 через трубопроводы транспортировки собранной феррофазы 39 связан с концентратом 41. В свою очередь, каждый из концентратов 41 трубопроводом 46 для концентрированной феррофазы связан с баком-накопителем 56 ФМЖОМВ. При этом в баке-накопителе 56 ФМЖОМВ на выходе каждого из указанных трубопроводов 46 установлен соленоид 70 загрузки феррофазы в бак-накопитель 56. The lateral framing sides of the
Каждый из трубопроводов 51, 52 транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород в своей верхней части через соответствующие клапаны 58,59 выравнивания давления соединены с баком-накопителем 56 ФМЖОМВ. В свою очередь, бак-накопитель 56 снабжен клапаном 57 загрузки ФМЖОМВ, при этом на выходной части указанного клапана установлен запорный соленоид 67. Указанный клапан загрузки ФМЖОМВ является одновременно и клапаном выравнивания давления внутренних объемов установки с внешней средой. Each of the
Соленоиды 64, 65 выгрузки полезных ископаемых и осадочных пород установлены на трубопроводах 51, 52 транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород соответственно и расположены над соответствующими трубопроводами 33, 37. Кроме этого, днище бака-накопителя установлено вплотную к соленоидам 64, 65 выгрузки полезных ископаемых и осадочных пород, а продольные оси указанных соленоидов совпадают с продольными осями клапанов выравнивания давления 58, 59 и перпендикулярны плоскости, образованной днищем бака-накопителя ФМЖОМВ 56.
Плотномер 66 контроля процесса загрузки породы расположен над плоскостью, образованной нижними кромками короба 1, а плотномер 68 контроля процесса сепарации над плоскостью, совпадающей с секущей плоскостью соленоида 10 в положении верхней точки его перемещения. The
Плотномеры 69, 72 контроля выгрузки легких осадочных пород и полезных ископаемых расположены таким образом, что их оси чувствительности перпендикулярны продольным осям клапанов 54, 53 выгрузки осадочных пород и полезных ископаемых и образуют совместно плоскости перпендикулярные продольным осям трубопроводов 52, 51 транспортировки осадочных пород и полезных ископаемых соответственно.
Плотномер 73 контроля плотности ФМЖОМВ в баке-накопителе 56 расположен над нижним днищем бака. Примеры реализации соленоидов 40, 64, 65 с их расчетом рассмотрены ранее и представлены в /14/. Как уже отмечалось, это импульсные соленоиды для получения сильных магнитных полей. Кроме как в импульсном, они могут работать и в режиме постоянного магнитного поля, при этом рабочие токи, подаваемые на их обмотку, значительно ниже импульсных, и, следовательно, напряженность магнитного поля будет ниже.
Что же касается других соленоидов, входящих в состав установки, то это типовые элементы различных магнитных устройств, например, магнитных исполнительных органов систем ориентации космических аппаратов /16/. As for the other solenoids included in the installation, these are typical elements of various magnetic devices, for example, magnetic actuators of spacecraft orientation systems / 16 /.
На примере системы диспергирования ФМЖОМВ, включающей бак диспергента 74, клапан-редуктор подачи диспергента 75, шар-баллон вытеснительной подачи диспергента 76 и форсунки подачи диспергента 77 /17, стр. 118/ показана вытеснительная система подачи топлива для реактивных двигателей ориентации космического аппарата, использующего однокомпонентные топлива. On the example of the dispersion system FMZHOMV, including the
Электромеханический привод также хорошо известен и описан в технике. Особенность применяемых в установке приводов заключается в том, что должен быть четко определен угол поворота выходного вала, так как от этого зависит точность выполнения той или иной операции (например, подъема соленоида 10 на требуемую высоту и т. д. ) С указанной особенностью управления прекрасно справляются привода с шаговыми электродвигателями, применяемыми, в частности, для управления осями прецессии силовых гироскопов космических аппаратов /18/. Примеры реализации других узлов установки, а также их конструктивные особенности были рассмотрены ранее, при описании схем, представленных на фиг.1-7. An electromechanical drive is also well known and described in the art. The peculiarity of the drives used in the installation is that the angle of rotation of the output shaft must be clearly defined, since the accuracy of a particular operation (for example, raising the
Работает установка следующим образом. The installation works as follows.
В исходном состоянии замкнутый объем, состоящий из короба прямоугольной формы 1, закрытого полотном 13, с трубопроводами транспортировки полезных ископаемых 51 и осадочных пород 52 заполнен намагниченной до насыщения ФМЖОМВ 11. При этом клапаны выгрузки полезных ископаемых 53 и осадочных пород 54 закрывают под действием внутренних пружин соответственно отверстия выгрузки 31 и 30. Для закрытия короба 1 полотно 13 сматывается с барабана укладки полотна закрытия короба 55 (см.фиг.2) с помощью привода 21 вытяжного вала, наматывающего вытяжные канаты 19 на барабаны намотки 20. Клапаны выравнивания давления 57, 58, 59 между заполненным баком-накопителем ФМЖОМВ 56 и внешней средой, баком-накопителем ФМЖОМВ 56 и трубопроводом транспортировки полезных ископаемых 51, баком-накопителем ФМЖОМВ 56 и трубопроводом транспортировки осадочных пород 52 закрыты. Соленоид 10 управляющих воздействий на ФМЖОМВ короба 1 перемещен при помощи привода 60 с тросами подъема 61, перекинутыми через блоки 62, до верхнего упора на коробе 1. Поворотная заслонка 29 при помощи привода 63 установлена в промежуточное (по оси установки) состояние. Вся установка средствами подъема агрегата добычи (включающем и самоходные шасси, см.фиг.10) приподнята над местом разработки. In the initial state, a closed volume, consisting of a
Перед началом разработки с помощью магнитного поля соленоида 10 управляющих воздействий на ФМЖОМВ короба 1, а также магнитных полей соленоидов выгрузки 64, 65 полезных ископаемых и осадочных пород соответственно производится технологическое удержание в замкнутом объеме стабилизированной феррофазы, входящей в состав ФМЖОМВ. Одновременно производится и необходимая дозагрузка стабилизированной феррофазы из бака-накопителя ФМЖОМВ 56 в трубопроводы транспортировки 51, 52. Это происходит за счет втягивания феррофазы соленоидами 64 и 65 в области их магнитных полей. Далее привод 21 вытяжного вала прекращает электродинамическое удержание полотна 13 в положении "короб закрыт" и с помощью пружины 15 происходит наматывание полотна на ось укладки 14 до положения плоского подрезного ножа 12 под первым направляющим роликом 22. Before the start of development, using the magnetic field of the solenoid, 10 control actions on the FMFHFM of
Начинается разработка полезных ископаемых с погружения установки в породу дна. Глубина погружения регулируется с помощью погружного гребня 26 (путем размещения площади касания дна), а также при помощи средств подъема-опускания установки, размещенных на агрегате добычи (см.фиг.10). В случае жесткого дна (наличие базальтового плато) погружной гребень амортизирует касание установки. The development of minerals begins by immersing the installation in the rock of the bottom. The immersion depth is adjusted using the immersion ridge 26 (by placing the area of contact with the bottom), as well as by means of lifting and lowering the installation located on the production unit (see figure 10). In the case of a hard bottom (presence of a basalt plateau), the submersible ridge absorbs the touch of the unit.
После погружения с помощью плоского подрезного ножа 12 производится подрез породы с одновременным закрытием короба полотном 13. Привод 21 вытяжного вала переходит в режим "фиксации" полотна 13 при достижении ножом 12 второго направляющего ролика 23. Процесс загрузки контролируется с помощью плотномера 66, который фиксирует увеличение плотности массы вещества по сравнению с исходной плотностью ФМЖОМВ. Погружение установки будет естественным образом вызывать вытеснение части вещества из замкнутого объема веществом породы. Вытесненным веществом будет основа ФМЖОМВ (морская вода места разработки), поскольку стабилизированная феррофаза будет удерживаться магнитными полями указанных выше соленоидов 10, 64, 65. Вытесняемая вода через клапаны 58 и 59 будут заходить в бак-накопитель 56 ФМЖОМВ, из которого в свою очередь через клапан 57 в окружающую среду. Для того чтобы вместе с морской водой не происходила утечка стабилизированной феррофазы, на выходной части клапана 57 установлен запорный соленоид 67, который на момент загрузки породы также запитан. Клапаны выгрузки 53 и 54 отрегулированы на давление открытия, превышающее избыточное давление, возникающее при загрузке породы в замкнутый объем. Следовательно, в момент загрузки породы они будут находиться в закрытом положении. After immersion using a
После загрузки породы поворотная заслонка 29 с помощью привода 53 переводится в положение, закрывающее вход в трубопровод 51 транспортировки полезных ископаемых. Затем установка приподымается над поверхностью разработки, а соленоид 10 спускается по направляющим пазам 27 до уровня сепарирования породы (см.фиг.2д). При этом короб 1 не раскрывается от нажима соленоида 10 на полотно 13, а происходит выдвижение полотна за счет его разматывания барабана 55. After loading the rock, the
Перемешивание горных пород с ФМЖОМВ производится за счет внедрения стабилизированной феррофазы в массу загруженной породы. Для этого внутри соленоида 10 создается магнитное поле, напряженность которого определяется по выражениям (12, 13) для случаев липких и нелипких осадочных пород. Стабилизированная феррофаза устремляется в точки, определяемые максимальным значением градиента напряженности этого поля, и поскольку в этих точках находится порода, то происходит ее перемешивание с ФМЖОМВ. The mixing of the rocks with FMJOMV is due to the introduction of stabilized ferrophase into the mass of the loaded rock. For this, a magnetic field is created inside the
После перемешивания производится выделение из смеси легких осадочных пород плотностью ρоп Для этого с помощью магнитного поля соленоид 10 создается объемная магнитная сила (см.(8)-(10)). Всплытие легких осадочных пород при указанной плотности контролируется плотномером 68 контроля процесса сепарации по изменившейся плотности вещества над границей сепарации. Причем граница сепарации однозначно определяется значением градиента напряженности магнитного поля, необходимым и достаточным для поднятия породы на требуемую высоту. По указанной границе установлена дальнейшая протяжка полотна от третьего направляющего ролика 24 до четвертого направляющего ролика 25. После всплытия легких осадочных пород указанную протяжку осуществляют с помощью привода 21 до положения ножа 12 под роликом 26.After mixing, light sedimentary rocks are separated from the mixture with a density ρ op. For this, a magnetic field creates a magnetic force solenoid 10 (see (8) - (10)). The emergence of light sedimentary rocks at a specified density is controlled by a
Далее осуществляют выделение из образовавшейся эмульсии и выгрузку легких осадочных пород за пределы замкнутого объема. Для этого перемещают соленоид 10 по отношению к коробу 1 до положения "выгрузки", при котором плоскость, перпендикулярная продольной оси соленоида и секущая его пополам, находится на уровне плоскости укладки полотна между третьим 24 и четвертым 25 направляющими роликами (см.фиг.8). Затем с помощью соленоида 10 и соленоида 65 выгрузки осадочных пород создают магнитное поле, суммарная напряженность которого на уровне выгрузки равнялась бы Нр (см. (15)). При этом значения градиентов напряженности поля от указанного уровня до средин обеих соленоидов последовательно увеличивается (имеет вид, указанный на графике фиг.1).Next, carry out the selection of the resulting emulsion and the unloading of light sedimentary rocks outside the confined space. To do this, move the
Ось клапана 54 выгрузки легких осадочных пород находится на уровне выгрузки. Тогда немагнитные тела, которыми являются легкие осадочные породы, будут испытывать на себе действие силы выталкивающей их в область слабого поля. Такая область расположена за клапаном 54 выгрузки осадочных пород, который в свою очередь откроется под давлением Pр (см. (15)). Контроль за процессом выгрузки осадочных пород осуществляется плотномером 69. После выгрузки объем массы легких осадочных пород в замкнутом объеме заполняется ФМЖОМВ, поступающей из бака-накопителя 56 через клапан выравнивания давления 59. В свою очередь часть морской воды поступает через клапан 59 внутрь бака-накопителя 56.The axis of the
При выгрузке легких осадочных пород основная часть стабилизированной феррофазы, входящей в состав ФМЖОМВ, будет удерживаться магнитными полями работающих соленоидов 10 и 65. Однако часть ее будет уходить также через клапан 54. Для того чтобы вернуть стабилизированную феррофазу в технологический цикл разработки породы, выгружаемую эмульсию легких осадочных пород и морской воды охлаждают в холодильнике 47 до температуры -1o.-3oC (до качала кристаллизации морской воды) и пропускают через электромагнитную ловушку (см. фиг. 7). Охлажденная феррофаза более восприимчива к магнитным полям ловушки. Число ловушек может выбираться в зависимости от необходимой степени сбора указанного вещества. При этом все они последовательно устанавливаются вдоль трубопровода выгрузки легких осадочных пород. Легкие осадочные породы через раструб 38 (см.фиг.10) укладываются на разработанные участки дна под днище самоходных шасси.During the unloading of light sedimentary rocks, the main part of the stabilized ferrophase, which is part of the FMHOMW, will be held by the magnetic fields of the working
Необходимо еще раз отметить, что выгрузка более плотных (по отношению к морской воде) легких охлажденных осадочных пород, имея невысокий перепад между своим уровнем и уровнем укладки (<1 М) не приводит к сильному замутнению придонного слоя. Количество отработанной морской воды минимально. Это очень важно, так как позволяет считать установку экологически более безопасной по сравнению с прототипом и аналогом. It should be noted once again that the unloading of denser (with respect to sea water) light chilled sedimentary rocks, having a low difference between their level and laying level (<1 M), does not lead to severe clouding of the bottom layer. The amount of waste seawater is minimal. This is very important, since it allows you to consider the installation environmentally safer compared to the prototype and analogue.
Отделенная стабилизированная феррофаза транспортируется с помощью соленоидов 40 по трубопроводу 39 в концентратор 41. Из концентратора 41, в свою очередь, она транспортируется в бак-накопитель ФМЖОМВ 56. The separated stabilized ferrophase is transported by
Для непосредственной загрузки сконцентрированной феррофазы в бак-накопитель 56 используются соленоид загрузки 70 и клапан загрузки 71. Клапан 71 в исходном положении закрыт. А давлением, которое создает феррофаза на его входе под действием магнитного поля соленоида 70, он открывается. For the direct loading of concentrated ferrophase into the
После выгрузки легких осадочных пород привод 21 снимает режим "фиксации" и полотно 13 наматывается в барабане 55 до положения ножа 15 под третьим направляющим роликом 24. After unloading light sedimentary rocks, the
В случае приложения объемных магнитных сил повторяются циклы по выделению и выгрузке легких осадочных пород. При этом каждый раз с помощью плотномера 58 производится измерение плотности вещества эмульсии и если стробирующих уменьшений плотности не наблюдается, то указанное циклирование прекращают.In case of application of volumetric magnetic forces cycles of the allocation and unloading of light sedimentary rocks are repeated. Moreover, each time using the
С другой стороны, процесс выгрузки легких фракций можно контролировать путем измерения плотности вещества с помощью плотномера 66. В каждом i-м цикле на уровне загрузки породы будет отмечаться увеличение плотности, так как происходит вытеснение из смеси легких фракций породы стабилизированной феррофазой ФМЖОМВ в момент приложения По концу приложения очередной силы Fмi будет отмечаться общий рост плотности смеси. Если изменений по увеличению плотности смеси не наблюдается, то вытеснение легких фракций породы завершено.On the other hand, the process of unloading light fractions can be controlled by measuring the density of the substance using a
После вытеснения и выгрузки осадочных пород ρоп производится вытеснение из оставшейся смеси полезных ископаемых и их выгрузка. Для этого соленоид 10 опускается до уровня сепарирования породы, а поворотная заслонка 29 переводится в положение, закрывающее трубопровод 52 транспортировки осадочных пород и открывающее трубопровод транспортировки полезных ископаемых 51.After crowding out and unloading sedimentary rocks ρ op , the minerals are displaced from the remaining mixture of minerals and unloaded. To do this, the
С помощью объемной магнитной силы , создаваемой соленоидом 10, производится выделение из смеси полезных ископаемых. Под всплывшую часть породы подводится с помощью привода 21 полотно 13 с остановкой подрезного ножа 12 под четвертым направляющим роликом 25. Контроль процесса выделения производится по изменению плотности вещества, измеряемой с помощью плотномера 68.Using volumetric magnetic force created by the
После выделения полезных ископаемых соленоид 10 переводится в положение "выгрузки породы" (см.фиг.8). Выгрузка осуществляется путем создания с помощью соленоидов 10 и 64 в месте выгрузки, находящемся по оси клапана 53, магнитного поля напряженностью Нс (см. (16)). Причем как и в случае выгрузки легких осадочных пород, значения градиентов напряженности поля от места выгрузки полезных ископаемых до центров каждого из соленоидов постоянно увеличиваются. Таким образом, снизу ограничения на перемещение породы будут механическое и электромагнитное (в виде полотна 13 и максимального значения H, "выталкивающего" ископаемые в область слабого пола), а сверху только электромагнитное. Область слабого поля находится за клапаном 53, поэтому под давлением Pс откроется клапан и произойдет выгрузка полезных ископаемых.After the allocation of minerals, the
Контроль выгрузки осуществляется при помощи плотномера 72, по изменившейся (уменьшившейся) плотности вещества до и после приложения магнитного поля напряженностью Нс.Unloading control is carried out using a
На трубопроводе 33 выгрузки полезных ископаемых установлены электромагнитные ловушки (см.фиг.7), которые отделяют стабилизированную феррофазу от полезных ископаемых. Далее она транспортируется в концентратор 41, а сконцентрированная ее часть в бак-накопитель 56 ФМЖОМВ. Общая схема отделения концентрирования и транспортировки аналогична схеме, установленной на трубопроводе 37 выгрузки легких осадочных пород. On the
После выгрузки полезных ископаемых из замкнутого объема выгружают осадочные породы, плотность которых выше ρпи Для этого сматывают полотно 13 на ось укладки полотна 14 до положения подрезного ножа 12 под первым направляющим роликом 22. Тогда под действием сил тяжести указанная порода выгружается на разработанный участок дна.After unloading the minerals from the enclosed space, sedimentary rocks are discharged, the density of which is higher than ρ pi .
Для предотвращения выгрузки стабилизированной феррофазы вместе с осадочными породами производят перед открытием короба 1 опускание электромагнита 10 до положения разработки породы (см.фиг.2д). Далее с помощью соленоидов 10, 64, 65 образуют в замкнутом объеме магнитное поле "удержания феррофазы", величина напряженности которого меньше величины необходимой для получения но достаточная для компенсации сил тяжести, действующих на феррофазу в процессе выгрузки породы.To prevent the unloading of stabilized ferrophase together with sedimentary rocks, before opening the
После выгрузки породы закрывают короб полотном 13, снимают действие магнитных полей соленоидов и с помощью плотномеров 66, 68, 69, 72, установленных в замкнутом объеме, а также плотномера 73 контроля плотности ФМЖОМВ в баке-накопителе 56, проверяют наличие осадка стабилизированной феррофазы. В случае наличия указанного осадка проводят его диспергирование. Для этого в баки 74, содержащие жидкий диспергент (для рассмотренного ранее состава ФМЖОМВ это гидроокись аммиака, см. /10/), через клапан редуктор 75 подается вытеснительный газ (например, гелий) из шар-баллонов 76. Происходит вытеснительная подача диспергента по трубопроводам до форсунок 77, каждая из которых открывается отдельной командой. After the rock is unloaded, the box is closed with a
Схема системы подачи диспергента аналогична схеме системы подачи топлива для реактивных двигателей ориентации космических аппаратов, использующих однокомпонентные топлива /17, стр. 118/. Форсунки расположены таким образом, чтобы происходило равномерное заполнение диспергентом определенной части объема. Перемешивание осадка и диспергента производится за счет избыточного давления впрыска. Диспергирование производится в той части объема, где обнаружен осадок. Для этого замкнутый объем можно с помощью поворотной заслонки 29, а также перемещения полотна 13 разделить на отдельные части. Например, осадок выпал в районе днища короба. Тогда перемещением полотна 13 до положения ножа 12 под четвертым направляющим роликом 25 можно изолировать нижнюю часть объема и проводить диспергирование именно в этой его части. The scheme of the dispersant supply system is similar to the scheme of the fuel supply system for jet engines for orienting spacecraft using single-component fuels / 17, p. 118 /. The nozzles are arranged so that uniform dispersant filling of a certain part of the volume occurs. Mixing of sediment and dispersant is carried out due to excessive injection pressure. Dispersion is carried out in that part of the volume where sediment is detected. For this, the enclosed volume can be divided into separate parts using the
Технологический процесс диспергирования предусматривает равномерный подогрев смеси (см. /10/), находящейся в объеме с образовавшимся осадком. Для этого предусмотрен контур подогрева 78. Время нагрева и количество диспергента (гидроокиси аммиака), необходимые для диспергирования осадка ФМЖОМВ, рассмотрены детально в /10/. The dispersion process provides for uniform heating of the mixture (see / 10 /), which is in the volume with the precipitate formed. For this, a
На трубопроводе выгрузки полезных ископаемых могут устанавливаться устройства дальнейшей перегрузки и транспортировки. Например, в виде шнекового транспортера, см.фиг.10. On the pipeline for unloading minerals, devices for further transshipment and transportation can be installed. For example, in the form of a screw conveyor, see figure 10.
Технологический процесс первоначальной загрузки ФМЖОМВ во все объемы установки может быть осуществлен через бак-накопитель 56 во входную часть клапана 57 и далее через клапаны 58, 59 (см.фиг.8). По данной же схеме может производиться дозагрузка стабилизированной феррофазы для ФМЖОМВ непосредственно на месте разработки полезных ископаемых, т.к. очевидно, что 100% сбор феррофазы с выгружаемых пород обеспечить невозможно. Команда на дозагрузку может последовать по результатам измерений плотности ФМЖОМВ плотномером 73. The technological process of the initial loading of FMZHOMV into all installation volumes can be carried out through the
На фиг. 10 не показана установка второго холодильника 47 на трубопроводе выгрузки полезных ископаемых 33. Однако для выполнения одной из подчиненных операций технологического цикла (для охлаждения смеси выгружаемых полезных ископаемых с остатками ФМЖОМВ) холодильник может устанавливаться. Возможна также последовательная установка нескольких холодильников и устройств по отделению феррофазы на обеих трубопроводах выгрузки. Это приводит, с одной стороны, к увеличению конструктивной и эксплуатационной сложности установки, а с другой к уменьшению потерь "рабочего органа" стабилизированной феррофазы ФМЖОМВ. In FIG. 10, the installation of the
После детального описания всего технологического процесса проведем структурирование схемы управления установкой, см.фиг.11, где кроме ранее представленных обозначений 10, 21, 34, 40, 42, 43, 45, 47, 48, 50, 60, 63-68, 69, 70, 72, 73, 75, 78 введены новые: 80 устройство формирования номинальных параметров ФМЖОМВ; 81 устройство формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ в едином корпусе устройств извлечения горных пород, перемешивания, очистки полезных ископаемых, отделения полезных ископаемых от осадочных пород, транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород; 82 устройство формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ трубопровода транспортировки полезных ископаемых; 83 устройство формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ трубопровода транспортировки осадочных пород; 84 первое устройство сбора стабилизированной феррофазы с выгружаемой породы; 85 второе устройство сбора стабилизированной феррофазы с выгружаемой породы. After a detailed description of the entire technological process, we will carry out the structuring of the plant control scheme, see Fig. 11, where, in addition to the previously presented designations, 10, 21, 34, 40, 42, 43, 45, 47, 48, 50, 60, 63-68, 69 , 70, 72, 73, 75, 78 introduced new: 80 device for the formation of nominal parameters FMZHOMV; 81 device for the formation of control actions on FMZHOMV in a single device for the extraction of rocks, mixing, purification of minerals, separation of minerals from sedimentary rocks, transportation of minerals and sedimentary rocks; 82 device for the formation of control actions on FMZHOMV pipeline transportation of minerals; 83 device for the formation of control actions on FMZHOMV pipeline transporting sedimentary rocks; 84 a first stabilized ferrophase collecting device from paged rock; 85 a second device for collecting stabilized ferrophase from paged rock.
Контурные границы каждого из устройств с блоками входящих в их состав элементов обозначены штриховой линией. Кроме этого, дополнительно введены нижеследующие обозначения: 86 пульт управления установкой; 87 блок управления приводом подъема установки; 88 привод подъема установки; 89 - блок управления приводом подъема соленоида управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки; 90 блок управления приводом поворотной заслонки; 91 - блок управления приводом вытяжного вала полотна закрытия короба; 92 блок управления приводом ультрафильтра концентратора; 93 блок удержания стабилизированной феррофазы в корпусе установки; 94 блок перемешивания породы и ФМЖОМВ; 95 блок очистки и отделения полезных ископаемых от осадочных пород и транспортировки осадочных пород к месту выгрузки; 96 блок выделения из эмульсии и выгрузки осадочных пород из корпуса установки; 97 - блок транспортировки полезных ископаемых к месту выгрузки; 98 блок выгрузки полезных ископаемых из корпуса установки; 99 блок разрушения липких осадочных пород; 100 коммутатор транслирования управляющих воздействий по формированию магнитных полей в соленоиде устройства формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки; 101 блок удержания стабилизированной феррофазы в трубопроводе транспортировки осадочных пород; 102 блок выгрузки осадочных пород из трубопровода их транспортировки; 103 коммутатор транслирования управляющих воздействий по формированию управляющих магнитных полей в соленоиде выгрузки осадочных пород; 104 блок удержания стабилизированной феррофазы в трубопроводе транспортировки полезных ископаемых; 105 блок выгрузки полезных ископаемых из трубопровода их транспортировки; 106 коммутатор транслирования управляющих воздействий по формированию магнитных полей в соленоиде выгрузки полезных ископаемых. The contour boundaries of each of the devices with blocks of their constituent elements are indicated by a dashed line. In addition, the following designations are additionally introduced: 86 installation control panel; 87 control unit drive lifting installation; 88 drive lift installation; 89 - control unit of the drive lifting the solenoid control actions on FMZHOMV installation casing; 90 rotary damper actuator control unit; 91 - control unit drive the exhaust shaft of the canvas closure of the box; 92 control unit for the drive of the ultrafilter concentrator; 93 stabilized ferrophase retention unit in the installation casing; 94 block mixing rocks and FMZHOMV; 95 block cleaning and separation of minerals from sedimentary rocks and transportation of sedimentary rocks to the place of unloading; 96 block separation from the emulsion and discharge of sedimentary rocks from the installation; 97 - block transportation of minerals to the place of unloading; 98 block unloading minerals from the installation; 99 block destruction of sticky sedimentary rocks; 100 switch for translating control actions for the formation of magnetic fields in the solenoid of the device for the formation of control actions on the device housing; 101 stabilized ferrophase retention unit in the sedimentary rock transportation pipeline; 102 block discharge of sedimentary rocks from the pipeline for their transportation; 103 switchboard for translating control actions for the formation of control magnetic fields in the sediment discharge solenoid; 104 stabilized ferrophase retention unit in a mineral transportation pipeline; 105 block unloading minerals from the pipeline for their transportation; 106 switch broadcast control actions for the formation of magnetic fields in the solenoid of unloading minerals.
Устройство формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ в едином указанном корпусе и устройства формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ трубопроводов транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород можно функционально объединить в единый блок формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ замкнутого объема. Указанное объединение возможно, т.к. единый корпус устройств извлечения горных пород, перемешивания, очистки полезных ископаемых, отделения полезных ископаемых от осадочных пород, транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород, выполненный в виде короба прямоугольной формы, и указанные трубопроводы (см. фиг.8) действительно представляют собой единый замкнутый объем. К указанному блоку относится также и устройство формирования номинальных параметров ФМЖОМВ, которые функционально отличаются от вышеуказанных устройств (поддерживает в работоспособном состоянии исполнительный орган в отличие от приведенных выше устройств, воздействующих на этот орган). Однако предмет, на который производится воздействие, один и тот же ФМЖОМВ. The device for generating control actions on the FMHOMV in a single specified body and the device for forming control actions on the FMJOMV pipelines for transporting minerals and sedimentary rocks can be functionally combined into a single block for the formation of control actions on the FMJOMV of a closed volume. The indicated union is possible since a single body of devices for extracting rocks, mixing, cleaning minerals, separating minerals from sedimentary rocks, transporting minerals and sedimentary rocks, made in the form of a box of a rectangular shape, and these pipelines (see Fig. 8) really represent a single closed volume . The indicated unit also includes the device for forming the nominal parameters of the device, which functionally differs from the above devices (it maintains the executive body in working condition in contrast to the above devices acting on this body). However, the subject on which the impact is made is the same FMJOMV.
Устройство формирования номинальных параметров ФМЖОМВ содержит систему контроля плотности ФМЖОМВ, систему подачи диспергента и контур подогрева ФМЖОМВ. Указанное устройство предназначено для контроля номинальных параметров ФМЖОМВ по седиментационной, агрегативной устойчивости и устойчивости к разбавлению и в случае отклонения указанных параметров восстановление жидкости. Контроль осуществляется системой контроля плотности ФМЖОМВ, включающей в себя плотномеры 66, 68, 69, 72, 73. Отсутствие осадка в жидкости и равномерность ее плотности в контролируемых объемах свидетельствует о номинальных параметрах жидкости. В случае наличия осадка проводится его диспергирование с помощью системы подачи диспергента (через открытие клапана редуктора 75 с помощью электропривода) и контура подогрева. Если диспергирование провести не удается (нарушены по каким- либо причинам условия седиментационной и агрегативной устойчивости), то производится замена ФМЖОМВ на новую. The device for forming nominal parameters FMZHOMV contains a density control system FMZHOMV, a dispersant supply system and a heating circuit FMZHOMV. The specified device is designed to control the nominal parameters of FMZHOMV sedimentation, aggregative stability and resistance to dilution and in case of deviation of these parameters, the restoration of the liquid. The control is carried out by the FMZHOMV density control system, which includes
Устройство формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ в едином корпусе устройств извлечения горных пород, перемешивания, очистки полезных ископаемых, отделения полезных ископаемых от осадочных пород, транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород включает в себя блок удержания стабилизированной феррофазы в корпусе установки 93, блок перемешивания породы и ФМЖОМВ 94, блок очистки и отделения полезных ископаемых от осадочных пород и транспортировки осадочных пород к месту выгрузки 95, блок выделения из эмульсии и выгрузки осадочных пород из корпуса установки 96, блок транспортировки полезных ископаемых к месту выгрузки 97, блок выгрузки полезных ископаемых из корпуса установки 98, блок разрушения липких осадочных пород 99. Причем последний из указанных блоков входит в состав устройства лишь в случае наличия липких осадочных пород при разработке полезных ископаемых. Все указанные блоки подключены через коммутатор транслирования управляющих воздействий по формированию управляющих магнитных полей в соленоиде управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки 100 к обмотке соленоида управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки 10. Указанный коммутатор 100, в свою очередь, соединен каналом управления с пультом управления установкой 86. В случае необходимости приложения i-х сил в технологическом цикле парное число блоков 95 и 96 должно равняться числу i-х циклов по разделению, транспортировке и выгрузке осадочных пород.The device for forming control actions on the FMJOMV in a single device for extracting rocks, mixing, purifying minerals, separating minerals from sedimentary rocks, transporting minerals and sedimentary rocks includes a stabilized ferrophase retention unit in
В случае же необходимости удержания стабилизированной феррофазы в замкнутом объеме при выгрузке твердых осадочных пород необходимо дополнительно ввести также в состав устройства формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ в едином указанном корпусе блок удержания стабилизированной феррофазы в корпусе установки при выгрузке твердых осадочных пород (на фиг.11 указанный блок условно не показан). При этом он формирует величину тока в обмотке соленоида управляющих воздействий на ФМЖОМВ замкнутого объема меньшую, чем для операций перемешивания, очистки и транспортировки породы, но выше, чем в случае простого технологического удержания стабилизированной феррофазы при раскрытии замкнутого объема (перед загрузкой породы). Величина тока определяется экспериментально, подключение рассмотренного блока к обмотке соленоида аналогично остальным блокам этого же устройства. If it is necessary to keep the stabilized ferrophase in a confined space during unloading of solid sedimentary rocks, it is necessary to additionally introduce the stabilized ferrophase containment unit in the unit’s casing when unloading solid sedimentary rock (see figure 11) conditionally not shown). At the same time, it generates a current value in the solenoid winding of the control actions on the closed volume FMWHMW less than for the operations of mixing, cleaning and transporting the rock, but higher than in the case of simple technological retention of stabilized ferrophase during opening of the closed volume (before loading the rock). The magnitude of the current is determined experimentally, the connection of the considered block to the coil of the solenoid is similar to the rest of the blocks of the same device.
Блоки 93-99 выполнены в виде катушек энергии и трансформаторов тока /14, стр. 219-254/. При этом величина тока на выходе блока определяется, исходя из требуемых значений объемных магнитных сил и напряженности управляющих магнитных полей. Blocks 93-99 are made in the form of energy coils and current transformers / 14, p. 219-254 /. In this case, the magnitude of the current at the output of the block is determined based on the required values of volumetric magnetic forces and the intensity of the control magnetic fields.
Примером реализации пульта управления установки 86, коммутатора 100 и их взаимодействий может служить система управления бортовыми системами космического аппарата /19, стр. 204-222/. An example of the implementation of the control panel of the
Устройство формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ трубопровода транспортировки полезных ископаемых 82 включает в себя блок удержания стабилизированной феррофазы в трубопроводе транспортировки полезных ископаемых 104, блок выгрузки полезных ископаемых из трубопровода их транспортировки 105 и коммутатор транслирования управляющих воздействий по формированию магнитных полей в соленоиде выгрузки полезных ископаемых. Оба блока 104, 105 подключены через коммутатор 106 к обмотке соленоида выгрузки полезных ископаемых. Примеры реализации блоков 104, 105, коммутатора 106 и взаимосвязи коммутатора 106 с пультом управления установкой 85 аналогичны, как и для устройства формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки 81. The device for generating control actions on the FMHOMV of the
Устройство формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ трубопровода транспортировки осадочных пород 83 включает в себя блок удержания стабилизированной феррофазы в трубопроводе транспортировки осадочных пород 101, блок выгрузки осадочных пород из трубопровода их транспортировки 102 и коммутатор транслирования управляющих воздействий по формированию магнитных полей в соленоиде выгрузки осадочных пород 103. Оба блока 101, 102 подключены через коммутатор 103 к обмотке соленоида выгрузки осадочных пород. Примеры реализации блоков 101, 102, коммутатора 103 и взаимосвязи коммутатора 103 с пультом управления установкой 86 аналогичны составляющим устройства формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки 81. The device for generating control actions on the FMHOMW of the sedimentary
Каждое из устройств формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ трубопроводов транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород предназначено для получения управляющих магнитных полей посредством формирования рабочих токов в катушках каждого из указанных соленоидов 64, 65. Each of the devices for the formation of control actions on the FMHOMV pipelines for the transportation of minerals and sedimentary rocks is intended to obtain control magnetic fields by forming working currents in the coils of each of these
Как первое 84, так и второе 85 устройство сбора стабилизированной феррофазы с выгружаемой породы можно разделить на устройство отделения феррофазы от выгружаемой породы, устройство транспортировки феррофазы, концентратор феррофазы, устройство транспортировки сконцентрированной феррофазы и устройство загрузки сконцентрированной феррофазы в бак-накопитель ФМЖОМВ. При этом перечисленные устройства, входящие в состав базового, могут работать и без концентратора феррофазы. Однако при этом постепенно теряется эффективная работа установки, т. к. по мере разбавления феррофазы морской водой уменьшается значение средней равновесной намагниченности ФМЖОМВ которое требует увеличение рабочих токов в соленоидах, управления и в конечном счете приводит (см. расчетные выражения для Нр, Нс, Но) к невозможности созданий необходимых рабочих давлений. Кроме того, к каждому устройству сбора стабилизированной феррофазы необходимо отнести и холодильники 47. Как раньше уже отмечалось, наличие холодильника повышает степень сбора феррофазы с выгружаемой породы. Каждое из устройств отделения содержит четыре электромагнитных уловителя стабилизированной феррофазы 34, установленных на трубопроводах выгрузки.Both the first 84 and the second 85 device for collecting stabilized ferrophase from paged rock can be divided into a device for separating ferrophase from paged rock, a device for transporting a ferrophase, a concentrator of ferrophase, a device for transporting concentrated ferrophase, and a device for loading concentrated ferrophase into the storage tank. In this case, the listed devices that are part of the base can work without a ferrophase concentrator. However, at the same time, the effective operation of the installation is gradually lost, since as the ferrophase is diluted with sea water, the value of the average equilibrium magnetization which requires an increase in operating currents in the solenoids, control, and ultimately leads (see calculated expressions for Н р , Н с , Н о ) to the impossibility of creating the necessary working pressures. In addition,
Устройства транспортировки феррофазы состоят из соленоидов транспортировки ФМЖОМВ, установленных в трубопроводах транспортировки. Причем в случае установки концентратора феррофазы в трубопроводы транспортировки они разделяются на соленоиды транспортировки феррофазы 40 и сконцентрированной феррофазы 45. В данном случае они разделяются по функциональному назначению и по величине рабочих токов в их обмотках, но не по своей конструктивной сущности. Ferrophase transport devices consist of FMZHOMV transport solenoids installed in transport pipelines. Moreover, in the case of installing a ferrophase concentrator in the transportation pipelines, they are divided into transport solenoids of the
Устройство загрузки феррофазы в бак-накопитель содержит соленоид загрузки 70 и клапан загрузки 71, установленный в конце трубопровода транспортировки. Состав всех элементов устройств сбора стабилизированной феррофазы с выгружаемой породы рассмотрен ранее, где представлены примеры реализации этих элементов. Блоки 87, 89-92 управления приводами дополняют собой непосредственно управляющий привод логико-преобразовательной частью. Так, например, для ранее рассмотренных типовых приводов с шаговыми двигателями /18/ они представляют собой блоки формирования управляющего сигнала на шаговый двигатель, которые состоят из последовательно соединенных преобразователя, реверсивного счетчика, дешифратора и усилителя, который подключается к фазам шагового двигателя. На вход преобразователя подается унитарная кодовая очередь прямоугольных импульсов, при этом частота импульсных сигналов и их количество в кодовой очереди определяют соответственно угловую скорость и угол поворота выходного вала электродвигателя. На блок- схеме фиг.11 показано также два холодильника 47, установленных на трубопроводах выгрузки осадочных пород и полезных ископаемых. Кроме того, показан запорный соленоид 67, входящий в состав устройства загрузки ФМЖОМВ в замкнутый объем. В состав указанного устройства вошли бак-накопитель с клапаном загрузки ФМЖОМВ, установленным в его крышке. А клапан загрузки ФМЖОМВ, являющийся одновременно и клапаном выравнивания давления между баком-накопителем и внешней средой, содержит указанный запорный соленоид 67. The device for loading the ferrophase into the storage tank contains a
Необходимо также еще вернуться к пульту управления установкой 86, который представляет сам собой сложную техническую систему. Из приведенного описания очевидно, что управление установкой по разработке полезных ископаемых предполагает выдачу сотен функциональных команд, прохождение и исполнение которых необходимо контролировать. Поэтому аналогом пульта управления для такой сложной установки может служить пульт управления космическим кораблем типа "Союз-ТМ" /20/. Пульт включает в себя дискретный контур управления, построенный на основе бортовой ЦВМ и аналоговый контур, построенный по типу представленной ранее системы управления бортовыми системами /19/. Оба контура снабжены интерфейсными системами, позволяющими производить взаимный обмен информацией и дополнены системой телеметрических измерений /19, стр. 229-235/. It is also necessary to return to the control panel of the
Поскольку пульт управления 86 не является предметом защиты изобретения, то представлена лишь функциональная блок-схема управления с пульта 85 установкой для подводной разработки полезных ископаемых. При этом из описания аналогов пульта понимается, что с помощью его реализуется перечень указанных ранее команд и их последовательность во времени. Не показано также размещение пульта 86 и элементов устройств 87, 89-106 на силовой раме 79 установки, поскольку они могут быть дистанционно разнесены, а управление в таком случае
вестись через кабель управления или по командной радиолинии.Since the
lead through a control cable or command radio link.
Для расчета производительности установки проведем оценку продолжительности последовательных операций технологического цикла, исходя из примерной временной циклограммы ее работы, реализуемой с помощью пульта 86:
работа привода 88 по опусканию установки на участок разработки 5.10 с;
работа привода 21 по загрузке породы в короб установки (перемещение подрезного ножа 12 к направляющему ролику 23) 10.15 с;
работа привода 88 на подъем установки над участком разработки при одновременном опускании соленоида 10 10.15 с;
перемешивание породы и ФМЖОМВ с одновременной очисткой полезных ископаемых от осадочных пород (без разрушения липких осадочных пород) 2.4 с;
отделение осадочных пород от полезных ископаемых и транспортировка осадочных пород в верхнюю часть корпуса-короба с помощью соленоида 10 2.4 с;
работа привода 21 по разделению объема короба на части (приведение подрезного ножа 12 под направляющий ролик 25) 5.10 с;
работа привода 60 на подъем соленоида 10 до крайнего верхнего положения 10. 15 с;
выгрузка осадочных пород с помощью соленоидов 10 и 65 2.4 с;
опускание соленоида 10 в крайне нижнее положение относительно короба, с одновременным выдвижением полотна 13 до положения подрезного ножа 12 над направляющим роликом 24 (объединение объема короба) 10.15 с;
транспортировка в верхнюю часть корпуса короба полезных ископаемых с помощью соленоида 10 2.4 с;
работа привода 21 по разделению объема короба на части (приведение подрезного ножа 12 под направляющий ролик 25) 5.10 с;
выгрузка полезных ископаемых с помощью соленоидов 10 и 64 2.4 с;
раскрытие замкнутого объема и выгрузка твердых осадочных пород (сматывание полотна 13 до положения подрезного ножа 12 под направляющим роликом 22) 5.10 с;
перемещение установки с помощью самоходных шасси на новое место разработки 20.30 с.To calculate the productivity of the installation, we will evaluate the duration of successive operations of the technological cycle, based on the approximate time sequence diagram of its work, implemented using the remote 86:
the operation of the
the operation of the
the operation of the
mixing of the rock and PMFMW with simultaneous purification of minerals from sedimentary rocks (without destroying sticky sedimentary rocks) 2.4 s;
separation of sedimentary rocks from minerals and transportation of sedimentary rocks to the upper part of the box body using a
the operation of the
the operation of the
discharge of sedimentary
lowering the
transportation to the upper part of the body of the mineral box using a
the operation of the
unloading of
opening of a confined volume and unloading of solid sedimentary rocks (winding the
moving the unit using self-propelled chassis to a new development site 20.30 s.
Остальные операции технологического цикла можно запараллелить с указанными выше. The remaining operations of the technological cycle can be parallelized with the above.
Таким образом, продолжительность технологического цикла при однократном приложении силы отсутствии липких осадочных пород, а также сохранении ФМЖОМВ номинальных параметров составляет 90.150 с.Thus, the duration of the technological cycle with a single application of force the absence of sticky sedimentary rocks, as well as the preservation of PMJOMV nominal parameters is 90.150 s.
Оценка продолжительности технологических операций проводилась исходя из нижеследующих соображений. Assessment of the duration of technological operations was carried out on the basis of the following considerations.
Подъем установки проводится на высоту ≈ 5м. Причем высота подъема определяется размерами соленоида 10, который при опускании до крайнего нижнего положения не должен касаться поверхности дна. Тем самым не разрушается от ударных нагрузок конструкция соленоида и не взмучиваются донные осадки места разработки. Расчетная высота импульсного соленоида прямоугольной формы, согласно зависимостям, представленным в /14/, dH/dz≈8•10 А/м2, см. (10), в рабочей плоскости составляет 0,8 м. Опускание соленоида относительно короба-корпуса производится до половины его высоты со скоростью ≈ 0,1 м/с.The installation is raised to a height of ≈ 5m. Moreover, the lifting height is determined by the size of the
Скорость опускания установки на разрабатываемый участок зависит от характеристики породы "фундамента" разрабатываемого участка. Если россыпи полезных ископаемых находятся на гранитной площадке, то скорость опускания ограничивается только из соображений прочности конструкции при динамических нагрузках в момент касания дна. В случае наличия мягких осадочных пород определяющими являются экологические требования, суть которых также сводится к отсутствию взмучивания донных осадков при касании установкой морского дна. Скорость опускания ≈ 0,08 м/с с погружением в грунт средней липкости согласно /6/ удовлетворяет этим требованиям. The speed of lowering the installation to the developed area depends on the rock characteristics of the "foundation" of the developed area. If mineral deposits are located on a granite site, the lowering speed is limited only for reasons of structural strength under dynamic loads at the moment of touching the bottom. In the case of soft sedimentary rocks, environmental requirements are decisive, the essence of which also boils down to the absence of agitation of bottom sediments when the installation touches the seabed. The lowering speed ≈ 0.08 m / s with immersion in medium-sticky soil according to / 6 / satisfies these requirements.
Работа привода 21 по загрузке породы в установку сводится к поискам оптимальных режимов подрезки породы плоским ножом. Оптимизация производится в плане выбора мощности привода, исходя из удельного сопротивления срезу породы, зависящего, в свою очередь, от скорости движения ножа определенной толщины. При этом одновременно рассматриваются различные формы режущих кромок и их углов заточки, а также степень липкости подрезаемых пород. Для мягких осадочных пород средней липкости (см. /6,21/) оптимальная средняя скорость движения плоского подрезного ножа толщиной 10 мм с углом заточки 45o составляет ≈ 0,15 м/с. Расчетные размеры короба с квадратным основанием при определении времени его закрытия и других расчетах конструкции составляли 2•2 м.The operation of the
По указанным линейным скоростям, а также исходя из массы установки, ее гидродинамических характеристик, рассчитываются и выбираются рассмотренные приводы. According to the indicated linear speeds, as well as on the basis of the mass of the installation, its hydrodynamic characteristics, the considered drives are calculated and selected.
В продолжительность работы рабочего органа, которым является ФМЖОМВ, при перемешивании, очистке, транспортировке и выгрузке входит и время его перемещения в рабочую зону. Указанное время при перемещении на небольшие расстояния (до ≈ 2 м) сопоставимо с временем релаксации магнитных жидкостей (см. /7/) и составляет 1 с. Продолжительность работы рабочего органа в указанных операциях в основном зависит от объема перерабатываемой породы и физических характеристик ее состава. В большинстве случаев она определяется эмпирически для конкретной конструкции. Для оценки указанных временных операционных интервалов брались известные случаи-аналоги (см. /7,8,10,12/) применения магнитных жидкостей для отделения щебня от глины методом феррогидростатической сепарации. The duration of the work of the working body, which is FMZHOMV, with mixing, cleaning, transportation and unloading includes the time of its movement in the working area. The indicated time when moving over short distances (up to ≈ 2 m) is comparable with the relaxation time of magnetic fluids (see / 7 /) and is 1 s. The duration of the working body in these operations mainly depends on the volume of the processed rock and the physical characteristics of its composition. In most cases, it is determined empirically for a particular design. To evaluate the indicated operational time intervals, we took well-known analogous cases (see / 7,8,10,12 /) of using magnetic fluids to separate crushed stone from clay by the method of hydrohydrostatic separation.
Кроме вышеуказанного, в операционное время включалось примерная продолжительность телеметрических измерений параметров, характеризующих физические свойства вещества в процессе разработки породы, ее транспортировки и выгрузки, а также задержки на формирование и выдачу команд управления установкой. При этом в качестве аналога бралась работа с датчиковой аппаратурой системы управления бортовыми системами космического корабля /19,20/. In addition to the above, the operating time included the approximate duration of telemetric measurements of the parameters characterizing the physical properties of the substance during the development of the rock, its transportation and unloading, as well as delays in the formation and issuance of installation control commands. In this case, work with the sensor equipment of the spacecraft onboard systems control system / 19.20 / was taken as an analogue.
Если взять расчетную площадь разработки за один полный цикл 4 м2, среднюю массу залегания полезного ископаемого (в частности, ЖМК) на глубине разработки 0,1 м до 15 кг/м2, то при средней продолжительности цикла 120 с производительность установки составит 1800 кг/ч чистого ЖМК при длине пути проходки 40 м.If we take the estimated development area for one full cycle of 4 m 2 , the average mineral mass (in particular, LMF) at a development depth of 0.1 m to 15 kg / m 2 , then with an average cycle time of 120 s the plant productivity will be 1800 kg / h of pure LMC with a path length of 40 m
Указанные цифры, характеризующие производительность установки, близки к идеальным. These figures characterizing the performance of the installation are close to ideal.
В случае наличия i-х циклов сепарирования операции по отделению мягких осадочных пород от полезных ископаемых, транспортировки осадочных пород и их выгрузке циклируются. Естественно и продолжительность одного полного цикла разработки полезных ископаемых увеличивается. При выпадении осадка в ФМЖОМВ необходимо в суммарное операционное время включить также интервал по его диспергированию. В лабораторных условиях согласно /10/ время, затрачиваемое на диспергирование осадка ФМЖОМВ ранее рассмотренного состава, составляло 4 мин. In the case of the presence of ith separation cycles, operations to separate soft sedimentary rocks from minerals, transportation of sedimentary rocks and their unloading are cyclized. Naturally, the duration of one full cycle of mining is increasing. In case of precipitation in FMZHOMV, it is necessary to include the interval for its dispersion in the total operational time. In laboratory conditions, according to / 10 /, the time spent on dispersing the precipitate PMFOMW of the previously considered composition was 4 minutes.
Предлагаемый способ и установку, его реализующую, можно представить с точки зрения загрязнения водных толщ осадочными породами, как экологически безопасные. Несмотря на то, что укладка осадочных пород производится в придонный слой, мутьевых потоков в виде "факелов" взвеси /21/ можно избежать. Это достигается технологической цепочкой процесса разработки, в которой сепарация происходит в едином замкнутом объеме. При этом происходит разделение веществ по различной плотности и их концентрирование в определенных частях указанного объема. А по концу разделения можно добиться статического состояния всех разделенных частей исходного вещества. Следовательно, по концу разделения сконцентрированные мягкие осадочные породы, находящиеся в определенной части объема, перед укладкой в придонный слой можно сделать экологически безопасными в плане отсутствия указанной взвеси при их выгрузке. Например, путем охлаждения до температуры, близкой к температуре замерзания морской воды, добиться более высокой плотности вещества по сравнению с окружающей морской водой и обеспечить придонную его укладку без взмучивания грунта дна. Или "упаковать" указанное вещество в мешки, которые уложить на поверхность дна. При этом материал мешков через непродолжительное время растворяется под действием существующей pH окружающей морской воды и т.д. The proposed method and installation, which implements it, can be represented from the point of view of pollution of the water column by sedimentary rocks, as environmentally friendly. Despite the fact that the sedimentary rocks are laid in the bottom layer, turbid flows in the form of "torches" of the suspension / 21 / can be avoided. This is achieved by the technological chain of the development process, in which separation occurs in a single closed volume. In this case, the substances are separated by different densities and concentrated in certain parts of the indicated volume. And at the end of the separation, it is possible to achieve a static state of all separated parts of the starting material. Therefore, at the end of the separation, concentrated soft sedimentary rocks located in a certain part of the volume, before being laid in the bottom layer, can be made environmentally friendly in terms of the absence of the specified suspension during unloading. For example, by cooling to a temperature close to the freezing temperature of sea water, to achieve a higher density of the substance compared to surrounding sea water and to ensure its bottom laying without stirring up the bottom soil. Or "pack" the specified substance in bags that lay on the bottom surface. At the same time, the material of the bags dissolves after a short time under the influence of the existing pH of the surrounding sea water, etc.
Таким образом решается одна из важнейших и решающих с точки зрения возможности промышленной добычи ЖМК /21/ экологических задач утилизации пульп с укладкой гидросмеси в придонный слой без получения "факелов" взвеси. In this way, one of the most important and crucial from the point of view of the possibility of industrial mining of ZhMK / 21 / environmental problems of disposing of pulps with laying the slurry in the bottom layer without receiving "torches" of the suspension is solved.
Источники:
1. Заявка 3221014 ФРГ, МКИ Е 21 С 45/00, 1986.Sources:
1. Application 3221014 Germany, MKI E 21
2. Способы и устройства для добычи твердых полезных ископаемых при разработке глубоководных месторождений дна морей и океанов. Аннотированный обзор-указатель патентных документов ведущих развитых стран. ЦНИГРИ, М. 1989. 2. Methods and devices for the extraction of solid minerals in the development of deep-sea deposits of the bottom of the seas and oceans. Annotated review-index of patent documents of leading developed countries. TSNIGRI, M. 1989.
3. Заявка 3224542 ФРГ, МКИ Е 21 С 45/00, 1984. 3. Application 3224542 Germany, MKI E 21
4. Авт. св. СССР 1508650, МКИ Е 21 С 45/00, 1987. 4. Auth. St. USSR 1508650, MKI E 21
5. Средства разработки для подводной добычи полезных ископаемых. Обзорная информация. Серия: горное дело, транспорт. Под ред. С.Н. Кошколды. ВНИИПИ, М. 1989. 5. Development tools for underwater mining. Overview information. Series: mining, transport. Ed. S.N. Koshkoldy. VNIIIPI, M. 1989.
6. Добыча ЖМК. НТО кн. 1,2, П29615-118, НПО "Энергия", г. Калининград, М. О. 1990. 6. Production of the LMC. NTO book. 1.2, P29615-118, NPO Energia, Kaliningrad, M.O. 1990.
7. В. Е. Фертманн. Магнитные жидкости. Справочное пособие. Минск. "Вэшэйшая школа", 1988. 7. V.E. Fertmann. Magnetic fluids. Reference manual. Minsk. "High School", 1988.
8. Достижения в области получения и применения ферромагнитных жидкостей. ЦНИИ "Электроника". Сер. 6, "Материалы", вып. 7 (660), М. 1979. 8. Advances in the production and use of ferromagnetic fluids. Central Research Institute "Electronics". Ser. 6, Materials, no. 7 (660), M. 1979.
9. Н. П. Матусевич. Получение ферромагнитных жидкостей на воде. В сб. "Проблемы механики магнитных жидкостей". АН БССР. Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова. Минск. 1981, стр. 3-10. 9. N.P. Matusevich. Getting ferromagnetic fluids in water. On Sat "Problems of the mechanics of magnetic fluids." AN BSSR. Institute of heat and mass transfer. A.V. Lykova. Minsk. 1981, pp. 3-10.
10. С. Халафалла, Дж. Раймерз. Подготовка устойчивых к разбавлению водных магнитных жидкостей. Перевод ГПНТБ 76-1984. Дата выполнения перевода 10.08.85. 10. S. Halafall, J. Rymers. Preparation of dilution resistant aqueous magnetic fluids. Translation of GPNTB 76-1984. Date of transfer: 10.08.85.
11. Паспорт физико-химических испытаний морской воды Черного моря. НПО "Энергия", исх. 32/118 от 9.07.93. 11. Passport of physical and chemical testing of sea water of the Black Sea. NPO Energia, ref. 32/118 of July 9, 93.
12. Тоехиса Фудзита, Дзюнзо Симоидзака. Концентрирование водоосновных магнитных жидкостей. Статья из журнала "Нихон когаку кайси", 1984, стр. 879-884, ВЦП Л-44257, ГПНТБ 86/161. 12. Toyohisa Fujita, Junzo Shimozaka. Concentration of water-based magnetic fluids. Article from the journal "Nihon Kogaku Kaisi", 1984, pp. 879-884, VTsP L-44257,
13. Б.Я. Матыгулин. Расчет соленоида с заданным градиентом напряженности магнитного поля. В сб. "Физические свойства и гидродинамика дисперсных ферромагнетиков". АН СССР УНЦ, 1977. 13. B.Ya. Matygulin. Calculation of a solenoid with a given gradient of magnetic field strength. On Sat "Physical properties and hydrodynamics of dispersed ferromagnets." USSR Academy of Sciences UC, 1977.
14. Д. Б. Монтгомери. Получение сильных магнитных полей с помощью соленоидов. М. Мир, 1971. 14. D. B. Montgomery. Getting strong magnetic fields using solenoids. M. World, 1971.
15. С.И. Гаузнер, С.С. Кивилис, А.П. Осокина, А.Н. Павловский. Измерение массы, объема и плотности. Изд-во стандартов, М. 1972. 15. S.I. Gausner, S.S. Kivilis, A.P. Osokina, A.N. Pavlovsky. Measurement of mass, volume and density. Publishing House of Standards, M. 1972.
16. А. П.Коваленко. Магнитные системы управления космическими летательными аппаратами. М. Машиностроение, 1975. 16. A. P. Kovalenko. Magnetic spacecraft control systems. M. Engineering, 1975.
17. Б.В. Раушенбах, Е.Н. Токарь. Управление ориентацией космических аппаратов. М. Наука, 1974. 17. B.V. Rauschenbach, E.N. Turner. Spacecraft orientation control. M. Science, 1974.
18. В. С. Ковтун, В. М. Платонов. Силовое гпроскопическое устройство. Заявка на изобретение N 3084828 от 5.09.84, а.с. N 239194. 18. V. S. Kovtun, V. M. Platonov. Power gyroscopic device. Application for invention N 3084828 from 5.09.84, and.with. N, 239194.
19. А.С. Елисеев. Техника космических полетов. М. Машиностроение, 1983. 19. A.S. Eliseev. Space Flight Technique. M. Engineering, 1983.
20. Система управления бортовым комплексом. Пульты управления КА. ТОА51 ч. 10, НПО "Энергия", г. Калининград, М. О. 1986. 20. Onboard complex control system. Control panels KA.
21. Исследования и выбор рациональных вариантов глубоководного гидроподъема с использованием загрузочных аппаратов. Отчет по НИР. МГРИ им. С. Орджоникидзе, М. 1991. 21. Research and selection of rational options for deep-sea hydraulic lifting using loading apparatus. Research report. IGRI them. S. Ordzhonikidze, M. 1991.
Claims (23)
где g ускорение свободного падения у поверхности Земли, м/с2;
Kп1 коэффициент положительной плавучести осадочных пород в ФМЖОМВ;
ρоп - плотность осадочных пород, для которых выполняется условие Kп1ρоп < ρпи, кг/м3, где ρпи - плотность вещества полезного ископаемого, кг/м3;
ρж - плотность ФМЖОМВ, кг/м3,
а направление совпадает с направлением к месту выгрузки осадочных пород, выделение из эмульсии, образовавшейся в процессе приложения силы осадочных пород плотностью ρоп и их выгрузку осуществляют путем приложения к ней внешнего магнитного поля, величина напряженности которого определяется по выражению
где Pр рабочее давление выгрузки осадочных пород, Па;
μо = 4π • 10-7- магнитная проницаемость вакуума, Гн/м;
средняя равновесная намагниченность ФМЖОМВ, А/м,
причем в процессе выгрузки отделяют стабилизированную феррофазу, входящую в состав ФМЖОМВ, от осадочных пород, затем производят разделение полезных ископаемых и осадочных пород плотностью ρп > Kп2ρпи, где Kп2 коэффициент положительной плавучести полезных ископаемых в ФМЖОМВ, путем приложения к горным породам с помощью внешнего магнитного поля объемной магнитной силы н/м3, величина которой определяется по выражению
а направление совпадает с направлением к месту выгрузки полезных ископаемых, выделение полезных ископаемых из их смеси с ФМЖОМВ, а также их выгрузку осуществляют путем приложения к смеси внешнего магнитного поля, величина напряженности которого определяется по выражению
где Рс рабочее давление выгрузки полезных ископаемых, Па,
причем в процессе выгрузки отделяют стабилизированную феррофазу, входящую в состав ФМЖОМВ, от полезных ископаемых, а по окончанию выгрузки полезных ископаемых оставшиеся твердые осадочные породы выгружают с помощью сил тяжести, далее производят повторный цикл разработки горных пород вышеуказанным образом.1. A method of underwater development of deposits, including loading rocks together with sea water into a closed volume, mixing rocks and sea water, separating minerals and sedimentary rocks, unloading sedimentary rocks from the specified volume, unloading minerals into vehicles for subsequent lifting onto surface, characterized in that the rocks together with sea water are loaded into a closed volume filled with a dilution resistant and sedimentation stable ferromagnetic fluid On the basis of sea water (FMJOMW), magnetized to saturation while maintaining aggregate stability, the rocks are mixed with magnetized FMJOMW, the separation of minerals and sediment is carried out by applying volumetric magnetic force to the indicated mixture using an external magnetic field n / m 3 , the value of which is determined by the expression
where g is the acceleration of gravity at the Earth's surface, m / s 2 ;
K p1 coefficient of positive buoyancy of sedimentary rocks in FMZHOMV;
ρ op is the density of sedimentary rocks for which the condition K p1 ρ op <ρ pi , kg / m 3 is fulfilled, where ρ pi is the density of the mineral substance, kg / m 3 ;
ρ W - density FMZHOMV, kg / m 3 ,
and the direction coincides with the direction to the place of discharge of sedimentary rocks, the allocation of the emulsion formed during the application of force sedimentary rocks of density ρ op and their unloading is carried out by applying an external magnetic field to it, the magnitude of which is determined by the expression
where P p the working pressure of the discharge of sedimentary rocks, Pa;
μ about = 4π • 10 -7 is the magnetic permeability of the vacuum, GN / m;
average equilibrium magnetization FMZHOMV, A / m,
moreover, in the process of unloading, the stabilized ferrophase, which is part of the FMJWM, is separated from the sedimentary rocks, then the minerals and sedimentary rocks are separated by a density ρ p > K p2 ρ pi , where K p2 is the coefficient of positive buoyancy of minerals in the FMJWM by application to rocks using an external magnetic field of volumetric magnetic force n / m 3 , the value of which is determined by the expression
and the direction coincides with the direction to the place of unloading of minerals, the selection of minerals from their mixture with FMZHOMV, as well as their unloading is carried out by applying an external magnetic field to the mixture, the magnitude of which is determined by the expression
where P with the working pressure of the unloading of minerals, Pa,
moreover, in the process of unloading, the stabilized ferrophase, which is part of the FMHWM, is separated from minerals, and at the end of the unloading of minerals, the remaining solid sedimentary rocks are discharged using gravity, and then the rock development cycle is repeated in the above manner.
где P0 давление, необходимое для превращения липких осадочных пород в слаболипкие, Па,
в указанный замкнутый объем, занятый горными породами, при этом время приложения внешнего магнитного поля равняется времени превращения липких осадочных пород в слаболипкие.2. The method according to claim 1, characterized in that, in the presence of sticky sedimentary rocks, mixing in a closed volume is carried out by directional movement of the FMWHM using an external magnetic field, the intensity of which is determined by the expression
where P 0 is the pressure required to convert sticky sedimentary rocks into weakly sticky, Pa,
into the specified enclosed volume occupied by rocks, while the application of an external magnetic field is equal to the time of transformation of sticky sedimentary rocks into weakly sticky.
где Δρ - приращение плотности в i-м цикле, кг/м3,
а направление с направлением к месту выгрузки осадочных пород, при этом производят измерения в замкнутом объеме i-х стробирующих уменьшений плотности вещества эмульсии непосредственно над границей сепарации осадочных пород в моменты приложения сил либо увеличений плотности вещества смеси ρсi > ρс(i-1) в замкнутом объеме после приложения сил приложение сил Fм1i прекращают, если указанных изменений в плотности веществ не наблюдается, или в случае достижения значения ρпи - Δρ.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе выгрузки твердых осадочных пород с помощью сил тяжести отделяют от них стабилизированную феррофазу путем воздействия магнитным полем на смесь твердых осадочных пород в ФМЖОМВ замкнутого объема.3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the separation of sedimentary rocks and minerals is carried out by sequential application of the volume magnetic forces to the resulting mixture using an external magnetic field where i 0, 1, 2, the value of which is determined by the expression
where Δρ is the density increment in the i-th cycle, kg / m 3 ,
and the direction with the direction to the place of discharge of sedimentary rocks, while making measurements in a closed volume of i-gating decreases in the density of the emulsion substance directly above the separation boundary of sedimentary rocks at the moment of application of forces or increases in the density of the mixture substance ρ сi > ρ с (i-1) in a closed volume after application of forces the application of forces F m1i is stopped if the indicated changes in the density of substances are not observed, or if the value ρ pi - Δρ is reached.
4. The method according to claim 1, characterized in that in the process of unloading the solid sedimentary rocks by means of gravity, a stabilized ferrophase is separated from them by applying a magnetic field to the mixture of solid sedimentary rocks in a closed-volume solid-fossil fuels formation.
Hм ∩ Hj ∩ Hj+1 ∩ Hj+2 ... ∩ Hj+n ∩ Hк1,
где Нм область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля электромагнитного уловителя феррофазы в трубопроводе транспортировки отдельной феррофазы, А/м;
Hj,j+1, j+2, ..., j+n области распределения рабочих значений напряженности магнитных полей от j-х соленоидов транспортировки отделенной феррофазы в трубопроводе транспортировки отделенной феррофазы, А/м;
Нк область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля соленоида загрузки феррофазы в концентратор в трубопроводах транспортировки отдельной феррофазы, А/м,
кроме того, векторы напряженности магнитных полей, лежащие на оси каждого из указанных электромагнитов и соленоидов, направлены в сторону транспортировки отделенной феррофазы, устройство транспортировки сконцентрированной феррофазы содержит трубопровод, вход которого соединен с выходом концентратора феррофазы, на котором установлен соленоид концентрирования феррофазы, а выход с входом в бак-накопитель ФМЖОМВ, с установленным соленоидом загрузки сконцентрированной феррофазы, при этом в указанном трубопроводе установлены q-е соленоиды транспортировки сконцентрированной феррофазы, где q 1, 2, 3, m число указанных соленоидов, для которых выполняется условие
где HK2 область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля соленоида концентрирования феррофазы в трубопроводе транспортировки сконцентрированной феррофазы, А/м;
Hq,q+1, q+2, ..., q+m области распределения рабочих значений напряженности магнитных полей q-х соленоидов транспортировки сконцентрированной феррофазы в трубопроводе транспортировки сконцентрированной феррофазы, А/м;
Hz область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля соленоида загрузки сконцентрированной феррофазы в бак-накопитель ФМЖОМВ в трубопроводе транспортировки сконцентрированной феррофазы, А/м,
кроме того, векторы напряженности магнитных полей, лежащие на оси каждого из указанных соленоидов, направлены в сторону транспортировки сконцентрированной феррофазы, а устройство загрузки сконцентрированной феррофазы в бак-накопитель ФМЖОМВ, кроме указанного соленоида загрузки сконцентрированной феррофазы, содержит клапан загрузки сконцентрированной феррофазы, установленный на выходе трубопровода транспортировки сконцентрированной феррофазы, при этом оси указанного клапана и соленоида загрузки сконцентрированной феррофазы совпадают.22. Installation according to PP.9 11, 20 and 21, implementing the method according to PP.1 and 7, characterized in that each of the devices for collecting stabilized ferrophase from the paged rock is made in the form of a refrigerator, a device for separating the ferrophase from the paged rock, a separate transportation device ferrophase, ferrophase concentrator, concentrated ferrophase transport device and concentrated ferrophase loading device to the storage tank FMZHOMV, while the separated ferrophase transport device contains pipelines, cat inputs They are connected to the pipelines for pumping the device for separating the ferrophase from the paged rock, and the exits with the entrances to the ferrophase concentrator with the installed ferrophase loading solenoid, and in each pipeline the j-th solenoids of transporting the separated ferrophase are installed, where j 1, 2, 3, n are the number of indicated solenoids for which the condition
H m ∩ H j ∩ H j + 1 ∩ H j + 2 ... ∩ H j + n ∩ H k1 ,
where N m is the distribution area of the working values of the magnetic field strength of the electromagnetic trap of the ferrophase in the pipeline for transporting a separate ferrophase, A / m;
H j, j + 1, j + 2, ..., j + n the distribution area of the working values of the magnetic field strength from the j-th solenoids of transportation of the separated ferrophase in the pipeline of transportation of the separated ferrophase, A / m;
N to the distribution area of the working values of the magnetic field strength of the solenoid loading the ferrophase into the concentrator in the pipelines of transportation of a separate ferrophase, A / m,
in addition, the magnetic field vectors lying on the axis of each of these electromagnets and solenoids are directed towards the transportation of the separated ferrophase, the concentrated ferrophase transport device contains a pipeline, the input of which is connected to the output of the ferrophase concentrator, on which the ferrophase concentration solenoid is installed, and the output is the entrance to the storage tank FMZHOMV, with the installed solenoid loading concentrated ferrophase, while in the specified pipe installed q-th solenoid for transportation of concentrated ferrophase, where q 1, 2, 3, m is the number of the indicated solenoids for which the condition
where H K2 is the distribution area of the working values of the magnetic field strength of the solenoid for concentrating the ferrophase in the pipeline for transporting concentrated ferrophase, A / m;
H q, q + 1, q + 2, ..., q + m the distribution area of the working magnetic field strengths of the q-x solenoids of transportation of concentrated ferrophase in the pipeline of transportation of concentrated ferrophase, A / m;
H z the distribution area of the working values of the magnetic field strength of the solenoid loading concentrated ferrophase into the storage tank FMZHOMV in the pipeline transporting concentrated ferrophase, A / m,
in addition, the magnetic field vectors lying on the axis of each of these solenoids are directed towards the transportation of concentrated ferrophase, and the device for loading concentrated ferrophase into the storage tank FMZHOMV, in addition to the specified solenoid for loading concentrated ferrophase, contains a concentrated ferrophase loading valve installed at the outlet a concentrated ferrophase transport pipeline, wherein the axis of said valve and the concentrated ferrophase loading solenoid coincide give up.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95104635A RU2098628C1 (en) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | Method of underwater mining of mineral deposits and plant for its embodiment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95104635A RU2098628C1 (en) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | Method of underwater mining of mineral deposits and plant for its embodiment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95104635A RU95104635A (en) | 1996-12-20 |
RU2098628C1 true RU2098628C1 (en) | 1997-12-10 |
Family
ID=20166178
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95104635A RU2098628C1 (en) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | Method of underwater mining of mineral deposits and plant for its embodiment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2098628C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2643392C2 (en) * | 2013-07-12 | 2018-02-01 | Ихк Холланд Ие Б.В. | Method of vacuum riser line control |
RU2774768C1 (en) * | 2021-07-19 | 2022-06-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Method for transporting rock mass from a quarry |
-
1995
- 1995-03-28 RU RU95104635A patent/RU2098628C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
SU, авторское свидетельство, 1725596, кл. E 21 C 50/00, 1993. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2643392C2 (en) * | 2013-07-12 | 2018-02-01 | Ихк Холланд Ие Б.В. | Method of vacuum riser line control |
RU2774768C1 (en) * | 2021-07-19 | 2022-06-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Method for transporting rock mass from a quarry |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95104635A (en) | 1996-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104261492B (en) | Apparatus, System And Method For Remediation Of Contamination | |
WO2012115814A1 (en) | Magnetic colloid petroleum oil spill clean-up of ocean surface, depth, and shore regions | |
US10682590B2 (en) | Mixed density fluid separator | |
CN108975487A (en) | Water body purification robot | |
CN107097918A (en) | The underwater robot of source pollution control and the method for cleaning of contaminant deposition in the body of lake | |
US8753521B2 (en) | Offshore oil spill remediation and recovery system | |
RU2098628C1 (en) | Method of underwater mining of mineral deposits and plant for its embodiment | |
MX2013015210A (en) | Modular exploration and production system including an extended well testing service vessel. | |
US20120138539A1 (en) | Method and Apparatus For Extraction of Hydrocarbons From a Body of Water Using Recovery Particle Binding | |
JP6901188B2 (en) | Deep Sea Multimetal Nodule Mining Work System | |
CN207060361U (en) | The underwater robot of source pollution control in a kind of lake body | |
WO2000039031A1 (en) | Advanced treatment for produced water | |
CN111776152A (en) | Garbage cleaning device | |
GB2162880A (en) | Processing drilling fluid | |
CA2965727A1 (en) | Method for artificially eroding dammed bodies of water | |
US3950030A (en) | Underwater mining | |
Shah et al. | Autonomous robotic vehicle for oil spills cleaning with nano particles | |
Yaltanets et al. | Problems of Developing Solid Mineral Deposits on the Sea and Ocean Floor | |
JP6159301B2 (en) | Processing method of radioactive material | |
Berge et al. | On state-of-the-art and alternative energy-efficient lifting technologies for deep sea mining | |
DE3333156A1 (en) | MARITIME CONTROLLED STORAGE OF HARMFUL MATERIAL | |
Thodi et al. | Bubbler System Testing in Controlled Environment for Harsh Environment Oil Spill Recovery | |
Clark | The barged ocean disposal of wastes: A review of current practice and methods of evaluation | |
CN219657883U (en) | Autonomous intelligent monitoring system for sea water radionuclide | |
US20240102259A1 (en) | Autonomous water vessel with oil-water separator |