RU2170824C2

RU2170824C2 - Device for concretion mining

Info

Publication number: RU2170824C2
Application number: RU2000115780A
Authority: RU
Inventors: В.Б. Добрецов; К.Г. Асатур; Д.Н. Лигоцкий; В.А. Кулындышев; Д.Б. Мареев; А.Б. Федотов
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (Технический университет)
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2001-07-20

Abstract

FIELD: mining of ferro- manganese and phosphorite concretions and similar depositions of shelf seas and deep ocean bottoms presented, mainly, by horizontal and slightly inclined thin depositions located on bottom surface with minor deepening (up to 0.5-1.0 m) from their surface level. SUBSTANCE: preferable field of device application are deposits of phosphorite and ferro-manganese concretions and also placers of shelf and slightly consolidated thin depositions of deep bottoms. Device has frame actuating member with drive, suction dredge with suction and pressure pulp liners; carrying displacement floats with supporting skids extensible by means of telescopic hydraulic cylinders; bin with inclined bar screen. Actuating member is made in form of multibucket chain whose bucket length exceeds bucket height by a factor of 5. Bottom of each bucket is made of separate plates of sickle-shaped and triangular in section with triangle base facing bottom internal surface of bucket and accumulating bin with inclined bar screen. Distance between separate plates of bucket bottom corresponds to minimal sizes of concretions of commercial ore, and distance between plates of inclined screen corresponds to maximum concretion sizes. In operation of device, delivered to surface are concretions with preset minimum and maximum sizes (commercial ore) and negligible contamination with enclosing rocks, and minimal disturbance of ecological equilibrium in point of performance of mining operations due to formation of suspension cloud insignificant in parameters. EFFECT: higher efficiency. 7 dwg

Description

Устройство относится к области добычи железомарганцевых и фосфоритовых конкреций и подобных отложений шельфовых морей и глубоководного дна океана, которые представлены в основном горизонтальными и слабонаклонными залежами малой мощности, располагающимися на поверхности дна с небольшим заглублением (до 0,5-1,5 м) от уровня его поверхности. Преимущественной областью использования устройства являются месторождения фосфоритовых и железомарганцевых конкреций, а также россыпные месторождения шельфа и малоуплотненные осадки глубоководного дна небольшой мощности. The device relates to the field of extraction of ferromanganese and phosphorite nodules and similar deposits of shelf seas and the deep ocean floor, which are represented mainly by horizontal and slightly inclined deposits of low power, located on the bottom surface with a small depth (up to 0.5-1.5 m) from the level its surface. The preferred areas of use for the device are deposits of phosphorite and ferromanganese nodules, as well as alluvial deposits of the shelf and low-density sediments of a deep-water bottom of small thickness.

Известно устройство для добычи конкреций с морского дна, включающее буксируемый по дну с помощью каната рабочий орган, скрепленный канатом через скобы, шарнирно установленные на боковых стенках рабочего органа, выполненного в виде накопительной емкости с размещенными на ней породозахватными элементами. При этом породозахватные элементы выполнены в виде ковшей, а накопительная емкость выполнена из барабана, на обечайке которого выполнены отверстия, над которыми жестко установлены ковши из заслонок с эластичными шторками, шарнирно установленными под отверстиями с возможностью поворота их в верхнем положении барабана, при этом шарниры скоб расположены по центру боковых сторон барабана (патент РФ N 2007573, 5 E 21 C 50/00, аналог). A device for the extraction of nodules from the seabed, including towed along the bottom using a rope, a working body fastened by a rope through the brackets, pivotally mounted on the side walls of the working body, made in the form of a storage tank with rock-capturing elements placed on it. In this case, the rock capture elements are made in the form of buckets, and the storage tank is made of a drum, on the side of which holes are made, over which buckets are made of shutters with elastic shutters, pivotally mounted under the holes with the possibility of turning them in the upper position of the drum, while the hinges are brackets located in the center of the sides of the drum (RF patent N 2007573, 5 E 21 C 50/00, analogue).

Недостатками устройства являются сложность конструкции, почти неизбежное заглубление в малосвязанные донные отложения, содержащие конкреции, нерегулируемый срез конкреционного слоя по его мощности, а также серьезные нарушения экологического равновесия вследствие практически неизбежного образования облака взвеси в процессе работы устройства при грунтозаборе и при перемещении добытой горной массы, вмещающие породы которой представлены в основном илистыми частицами (пелиты, разжиженные алевролиты, сапропели и т.п. ). The disadvantages of the device are the design complexity, the almost inevitable burial in loosely connected bottom sediments containing nodules, an unregulated section of the nodule layer in terms of its thickness, and serious disturbances in ecological balance due to the almost inevitable formation of a suspension cloud during the device’s operation during soil extraction and during the movement of mined rock mass, the enclosing rocks of which are mainly represented by silty particles (pelites, liquefied siltstones, sapropels, etc.).

Известно устройство в виде самоходной тележки для отбора конкреций в условиях дна Мирового океана, включающей раму, гусеничный ход, исполнительный орган в виде барабана-рыхлителя с резцами на его поверхности, защитный кожух и встроенный в него привод в виде работающей на воде многоступенчатой прямоточной гидротурбины, питание которой осуществляется по гибкому трубопроводу от насоса, расположенного вне тележки, наконечник-сопло напорного трубопровода, установленный для улавливания разрыхленной массы в смеси с водой, выходящей из-под барабана-рыхлителя (патент РФ N 2112139, E 21 C 50/00, 1988 г., прототип). A device in the form of a self-propelled trolley for selecting nodules in the conditions of the bottom of the oceans, including a frame, a caterpillar track, an actuator in the form of a ripper drum with cutters on its surface, a protective casing and an integrated drive in it in the form of a multi-stage ram turbine working on water, the power of which is carried out through a flexible pipe from a pump located outside the truck, a nozzle-nozzle of a pressure pipe installed to trap the loose mass in a mixture with water coming out from under the ba raban-ripper (RF patent N 2112139, E 21 C 50/00, 1988, prototype).

Недостатками устройства являются сложная конструкция, значительные гидравлические потери в гибком трубопроводе при изменении его длины, валовая выемка конкреций всех размеров, а также крупных попутных включений, сомнительность успешного использования гусеничного хода ввиду крайне низкой несущей способности пород, вмещающих конкреции, а также неизбежное возникновение, в связи с этим облака взвеси, в значительной степени и на длительное время нарушающего экологию, что недопустимо. The disadvantages of the device are its complex design, significant hydraulic losses in the flexible pipeline when its length changes, the gross excavation of nodules of all sizes, as well as large associated inclusions, the doubtfulness of the successful use of the caterpillar track due to the extremely low bearing capacity of the rocks containing nodules, as well as the inevitable occurrence, in In connection with this, the clouds are suspended, to a large extent, and for a long time violating the environment, which is unacceptable.

Задачей изобретения является обеспечение его устойчивой работы в сложных горно-гидро-геологических условиях и извлечение конкреций заданного гранулометрического состава с минимальными нарушениями состояния донных отложений при выполнении основных требований экологии и рационального использования недр. The objective of the invention is to ensure its stable operation in difficult mining and hydro-geological conditions and the extraction of nodules of a given particle size distribution with minimal disturbances in the state of bottom sediments when the basic environmental requirements and rational use of mineral resources are met.

Поставленная задача решается тем, что устройство для разработки конкреций, содержащее раму, исполнительный орган с приводом, грунтовый насос со всасывающим и напорным пульповодами, характеризуется тем, что оно снабжено несущими водоизмещающими поплавками с выдвигающимися посредством телескопических гидроцилиндров опорными лыжами, бункером с наклонным колосниковым грохотом, а исполнительный орган выполнен в виде многочерпаковой цепи, черпаки которой имеют длину B>5H, где H - высота черпака, а дно каждого черпака выполнено из отдельных пластин серповидной формы треугольного сечения с основанием треугольника, обращенным к внутренней поверхности дна черпака, при этом расстояния между отдельными пластинами дна черпаков соответствуют минимальным размерам конкреций товарной руды, а расстояния между пластинами наклонного грохота - максимальным их размерам. The problem is solved in that the device for the development of nodules, containing a frame, an actuator with a drive, a soil pump with suction and pressure slurry pipelines, is characterized in that it is equipped with load-bearing displacement floats with supporting skis extendable by telescopic hydraulic cylinders, a hopper with an inclined grate screen, and the executive body is made in the form of a multi-chain chain, the scoops of which have a length B> 5H, where H is the height of the scoop, and the bottom of each scoop is made of separate pl crescent-shaped astin of a triangular section with the base of the triangle facing the inner surface of the bottom of the scoop, while the distances between the individual plates of the bottom of the scoops correspond to the minimum sizes of nodules of salable ore, and the distances between the plates of the inclined screen to their maximum sizes.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан разрез фронтальной проекции общего вида устройства для разработки конкреций (без несущего водоизмещающего поплавка), на фиг. 2 - устройство в плане, на фиг. 3 показан отдельный черпак многочерпаковой цепи устройства, на фиг. 4 - разрез черпака по А-А между отдельными пластинами его дна, на фиг. 5 - поперечное сечение отдельных пластин черпака (по Б-Б на фиг. 4), на фиг. 6 - вид устройства сбоку с несущими водоизмещающими поплавками и лыжами, на фиг. 7 - вид устройства в плане. The device is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a sectional front view of a general view of a device for developing nodules (without a supporting displacement float), FIG. 2 - the device in plan, in FIG. 3 shows a separate scoop of the multi-case circuit of the device, FIG. 4 is a sectional view of the scoop along AA between the individual plates of its bottom; FIG. 5 is a cross section of individual scoop plates (according to BB in FIG. 4), in FIG. 6 is a side view of the device with supporting displacement floats and skis, FIG. 7 is a plan view of the device.

Устройство содержит раму-корпус 1 (фиг. 1), на котором смонтированы исполнительный орган в виде многочерпаковой цепи 2 (привод не показан), приемный бункер 3, наклонный колосниковый грохот 4, закрывающий бункер 3 с верху и всасывающий патрубок 5 грунтового насоса, например, эрлифта (как не нарушающего целостности добытых конкреций при их подъеме на судно или баржу). The device comprises a frame-case 1 (Fig. 1), on which an actuator is mounted in the form of a multi-chain chain 2 (drive not shown), a receiving hopper 3, an inclined grate grating 4, closing the hopper 3 from the top and a suction pipe 5 of a soil pump, for example , airlift (as not violating the integrity of mined nodules when lifting them onto a ship or barge).

Каждый отдельный черпак 6 исполнительного органа 2 имеет длину B (фиг. 3), более чем в 5 раз превышающую высоту H на фиг. 4, т.е. В>5H, что обеспечивает разработку конкреций (в плане) широкой полосой (заходкой). Кроме этого дно каждого черпака выполнено из отдельных пластин 7, серповидной формы с расстоянием между ними l (фиг. 3, 5), в виде гребенки (фиг. 4, разрез по А-А). Каждая полоса дна черпака в сечении имеет вид треугольника (фиг. 5, сечение по Б-Б несколько увеличено), а расстояние между основаниями этих треугольников l позволяет проходить минимальным кускам (несколько более) товарной руды. Например, для железомарганцевых конкреций месторождений Балтийского моря этот размер составляет 5 мм. Боковые стенки 8 и задняя стенка 9 ковша (фиг. 3) выполнены сплошными. Each individual scoop 6 of the actuator 2 has a length B (FIG. 3) that is more than 5 times the height H in FIG. 4, i.e. At> 5H, which ensures the development of nodules (in terms of) a wide band (entry). In addition, the bottom of each scoop is made of separate plates 7, sickle-shaped with a distance between them l (Fig. 3, 5), in the form of a comb (Fig. 4, section A-A). Each strip of the bottom of the ladle in the cross section has the form of a triangle (Fig. 5, the cross-section along BB is slightly increased), and the distance between the bases of these triangles l allows the passage of minimal pieces (several more) of commodity ore. For example, for ferromanganese nodules in the Baltic Sea deposits, this size is 5 mm. The side walls 8 and the rear wall 9 of the bucket (Fig. 3) are solid.

Все устройство закреплено на несущих водоизмещающих поплавках 10, обеспечивающих минимальную отрицательную плавучесть (минимальные нагрузки на грунт залежи, обладающей пониженной несущей способностью), и снабжено механизмом 11 для зацепления с тросом буксирования. The whole device is mounted on load-bearing displacement floats 10, providing minimal negative buoyancy (minimum load on the soil deposits with reduced bearing capacity), and is equipped with a mechanism 11 for engagement with a towing cable.

Каждый поплавок 10 имеет плоскую, закругленную с концов лыжу 12 на телескопических цилиндрах 13, что обеспечивает горизонтальное перемещение всего устройства при работе, когда при разработке отдельной заходки одна из лыж должна выдвигаться вниз на величину, равную мощности срезаемого грунтозаборным устройством слоя залежи и перемещаться по кровле подстилающих конкрециеносный слой пород, а другая лыжа перемещаться по поверхности залежи (ступенчатая конфигурация забоя в разрезе). Each float 10 has a flat, rounded at the ends ski 12 on telescopic cylinders 13, which ensures horizontal movement of the entire device during operation, when, when developing a separate approach, one of the skis must extend downward by an amount equal to the thickness of the reservoir layer cut by the soil intake device and move along the roof underlying bedrock of rock, and another ski to move along the surface of the reservoir (stepwise configuration of the face in the section).

Пластины 14 наклонного колосникового грохота 4 расположены одна под другой на расстоянии L, соответствующим максимальному значению товарной руды (для условий месторождений Финского залива это 30 мм). The plates 14 of the inclined grate screen 4 are located one below the other at a distance L corresponding to the maximum value of marketable ore (for the conditions of the Gulf of Finland deposits it is 30 mm).

Устройство работает следующим образом. С судна обеспечения его спускают до кровли конкреционной залежи, нижние черпаки 6 устройства внедряются в залежь под собственным весом устройства (при необходимости плавучесть устройства отрицательная, может быть несколько увеличена за счет работы водоизмещающих поплавков) и черпаковая цепь 2 приводится в движение с одновременным подтягиванием всего устройства (например, при движении буксировочного судна) и отработкой полосы залежи заданной ширины и мощности. The device operates as follows. From the support vessel it is lowered to the roof of the nodule deposit, the lower scoops of the device 6 are introduced into the deposit under the device’s own weight (if necessary, the buoyancy of the device is negative, it can be slightly increased due to the work of displacement floats) and the scoop chain 2 is set in motion with simultaneous pulling of the whole device (for example, when moving a towing vessel) and mining a strip of a deposit of a given width and power.

За счет формы днища черпака 6 в виде серповидной гребенки осуществляется выемка из разрабатываемого слоя залежи конкреций минимального заданного размера (для условий месторождений конкреций Балтийского моря, например, товарная руда имеет размеры от 5 до 30 мм, и это составляет примерно 45% объема одного кубометра горной массы залежи. Конкреции меньшего значения, не представляющие интереса в качестве товарной руды, проходят через щели днища ковша 6 (фиг. 3) между отдельными пластинами, и за счет формы поперечного сечения пластин в виде опрокинутых треугольников (фиг. 3) исключается заклинивание между пластинами отдельных конкреций. Большая часть илистых и рыхлых, вмещающих конкреции пород (пелиты, разжиженные алевролиты, сапропели и пр.) проходит между пластинами днища каждого черпака и вместе с другими частицами меньше заданного размера остается в теле залежи. Due to the shape of the bottom of the scoop 6 in the form of a crescent-shaped comb, a minimum specified size is excavated from the developed layer of nodule deposits (for conditions of nodule deposits in the Baltic Sea, for example, commodity ore has sizes from 5 to 30 mm, and this is approximately 45% of the volume of one cubic meter of mountain The nodules of smaller value, which are not of interest as a commodity ore, pass through the slots of the bottom of the bucket 6 (Fig. 3) between the individual plates, and due to the cross-sectional shape of the plates in the form of tilting jamming between the plates of individual nodules is eliminated.Most of the silty and friable, containing nodules rocks (pelites, liquefied siltstones, sapropels, etc.) pass between the plates of the bottom of each scoop and, together with other particles, remain smaller than the specified size in body deposits.

Таким образом на наклонный колосниковый грохот 4 подается в основном твердая горная масса от минимальных заданных размеров отдельных частиц и более (крупные сростки, обломки других пород и т.п.), поскольку расстояния между отдельными пластинами наклонного колосникового грохота 4 (L на фиг. 2) составляют несколько более максимального размера товарной руды (как отмечалось ранее для условий месторождений Балтийского моря -30 мм), то в накопительный бункер 3 (фиг. 2) поступают конкреции с заданными размерами, определяющими товарную руду. Более крупные включения скатываются по наклонной плоскости грохота 4 позади устройства для разработки конкреций и укладываются во внутренний отвал - выработанное пространство подводного карьера. Thus, mainly solid rock mass from the minimum specified sizes of individual particles and more (large splices, fragments of other rocks, etc.) is fed to the inclined grate screen 4 (since the distances between the individual plates of the inclined grate screen 4 (L in Fig. 2 ) amount to slightly more than the maximum size of marketable ore (as noted earlier for the conditions of the Baltic Sea deposits of -30 mm), then nodules with given sizes defining marketable ore enter the storage bin 3 (Fig. 2). Larger inclusions roll along the inclined plane of the screen 4 behind the device for the development of nodules and fit into the internal dump - the developed space of the underwater quarry.

Товарная руда из бункера 3 по всасывающему патрубку 5 насосом (на фиг. 1 и далее - не показан) подается на судно, баржу или другую накопительную емкость надводного расположения. Commodity ore from the hopper 3 through the suction pipe 5 by a pump (not shown in Fig. 1 and further) is fed to a ship, barge or other surface storage tank.

При эксплуатации предлагаемого устройства из тела подводной залежи извлекаются преимущественно конкреции заданного размера с оставлением на месте большей части вмещающих пород, за счет несущих водоизмещающих поплавков исключается нежелательное внедрение устройства в тело разрабатываемой залежи с малыми несущими характеристиками, обеспечивается выдача на поверхность конкреций с заданными максимальными и минимальными размерами (товарная руда) и незначительным засорением вмещающими породами, минимально нарушается экологическое равновесие в месте производства работ за счет образования незначительного по параметрам облака взвеси. During the operation of the proposed device, mainly nodules of a given size are removed from the body of the underwater deposit, leaving most of the host rocks in place, due to the bearing displacement floats, undesirable introduction of the device into the body of the developed deposit with small load-bearing characteristics is eliminated, and nodules are delivered to the surface with specified maximum and minimum dimensions (salable ore) and slight contamination of the host rocks, the ecological balance at the place of work due to the formation of a suspension of insignificant cloud parameters.

Claims

A device for the development of nodules, containing a frame, an actuator with a drive, a soil pump with suction and pressure slurry ducts, characterized in that it is equipped with load-bearing displacement floats with supporting skis extended by telescopic hydraulic cylinders, a hopper with an inclined grate screen, and the actuator is made in the form a multi-pack chain, the scoops of which have a length B> 5H, where H is the height of the scoop, and the bottom of each scoop is made of individual sickle-shaped plates of triangular shape cross-section with the base of the triangle facing the inner surface of the bottom of the scoop, and the distances between the individual plates of the bottom of the scoop correspond to the minimum sizes of salable ore nodules, and the distances between the plates of the inclined screen to their maximum sizes.