RU2221144C1

RU2221144C1 - Facility to develop concretions

Info

Publication number: RU2221144C1
Application number: RU2002114529/03A
Authority: RU
Inventors: В.Б. Добрецов; В.П. Докукин; Д.Н. Лигоцкий; А.Н. Глазов; Е.Б. Ергина; рова Н.А. Шмухл; Н.А. Шмухлярова
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (Технический университет)
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2004-01-10

Abstract

FIELD: development of concretions. SUBSTANCE: facility is designed for development of iron and manganese concretions, phosphorite concretions and similar deposits on sea shelf and deep-water deposits on ocean floor which are presented mainly by horizontal or slightly inclined low-thickness deposits which are located on floor surface with comparatively minor lowering (0,5-1,0) from its surface. Facility has suction dredge with suction and pressure branch pipes and pressure slurry feed line coupled to pressure branch pipe of suction dredge. Pressure slurry feed line is equipped with hydrocyclone with two outlet branch pipes, one of them is connected to hold of dredging craft and the other one enters clearance between protective enclosure terminated in unloading cantilever and pressure slurry feed line coming in the form of vertical pipe coupled by its upper part to hydrocyclone. Lower part of pipe is manufactured in the form of spiral from elastic material and its external side and bottom side are made up of separate longitudinal trapezoidal plates with major bases facing inwards of pressure slurry feed line and fixed by means of external clamps. Distances between separate plates inside spiral are smaller than size of concretions of commercial granulated composition. EFFECT: reduced energy consumption for entire technological cycle of excavation and beneficiation of concretions, improved ecological situation in zone of operation of facility. 5 dwg

Description

Устройство относится к области разработки месторождений железо-марганцевых конкреций (ЖМК) и фосфоритовых конкреций (ФК), а также подобных отложений шельфовых морей и отложений глубоководного дна океана, которые представлены в основном горизонтальными и слабонаклонными залежами малой мощности, располагающимися на поверхности дна со сравнительно небольшим заглублением (0,5-1,5 м) от уровня его поверхности. Преимущественной областью использования устройства являются месторождения железомарганцевых конкреций, а также фосфоритовых конкреций.The device relates to the field of development of deposits of iron-manganese nodules (LMF) and phosphorite nodules (FC), as well as similar deposits of shelf seas and deposits of the deep ocean floor, which are represented mainly by horizontal and slightly inclined deposits of low thickness, located on the bottom surface with a relatively small deepening (0.5-1.5 m) from the level of its surface. The primary field of use of the device is deposits of ferromanganese nodules, as well as phosphorite nodules.

Известно устройство для добычи конкреций с морского дна в виде самоходной тележки для сбора конкреций, включающее 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 с водой, выходящей из-под барабана-рыхлителя (патент РФ № 2112139, МКИ 7 Е 21 С 50/00, 1998).A device for the extraction of nodules from the seabed in the form of a self-propelled cart for collecting nodules, including a frame, a caterpillar track, an actuator in the form of a cultivating drum with cutters on its surface, a protective casing and a drive integrated into 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, the nozzle tip of the pressure pipe installed to trap the loose mass with water coming out from under the drum on-ripper (RF Patent № 2112139, IPC 7 E 21 C 50/00, 1998).

Недостатком устройства является сложная конструкция, значительные гидравлические потери в гибком трубопроводе при изменении его длины, сомнительность использования гусеничного хода ввиду крайне низкой несущей способности пород, вмещающих конкреции, необходимость выдачи наверх в добычное или транспортное судно всего объема горной массы - и конкреций, и вмещающих пород, нарушения экологии за счет взмучивания донных отложений при разработке с образованием облака взвеси значительных размеров.The disadvantage of this device is its complex design, significant hydraulic losses in the flexible pipe when its length changes, the doubtful use of the caterpillar track due to the extremely low bearing capacity of the rocks containing nodules, the need to issue the entire volume of rock mass - and nodules and containing rocks up to the production or transport vessel , environmental disturbances due to the stirring up of bottom sediments during development with the formation of a cloud of suspension of significant size.

Известно устройство для разработки конкреций, содержащее раму, смонтированный на ней исполнительный орган, привод и напорный пульповод и снабженное опорными лыжами, несущим поплавком, прикрепленным к верхней площадке рамы с исполнительным органом, выполненным в виде торцевой фрезы-рыхлителя с эвольвентными лопастями, расположенными между двумя дисками, причем нижний диск выполнен с прорезями, копирующими форму лопастей, и снабжен ножами, закрепленными на его внешней поверхности и косоустановленными в сторону вращения фрезы и примыкающими к внешней кривой прорезей, причем исполнительный орган посредством телескопических гидроцилиндров соединен с ведомой шестерней-столом, находящейся в зацеплении с ведущей шестерней и приводом (патент РФ № 2170823, МКИ 7 Е 21 С 50/00), принятое за прототип.A device for the development of nodules is known, comprising a frame, an actuator mounted on it, a drive and a pressure pulp line and equipped with supporting skis, a supporting float attached to the upper platform area with an actuator made in the form of an end mill-ripper with involute vanes located between two disks, and the lower disk is made with slots that copy the shape of the blades, and is equipped with knives mounted on its outer surface and oblique in the direction of rotation of the cutter and adjoin connecting to the external curve of the slots, and the executive body is connected via a telescopic hydraulic cylinder to a driven gear-table, meshed with the drive gear and the drive (RF patent No. 2170823, MKI 7 E 21 C 50/00), adopted as a prototype.

Недостатком устройства является необходимость выдачи на поверхность в технические плавсредства всего объема горной массы, а также сброс за борт воды (отделяемой из пульпы на поверхности), поднимаемой из донных ее слоев, имеющих пониженную температуру по сравнению с температурой поверхностных вод, что ведет к повышенным энергозатратам при транспортировке и последующем обогащении, к экологическим нарушениям при сбросе хвостов обогащения за борт, или размещении их на береговых площадях, а также разбавлении поверхностных вод глубинными с ухудшением среды обитания морских организмов этих горизонтов водной массы.The disadvantage of this device is the need to issue to the surface in technical watercrafts the entire volume of the rock mass, as well as discharge overboard of water (separated from the pulp on the surface), raised from its bottom layers, which have a lower temperature compared to the temperature of surface waters, which leads to increased energy consumption during transportation and subsequent enrichment, to environmental violations when dumping tailings overboard, or placing them on coastal areas, as well as dilution of surface water with deep deterioration of the habitat of marine organisms of these horizons of the water mass.

Задачей изобретения является обеспечение уменьшения энергозатрат на весь технологический цикл добычи и обогащения ЖМК при работе устройства в сложных горно-гидрогеологических условиях, улучшения экологической обстановки в зоне производства работ и выдачи на добычное судно или транспортные плавсредства преимущественно ЖМК или ФК с оставлением на дне большей части вмещающих пород и ЖМК некондиционного грансостава при максимально возможном выполнении требований экологии и рационального использования недр.The objective of the invention is to reduce energy consumption for the entire production cycle of the production and enrichment of the iron and steel works when the device is operating in difficult mining and hydrogeological conditions, improve the environmental situation in the production area and issue mainly the iron and steel works or production vessels to the mining vessel or transport vehicles, leaving most of the enclosing rocks and LMC substandard composition of the composition at the maximum possible compliance with environmental requirements and rational use of mineral resources.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для разработки конкреций, содержащем грунтозаборный орган, грунтовый насос со всасывающим и напорным патрубками и напорный пульповод, связанный с напорным патрубком грунтового насоса, в соответствии с изобретением напорный пульповод снабжен гидроциклоном с двумя выходными патрубками, один из которых соединен с трюмом добычного судна, а другой входит в зазор между защитным кожухом, оканчивающимся разгрузочной консолью и напорным пульповодом, выполненным в виде связанной с гидроциклоном в верхней части вертикальной трубы, которая в нижней части выполнена в виде спирали из эластичного материала, составленной по внешней боковой и донной сторонам из отдельных продольных трапециевидных пластин, обращенных большим основанием внутрь пульповода и скрепленных наружными скобами, а расстояния между отдельными пластинами внутри спирали меньше размера конкреций товарного грансостава.The problem is solved in that in the device for the development of nodules containing a soil intake organ, a soil pump with a suction and pressure pipes and a pressure pulp conduit connected with a pressure pipe of a soil pump, in accordance with the invention, the pressure pulp conduit is equipped with a hydrocyclone with two output pipes, one of which connected to the hold of the production vessel, and the other enters the gap between the protective casing ending with the unloading console and the pressure pulp conduit, made in the form of a hydrocyclone connected m in the upper part of the vertical pipe, which in the lower part is made in the form of a spiral of elastic material, composed on the outer side and bottom sides of separate longitudinal trapezoidal plates facing the large base into the slurry duct and fastened by external brackets, and the distances between the individual plates inside the spiral are less the size of nodules commodity composition.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан разрез фронтальной поверхности общего вида устройства для разработки конкреций, на фиг. 2 - поперечный разрез (по А-А) отдельного витка спиральной части напорного пульповода, на фиг. 3 - вид сбоку на отрезок витка спиральной части напорного пульповода со скобой крепления продольных пластин его сепарирующей части, на фиг.4 показана конструкция отдельных продольных пластин спирального напорного пульповода с одной из скоб крепления, а на фиг. 5 - общий вид добытой системы совместно с заявляемым устройством.The device is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a sectional view of a frontal surface of a general view of a nodule mining device; FIG. 2 is a transverse section (along A-A) of a separate coil of the spiral part of the pressure pulp duct, in FIG. 3 is a side view of a section of a coil of a spiral part of a pressure head pulp line with a mounting bracket for the longitudinal plates of its separating part, FIG. 4 shows a design of individual longitudinal plates of a spiral pressure head pulp line with one of the mounting brackets, and in FIG. 5 is a General view of the extracted system in conjunction with the inventive device.

Устройство для разработки конкреций включает (фиг.1) грунтозаборный орган 1 сепарирующего типа (например, по патенту РФ № 2170824), на котором установлен погружной центробежный грунтовый насос 2, сагрегированный с приводом (привод на фиг.1 не показан) со всасывающим 3 и напорным 4 патрубками, защитный кожух 5, ограждающий напорный пульповод, включающий спиральную часть 6, соединенную с напорным патрубком 4 грунтового насоса 2, и вертикальную трубу 7, соединенную с обезвоживающим гидроциклоном 8. Гидроциклон 8 выполнен с двумя выходными патрубками: разгрузочным 9 и патрубком 10 для удаления воды и мелких частиц, который входит в зазор между вертикальной трубой 7 напорного пульповода и защитным кожухом 5. Разгрузочный патрубок 9 соединен с трюмом добычного судна 11. Все устройство крепится на добычном судне 11. На грунтозаборном органе 1 (фиг. 5) расположено крепление 12 тяговой лебедки 13 передвижной донной якорной платформы 14 через тяговый канат 15. Защитный кожух 5 переходит в разгрузочную консоль 16 для удаления воды и мелких частиц во внутренний отвал 17. Добычное судно 11 заякорено по ходу его движения тросом 18.A device for the development of nodules includes (Fig. 1) a separating soil unit 1 (for example, according to RF patent No. 2170824), on which a submersible centrifugal soil pump 2 is mounted, aggregated with a drive (the drive in Fig. 1 is not shown) with a suction 3 and pressure 4 nozzles, a protective casing 5, enclosing the pressure pulp conduit, including a spiral part 6 connected to the pressure nozzle 4 of the soil pump 2, and a vertical pipe 7 connected to the dehydrating hydrocyclone 8. The hydrocyclone 8 is made with two outlet pipes: loading 9 and a pipe 10 for removing water and small particles, which enters the gap between the vertical pipe 7 of the pressure pulp duct and the protective cover 5. The discharge pipe 9 is connected to the hold of the production vessel 11. The whole device is mounted on the production vessel 11. On the soil collection organ 1 ( Fig. 5) the fastening 12 of the traction winch 13 of the mobile bottom anchor platform 14 is located through the traction rope 15. The protective casing 5 passes into the unloading console 16 to remove water and small particles into the internal dump 17. The production vessel 11 is anchored along its length izheniya cable 18.

Спиральная часть 6 трубопровода выполнена из эластичного материала и составлена по внешней боковой и донной сторонам из отдельных продольных пластин 19 (фиг.2-4) трапециевидной в сечении формы, обращенные большим основанием внутрь пульповода (фиг.4) его спиральной части 6 (фиг.1) через определенные промежутки (по прочностным характеристикам материала пульповода) скрепляются между собой наружными скобами 20 (фиг. 2, 3, 4) с соединительными, выступающими внутрь крепежными штырями 21. Расстояние между отдельными пластинами внутри спирали “ l ” выбирают меньше размера конкреций товарного грансостава.The spiral part 6 of the pipeline is made of elastic material and is composed on the outer side and bottom sides of separate longitudinal plates 19 (Figs. 2-4) of a trapezoidal cross-sectional shape, facing a large base into the pulp duct (Fig. 4) of its spiral part 6 (Fig. 1) at certain intervals (according to the strength characteristics of the material of the slurry conduit) are fastened together by external brackets 20 (Fig. 2, 3, 4) with connecting, protruding inwardly mounting pins 21. The distance between the individual plates inside the spiral “l” select are smaller than the nodules of commodity-graded.

Устройство работает следующим образом. С добычного судна 11 его опускают до уровня кровли конкрециеносной залежи (в транспортном положении оно располагается наклонно или горизонтально, как стрела с грунтозаборником обычного земснаряда) и при включенном грунтовом насосе 2 происходит его внедрение в россыпь на заданную глубину. Например, для условий месторождений ЖМК Балтийского моря продуктивный слой залежи на заглубленных участках, подлежащий выемке, составляет 8-10 см (при общей мощности залежи - 50 см). Затем осуществляется перемещение добычного судна 11 на тросе 18 (фиг.5) с синхронным подтягиванием всего устройства тяговой лебедкой 13 донной якорной платформы 14 при отработке полосы залежи ЖМК заданной ширины и мощности.The device operates as follows. From a production vessel 11, it is lowered to the roof level of a nodule deposit (in the transport position it is inclined or horizontal, like an arrow with a dredger of a conventional dredger) and when the soil pump 2 is turned on, it is introduced into the placer to a predetermined depth. For example, for the conditions of the deposits of the Baltic Sea Iron and Steel Works, the productive layer of the deposit in the in-depth areas to be excavated is 8-10 cm (with a total reservoir thickness of 50 cm). Then, the production vessel 11 is moved on the cable 18 (Fig. 5) with the synchronous pulling of the entire device by the traction winch 13 of the bottom anchor platform 14 when mining the strip of the ZhMK deposit of a given width and power.

Первоначально пульпа центробежным грунтовым насосом 2 (фиг.1) подается в спиральную часть 6 напорного пульповода. В нем за счет центробежных сил и сил гравитации происходит удаление некондиционных ЖМК и песчано-глинистых частиц вмещающих пород (отмывка ЖМК) через продольные промежутки шириной l (фиг.2, 4) спиральной части 6 напорного пульповода (фиг.1). Конструкция донной и боковой внешней части напорного пульповода в виде продольных пластин без поперечин (против обычной сетчатой конструкции) сводит к минимуму переизмельчение хрупких (100 кПа) ЖМК в процессе их транспортировки напорным потоком на добычное судно через обезвоживающий гидроциклон. Внешнее, на крепежных штырях 21 (фиг.4) расположение скрепляющих скоб 20 не нарушает гидродинамики процесса прохождения пульпы в спиральном пульповоде, а также не затрудняет удаление мелкой фракции из спирального пульповода. Трапециевидное сечение продольных пластин 19 предотвращает заклинивание между ними отдельных конкреций или частиц вмещающих пород, прошедших между пластинами.Initially, the pulp by a centrifugal soil pump 2 (figure 1) is fed into the spiral part 6 of the pressure pulp line. In it, due to centrifugal and gravitational forces, substandard LMF and sand-clay particles of the host rocks are removed (washing of LMF) through longitudinal gaps of width l (Fig. 2, 4) of the spiral part 6 of the pressure pulp duct (Fig. 1). The design of the bottom and side of the outer part of the pressure pulp duct in the form of longitudinal plates without cross members (against the usual mesh structure) minimizes the overgrowing of fragile (100 kPa) LMCs during their transportation by pressure flow to the production vessel through a dehydrating hydrocyclone. External, on the mounting pins 21 (figure 4) the location of the fastening brackets 20 does not violate the hydrodynamics of the process of passing the pulp in a spiral pulp duct, and also does not complicate the removal of small fractions from the spiral pulp duct. The trapezoidal section of the longitudinal plates 19 prevents the individual nodules or particles of the enclosing rocks that have passed between the plates from jamming.

Длина спиральной части 6 напорного пульповода рассчитывается так, чтобы при фактическом грансоставе ЖМК и вмещающих пород, а также их процентном содержании в процессе движения по нему пульпы происходило максимально возможное обогащение ЖМК. При этом спиральная часть 6 напорного пульповода выполняется из эластичного упругого материала, например полихлорвинила или винипласта, что позволяет спирали при работе несколько раздвигаться (фиг. 5 по сравнению с фиг. 1) и компенсировать (наряду с работой стандартных компенсаторов качки судна, через которые крепится к судну заявляемое устройство) вертикальные подвижки всей добычной системы с обеспечением достаточного качества отработки залежи ЖМК и сокращением потерь горной массы.The length of the spiral part 6 of the pressure pulp line is calculated so that, with the actual granular composition of the LMC and the host rocks, as well as their percentage during the movement of the pulp along it, the maximum possible enrichment of the LMC occurs. In this case, the spiral part 6 of the pressure pulp duct is made of an elastic elastic material, for example, polyvinyl chloride or vinyl plastic, which allows the spiral to expand somewhat during operation (Fig. 5 compared to Fig. 1) and compensate (along with the work of standard compensators for the pitching of the vessel, through which it is attached to the vessel the claimed device) vertical shifts of the entire production system to ensure sufficient quality mining of the MMF deposits and reduce rock mass loss.

Далее пульпа, содержащая в основном товарные ЖМК, подается (фиг.1) по вертикальной трубе 7 напорного пульповода и поступает в гидроциклон 8, где происходит обезвоживание ЖМК с подачей их через разгрузочный патрубок 9 в трюм добычного судна 11. Вода и отделенные частицы центробежным насосом и гидроциклоном 8 (на фиг. 1, 5 не показан) нагнетается в вертикальную цилиндрическую часть защитного кожуха 5 через патрубок 10.Next, the pulp, containing mainly commercial FMC, is fed (Fig. 1) through a vertical pipe 7 of the pressure pulp and enters a hydrocyclone 8, where the PMC is dehydrated and fed through the discharge pipe 9 into the hold of a production vessel 11. Water and separated particles by a centrifugal pump and hydrocyclone 8 (not shown in FIGS. 1, 5) is pumped into the vertical cylindrical part of the protective casing 5 through the pipe 10.

Таким образом, и мелкие фракции, выделенные из потока пульпы в спиральной части 6 напорного пульповода (фиг.1), и мелкие илистые фракции, выделенные в гидроциклоне 8, подаются через разгрузочную консоль 16 во внутренний отвал 17 - выработанное пространство подводного карьера.Thus, both the fine fractions extracted from the pulp stream in the spiral part 6 of the pressure pulp conduit (Fig. 1) and the fine silt fractions isolated in the hydrocyclone 8 are fed through the unloading console 16 to the internal dump 17 - the mined-out space of the underwater quarry.

При эксплуатации предлагаемого устройства за счет конструкции напорного спирального пульповода круглого сечения с щелевыми боковой (внешней) и донной стенками выше уровня водоема поднимается и затем перегружается в трюм добычного судна преимущественно полезное ископаемое - ЖМК заданного грансостава, а большая часть вмещающих пород и мелкие фракции ЖМК выделяются на стадии транспортирования пульпы по спиральной части напорного пульповода и окончательно удаляются в обезвоживающем гидроциклоне, причем все отходы поступают во внутренний отвал, двигаясь внутри защитного кожуха, что обеспечивает минимальное загрязнение водных масс вокруг предлагаемого устройства и исключение попадания в верхние слои воды объемов нижних слоев с пониженной температурой, что предотвращает нарушение нормальной жизнедеятельности организмов верхней зоны водоемов.During the operation of the proposed device due to the construction of a pressure head spiral slurry conduit of circular cross section with slotted lateral (external) and bottom walls above the reservoir level, mainly minerals — LMCs of a given granular composition — rise and then reload into the hold of a mining vessel, and most of the host rocks and small fractions of LMCs are emitted at the stage of transporting the pulp along the spiral part of the pressure pulp conduit and finally removed in a dehydrating hydrocyclone, and all waste goes into the internal dump, moving inside the protective casing, which ensures minimal contamination of the water masses around the proposed device and the exclusion of the lower layers from the lower layers with a lower temperature falling into the upper layers of the water, which prevents the disturbance of the normal functioning of the organisms of the upper zone of water bodies.

Claims

A device for the development of nodules, containing a soil intake organ, a soil pump with a suction and pressure pipes and a pressure pulp conduit connected to a pressure pipe of a soil pump, characterized in that the pressure pulp conduit of the device is equipped with a hydrocyclone with two outlet pipes, one of which is connected to the hold of a production vessel, and the other enters the gap between the protective casing ending with the unloading console and the pressure pulp conduit made in the form of a pipe connected with a hydrocyclone in the upper part of the vertical pipe, which in the lower part is made in the form of a spiral of elastic material, composed on the outer side and bottom sides of separate longitudinal trapezoidal plates facing a large base into the pulp duct, and fastened by external brackets, and the distances between the individual plates inside the spiral are less than the size of the nodules of the commodity composition.