Способ добычи железомарганцевых конкреций и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для добычи твердых полезных ископаемых со дна океана. Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно на железомарганцевые конкреции с илом, находящиеся на лотке, воздействуют струями жидкости, направленными со стороны грузонесущей поверхности лотка. Для чего вибролот выполнен с коническими отверстиями, оси которых расположены под острым углом к грузонесущей поверхности в сторону транспортирования конкреций. 2 с. и 1 з.п. ф-лы. 3 ил.

Изобретения относятся к горной промышленности и могут быть использованы для добычи твердых полезных ископаемых со дна водоемов.

Известен способ добычи железомарганцевых конкреций (ЖМК) со дна океана, включающий подачу конкреций на режущую пластину рабочего органа путем пластины в слой дна океана и перемещение рабочего органа по дну, размыв и транспортирование конкреции и ила струями жидкости в камеру сбора [1] Недостатком известного способа добычи ЖМК является низкая эффективность размыва и транспортирования конкреций и ила струями жидкости, для повышения которой необходимо создавать струи со значительными энергиями истечения жидкости. При этом размыв ила струями большой интенсивности приводит к разносу донного ила на значительные расстояния от зоны сбора, что отрицательно влияет на состояние окружающей среды.

Прототипом заявленного способа добычи железомарганцевых конкреций является способ добычи ЖМК со дна океана, который реализован в устройстве для добычи конкреций [2] являющимся также прототипом устройства для осуществления заявленного способа добычи. Способ [2] включает подачу железомарганцевых конкреций с илом на лоток путем заглубления носка лотка рабочего органа в слой дна океана и перемещении рабочего органа по дну, отделении железомарганцевых конкреций от ила и транспортирования их с помощью вибрации лотка.

Устройство, принятое за прототип, содержит рабочий орган, выполненный в виде лотка с вибровозбудителем, закрепленным упругими связями, с рамой [2] Недостатком известных способа добычи железомарганцевых конкреций со дна океана и устройства для его осуществления является недостаточно высокая производительность добычи, обусловленная недостаточной интенсивностью отделения конкреций от ила, поступающего на лоток совместно с ЖМК, и снижением тем самым скорости вибротранспортирования конкреций.

Целью изобретения является повышение производительности добычи за счет увеличения интенсивности отделения конкреций от ила и скорости вибротранспортирования.

Поставленная цель достигается тем, что в способе добычи железомарганцевых конкреций со дна океана на вибрирующий лоток с железомарганцевыми конкрециями и илом при движении лотка в направлении, противоположном направлению вибротранспортирования, воздействуют струями жидкости со стороны грузонесущей поверхности лотка.

Воздействие струями жидкости могут осуществлять под острым углом к грузонесущей поверхности лотка в направлении вибротранспортирования конкреций.

При заглублении носка вибрирующего лотка рабочего органа в слой донного ила и его перемещении вдоль дна, на вибролоток совместно с ЖМК поступает донный ил. Под действием вибрации ЖМК отделяются от ила и вибротранспортируются по лотку. В отличие от ЖМК, донные илы практически не вовлекаются в вибротранспортирование, а размываются потоками жидкости, возникшими вследствие колебаний лотка и движения рабочего органа. Отсутствие вибротранспортирования донных илов вызвано несопоставимо большей по сравнению с конкрециями площадью удельной свободной поверхности частичек ила. Поэтому определяющее влияние на движение частичек ила оказывают силы гидродинамического сопротивления жидкости, возникающие вследствие колебаний лотка и движения рабочего органа, которые на транспортирование конкреций по сравнению с вибрационными силами влияют значительно меньше.

Поступая на вибролоток, ЖМК находятся в донном иле, обладающем плохими вибротраспортабельными свойствами, поэтому скорость вибротранспортирования конкреций зависит от интенсивности отделения ЖМК от ила. Следовательно, производительность добычи ЖМК также ограничена интенсивностью отделения конкреций от ила. При недостаточной интенсивности отделения вибролоток переполняется илом, что приводит к прекращению процесса сбора ЖМК и необходимости снижения скорости перемещения рабочего органа вдоль дна.

Воздействие на конкреции и ил струями жидкости, направленными со стороны грузонесущей поверхности лотка, позволяет увеличить интенсивность размыва ила и отделения конкреций, что повышает скорость их вибротранспортирования.

Воздействие на конкреции и ил струями жидкости при движении лотка в направлении, противоположном направлению вибротранспортирования, вызвано необходимостью передачи скорости конкрециям со стороны грузонесущей поверхности лотка.

Наклон струй жидкости к грузонесущей поверхности лотка обеспечивает воздействие струй на ЖМК в направлении вибротранспортирования, что также повышает скорость их движения.

В устройстве для осуществления способа добычи ЖМК со дна океана, содержащем рабочий орган, выполненный в виде лотка с вибровозбудителем, закрепленного на раме рабочего органа посредством упругих связей, новым является то, что грузонесущая поверхность лотка выполнена с коническими отверстиями, оси которых расположены под острым углом к грузонесущей поверхности лотка в направлении транспортирования конкреций, при этом меньший диаметр конического отверстия расположен со стороны грузонесущей поверхности лотка.

Конические отверстия, выполненные в грузонесущей поверхности лотка, оказывают значительно большее сопротивление протеканию жидкости в направлении расширения, чем в направлении сужения отверстий. Благодаря этому, при сообщении лотку вибраций, вектор направления которых расположен под углом к грузонесущей поверхности лотка, при перемещении лотка в направлении, противоположном направлению вибротранспортирования, из узкого выхода отверстий вырываются затопленные струи жидкости, направленные в сторону вибротранспортирования конкреций. Струи воздействуют на конкреции в направлении их вибротранспортирования, вызывают интенсивное отделение ЖМК от ила, увеличивая при этом скорость их движения.

При движении лотка в обратном направлении затопленные струи жидкости над лотком не возникают, что способствует передаче скорости конкрециям со стороны грузонесущей поверхности лотка.

Скорость истечения затопленных струй зависит от параметров режима вибраций лотка, угла наклона осей симметрии отверстий к грузонесущей поверхности лотка и геометрических параметров самих конусных отверстий. Максимальная эффективность воздействия затопленных струй жидкости на конкреции и ил будет при совпадении угла наклона осей симметрии отверстий и угла направления колебаний лотка. При этом обеспечивается минимальное сопротивление истечению затопленных струй из отверстий.

По мере удаления от поверхности лотка затопленные струи постепенно расширяются и теряют скорость. Затухание энергии струй благоприятно сказывается на состоянии окружающей среды, т.к. не способствует распространению ила на значительные расстояния от зоны добычи.2 На фиг. 1 изображено устройство для осуществления способа добычи ЖМК со дна океана, вид в плане; на фиг. 2 то же, вид сбоку; на фиг. 3 вид 1 на фиг. 2.

Способ добычи ЖМК может быть осуществлен при помощи устройства, содержащего рабочий орган, выполненный в виде лотка 1 с вибровозбудителем 2 и закрепленный на раме 3 рабочего органа посредством упругих связей 4. В грузонесущей поверхности лотка 1 выполнены конические отверстия 5, оси которых наклонены под углом ϕ к грузонесущей поверхности лотка. Рама рабочего органа закреплена на опорной платформе (на рис. не показана), конструкция которой позволяет изменять глубину заглубления носка лотка 2 в слой донного ила 6 и перемещать рабочий орган вдоль дна, на поверхности которого находится конкреция 7.

Устройство работает следующим образом.

При перемешивании рабочего органа вдоль дна океана и заглублении носка вибрирующего под углом b лотка 1 в слой донного ила 6, ЖМК совместно с илом поступают на лоток, из конических отверстий 5 которого при вибрационном перемещении лотка в направлении, противоположном вибротранспортированию ЖМК, вырываются затопленные струи жидкости. В результате воздействия вибрации и струй жидкости на слой донного ила и ЖМК, находящихся на лотке, ил отделяется от конкреций и переходит в вибровзвешенное состояние, образуя смесь с водой, которая при перемещении рабочего органа уносится из зоны сбора. Конкреции, как более тяжелые частицы, под воздействием вибрации и затопленных струй вибротранспортируются по лотку. При этом, так как скорость поступательного перемещения рабочего органа, а следовательно, и производительность добычи ЖМК зависит от интенсивности отделения конкреций от ила и скорости их вибротранспортирования, затопленные струи жидкости, увеличивая интенсивность отделения конкреций от ила и скорость их вибротранспортирования, способствуют повышению производительности добычи ЖМК.

Формула изобретения

1. Способ добычи железомарганцевых конкреций со дна океана, включающий подачу железомарганцевьх конкреций с илом на лоток путем заглубления носка лотка рабочего органа в слой дна океана и перемещение рабочего органа по дну, отделение железомарганцевых конкреций от ила и транспортирование их с помощью вибрации лотка, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности добычи за счет увеличения интенсивности отделения конкреций от ила и скорости вибротранспортирования на вибрирующий лоток с железомарганцевыми конкрециями и илом при движении лотка в направлении, противоположном вибротранспортированию, воздействуют струями жидкости со стороны грузонесущей поверхности лотка.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздействие струями жидкости осуществляют под острым углом к грузонесущей поверхности лотка в направлении вибротранспортирования конкреций.

3. Устройство для добычи железомарганцевых конкреций со дна океана, содержащее рабочий орган, выполненный в виде лотка с вибровозбудителем, закрепленный упругими связями с рамой, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности добычи за счет увеличения интенсивности отделения конкреций от ила и скорости вибротранспортирования, грузонесущая поверхность лотка выполнена с коническими отверстиями, оси которых расположены под острым углом к грузонесущей поверхности лотка в направлении транспортирования конкреций, при этом меньший диаметр конического отверстия расположен со стороны грузонесущей поверхности лотка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2