Способ подводной разработки месторождений полезных ископаемых и установка для реализации способа

 

Использование: при подводной добыче полезных ископаемых на дне морей и океанов. Сущность: способ подводной разработки месторождений включает 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 в транспортные средства для последующего подъема на поверхность. Замкнутый объем заполнен устойчивой к разбавлению и седиметационно-устойчивой ферромагнитной жидкостью на основе морской воды, намагниченной до насыщения при одновременном сохранении агрегативной устойчивости, перемешивают горные породы с указанной жидкостью, а разделение полезных ископаемых и осадочных пород и их выгрузку производят путем приложения к указанной смеси с помощью магнитного внешнего поля, причем по окончании выгрузки полезных ископаемых оставшиеся твердые осадочные породы выгружают с помощью сил тяжести. Стабилизированную феррофазу, входящую в состав жидкости, в процессе выгрузки отделяют от полезных ископаемых. Установка для осуществления способа содержит 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 и трубопроводы, устройства отделения полезных ископаемых от осадочных пород и выгрузки. Замкнутый объем образован единым корпусом всех устройств и заполнен намагниченной до насыщения ферромагнитной жидкостью на основе морской воды. Введены блок формирования управляющих воздействий на жидкость замкнутого объема, устройства сбора стабилизированной феррофазы с выгружаемой породы и устройство загрузки жидкости в замкнутый объем. 2 с. и 22 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.

Изобретение относятся к подводной добыче полезных ископаемых, а более конкретно к способам и средствам их разработки на дне морей и океанов.

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.

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.

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.

Для замораживания материала и воды используется находящийся в резервуаре грейфера жидкий воздух, возможно также применение в этих же целях жидкой или твердой углекислоты.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Далее производится отвод использованной воды и осадочных пород через клапан выгрузки на разработанные участки дна.

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.

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.

Кроме того, рассмотренные способ и установка, работающая по изложенным в нем принципам, являются экологически не безопасными.

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).

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.

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.

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;
К_п1 коэффициент положительной плавучести осадочных пород в ФМЖОМВ;
ρ_оп плотность осадочных пород, для которых выполняется условие K_п1ρ_оп< ρ_пи,вкг/м³, где ρ_пи плотность вещества полезного ископаемого, в кг/м³;
ρ_ж 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 ρ_оп 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;
μ_o= 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 ρ_п> K_п2ρ_пи, где К_п2 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 P_с 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.

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 P_о 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 ρ_c> ρ_c(i-1) в замкнутом объеме после приложения сил приложение сил прекратить, если указанных изменений в плотности веществ не наблюдается или в случае достижения значения ρ_пи-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.

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.

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:
H_м∩H_j∩ H_j+1∩ H_j+2∩ ... ∩ H_j+n∩ H_к1
где Н_м 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;
Н_к1- 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
H_к2∩H_q∩H_q+1∩H_q+2∩ ... ∩H_q+1∩H_z
где Н_к2 область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля соленоида концентрирования феррофазы в трубопроводе транспортировки сконцентрированной феррофазы в А/м;
H_q, 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,
H_z 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.

Введение новых признаков в предлагаемые "Способ. установку." позволяет достичь указанного технического результата.

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.

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.

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.

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).

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.

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).

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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;
ρ_ж плотность магнитной жидкости, кг/м³;
ρ_м плотность материала погруженного тела в кг/м³.

Из выражения (2) следует, что сила позволяет всплывать немагнитным телам плотностью:

где в н/м³, где μ_o= 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.

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).

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.

Выбор основы предлагается провести с учетом доступа к рабочему органу (которым является магнитная жидкость (МЖ)) окружающей среды морской воды места разработки полезных ископаемых.

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.

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.

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.

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.

Как показано в /9/, удалось получить высоко седиментационно- и агрегативно-устойчивые ФМЖ на водной основе с применением указанных выше ПАВ.

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.

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.

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.

Проведем оценку седиментационной устойчивости выбранной ФМЖОМВ, исходя из глубины разработки месторождений.

При центрифугировании магнитной жидкости до достижения критического фактора разделения давление, которому подвергается магнитная частица, покрытая ПАВ, можно оценить примерно по выражению
P_ц≈ ρ_ж·g_кр·L (4),
где g_кр ускорение критического фактора разделения, в м/с²;
L гипсометрическая высота (см. /7, стр.9/), в м.

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 = ρ_м.в.·g·h (5),
где ρ_м.в. плотность морской воды, в кг/м³;
h глубина разработки, в м.

Из выражений (4) и (5) можно получить неравенство

выполнение которого обеспечивает седиментационную устойчивость ФМЖОМВ на глубине h подводной разработки.

Если взять для расчета следующие исходные данные:
g_кр=6000 g, см.[9]
ρ_м.в.= 1040 кг/м³,см [6];
ρ_ж= 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 g_кр 150000g (см. /8, стр. 28/).

Для дальнейшего описания предлагаемого способа подводной разработки месторождений необходимо рассмотреть условия залегания полезных ископаемых и их физико-химические характеристики.

В качестве примера возьмем наиболее типичный случай добычи ЖМК (см. /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.

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%).

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.

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.

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.

Глубина погружения ЖМК в донные осадки не превышает 100 мм.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

По концу перемешивания на полученную смесь с помощью соленоида 10 производим воздействие объемной магнитной силой Цель воздействия - отделение осадочных пород меньших по плотности (ρ_оп) по сравнению с плотностью полезных ископаемых (ρ_пи)
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 (К_п1), тем самым будет обеспечиваться динамика процесса. Поэтому определяется по выражению:

Значение К_п1 должно выбираться из условия Kп1ρ_оп< ρ_пи, 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.

Если вектор градиента напряженности магнитного поля направить по оси соленоида, то исходя из общего выражения для можно записать

где орт, определявший ось соленоида.

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 H_max), иначе образованная электромагнитная пробка из ФМЖОМВ не дает возможности всплывать породе, приходящейся ниже указанного уровня.

Приравняв выражение (8) и (9), можем определить необходимое значение градиента напряженности магнитного поля для граничного уровня всплытия породы (см. пунктир на фиг.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.

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.

После выгрузки осадочных пород и закрытия клапанов 8 прикладываем к оставшейся смеси объемную магнитную силу

где К_п2 коэффициент положительной плавучести полезных ископаемых в ФМЖОМВ.

Аналогично (10) можно рассчитать значение градиента напряженности магнитного поля для граничного уровня всплытия полезных ископаемых.

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 ρ_п> K_п2·ρ_пи 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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 К_р=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.

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 P_о, необходимое для превращения липких осадочных пород в слаболипкие (для рассматриваемого примера P_о≈7 кПа). Тогда из выражения (3.4), см./7, стр. 105/, можно определить требуемую напряженность внешнего магнитного поля H_о в А/М, создаваемую на уровне рабочей плоскости соленоидом 10:

где средняя равновесная намагниченность ФМЖОМВ.

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.

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/).

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.

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.

Кроме этого, существует также верхняя граница числа циклов, которая определяется либо достижением плотностью смеси r_ci значения ρ_пи-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 ρ_оп,ρ_пи,Δρ,ρ_ж ), 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.

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 ρ_в, характер которых показан на фиг. 4, где t₁, t₂, t_i 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 ρ_пи В общем случае строб изменения плотности вещества может присутствовать вплоть до достижения в постоянного значения ρ_пи-Δρ
Если установить плотномер в местах загрузки породы, то будет наблюдаться рост плотности смеси ρ_ci сравнению с ρ_c (i-1). Значение плотности непосредственно для намагниченной до насыщения ФМЖОМВ можно принять примерно постоянным ( ρ_ж ≈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.

Поскольку разброс в значениях плотностей ρ_оп и ρ_пи 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.

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.

После отделения осадочных пород плотностью ρ_оп 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.

Тогда для выгрузки осадочных пород из эмульсии через отверстие 30 под заданным рабочим давлением P_р, 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.

После выгрузки осадочных пород плотностью ρ_оп 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 ρ_п> K_п2,ρ_пи 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 P_с рабочее давление выгрузки полезных ископаемых, в Па.

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.

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 P_с, 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.

Величины напряженности магнитных полей электромагнитных уловителей подбирается экспериментальным путем. В экспериментах в качестве переменных величин фигурируют давление P_с, 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.

После выгрузки полезных ископаемых на дне замкнутого объема остается смесь твердых осадочных пород плотностью ρ_п в ФМЖОМВ.

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.

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.

Переместив с помощью магнитного поля соленоида 28 стабилизированную феррофазу в верхнюю часть замкнутого объема, подготавливаем схему для очередной разработки горных пород морского дна.

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.

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.-2^oC, при точке кристаллизации морской воды, зависящей от степени ее солености и находящейся в пределах -2,5.-5^oC). 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.

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.

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.

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/.

Сконцентрированную феррофазу необходимо повторно использовать в технологическом цикле. Для этого ее транспортируют в объем-накопитель ФМЖОМВ.

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.

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.

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.

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:
H_м∩H_j∩ H_j+1∩ H_j+2∩ ... ∩ H_j+n∩ H_к1 (17)
где H_м область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля электромагнитного уловителя феррофазы в трубопроводе транспортировки отделенной феррофазы, в А/м;
H_j, 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;
H_к1- область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля соленоида загрузки феррофазы в концентратор в трубопроводах транспортировки отделенной феррофазы, в А/м.

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.

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).

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.

Сконцентрированная феррофаза транспортируется по трубопроводу 46 в бак-накопитель с помощью своей группы соленоидов 45, установленных внутри трубопровода.

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:
H_к2∩ H_q∩ H_q+1∩ H_q+2∩ ... H_q+m∩ H_z (18),
где H_к2 область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля соленоида концентрирования феррофазы в трубопроводе транспортировки сконцентрированной феррофазы, в А/М;
H_q, 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;
H_z область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля соленоида загрузки сконцентрированной феррофазы в бак-накопитель ФМЖОМВ в трубопроводе транспортировки сконцентрированной феррофазы, в А/М.

При этом векторы напряженности магнитных полей, лежащие на оси каждого из указанных соленоидов, направлены в сторону транспортировки сконцентрированной феррофазы.

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/).

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.

С другой стороны, применение методов концентрирования ФМЖОМВ с помощью неорганических коагулянтов позволяет получить более высокую степень концентрации магнетита (до 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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/.

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.

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.

Работает установка следующим образом.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

После перемешивания производится выделение из смеси легких осадочных пород плотностью ρ_оп 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.

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 Н_р (см. (15)). При этом значения градиентов напряженности поля от указанного уровня до средин обеих соленоидов последовательно увеличивается (имеет вид, указанный на графике фиг.1).

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 P_р (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.

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 -1^o.-3^oC (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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 F_мi будет отмечаться общий рост плотности смеси. Если изменений по увеличению плотности смеси не наблюдается, то вытеснение легких фракций породы завершено.

После вытеснения и выгрузки осадочных пород ρ_оп 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.

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.

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 P_с откроется клапан и произойдет выгрузка полезных ископаемых.

Контроль выгрузки осуществляется при помощи плотномера 72, по изменившейся (уменьшившейся) плотности вещества до и после приложения магнитного поля напряженностью Н_с.

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.

После выгрузки полезных ископаемых из замкнутого объема выгружают осадочные породы, плотность которых выше ρ_пи 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.

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.

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.

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.

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/.

На трубопроводе выгрузки полезных ископаемых могут устанавливаться устройства дальнейшей перегрузки и транспортировки. Например, в виде шнекового транспортера, см.фиг.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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Примером реализации пульта управления установки 86, коммутатора 100 и их взаимодействий может служить система управления бортовыми системами космического аппарата /19, стр. 204-222/.

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.

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.

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.

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 Н_р, Н_с, Н_о) 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.

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.

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.

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/.

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.

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.

Остальные операции технологического цикла можно запараллелить с указанными выше.

Таким образом, продолжительность технологического цикла при однократном приложении силы отсутствии липких осадочных пород, а также сохранении ФМЖОМВ номинальных параметров составляет 90.150 с.

Оценка продолжительности технологических операций проводилась исходя из нижеследующих соображений.

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.

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.

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 45^o составляет ≈ 0,15 м/с. Расчетные размеры короба с квадратным основанием при определении времени его закрытия и других расчетах конструкции составляли 2·2 м.

По указанным линейным скоростям, а также исходя из массы установки, ее гидродинамических характеристик, рассчитываются и выбираются рассмотренные приводы.

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.

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/.

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.

Указанные цифры, характеризующие производительность установки, близки к идеальным.

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.

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.

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.

Источники:
1. Заявка 3221014 ФРГ, МКИ Е 21 С 45/00, 1986.

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.

3. Заявка 3224542 ФРГ, МКИ Е 21 С 45/00, 1984.

4. Авт. св. СССР 1508650, МКИ Е 21 С 45/00, 1987.

5. Средства разработки для подводной добычи полезных ископаемых. Обзорная информация. Серия: горное дело, транспорт. Под ред. С.Н. Кошколды. ВНИИПИ, М. 1989.

6. Добыча ЖМК. НТО кн. 1,2, П29615-118, НПО "Энергия", г. Калининград, М. О. 1990.

7. В. Е. Фертманн. Магнитные жидкости. Справочное пособие. Минск. "Вэшэйшая школа", 1988.

8. Достижения в области получения и применения ферромагнитных жидкостей. ЦНИИ "Электроника". Сер. 6, "Материалы", вып. 7 (660), М. 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.

10. С. Халафалла, Дж. Раймерз. Подготовка устойчивых к разбавлению водных магнитных жидкостей. Перевод ГПНТБ 76-1984. Дата выполнения перевода 10.08.85.

11. Паспорт физико-химических испытаний морской воды Черного моря. НПО "Энергия", исх. 32/118 от 9.07.93.

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.

13. Б.Я. Матыгулин. Расчет соленоида с заданным градиентом напряженности магнитного поля. В сб. "Физические свойства и гидродинамика дисперсных ферромагнетиков". АН СССР УНЦ, 1977.

14. Д. Б. Монтгомери. Получение сильных магнитных полей с помощью соленоидов. М. Мир, 1971.

15. С.И. Гаузнер, С.С. Кивилис, А.П. Осокина, А.Н. Павловский. Измерение массы, объема и плотности. Изд-во стандартов, М. 1972.

16. А. П.Коваленко. Магнитные системы управления космическими летательными аппаратами. М. Машиностроение, 1975.

17. Б.В. Раушенбах, Е.Н. Токарь. Управление ориентацией космических аппаратов. М. Наука, 1974.

18. В. С. Ковтун, В. М. Платонов. Силовое гпроскопическое устройство. Заявка на изобретение N 3084828 от 5.09.84, а.с. N 239194.

19. А.С. Елисеев. Техника космических полетов. М. Машиностроение, 1983.

20. Система управления бортовым комплексом. Пульты управления КА. ТОА51 ч. 10, НПО "Энергия", г. Калининград, М. О. 1986.

21. Исследования и выбор рациональных вариантов глубоководного гидроподъема с использованием загрузочных аппаратов. Отчет по НИР. МГРИ им. С. Орджоникидзе, М. 1991.

Формула изобретения

1. Способ подводной разработки месторождений, включающий 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 в транспортные средства для последующего подъема на поверхность, отличающийся тем, что 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 н/м³, величина которой определяется по выражению

где g ускорение свободного падения у поверхности Земли, м/с²;
K_п1 коэффициент положительной плавучести осадочных пород в ФМЖОМВ;
ρ_оп - плотность осадочных пород, для которых выполняется условие K_п1ρ_оп < ρ_пи, кг/м³, где ρ_пи - плотность вещества полезного ископаемого, кг/м³;
ρ_ж - 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 ρ_оп и их выгрузку осуществляют путем приложения к ней внешнего магнитного поля, величина напряженности которого определяется по выражению

где P_р рабочее давление выгрузки осадочных пород, Па;
μ_о = 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 ρ_п > K_п2ρ_пи, где K_п2 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 Р_с 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.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при наличии липких осадочных пород перемешивание в замкнутом объеме производят путем направленного перемещения ФМЖОМВ с помощью внешнего магнитного поля, величина напряженности которого определяется по выражению

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.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что разделение осадочных пород и полезных ископаемых производят путем последовательного приложения к полученной смеси с помощью внешнего магнитного поля объемных магнитных сил где i 0, 1, 2, величина которых определяется по выражению

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 ρ_сi > ρ_с(i-1) в замкнутом объеме после приложения сил приложение сил F_м1i прекращают, если указанных изменений в плотности веществ не наблюдается, или в случае достижения значения ρ_пи - 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.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед отделением стабилизированной феррофазы от осадочных пород и полезных ископаемых охлаждают соответствующие им эмульсию и смесь до температуры ниже температуры окружающей морской воды, но выше температуры кристаллизации льда, а отделение проводят путем воздействия на них магнитным полем.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в каждом цикле разработки номинальную плотность ФМЖОМВ поддерживают за счет дополнительной подачи стабилизированной феррофазы в замкнутый объем из объема-накопителя.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделенную от полезных ископаемых и осадочных пород стабилизированную феррофазу, находящуюся в морской воде, концентрируют и транспортируют в объем-накопитель ФМЖОМВ.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае наличия осадка в стабилизированной феррофазе ФМЖОМВ производят его диспергирование непосредственно на месте разработки месторождений.

9. Установка для подводной разработки месторождений полезных ископаемых, реализующая способ по п. 1, содержащая 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 через клапаны выгрузки соединен с трубопроводами выгрузки полезных ископаемых и осадочных пород, отличающаяся тем, что 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 воздействия 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.

10. Установка по п.9, реализующая способ по п.1, отличающаяся тем, что образованный замкнутый объем выполнен в виде короба прямоугольной формы, по периметру нижней кромки которого установлен погружной гребень, на полотне закрытия короба выполнены боковые обрамляющие бортики, расположенные в направляющих пазах короба, при этом устройство извлечения горных пород выполнено на основе плоского подрезного ножа, прикрепленного к концу полотна закрытия короба и снабжено приводом вытяжного вала, а само полотно закрытия короба намотано на ось укладки полотна и крепится к ней через пружины, причем ось с полотном размещена в кожухе, установленном на силовой раме, верхняя часть короба закрыта крышкой в виде срезанного конуса, при этом трубопроводы транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород вмонтированы в коническую часть короба.

11. Установка по пп. 9 и 10, отличающаяся тем, что движитель в устройствах перемешивания, очистки полезных ископаемых, отделения полезных ископаемых от осадочных пород, транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород выполнен 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.

12. Установка по пп.9 11, отличающаяся тем, что привод вытяжного вала установлен на силовой раме и снабжен четырьмя направляющими роликами, при этом плоский подрезной нож соединен с вытяжными канатами полотна, переброшенными через направляющие ролики и закрепленными на вытяжном валу, а оси первого и второго направляющих роликов расположены 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 снабжены 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.

13. Установка по пп.9 12, отличающаяся тем, что движители в устройствах выгрузки полезных ископаемых и осадочных пород выполнены в виде соленоидов, установленных на трубопроводах транспортировки полезных ископаемых и осадочных пород над соответствующими трубопроводами выгрузки.

14. Установка по пп.9 12, реализующая способ по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что блок формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ замкнутого объема выполнен 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 и устройства формирования номинальных параметров ФМЖОМВ, при этом устройство формирования номинальных параметров ФМЖОМВ выполнено в виде системы контроля плотности ФМЖОМВ, системы подачи диспергента и контура подогрева ФМЖОМВ, а система контроля плотности ФМЖОМВ снабжена 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.

15. Установка по пп.9 11, 14, реализующая способ по п.1, отличающаяся тем, что 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 выполнено 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 подключены 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.

16. Установка по пп.9 12, реализующая способ по п.1, отличающаяся тем, что устройство формирования управляющих воздействий на ФМЖОМВ трубопровода транспортировки полезных ископаемых выполнено 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 подключены 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 выполнено 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 подключены параллельно через коммутатор транслирования управляющих воздействий по формированию магнитных полей в соленоиде выгрузки осадочных пород к обмотке соленоида выгрузки осадочных пород.

17. Установка по пп.9 11 и 15, реализующая способ по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что 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 выполнено 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 разрушения мягких осадочных пород, каждый из которых подключен, 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.

18. Установка по пп.9 11 и 15, реализующая способ по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что 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 выполнено 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 подключен 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.

19. Установка по пп.9 11 и 15, реализующая способ по пп.1 и 4, отличающаяся тем, что 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 выполнено 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 подключен через коммутатор транслирования управляющих воздействий по формированию магнитных полей в соленоиде устройства управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки к обмотке соленоида устройства управляющих воздействий на ФМЖОМВ корпуса установки.

20. Установка по п.9, реализующая способ по пп.1 и 5, отличающаяся тем, что каждое из устройств сбора стабилизированной феррофазы с выгружаемой породы выполнено в виде холодильника и устройства отделения феррофазы от выгружаемой породы, которое содержит четыре электромагнитных уловителя стабилизированной феррофазы, установленных на трубопроводе 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.

21. Установка по пп.9, 10 и 13, реализующая способ по пп.1 3 и 6, отличающаяся тем, что устройство загрузки ФМЖОМВ в замкнутый объем выполнено в виде бака-накопителя ФМЖОМВ с клапаном загрузки ФМЖОМВ, установленным в крышке бака-накопителя ФМЖОМВ и содержащим 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, а днище бака 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.

22. Установка по пп.9 11, 20 и 21, реализующая способ по пп.1 и 7, отличающаяся тем, что каждое из устройств сбора стабилизированной феррофазы с выгружаемой породы выполнено 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
H_м ∩ H_j ∩ H_j+1 ∩ H_j+2 ... ∩ H_j+n ∩ H_к1,
где Н_м область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля электромагнитного уловителя феррофазы в трубопроводе транспортировки отдельной феррофазы, А/м;
H_{j,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;
Н_к 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 H_K2 область распределения рабочих значений напряженности магнитного поля соленоида концентрирования феррофазы в трубопроводе транспортировки сконцентрированной феррофазы, А/м;
H_{q,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;
H_z 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.

23. Установка по пп.9, 14 и 21, реализующая способ по пп.1 и 8, отличающаяся тем, что система контроля плотности ФМЖОМВ выполнена 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 банке-накопителе ФМЖОМВ, расположенного со стороны днища указанного бака.

24. Установка по пп.9 и 14, реализующая способ по пп.1 и 8, отличающаяся тем, что система подачи диспергента выполнена в виде устройства вытеснительной подачи топлива для реактивных двигателей ориентации космического аппарата с однокомпонентным топливом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12