Комплекс для разработки полезных ископаемых шельфовой зоны мирового океана

Комплекс предназначен для сбора и выдачи на поверхность полезных ископаемых, в частности железомарганцевых конкреций, и может использоваться в горнодобывающей промышленности. Техническая задача - повышение глубины разработки, уменьшение потери полезного ископаемого при транспортировке, повышение тягового усилия транспортирующего контура. Комплекс для разработки полезных ископаемых шельфовой зоны Мирового Океана состоит из надводного плавсредства, транспортирующего бесконечного тягово-несущего органа с ковшами и придонной добычной установки. Тягово-несущий орган выполнен в виде конвейерной ленты, а ковши выполнены в виде ковшей-поплавков, расположенных с заданным интервалом и выполненных с двумя полостями, одна из которых заполнена несжимаемым веществом с плотностью менее 1 т/м³. При этом тягово-несущий орган также снабжен размещенным на ставе между ветвями конвейерной ленты гидростатическими промежуточными приводами, каждый из которых содержит электродвигатель, ведущую шестерню, ведомый барабан и дополнительную конвейерную ленту с отверстиями и штырями, расположенными по всей длине, натяжной механизм, насос и опору с отверстиями. При этом системой патрубков, закрепленных на опоре, насос связан с замкнутыми объемами, образуемыми в результате прижатия отверстий в опоре и отверстий в дополнительной конвейерной ленте, установленной с возможностью взаимодействия ее штырей с ведущей шестерней и выполненной с возможностью фрикционного контакта с конвейерной лентой и скольжения относительно опоры. 3 ил.

 

Комплекс предназначен для сбора и выдачи на поверхность полезных ископаемых, в частности железомарганцевых конкреций, может использоваться в горнодобывающей промышленности.

Известно устройство драга [Лобанов В.А. Справочник по технике освоения шельфа / Л.: Судостроение, 1983. 288 стр.], включающее судно обеспечения, бесконечно замкнутую цепь с ковшами и цепной привод. Оно способно вести разработку придонных полезных ископаемых на глубине до 4000 метров. Недостатками данного устройства являются низкая производительность из-за недостаточной наполняемости ковшей и как следствие низкое качество отработки донных участков месторождений, запутывание ветвей цепи.

Известно устройство подводного гидравлического добычного комплекса [Патент № 2203421 РФ. Установка для добычи полезных ископаемых со дна акватории // Изобретения. 2003. № 12], включающее надводное плавсредство с необходимыми устройствами для поддержания жизнеобеспечения и работы обслуживающего персонала и средства энергоснабжения и управления комплексом, гидроподъемный трубопровод, придонную машину на гусеничном ходу с барабанным исполнительным органом. Устройство работает следующим образом: барабанный исполнительный орган осуществляет процесс отделения конкреций от донной поверхности и отбрасывает их на вход овального сопла для смешивания с водой и подачи в виде пульпы в гибкий гидроподъемный трубопровод с последующей разгрузкой в танки плавсредства. Однако такое устройство имеет недостатки: требование повышенных мощностей для гусеничного привода из-за низкого КПД, затрудненное управление придонным механизмом, связанное с повышенным замутнением окружающей среды во время работы гусеничной цепи, ограниченная производительность системы из-за необходимости уменьшения диаметра трубопроводов при работе на больших глубинах, возможность заштыбовки трубопровода, общая сложность гидравлического добычного устройства в целом.

Известно также устройство [Устройство для добычи конкреций с морского шельфа. Заявка № 95112283], наиболее близкое к заявленному объекту и которое принято за прототип. Устройство состоит из надводного плавсредства с установленным на нем оборудованием для обеспечения работы устройства, транспортирующего контура с ковшами, буксировочного каната, придонного добычного устройства в виде полутора, закрепленного на салазках. Устройство работает следующим образом: посредством буксировочного каната надводное плавсредство передает поступательное движение придонному добычному агрегату, транспортирующий контур с ковшами проходит в полости полутора, где происходит зачерпывание добытого полезного ископаемого с последующей его разгрузкой на плавсредстве. Данное устройство имеет недостатки: малая глубина разработки, потери полезного ископаемого при транспортировке из-за свободного свисания ветвей транспортирующего контура, низкое тяговое усилие транспортирующего контура.

Техническим результатом является устранение указанных недостатков, а именно: повышение глубины разработки, уменьшение потери полезного ископаемого при транспортировке, повышение тягового усилия транспортирующего контура (конвейерной ленты с ковшами).

Технический результат достигается тем что, комплекс для разработки полезных ископаемых шельфовой зоны Мирового Океана, состоящий из надводного плавсредства, транспортирующего бесконечного тягово-несущего органа с ковшами, придонной добычной установки, согласно изобретению его тягово-несущий орган выполнен в виде конвейерной ленты, а ковши выполнены в виде ковшей-поплавков, расположенных с заданным интервалом и выполненных с двумя полостями, одна из которых заполнена несжимаемым веществом с плотностью менее 1 т/м³, и снабжен размещенными на ставе между ветвями конвейерной ленты гидростатическими промежуточными приводами, каждый из которых содержит электродвигатель, ведущую шестерню, ведомый барабан и дополнительную конвейерную ленту с отверстиями и штырями, расположенными по всей длине, натяжной механизм, насос и опору с отверстиями, при этом системой патрубков, закрепленных на опоре, насос связан с замкнутыми объемами, образуемыми в результате прижатия отверстий в опоре и отверстий в дополнительной конвейерной ленте, установленной с возможностью взаимодействия ее штырей с ведущей шестерней и выполненной с возможностью фрикционного контакта с конвейерной лентой и скольжения относительно опоры.

Комплекс показан на чертежах, где на фиг.1 представлена общая схема комплекса; на фиг.2 - представлен гидростатический промежуточный привод (узел I на фиг.1);, на фиг.3 - представлено сечение А-А на фиг.2.

Представленный комплекс для разработки полезных ископаемых шельфовой зоны Мирового Океана состоит из судна обеспечения 1, транспортирующего тягово-несущего органа, который содержит конвейерную ленту 2, к которой с интервалом, заданным производительностью установки, прикреплены ковши-поплавки 3. Они состоят из собственно ковшей, имеющих усиленную со стороны взаимодействия ковша с грунтом режущую кромку с резцом. Одна грузовая 4 полость ковша предназначена для непосредственного забора полезного ископаемого, а другая полость 5 заполнена несжимаемым веществом с плотностью менее 1 т/м³, например пенополистерол с плотностью 15 кг/м³. При этом достигается нулевая плавучесть конвейерной ленты с ковшами. Ковши-поплавки 3 расположены на ленте с интервалом, определяемым заданной производительностью.

Комплекс для разработки полезных ископаемых шельфовой зоны Ого океана содержит гидростатические промежуточные приводы 6 в транспортирующем бесконечным тягово-несущим органе комплекса. Гидростатические промежуточные привода размещены между ветвями конвейерной ленты 2 и крепятся на ставе 7, выполненном в виде колонны труб. Количество промежуточных приводов зависит от глубины разработки. С увеличением глубины, увеличивается и количество промежуточных приводов. Каждый из них содержит электродвигатель 8, редуктор 9, насос 10, систему патрубков 11, присоединенных к опоре 12 с отверстиями для создания разрежения в системе, натяжной механизм 13. Натяжной механизм с помощью пружины перемещает ведомый барабан 14 и тем самым создает натяжение дополнительной 15 конвейерной ленты промежуточного привода, необходимое для его нормальной работы. При этом плоскости контакта опоры 12 и дополнительной 15 конвейерной ленты выполнены с высокой чистотой, что уменьшает трение при их контакте и позволяет скользить дополнительной 15 ленте вдоль опоры 12. Дополнительная 15 конвейерная лента промежуточного привода выполнена со штырями 16 и сквозными отверстиями 17. Благодаря ведущей шестерни 18 и штырям 16 происходит перемещение дополнительной 15 конвейерной ленты.

В качестве придонной добычной установки используется шагающая машина. Конструкция шагающей машины с движущейся рабочей головкой 19 состоит из сварной фермы 20 с прикрепленным к ней монорельсом, концы фермы вместе с монорельсом изогнуты вверх. Монорельс используется в качестве тягового и опорного узла для ходовой тележки. К ней с помощью упругих элементов подвешен грунтовый насос. Благодаря достаточному весу он выполняет помимо добычной функции функцию противовеса для обеспечения движения всего подводного механизма. Рыхлитель 21 выполнен в виде плоской спирали. Во время работы он вращается вокруг вертикальной оси, что повышает рыхление разрабатываемого грунта и увеличивает всасывающую способность грунтового насоса. При помощи изгибающегося пульпопровода 22 и конического сгустителя 23 насос связан с бункером 24, из которого происходит черпание обогащенных конкреций. Конический сгуститель 23 выполняет роль первичного обогатителя добытых конкреций, кроме того, он повышает производительность элеватора, т.к. в этом случае ковши зачерпывают более сгущенную массу. Бункер 24 выполнен в виде металлического короба. В центре бункера расположен концевой барабан. Оси барабана подпружинены, это связано с волнениями на море и благодаря сжатию пружин не происходит отрыв придонного агрегата от дна во время неблагоприятных условий. Ферма 20 подвешена к двум опорным столам 25 так, что концы ее с изогнутыми участками образуют консоли постоянной длины.

Предлагаемый комплекс для разработки полезных ископаемых шельфовой зоны Мирового Океана работает следующим образом. Рабочая головка 19 движется по консольному участку шагающий машины и внедряется в грунт. Грунт с добываемым полезным ископаемым (например, железо марганцевые конкреции) разрыхляется спиральным рыхлителем 21 и всасывается грунтовым насосом, после чего по пульпопроводу 22, через конический сгуститель обогащенная смесь поступает в бункер 24. Из бункера при помощи транспортирующего бесконечного тягово-несущего органа с ковшами происходит черпание и дальнейшее передвижение к судну обогащенной смеси.

Тягово-несущий орган приводится в движение гидростатическими промежуточными приводами 6. Гидростатический промежуточный привод работает следующим образом: от электродвигателя 8 питается насос 10, который посредством системы патрубков 11 откачивает воду из замкнутых объемов, образуемых в результате прижатия отверстий в опоре 12 гидростатического промежуточного привода и отверстий 17, расположенных в рабочей обкладке дополнительной 15 конвейерной ленты промежуточного привода к обратной стороне рабочей ветви конвейерной ленты 2 устройства. Благодаря наличию этих полостей происходит прижатие рабочей ветви конвейерной ленты 2 бесконечного тягово-несущего органа с ковшами к дополнительной конвейерной ленте 15 промежуточного привода 6. Ведущая шестерня 18 входит в зацепление со штырями 16 дополнительной 15 конвейерной ленты и благодаря высокому фрикционному контакту между дополнительной лентой промежуточного привода и рабочей ветви конвейерной ленты 2 транспортирующего тягово-несущего органа происходит перемещение конвейерной ленты 2 с ковшами 3.

Поднятая на судно 1 при помощи транспортирующего тягово-несущего органа обогащенная смесь сначала складируется в трюмах, а далее при помощи барж переправляется на берег для дальнейшей переработки.

Таким образом, с предложенным комплексом возможна разработка полезных ископаемых на больших глубинах, уменьшение потери полезного ископаемого при транспортировке, повышение тягового усилия транспортирующего контура.

Комплекс для разработки полезных ископаемых шельфовой зоны Мирового Океана, состоящий из надводного плавсредства, транспортирующего бесконечного тягово-несущего органа с ковшами, придонной добычной установки, отличающийся тем, что его тягово-несущий орган выполнен в виде конвейерной ленты, а ковши выполнены в виде ковшей-поплавков, расположенных с заданным интервалом и выполненных с двумя полостями, одна из которых заполнена несжимаемым веществом с плотностью мене 1 т/м³, и снабжен размещенными на ставе между ветвями конвейерной ленты гидростатическими промежуточными приводами, каждый из которых содержит электродвигатель, ведущую шестерню, ведомый барабан и дополнительную конвейерную ленту с отверстиями и штырями, расположенными по всей длине, натяжной механизм, насос и опору с отверстиями, при этом системой патрубков, закрепленных на опоре, насос связан с замкнутыми объемами, образуемыми в результате прижатия отверстий в опоре и отверстий в дополнительной конвейерной ленте, установленной с возможностью взаимодействия ее штырей с ведущей шестерней и выполненной с возможностью фрикционного контакта с конвейерной лентой и скольжения относительно опоры.