RU2301338C1

RU2301338C1 - Complex for extracting mineral resources from ocean shelf zone

Info

Publication number: RU2301338C1
Application number: RU2006100405/03A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Алексеевич Юнгмейстер (RU); Дмитрий Алексеевич Юнгмейстер; Борис Серафимович Маховиков (RU); Борис Серафимович Маховиков; Дмитрий Владимирович Смирнов (RU); Дмитрий Владимирович Смирнов; Андрей Ярославович Бурак (RU); Андрей Ярославович Бурак
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2007-06-20

Abstract

FIELD: mining industry, possible use for collecting and sending mineral resources, ferromanganese concretions in particular, to the surface.

SUBSTANCE: complex for extracting mineral resources from ocean shelf zone consists of a surface vessel, endless transporting traction carrier tool with buckets and bottom extraction plant. Traction carrier tool is made in form of conveyor belt, and buckets are made in form of float buckets, positioned with given interval and made with two hollows, one of which is filled with incompressible substance with density less than 1 ton/m³. Traction carrier tool is also provided with hydrostatic intermediate drives positioned on support between branches of conveyor belt, each one of which contains electric motor, leading gear, following drum, and additional conveyor belt with apertures and rods positioned across its whole length, stretching mechanism, pump and support with apertures. By means of branch pipes held on support, pump is connected to closed spaces, formed as a result of tight contact of apertures in support and apertures in additional conveyor belt, mounted in such a way that its rods may interact with leading gear and made with possible friction contact with conveyor belt and possible sliding relatively to support.

EFFECT: extended extraction depth, lower losses of mineral resource during transportation, increased traction force of transporting contour.

3 dwg

Description

Комплекс предназначен для сбора и выдачи на поверхность полезных ископаемых, в частности железомарганцевых конкреций, может использоваться в горнодобывающей промышленности.The complex is intended for collection and distribution to the surface of minerals, in particular ferromanganese nodules, can be used in the mining industry.

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.Known device dredge [Lobanov V.A. A guide to the technique of shelf development / L .: Sudostroenie, 1983. 288 p.], Including a support vessel, an infinitely closed chain with buckets and a chain drive. It is able to conduct development of bottom minerals at a depth of up to 4000 meters. The disadvantages of this device are low productivity due to insufficient filling of buckets and, as a result, low quality of mining bottom sections of deposits, entanglement of chain branches.

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.A device for underwater hydraulic mining complex [Patent No. 2203421 of the Russian Federation. Installation for mining from the bottom of the water area // Inventions. 2003. No. 12], including a surface craft with the necessary devices for supporting life support and the work of maintenance personnel and power supply and complex management facilities, a hydraulic lifting pipeline, a crawler-based bottom vehicle with a drum-type executive body. The device operates as follows: a drum-type executive body carries out the process of separating nodules from the bottom surface and discards them at the inlet of the oval nozzle for mixing with water and feeding it in the form of a pulp into a flexible hydraulic lifting pipe with subsequent unloading into the tanks of the craft. However, such a device has drawbacks: the requirement for increased power for the caterpillar drive due to low efficiency, difficult control of the bottom mechanism, associated with increased clouding of the environment during operation of the caterpillar chain, limited system performance due to the need to reduce the diameter of pipelines when working at great depths , the possibility of filling the pipeline, the overall complexity of the hydraulic mining device as a whole.

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.Also known device [Device for the extraction of nodules from the sea shelf. Application No. 95112283], closest to the claimed object and which is taken as a prototype. The device consists of a surface craft with equipment installed on it to ensure the operation of the device, a conveying circuit with buckets, a towing rope, a bottom mining device in the form of one and a half, mounted on a slide. The device operates as follows: by means of a towing rope, a surface craft transmits translational motion to a bottom mining unit, a conveying circuit with buckets passes in a cavity of one and a half where scooping of the extracted mineral occurs, followed by its unloading on the craft. This device has disadvantages: a small depth of development, loss of minerals during transportation due to the free hanging of the branches of the conveying circuit, low traction of the conveying circuit.

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).The technical result is to eliminate these drawbacks, namely: increasing the depth of development, reducing the loss of minerals during transportation, increasing the traction of the conveying circuit (conveyor belt with buckets).

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.The technical result is achieved by the fact that the complex for the development of minerals of the shelf zone of the World Ocean, consisting of a surface craft transporting an endless traction-carrying body with buckets, a bottom mining unit, according to the invention, its traction-bearing body is made in the form of a conveyor belt, and buckets are made in the form of bucket-floats located at a given interval and made with two cavities, one of which is filled with an incompressible substance with a density of less than 1 t / m ³ and is equipped with at the stand between the branches of the conveyor belt with hydrostatic intermediate drives, each of which contains an electric motor, a pinion gear, a driven drum and an additional conveyor belt with holes and pins located along the entire length, a tensioning mechanism, a pump and a support with holes, with a system of nozzles, mounted on a support, the pump is connected with closed volumes formed by pressing holes in the support and holes in an additional conveyor belt installed with the possibility of interaction e e pins with a drive gear and made with the possibility of frictional contact with the conveyor belt and slip relative to the support.

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.The complex is shown in the drawings, where Fig. 1 shows a general diagram of the complex; figure 2 - shows a hydrostatic intermediate drive (node I in figure 1);, figure 3 - shows a section aa in figure 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.The presented complex for the development of minerals of the shelf zone of the World Ocean consists of a support vessel 1, a transporting towing-carrying body, which contains a conveyor belt 2, to which bucket floats 3 are attached at an interval specified by the capacity of the installation. They consist of buckets having reinforced by the interaction of the bucket with the soil, the cutting edge with the cutter. One cargo cavity 4 bucket is designed for direct intake of minerals, and the other cavity 5 is filled with an incompressible substance with a density of less than 1 t / m ³ , for example polystyrene foam with a density of 15 kg / m ³ . This achieves zero buoyancy of the conveyor belt with buckets. Bucket floats 3 are located on the tape with an interval determined by a given performance.

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.The complex for the development of minerals in the shelf zone of the Ogo Ocean contains hydrostatic intermediate drives 6 in a complex transporting an endless traction-carrying organ. Hydrostatic intermediate drives are located between the branches of the conveyor belt 2 and are mounted on the stand 7, made in the form of a pipe string. The number of intermediate drives depends on the depth of development. With increasing depth, the number of intermediate drives increases. Each of them contains an electric motor 8, a gearbox 9, a pump 10, a system of nozzles 11 connected to a support 12 with holes for creating a vacuum in the system, a tensioning mechanism 13. The tensioning mechanism moves the driven drum 14 by means of a spring, and thereby creates an additional tension of conveyor belt 15 intermediate drive tapes necessary for its normal operation. In this case, the contact plane of the support 12 and the additional 15 conveyor belts are made with high purity, which reduces friction upon contact and allows the additional 15 belts to slide along the supports 12. The additional 15 conveyor belt of the intermediate drive is made with pins 16 and through holes 17. Thanks to the drive gear 18 and pins 16, an additional 15 conveyor belts are moved.

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.A walking machine is used as a bottom mining unit. The design of a walking machine with a moving working head 19 consists of a welded truss 20 with a monorail attached to it, the ends of the truss along with the monorail are curved upwards. Monorail is used as a traction and support unit for a running trolley. A soil pump is suspended from it using elastic elements. Due to its sufficient weight, it performs, in addition to the mining function, the function of a counterweight to ensure movement of the entire underwater mechanism. The ripper 21 is made in the form of a flat spiral. During operation, it rotates around a vertical axis, which increases the loosening of the developed soil and increases the suction capacity of the soil pump. Using a bending pulp line 22 and a conical thickener 23, the pump is connected to the hopper 24, from which the enrichment of nodules is scooped. The conical thickener 23 serves as the primary enrichment of mined nodules, in addition, it increases the productivity of the elevator, because in this case, the buckets scoop up more thickened mass. The hopper 24 is made in the form of a metal box. An end drum is located in the center of the hopper. The axles of the drum are spring-loaded, this is due to unrest at sea and due to compression of the springs, the bottom unit is not torn off from the bottom during adverse conditions. The farm 20 is suspended from two supporting tables 25 so that its ends with curved sections form consoles of constant length.

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.The proposed complex for the development of minerals of the shelf zone of the World Ocean works as follows. The working head 19 moves along the cantilever section of the walking machine and is embedded in the ground. Soil with mined minerals (for example, iron-manganese nodules) is loosened with a spiral cultivator 21 and sucked up by a soil pump, after which, through a slurry conduit 22, an enriched mixture enters the hopper through a conical thickener 22. scooping and further movement to the vessel of the enriched mixture.

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.The traction-carrying body is set in motion by hydrostatic intermediate drives 6. The hydrostatic intermediate drive operates as follows: a pump 10 is powered by an electric motor 8, which, through a system of nozzles 11, pumps water from closed volumes formed by pressing holes in the support 12 of the hydrostatic intermediate drive and holes 17 located in the working lining of the additional 15 conveyor belt of the intermediate drive to the reverse side of the working branch of the conveyor belt 2 of the device . Due to the presence of these cavities, the working branch of the conveyor belt 2 of the infinite traction-carrying body with buckets is pressed against the additional conveyor belt 15 of the intermediate drive 6. The pinion gear 18 engages with the pins 16 of the additional 15 conveyor belt and due to the high friction contact between the additional belt of the intermediate drive and the working branch of the conveyor belt 2 of the conveying tractor-bearing body, the conveyor belt 2 moves with buckets 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.The enriched mixture lifted onto vessel 1 by means of a transporting towing-carrying body is first stored in holds and then transported ashore using barges for further processing.

Таким образом, с предложенным комплексом возможна разработка полезных ископаемых на больших глубинах, уменьшение потери полезного ископаемого при транспортировке, повышение тягового усилия транспортирующего контура.Thus, with the proposed complex, it is possible to develop minerals at great depths, reduce the loss of minerals during transportation, increase the traction of the conveying circuit.

Claims

A complex for the development of minerals in the shelf zone of the World Ocean, consisting of a surface craft transporting an endless traction-carrying body with buckets, a bottom mining unit, characterized in that its traction-bearing body is made in the form of a conveyor belt, and the buckets are made in the form of buckets floats located at a predetermined interval and made with two cavities, one of which is filled with an incompressible substance with a density of less than 1 t / m ³ and is equipped with a conveyor belt placed on a stand between the branches hydrostatic intermediate drives, each of which contains an electric motor, pinion gear, driven drum and an additional conveyor belt with holes and pins located along the entire length, a tension mechanism, a pump and a support with holes, while the system of nozzles fixed to the support, the pump is connected with closed volumes formed as a result of pressing holes in the support and holes in the additional conveyor belt installed with the possibility of interaction of its pins with a pinion gear and made with the possibility of frictional contact with the conveyor belt and sliding relative to the support.