СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО СБОРА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
CONTINUOUS COLLECTION METHOD OF MINERAL RESOURCES OF UNDERWATER DEPOSITS, AND MULTI-PURPOSE SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится непосредственно к отрасли разработки подводных месторождений полезных ископаемых.
Известен способ подъема гидросмеси с больших глубин, включающий задание величины концентрации твердых частиц в потоке гидросмеси всасывающего трубопровода насоса до выведения из его состава твердых частиц, подачу элементов подводных месторождений полезных ископаемых в составе гидросмеси во всасывающий трубопровод насоса, транспортирование гидросмеси во всасывающем трубопроводе насоса, непрерывное выведение твердых частиц из состава потока гидросмеси всасывающего трубопровода насоса в процессе подъема элементов подводных месторождений полезных ископаемых с глубины, подачу выведенных из состава потока всасывающего трубопровода насоса твердых частиц подводных месторождений полезных ископаемых в поток нагнетательного трубопровода насоса с последующим транспортированием элементов подводных месторождений полезных ископаемых в составе потока гидросмеси нагнетательного трубопровода насоса, контролирование величины концентрации твердых частиц в потоке гидросмеси нагнетательного трубопровода насоса после введения в его состав выведенных из потока гидросмеси всасывающего трубопровода насоса твердых частиц, сравнение контролируемой величины с заданной и достижение их соответствия путем регулирования величиной расхода насоса (патент Российской Федерации №2310098, кл. F04D 7/04, F04D 13/08, 2005 г.).
Недостатками известного способа является отсутствие стабильности величины концентрации твердых частиц в потоке гидросмеси, который подают во всасывающий трубопровод насоса, что обусловливает невозможность постоянной работы гидротранспорта на оптимальных параметрах и, как следствие, низкую эффективность функционирования процесса транспортировки полезных ископаемых подводных месторождений с больших глубин в технологической цепи разработки подводных месторождений полезных ископаемых.
Известен самоходный комбайн для добычи конкреций с морского дна с дистанционным управлением, содержащий V-образную трубную раму, расположенные на концах рамы три ходовые самоходные платформы, две черпаковые цепи для добычи конкреций, устройство для первичной переработки добытых конкреций (полезных ископаемых), смонтированные в цилиндровых корпусах комбайна электрические и гидравлические средства управления, а также механизмы для погружения, балластировки, повторного транспортирования и фиксации в пространстве под водой (патент ФРГ №2813751, кл. E21C 45/00, 1982 г.).
Недостатками известного комбайна являются отсутствие стабильности величины концентрации твердых частиц в потоке гидросмеси, который транспортируют от расположенного на дне водоема комбайна к расположенному на поверхности водоема базовому плавающему средству, что обусловливает невозможность постоянной работы гидротранспорта на оптимальных параметрах и, как следствие, низкую эффективность функционирования процесса транспортировки полезных ископаемых подводных месторождений с больших глубин в технологической цепи разработки подводных месторождений полезных ископаемых, а также значительная металлоемкость комбайна.
Наиболее близким технологическим решением является способ работы гидротранспортной установки, включающий задание величины скорости вращения рабочего колеса, через лопасти которого проходит поток гидросмеси всасывающего трубопровода насоса, подачу элементов подводных месторождений полезных ископаемых в составе гидросмеси во всасывающий трубопровод насоса, транспортирование гидросмеси во всасывающем трубопроводе насоса, непрерывное выведение твердых частиц из состава потока гидросмеси всасывающего трубопровода насоса в процессе подъема элементов подводных месторождений полезных ископаемых с глубины, подачу выведенных из состава потока всасывающего трубопровода насоса твердых частиц подводных месторождений полезных ископаемых в поток нагнетательного трубопровода насоса с последующей транспортировкой элементов подводных месторождений полезных ископаемых в составе потока гидросмеси нагнетательного трубопровода насоса, контролирование величины скорости вращения оборудованного лопастями рабочего колеса во время поступления в поток нагнетательного трубопровода насоса твердых частиц подводных месторождений полезных ископаемых, сравнение контролируемой величины с заданной и достижение их соответствия путем регулирования величиной расхода направленной подачи части высоконапорного потока нагнетательного трубопровода насоса на лопасти рабочего колеса (патент Российской Федерации №2310097, кл. F04D 7/04, F04D 13/08, 2005 г.).
Недостатком наиболее близкого технологического решения является отсутствие стабильности величины концентрации твердых частиц в потоке гидросмеси, который подают во всасывающий трубопровод насоса, что обусловливает невозможность постоянной работы гидротранспорта на оптимальных параметрах и, как следствие, низкую эффективность функционирования процесса транспортировки полезных ископаемых подводных месторождений с больших глубин в технологической цепи разработки подводных месторождений полезных ископаемых.
Наиболее близким технологическим решением является устройство для сбора на больших глубинах с морского дна рудных отложений, содержащее самоходную платформу, установленный на самоходной платформе бункер, установленный в нижней части бункера струйный насос, расположенное на поверхности водоема, в котором ведется разработка полезных ископаемых, базовое плавающее средство, сообщенный с базовым плавающим средством нагнетательный трубопровод струйного насоса, установленный на базовом плавающем средстве насос высокого давления, сообщенный со струйным насосом нагнетательный трубопровод насоса высокого давления, образованный двумя параллельно соединенными трубопроводами участок нагнетательного трубопровода струйного насоса, установленные в ставах каждого параллельного трубопровода соответствующие загрузочные и выпускные клапаны, соединенный с нагнетательным трубопроводом насоса высокого давления дополнительный трубопровод, оборудованные соответствующими клапанами, а также сообщенные с бассейном водоема, в котором ведется разработка полезных ископаемых, и с расположенными между загрузочными и выпускными клапанами соответствующими участками параллельных трубопроводов соответствующие патрубки, установленную на самоходной платформе и оборудованную шнековым рабочим органом стрелу, при этом дополнительный трубопровод сообщен через соответствующие клапаны подачи давления с расположенными между загрузочными и выпускными клапанами соответствующими участками параллельных трубопроводов, а зоны соединения параллельных трубопроводов с соответствующими патрубками находятся по ходу движения потока жидкости в соответствующих параллельных трубопроводах после зон соединения соответствующих параллельных трубопроводов с дополнительным трубопроводом (заявка Японии №57-52479, кл. E21C 45/00, 1982 г.).
Недостатками наиболее близкого технологического решения является отсутствие стабильности величины концентрации твердых частиц в потоке гидросмеси, который транспортируют от расположенной на дне водоема самоходной платформы к расположенному на поверхности водоема базовому плавающему средству, что обусловливает невозможность постоянной работы гидротранспорта на оптимальных параметрах и, как следствие, низкую эффективность функционирования процесса транспортировки полезных ископаемых подводных месторождений с больших глубин в технологической цепи разработки подводных месторождений полезных ископаемых.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений, в котором путем выбора иных технологических параметров для контролирования обеспечивается возможность повышения эффективности функционирования процесса транспортирования полезных ископаемых подводных месторождений с больших глубин в технологической цепи разработки подводных месторождений полезных ископаемых, в результате стабилизации величины концентрации твердых частиц в потоке гидросмеси, который транспортируют от многофункциональной системы для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений к расположенному на поверхности водоема базовому плавающему средству.
Поставленная задача решается таким образом, что известный способ непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений, включающий создание основного и дополнительного потоков воды, получение потока гидросмеси после введения элементов полезных ископаемых подводных месторождений в составе горной массы в основной поток воды и транспортирование потока гидросмеси, который в соответствии с изобретением отличается тем, что предварительно задают условие соотношения фактического текущего значения рабочей величины давления в дополнительном потоке воды, транспортирующем промытую горную массу на дробление, к фактическому текущему значению рабочей величины давления в основном потоке воды, в зоне введения в его состав подробленной горной массы, при помощи многофункциональной системы для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений собирают естественно сформированный на дне водоема слой горной массы, который содержит созданные компонентами полезных ископаемых подводных месторождений элементы, удаляют ил из собираемой горной массы путем ее промывания частью дополнительного потока воды, транспортируют промытую горную массу в дополнительном потоке воды на дробление, дробят промытую горную массу, образуют поток гидросмеси путем подачи подробленной горной массы вместе с дополнительным потоком воды в основной поток воды и транспортируют поток гидросмеси от многофункциональной системы для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений, управляют движением многофункциональной системы для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений на основании получаемой от интегрированной навигационно-координационной системы информации, определяют фактическое текущее значение рабочей величины давления в дополнительном потоке воды, транспортирующем промытую горную массу на дробление, и фактическое текущее значение рабочей величины давления в основном потоке воды, в зоне введения в его состав подробленной горной массы, контролируют выполнение заданного условия и обеспечивают стабильность его выполнения во времени, путем регулирования величинами расходов основного и дополнительного потоков воды.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования многофункциональной системы для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений, в которой, путем введения дополнительных элементов и иных соединений в известную конструктивную схему, обеспечивается возможность повышения эффективности функционирования процесса транспортирования полезных ископаемых подводных месторождений с больших глубин в технологической цепи разработки подводных месторождений полезных ископаемых, в результате стабилизации величины концентрации твердых частиц в потоке гидросмеси, который транспортируют от многофункциональной системы для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений к расположенному на поверхности водоема базовому плавающему средству, при рациональной конфигурации технических средств.
Поставленная задача решается таким образом, что известная многофункциональная система для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений, содержащая самоходную платформу и установленные на самоходной платформе бункер и насос с всасывающим и нагнетательным трубопроводами, которая в соответствии с изобретением отличается тем, что многофункциональная система содержит интегрированную навигационно-координационную систему, оборудованная соответствующим электромеханическим приводом дробилка соединена с бункером, самоходная платформа оборудована полыми шнековыми движителями, бункер сообщен с нагнетательным трубопроводом насоса через оборудованный управляемой задвижкой патрубок, электромеханические приводы соответствующих полых шнековых движителей соединены с самоходной платформой, донная часть бункера оборудована приемным люком, оборудованный электромеханическим приводом секционный колосниковый вибрационный уравновешенный подборщик присоединен к бункеру в зоне приемного люка, всасывающий трубопровод насоса сообщен с бассейном водоема, в котором ведется разработка подводного месторождения полезных ископаемых, загрузочное окно дробилки сообщено с бункером, гибкий трубопровод соединен с нагнетательным трубопроводом насоса, выпускное окно дробилки сообщено через дополнительный патрубок с нагнетательным трубопроводом насоса, в донной части бункера между приемным люком и дробилкой установленный конвейер с соответствующим электромеханическим приводом, расположенный между зонами соединения с оборудованным управляемой задвижкой патрубком и дополнительным патрубком участок нагнетательного трубопровода насоса содержит управляемую задвижку, оборудованный управляемой задвижкой патрубок соединен с расположенным в бункере наконечником, соответствующие датчики определения величины давления - манометры сообщены с бункером и нагнетательным трубопроводом насоса в зоне его сообщения с дополнительным патрубком, датчик определения величины концентрации твердых частиц в потоке гидросмеси - консистометр сообщен с расположенным между зонами соединения с дополнительным патрубком и гибким трубопроводом участком нагнетательного трубопровода насоса, аппарат направления движения горной массы установлен в бункере, зона соединения нагнетательного трубопровода насоса с дополнительным патрубком расположена по ходу движения потока жидкости в нагнетательном трубопроводе насоса после зоны соединения оборудованного управляемой задвижкой патрубка с нагнетательным трубопроводом насоса, расположенный между зонами соединения с дополнительным патрубком и гибким трубопроводом участок нагнетательного трубопровода насоса содержит поворотную муфту, а блок управления соединен с интегрированной навигационно-координационной системой, насосом, консистометром, соответствующими манометрами, всеми управляемыми задвижками и электромеханическими приводами дробилки, конвейера, секционного колосникового вибрационного уравновешенного подборщика и соответствующих полых шнековых движителей. Кроме того, площадь поперечного сечения соединенного с оборудованным управляемой задвижкой патрубком и расположенного в бункере наконечника увеличивается по ходу движения в нем потока жидкости.
На фигурах 1, 2 и 3 изображена схема многофункциональной системы для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений.
Многофункциональная система для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений содержит самоходную платформу 1, установленные на самоходной платформе 1 бункер 2 и насос 3 с всасывающим 4 и нагнетательным 5 трубопроводами, соединенную с бункером 2 и оборудованную соответствующим электромеханическим приводом 6 дробилку 7, соединенный с нагнетательным трубопроводом 5 гибкий трубопровод 8, интегрированную навигационно-координационную систему 9, при этом бункер 2 сообщен с нагнетательным трубопроводом 5 через оборудованный управляемой задвижкой 10 патрубок 11, самоходная платформа 1 оборудована полыми шнековыми движителями 12 и 13, донная часть бункера 2 оборудована приемным люком 14, электромеханические приводы 15 и 16 соответствующих полых шнековых движителей 12 и 13 соединены с самоходной платформой 1, оборудованный электромеханическим приводом 17 секционный колосниковый вибрационный уравновешенный подборщик 18 соединен с бункером 2 в зоне приемного люка 14, всасывающий трубопровод 4 сообщен с бассейном водоема, в котором ведется разработка подводного месторождения полезных ископаемых, загрузочное окно 19 дробилки 7 сообщено с бункером 2, выпускное окно 20 дробилки 7 сообщено через дополнительный патрубок 21 с нагнетательным трубопроводом 5, в донной части бункера 2 между приемным люком 14 и дробилкой 7 установлен конвейер 22 с соответствующим электромеханическим приводом 23, расположенный между зонами соединения с оборудованным управляемой задвижкой 10 патрубком 11 и дополнительным патрубком 21 участок нагнетательного трубопровода 5 содержит управляемую задвижку 24, оборудованный управляемой задвижкой 10 патрубок 11 соединен с расположенным в бункере 2 наконечником 25, датчики определения величины давления манометры 26 и 27 соединены с бункером 2 и нагнетательным трубопроводом 5 в зоне его соединения с дополнительным патрубком 21 соответственно, датчик определения величины концентрации твердых частиц в потоке гидросмеси консистометр 28 сообщен с расположенным между зонами соединения с дополнительным патрубком 21 и гибким трубопроводом 8 участком нагнетательного трубопровода 5, аппарат направления движения горной массы 29 установлен в бункере 2, зона соединения нагнетательного трубопровода 5 с дополнительным патрубком 21 находится по ходу движения потока жидкости в нагнетательном трубопроводе 5 после зоны соединения оборудованного управляемой задвижкой 10 патрубка 11 с нагнетательным трубопроводом 5, расположенный между зонами соединения с дополнительным патрубком 21 и гибким трубопроводом 8 участок нагнетательного трубопровода 5 содержит поворотную муфту 30, а блок управления 31 соединен с электромеханическими приводами 15, 16 полых шнековых движителей 12, 13 соответственно, интегрированной навигационно-координационной системой 9, насосом 3, электромеханическими приводами 6 и 23 дробилки 7 и конвейера 22 соответственно, манометрами 26, 27, консистометром 28 и всеми управляемыми задвижками 10, 24. Кроме того, площадь поперечного сечения соединенного с оборудованным управляемой задвижкой 10 патрубком 11 и расположенного в бункере 2 наконечника 25 увеличивается по ходу движения в нем потока жидкости, а многофункциональная система для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений отрабатывает естественно сформированный на дне водоема слой горной массы 32, который имеет содержание созданных компонентами полезных ископаемых подводных месторождений элементов.
Способ с помощью многофункциональной системы для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений реализуется следующим образом.
д.п.
о.п.
Предварительно задают условие соотношения фактического текущего значения рабочей величины давления в дополнительном потоке воды (р) транспортирующем промытую горную массу на дробление, к фактическому текущему значению рабочей величины давления в основном потоке воды (р), в зоне введения в его состав подробленной горной массы:
Перед запуском многофункциональной системы для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений управляемые задвижки 10 и 24 полностью закрыты.
Блок управления 31 выполняет запуск насоса 3 и электромеханических приводов 6, 23, 17 и 15, 16 дробилки 7, конвейера 22, секционного колосникового вибрационного уравновешенного подборщика 18 и полых шнековых движителей 12, 13 соответственно, а также полностью и частично открывает управляемые задвижки 24 и 10 соответственно. Вследствие этого полые шнековые движители 12 и 13 обеспечивают движение многофункциональной системы для сбора полезных ископаемых подводных месторождений по естественно сформированному на дне водоема слою горной массы 32. Насос 3 создает основной поток воды, который движется по нагнетательному трубопроводу 5, через полностью открытую управляемую задвижку 24, непосредственно в гибкий трубопровод 8. Из основного потока воды нагнетательного трубопровода 5 формируется дополнительный поток воды, который поступает по патрубку 11, через частично открытую управляемую задвижку 10, наконечник 25, бункер 2, дробилку 7, дополнительный патрубок 21 опять в основной поток нагнетательного трубопровода 5 и далее транспортируется в его составе. Запуск электромеханических приводов 17, 23 и 6 обеспечивает работу секционного колосникового вибрационного уравновешенного подборщика 18, конвейера 22 и дробилки 7. При этом блок управления 31 на основании получаемой от интегрированной навигационно-координационной системы 9 информации управляет движением многофункциональной системы для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений, путем регулирования при помощи электромеханических приводов 15 и 16, скоростями вращения соответствующих полых шнековых движителей 12 и 13. При этом полые шнековые движители 12 и 13 также выполняют функцию баков плавучести, что препятствует достижению критического уровня проседания многофункциональной системы для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений в илистые отложения дна водоема, в котором ведется разработка подводного месторождения.
После начала движения многофункциональной системы для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений, блок управления 31 при помощи электромеханического привода 17 заглубляет секционный колосниковый вибрационный уравновешенный подборщик 18 в слой горной массы 32. Таким образом, созданные компонентами полезных ископаемых подводных месторождений элементы в составе горной массы по секционному колосниковому вибрационному уравновешенному подборщику 18 начинают двигаться в бункер 2.
В бункер 2 поступает дополнительный поток воды, в результате чего величина абсолютного давления в бункере 2 превышает величину абсолютного давления в окружающей бункер 2 среде, что обуславливает выход части дополнительного потока воды, через расположенный в донной части бункера 2 приемный люк 14, в бассейн водоема. Удельный вес созданных компонентами полезных ископаемых подводных месторождений элементов превышает удельный вес ила, который входит в состав разрабатываемого слоя горной массы 32. Таким образом, выход части дополнительного потока воды через приемный люк 14 в бассейн водоема, при использовании секционного вибрационного уравновешенного подборщика 18 колосникового типа, обеспечит эффективное удаление значительного количества ила из собираемой горной массы, путем ее промывания частью дополнительного потока воды. При этом в бункер 2 будет поступать горная масса с высокой концентрацией созданных компонентами полезных ископаемых подводных месторождений элементов.
После поступления в бункер 2, промытая горная масса с высокой концентрацией созданных компонентами полезных ископаемых подводных месторождений элементов, транспортируется при помощи конвейера 22 и дополнительного потока воды в дробилку 7. Увеличение площади поперечного сечения наконечника 25, по ходу движения в нем потока жидкости, повышает равномерность транспортирования промытой горной массы через объем бункера 2. Установленный в бункере 2 аппарат направления движения горной массы 29 обеспечивает поступление промытой горной массы, которая транспортируется через бункер 2, в загрузочное окно 19 дробилки 7. В дробилке 7 происходит дробление промытой горной массы с последующей транспортировкой подробленной горной массы в дополнительном потоке воды через выпускное окно 20 дробилки 7 и дополнительный патрубок 21 в основной поток воды, который движется в нагнетательном трубопроводе 5. После поступления подробленной горной массы вместе с дополнительным потоком воды в основной поток воды, в нагнетательном трубопроводе 5 образуется поток гидросмеси, который далее транспортируется по гибкому трубопроводу 8 от многофункциональной системы для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений. Поворотная муфта 30 уменьшает нагрузки на гибкий трубопровод 8 при маневрировании многофункциональной системы для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений, что увеличивает срок его эксплуатации.
д.п.
о.п.
С исчерпанием времени, необходимого для выхода насоса 3 на его рабочие характеристики, блок управления 31 при помощи манометра 26 определяет фактическое текущее значение рабочей величины давления в дополнительном потоке воды (р), транспортирующем промытую горную массу на дробление, и с помощью манометра 27 определяет фактическое текущее значение рабочей величины давления в основном потоке воды (р), в зоне введения в его состав подробленной горной массы. Параллельно с этим, блок управления 31 начинает контролировать выполнение заданного условия и обеспечивает стабильность его выполнения во времени, путем регулирования величинами расходов основного и дополнительного потоков воды.
д.п.
о.п.
В случае невыполнения заданного условия, то есть р<р, блок управления 31 увеличивает величину расхода дополнительного потока воды и уменьшает величину расхода основного потока воды путем увеличения величины открытия управляемой задвижки 10 патрубка 11 и уменьшения величины открытия управляемой задвижки 24 нагнетательного трубопровода 5 соответственно, что приводит к увеличению величины давления в бункере 2.
д.п.
о.п.
При достижении выполнения заданного условия, то есть р≥р, блок управления 31 стабилизирует величины открытия управляемых задвижек 10 и 24.
Постоянный уровень заглубления секционного колосникового вибрационного уравновешенного подборщика 18 в слой горной массы 32 при постоянных скоростях вращения полых шнековых движителей 12, 13 обеспечивает равномерность поступления горной массы с высокой концентрацией созданных компонентами полезных ископаемых подводных месторождений элементов в бункер 2.
Таким образом, выполнение заданного условия позволит получить гарантированное поступление горной массы с высокой концентрацией созданных компонентами полезных ископаемых подводных месторождений элементов, через бункер 2 в дробилку 7 и стабилизацию величины концентрации твердых частиц в потоке гидросмеси, который транспортируют от многофункциональной системы для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений к расположенному на поверхности водоема базовому плавающему средству, при рациональной конфигурации технических средств. При этом величину концентрации твердых частиц в потоке гидросмеси, который транспортируют от многофункциональной системы для непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений к расположенному на поверхности водоема базовому плавающему средству, блок управления 31 определяет при помощи консистометра 28.
Таким образом, применение заявляемого изобретения позволит получить согласованное взаимодействие звеньев системы гидротранспорта, которые связаны с процессом непрерывного сбора полезных ископаемых подводных месторождений.