18.2. Підземна газифікація корисних копалин

Названий спосіб полягає в переведенні окремих мінералів чи хімічних елементів з твердого стану в газоподібний з наступним видаленням утвореного газу з надр.

В основу підземної газифікації вугілля покладено використання термохімічної реакції перетворення вуглецю під дією кисню в горючі гази безпосередньо під землею і наступне використання цих газів для енергетичних чи хімікотехнологічних потреб. Необхідними умовами підвищення інтенсивності процесу підземної газифікації є підтримка високих температур і підвищення газопроникнення пласта. Даний спосіб дає змогу використати вугілля, його енергію без проведення всього комплексу гірничо-технічних заходів з виймання та транспортування вугілля. Однак ряд суттєвих недоліків не дозволили іти далі науково-промислових експериментів.

На сьогодні в ряді вугледобувних країн (зокрема в США, Німеччині, Польщі) розроблено проекти комплексного використання продуктів газифікації, а саме шляхом застосування ядерної енергії для порушення цілісності газомістких пластів і утворення високих температур шляхом розчинення вугілля і отримання “сирої нафти“.

Сутність способу підземного спалювання cірки полягає в наступному. В районі залягання сірковмісного пласта пробурюють свердловини. Через одні з них подається окиснювач, який забезпечує згоряння сірки з утворенням сірчаного ангідриду. В сусідніх свердловинах за допомогою вакуумнасосів відкачують утворений ангідрид, з якого виготовляють сірчану кислоту.

18.3. Підводна розробка родовищ твердих корисних копалин

18.3.1. Загальні положення

Інтенсивна експлуатація родовищ корисних копалин в ХХ столітті, щорічне зростання видобутку їх на 3…8 відсотків призвели до суттєвого зменшення запасів на суші. Виникла нагальна потреба розширити географію розвідки і використання корисних копалин за рахунок 2/3 поверхні Землі, зайнятої морями і океанами. Морська вода сама є величезним джерелом корисних копалин: солей, срібла, золота, кобальта та ін. У ряді країн освоєно промислове видобування з моря кам’яної солі, калію, магнію, брому та ін.

Основна частина підводних запасів корисних копалин, придатних для добування сучасними технологічними засобами, знаходиться в районах континентального шельфу з глибиною до 400 м і більше.

Усі відомі підводні корисні копалини поділяються на три групи:

– прибережні розсипи: магнетитові, каситеритові, алмазні, золоті, платинові, янтарні та інші;

– копалини морського дна: будівельні матеріали, фосфорити, залізомарганцеві конкреції та ін.;

– копалини морських надр: нафта, газ, сірка, вугілля, залізні, олов’яні та інші руди.

Усі ці поклади в зоні континентального шельфу успішно експлуатують багато країн: США (платина, золото), Індонезія (олово), Таїланд (олово), Намібія (алмази) та ін. Ще більше країн проводить видобування будівельних матеріалів.

Добування корисних копалин здійснюють такими способами:

– механічним – земснарядами, драгами, спеціальними тралами;

– гідравлічним – з застосуванням установок з гідравлічним руйнуванням, завантаженням і транспортуванням породи;

– добування з використання автономних апаратів;

– комбіновані.

Розглянемо деякі з вказаних способів.

18.3.2. Розробка порід багаточерпаковими механічними драгами, земляними та грейферними снарядами

Принципи виймання породи цими агрегатами однаковий: на плавучій базі монтується стріла, на замкненому ланцюгу якої закріплені ковші. Система приводиться в дію лебідками. Вийнята порода черпаками переміщується на плавплатформу. В земснарядах ця порода гідротранспортом або конвеєром передається до місця складування чи на перевантаження. На драгах вийнята гірська маса проходить повний або частковий цикл збагачення, тобто видає готовий метал (золото, платину) чи збагачений концентрат.

Драги використовуються переважно для розробки алювіальних та прибережно-морських розсипів. Об’єм ковшів на драгах становить 50…600 л, глибина черпання – до 50 м. Усі процеси на сучасних драгах механізовані та автоматизовані.

На рис. 18.2 показана великорозмірна драга водовміщенням 11 тис. т, яка переміщується вздовж вибою за допомогою двох паль і системи лебідок. В середині драги закріплена рама 2, на якій змонтовано черпаковий ланцюг. Видобутий пісок з черпаків перевантажують у бункер, а звідти під тиском води – в барабанний грохот. У кінці барабана є отвори для уловлювання самородків значного розміру. В барабані піски промивають, класифікують і після подальшого збагачення отримують шліхове золото та пусту породу (хвости), яку головним конвеєром (стакером) 5 подають у відвал.

Рис. 18.2. Схема багаточерпакової драги: 1 – понтон; 2 – рама з черпаками;3 – дражна бочка; 4 –доводочний відділок; 5 – головний конвеєр-стакер

При видобуванні порід земснарядами гірську масу з агрегату передають на збагачувальні фабрики або ж для безпосереднього використання (будматеріали).

Для видобування корисних копалин з морського дна застосовують також грейферні снаряди. На такому плавучому снаряді монтують від одного до шести грейферних кранів зі змінними черпаками, призначеними для різного типу грантів (легких, середніх чи важких). Важливою рисою грейферних снарядів є можливість розробки морського дна на значних глибинах. На цьому ж принципі працюють і грейферні драги, на яких крім видобування проводять ще й збагачення руди.

18.3.3. Розробка порід гідравлічними земснарядами і драгами

При підводних розробках крім механічних земснарядів та драг знайшли досить широке застосування гідравлічні земснаряди та гідравлічні драги. У цих агрегатів замість багаточерпакового ланцюга використовують всмоктувальний трубопровід, який монтують на рамі або на тросах. Підйом–опускання рами або тросової оснастки здійснюють за допомогою лебідок, тальферів, кранів тощо.

Принцип роботи гідравлічного земснаряда при видобуванні будівельних матеріалів показано на рис. 18.3. Основним робочим органом цих машин є грунтові насоси. Саме розпушення вони можуть здійснювати за допомогою розпушувачів гідравлічного або механічного типу. Земснаряди та драги можуть бути як самохідними, так і несамохідними. Самохідні, в свою чергу, поділяються на самовідвізні, коли відбитий грунт складується в трюми земснаряду, і несамовідвізні, з яких матеріал вивозять шаландами або пульпу переміщують по плавучому трубопроводу на промивальну установку чи в склад на суші.

Рис. 18.3. Схема земснаряда: 1– понтон; 2 – трубопровід; 3 – грунтовий насос;4 – рама з всмоктуючим трубопроводом;5 – розрихлювач; 6 – продуктивні осади; 7 – папільотажні троси; 8 – підіймальні машини

18.3.4. Розробка підводних покладів ерліфтними та ежекторними земснарядами і автономно діючими апаратами

При розробці осадових порід ерліфтними земснарядами руйнування грунту здійснюють енергією води за допомогою гідромоніторних насадок і напорного поставу труб, а для підіймання утвореної пульпи використовують потік суміші повітря і води по вертикальних або близьких до вертикальних підйомниках. При цьому компресорне, насосне і силове обладнання, вантажно-опускні засоби розташовують на плавосновах. Виймання ерліфтними снарядами застосовують на глибинах до 100 м і більше. Зокрема, ці снаряди з успіхом використо-вують для видобування алмазів біля берегів Південно-Західної Африки вже з 1961 року. Застосування еластичних труб, які намотуються на барабан, уможливлює вести видобування при змінних глибинах.

Ежекторні земснаряди працюють за рахунок нагнітання води в ежектувальний пристрій, вмонтований у всмоктувальному патрубку трубопроводу. Утворений висхідний потік води захоплює відбитий гідромоніторами 4 грунт і подає його разом з водою на плавоснову (рис. 18.4). Довжина трубопроводу може змінюватись шляхом намотування-розмотування труби на барабан.

Рис. 18.4. Схеми ерліфтної (а) та ежекторної (б) установок: 1 – стиснене повітря; 2 – напорна вода; 3 – пульпа;4 – гідромоніторні насадки; 5 – розмитий матеріал; 6 – продуктивні поклади

Зі збільшенням глибини розробки ускладнюється технологія і техніка видобування корисних копалин. Для цих умов розроблюють і випробовують автономно діючі апарати (снаряди), які самостійно пересуваються по дну. Один з варіантів глибоководного видобування полягає в застосуванні роторного грунтозабірного колеса з складуванням породи в спеціальні скіпи або з підніманням породи за допомогою грунтових насосів. Такий грунтозабірний пристрій може сам пересуватися по морському дну.

Розроблені також проекти глибоководних гідравлічних драг, робота яких автоматизована, а контроль за їх роботою здійснюють за допомогою телекамер.