12.5. Особенности добычи полезных ископаемых со дна морей и океанов

Во второй половине 20 века Россия и другие страны приступили к освоению богатых минеральных ресурсов Мирового океана. Более 70 предприятий в различных районах мира добывают на шельфе золото, олово, титан, алмазы и другое сырье, перерабатывая ежегодно более 130 млн. м³ горной массы. На морском дне по условиям технических средств разработки выделяют три уровня: первый с глубиной воды не более 5–10 м; второй с глубиной до 100–200 м и третий – до предельных глубин океана [10].

Разработку пляжевых прибрежных россыпей, как правило, ведут традиционными средствами, характерными для континентальных месторождений: бульдозерами, скреперами, экскаваторами, земснарядами, драгами. Одной из наиболее сложных проблем является производство работ в подводной зоне пляжей с приливно-отливными течениями, волновым и ветровым воздействием, с крутыми берегами и крупными валунами у подножия абразивных склонов. В этих условиях наиболее эффективны канатно-скреперные установки, оборудованные ковшами с крыльями для их гидродинамического взвешивания при движении в воде. Весьма перспективны земноводные самоходные установки вследствие их мобильности, устойчивости в отношении воздействия волн и течений, простоты управления и др.

В России подводные бульдозеры-планировщики применяют в портах при выравнивании дна и постели для молов. Японская фирма «Комацу» создала четыре типа бульдозеров для глубин 3, 7, 15 и 60 м. Они могут осуществлять добычу песка и гравия, работая совместно с надводными землесосами, драглайнами и грейферами. Управляют бульдозерами дистанционно по радио или телефону, а также непосредственно операторами, находящимися в кабине. Отвалы оснащены боковыми стенками, защищающими грунт от смыва водой. Привод этих бульдозеров – электрический, вместимость кабельной лебедки – 150 м.

Наиболее проверенный тип горных машин для подводной разработки в зоне шельфа – морские многоковшовые драги. У них, в отличие от континентальных драг, отсутствуют отвалообразователь и сваи. Передвижение и маневрирование по забою осуществляется посредством канатно-опорного устройства. «Хвосты» обогащения по системе кормовых желобов самотеком поступают в водоем. Максимальная глубина выемки пород ниже уровня воды у многоковшовых драг с роторным колесом или жесткой рамой не превышает 50 м.

Для подводной разработки на глубинах до 70 м можно использовать подводные экскаваторы-земснаряды типа «Кроулкаттер» (США). Он разрушает породы фрезерным рыхлителем с гидроприводом, а транспортируют их – грунтонасосом. Управляют экскаватором два оператора. Энергоснабжение электрических систем осуществляется по кабелю. Установленная мощность двигателей – 1000 кВт; подаваемое на борт напряжение – 4160 В; тяговое усилие (напор на забой) составляет 529 кН; производительность по породе – до 153 м³/ч; возможное удаление от берега – до 950 м.

Землесосные установки с механическим или гидравлическим разрыхлителем эффективны при глубине разработки до 80 м. Московским горным институтом и Уфимским заводом горного оборудования созданы подводные земснаряды «Моллюск», основанные на использовании гидростатического давления окружающей среды в районе забоя для операций процесса выемки. При установившейся работе земснаряд присасывается к забою с силой 0,98–1,96 кН. Специальный погружной грунтовый насос служит для гидротранспортирования породы и для ее разрушения за счет перепада давления на всасывании, который при достаточной глубине погружения может быть примерно равен напору землесоса. Привод его электрический, от специального герметичного электродвигателя. Корпус насоса служит для монтажа других узлов земснаряда «Моллюск»: погружного понтона с регулируемой плавучестью, породозаборного устройства, всасывающей трубы. Максимальная глубина погружения «Моллюска-3» – до 60 м, «Моллюска-5» – до 500 м. Максимальная часовая производительность по породе в плотном теле составляет 200–300 м³ на глубине до 50 м, на глубине 100 м – 100–150 м³, 500 м – 20–30 м³. Способы разработки уступа: с подрезкой и обрушением. При этом частичное разрушение породы и подача ее к породозаборному устройству происходят за счет гравитационных сил, что снижает удельную энергоемкость.

При переходе на большие глубины эффективны схемы подъема полезного ископаемого канатно-цепными многоковшовыми драгами и эжекторными установками (рис. 12.7). Драги, работающие по принципу «непрерывной ковшовой линии», включают: одно или два судна, петлю пропиленового каната длиной несколько километров, на котором через 20–50 м закреплены ковши, подъемное приспособление на судах, позволяющее перемещать канат и обеспечивать черпание минерального сырья (схема а). Такая система испытана на глубинах до 4700 м и может обеспечить годовую производительность 2–3 млн. т [10].

Е

а б

Рис. 12.7. Схемы подъема полезного ископаемого со дна морей и океанов непрерывной ковшовой линией (а) и эжекторными драгами (б): 1 – добычное судно; 2 – канат; 3 – ковш; 4 – гибкий армированный шланг; 5 – обогатительная фабрика; 6 – причальная бочка; 7 – насос; 8 – герметичный балластный поплавок с ходовыми винтами; 9 – трубопровод напорной воды; 10 – пульпопровод; 11 – разгрузочные ходовые винты; 12 – загрузочный аппарат; 13 – всасывающая головка

ще более перспективны эжекторные (гидровсасывающие) подъемники и землесосные установки с многоступенчатым подъемом погружными насосами. Они могут работать на глубинах до 4,5–6,0 км. В одном из вариантов таких глубоководных драг (схема б) напорную воду с балластного поплавка подают во всасывающую эжекторную головку. Засасываемый материал поступает в одну из камер напорного загрузочного устройства, а из него в подъемный пульпопровод. Расход электроэнергии по этой схеме не превышает 1 кВт-ч/т.

Усилия ученых, инженеров и конструкторов направлены на создание подвижных и компактных автоматизированных комплексов подводных и надводных установок, которые должны обладать способностью длительно и надежно работать в открытом океане. В их технологическую цепочку будет входить и переработка минерального сырья.