Способ разработки подводной россыпи
Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при разработке месторождений шельфа, предпочтительно примыкающих к береговой черте. Техническим результатом является обеспечение возможности эффективной разработки выемки россыпи, независимость размеров внутренней полости ограждающей конструкции от мощности россыпи при наличии покрывающих пород и повышение полноты выемки. Для этого ограждающую конструкцию формируют в виде, по меньшей мере, двух рядом расположенных конструкций с замкнутым периметром, которыми ограждают участок россыпи от плотика до зеркала воды, для чего используют пластины, вертикальные кромки которых выполнены с возможностью разъемного скрепления с кромками, по меньшей мере, двух контактирующих с ней пластин. При этом одну из пластин используют в качестве общей стенки названных конструкций, причем процесс формирования ограждающих конструкций выполняют путем последовательного внедрения до плотика россыпи пластин с одновременным скреплением их кромок, кроме того, выемочное оборудование для выемки россыпного материала вводят в пространство ограждающей конструкции после ее формирования. Причем после выемки россыпного материала в объеме, ограниченном первой ограждающей конструкцией, выемку материала в объеме, ограниченном каждой из последующих ограждающих конструкций, ведут со складированием хвостов в выработанном пространстве предыдущей ограждающей конструкции до уровня не менее уровня дна акватории, кроме того, последующие ограждающие конструкции формируют путем поочередного извлечения пластин, одна из сторон которых контактирует с массивом, ограничивающим выемочный участок, а вторая - контактирует с закладочным массивом, сформированным из хвостов, или обе стороны контактируют с закладочным массивом, сформированным из хвостов, после чего последовательно внедряют до плотика россыпи извлеченные пластины с одновременным скреплением их кромок с кромками пластин, непосредственно примыкающих к пространству отрабатываемых ограждающих конструкций. При этом новые конструкции формируют со стороны, в которую подвигают выемочные работы. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при разработке месторождений шельфа, предпочтительно примыкающих к береговой черте в тех районах водных акваторий, где повышены требования по сохранению окружающей среды, предпочтительно на небольших глубинах.
Известен способ разработки подводной россыпи, включающий установку якоря, монтаж трассовой скреперной системы с обогатительным блоком, внедрение обогатительного блока в толщу россыпи и принудительное перемещение обогатительного блока посредством скреперной установки к береговой черте с отбором из россыпного материала полезных компонентов и последующей разгрузкой его в смонтированный на берегу бункер (см. Добрецов И.Б. Освоение минеральных ресурсов шельфа. - Л.: Недра, 1980, с.219-221, рис.71).
Недостаток этого технического решения - низкая экологичность способа (уничтожение биоценоза и ухудшение условий обитания водяных организмов и растений ввиду нарушения условий их обитания), существенная зависимость способа разработки от погодных условий и необходимость высоких затрат энергии, что исключает возможность реализации способа в малоосвоенных районах без развертывания соответствующих источников энергии.
Известен также способ разработки подводной россыпи, включающий внедрение в россыпь ограждающей конструкции в пределах отрабатываемого участка, выемку материала в объеме, ограниченном ограждающей конструкцией, отделение хвостов от полезного компонента и складирование хвостов в выработанном пространстве в объеме, ограниченном ограждающей конструкцией (см. Добрецов И.Б. Освоение минеральных ресурсов шельфа. - Л.: Недра, 1980, с.222-224, рис.73). При этом ограждающая конструкция выполнена в виде полого корпуса, открытого снизу и содержащего в своей полости обогатительный блок и средство перемещения материала россыпи через обогатительный блок, выполненного с возможностью накопления в нем полезного компонента.
Недостаток указанных технических решений - «привязка» размеров ограждающей конструкции к мощности россыпи, что резко снижает эффективность работы при наличии покрывающих пород, причем с ростом их мощности использование способа может быть вообще неэффективным, т.к. принятая технология обогащения предусматривает накопление полезного компонента и сброс хвостов обратно в полость ограждающей конструкции. Это обстоятельство, в свою очередь, повышает громоздкость и вес устройства, что вынуждает оборудовать плавсредство мощными подъемными механизмами для погружения-извлечения корпуса. Кроме того, при использовании устройства в процессе отработки россыпей, содержание полезных компонентов в которых достаточно велико (практически, все материалы, за исключением драгоценных металлов и материалов), неизбежно разубоживание материала россыпи и его потери из-за перемешивания материала с пустыми породами в процессе переработки материала россыпи, извлечения корпуса, внедрения корпуса.
Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в обеспечении возможности эффективной разработки выемки россыпи, независимости размеров внутренней полости ограждающей конструкции от мощности россыпи при наличии покрывающих пород и повышение полноты выемки.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в исключении дополнительных искусственных воздействий на акваторию, содержащую россыпь, при ее отработке, а именно исключается повышение замутненности акватории, превышающее естественный уровень, являющийся следствием прибрежного волнения, снижении потерь россыпного материала (песков) из-за его перемешивания с пустыми породами в процессе переработки материала россыпи, извлечения корпуса, внедрения корпуса. Кроме того, обеспечивается возможность полного извлечения песков.
Для решения поставленной задачи способ разработки подводной россыпи, включающий внедрение в россыпь ограждающей конструкции в пределах отрабатываемого участка, выемку материала в объеме, ограниченном ограждающей конструкцией, отделение хвостов от полезного компонента и складирование хвостов в выработанном пространстве в объеме, ограниченном ограждающей конструкцией, отличается тем, что ограждающую конструкцию формируют в виде, по меньшей мере, двух рядом расположенных конструкций с замкнутым периметром, которыми ограждают участок россыпи от плотика до зеркала воды, для чего используют пластины, вертикальные кромки которых выполнены с возможностью разъемного скрепления с кромками, по меньшей мере, двух контактирующих с ней пластин, при этом одну из пластин используют в качестве общей стенки названных конструкций, причем процесс формирования ограждающих конструкций выполняют путем последовательного внедрения до плотика россыпи пластин с одновременным скреплением их кромок, кроме того, выемочное оборудование для выемки россыпного материала вводят в пространство ограждающей конструкции после ее формирования, причем после выемки россыпного материала в объеме, ограниченном первой ограждающей конструкцией, выемку материала в объеме, ограниченном каждой из последующих ограждающих конструкций, ведут со складированием хвостов в выработанном пространстве предыдущей ограждающей конструкции до уровня не менее уровня дна акватории, кроме того, последующие ограждающие конструкции формируют путем поочередного извлечения пластин, одна из сторон которых контактирует с массивом, ограничивающим выемочный участок, а вторая - контактирует с закладочным массивом, сформированным из хвостов, или обе стороны контактируют с закладочным массивом, сформированным из хвостов, после чего последовательно внедряют до плотика россыпи извлеченные пластины с одновременным скреплением их кромок с кромками пластин, непосредственно примыкающих к пространству отрабатываемых ограждающих конструкций, при этом новые конструкции формируют со стороны, в которую подвигают выемочные работы. Кроме того, выемку материала россыпи начинают под нижней отметкой слоя покрывающих пород, предпочтительно начиная от плотика. Кроме того, выемку материала россыпи начинают от дна акватории. Кроме того, ограждающей конструкции придают прямоугольную форму поперечного сечения. Кроме того, ограждающей конструкции придают треугольную форму поперечного сечения. Кроме того, высоту ограждения над дном акватории принимают из условия превышения максимального уровня зеркала воды.
Сравнение признаков заявленного решения с признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".
Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признаки «...ограждающую конструкцию формируют в виде, по меньшей мере, двух рядом расположенных конструкций с замкнутым периметром, которыми ограждают участок россыпи от плотика до зеркала воды...» исключают перемешивание песков и покрывающих наносов при извлечении ограждающей конструкции, кроме того, обеспечивается изоляция акватории от водного пространства, находящегося над отрабатываемым участком и, кроме того, исключают сброс хвостов в призабойное пространство (как это имеет место в прототипе) и, тем самым, разубоживание песков хвостами - отходами цикла обогащения прошедшего объема материала, т.е. исключается влияние хвостов обогащения предшествующего объема материалов россыпи на качество песков, отбираемых для обогащения на последующих этапах. Тем самым уменьшается продолжительность цикла обогащения и объем материала, извлекаемого в объеме огражденного пространства. Кроме того, обеспечивается подвигание очистных работ по территории выемочного участка.
Признаки «...используют пластины, вертикальные кромки которых выполнены с возможностью разъемного скрепления с кромками, по меньшей мере, двух контактирующих с ней пластин, при этом одну из пластин используют в качестве общей стенки названных конструкций, причем процесс формирования ограждающих конструкций выполняют путем последовательного внедрения до плотика россыпи пластин с одновременным скреплением их кромок...» обеспечивают возможность проведения работ при минимизации объема ограждающей конструкции на единицу извлекаемого объема материала за счет «сборности» конструкции.
Признаки «...выемочное оборудование для выемки россыпного материала вводят в пространство ограждающей конструкции после ее формирования...» обеспечивают легкую адаптацию и вариабельность выемочного оборудования в зависимости от горно-геологических условий, в том числе по наличию-отсутствию наносов, мощности песков и/или наносов и т.п. Кроме того, упрощается конструкция ограждения, организация работ.
Признаки «...после выемки россыпного материала в объеме, ограниченном первой ограждающей конструкцией, выемку материала в объеме, ограниченном каждой из последующих ограждающих конструкций, ведут со складированием хвостов в выработанном пространстве предыдущей ограждающей конструкции...» исключают загрязнение окружающей водной среды хвостами обогащения материала россыпи.
Признаки, указывающие на высоту складирования хвостов «до уровня не менее уровня дна акватории», исключают перемешивание песков и покрывающих наносов при извлечении ограждающей конструкции.
Признаки «...последующие ограждающие конструкции формируют путем поочередного извлечения пластин, одна из сторон которых контактирует с массивом, ограничивающим выемочный участок, а вторая - контактирует с закладочным массивом, сформированным из хвостов или обе стороны контактируют с закладочным массивом, сформированным из хвостов, после чего последовательно внедряют до плотика россыпи извлеченные пластины с одновременным скреплением их кромок с кромками пластин, непосредственно примыкающих к пространству отрабатываемых ограждающих конструкций, при этом новые конструкции формируют со стороны, в которую подвигают выемочные работы...» обеспечивают полную отработку площади выемочного участка.
Признаки второго пункта формулы изобретения позволяют минимизировать объем извлекаемого материала при большой мощности наносов.
Признаки третьего пункта формулы изобретения позволяют минимизировать объем извлекаемого материала при отсутствии наносов.
Признаки четвертого пункта формулы изобретения конкретизируют форму поперечного сечения ограждающей конструкции.
Признак пятого пункта формулы позволяет повысить жесткость ограждения при большой мощности песков и/или наносов.
Признаки шестого пункта формулы позволяют исключить загрязнение акватории.
На фиг.1 показана схема размещения обогатительных блоков в рабочем положении; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 показан продольный разрез обогатительного блока по трубчатому корпусу; на фиг.4 показан поперечный разрез трубчатого корпуса.
На чертежах показаны россыпь 1, наносы 2, ограждающая конструкция 3, границы 4 отрабатываемого участка, выемочное оборудование 5, плавсредство 6, хвосты 7, выработанное пространство 8 в объеме, ограниченном ограждающей конструкцией 3, плотик 9, зеркало воды 10, пластины 11, дно акватории 12, выработанное пространство 13 отрабатываемого участка, направление подвигания выемочных работ 14, замки 15 пластин 11, утолщение 16, пазы 17.
Ограждающая конструкция 3 выполнены в виде трубчатого корпуса, выполненного из металла. Конструкция собирается как минимум из трех пластин 11. Пластины представляют из себя металлический лист, который гофрируется продольными гофрами, для обеспечения жесткости листа, при этом одна продольная кромка листа снабжена утолщением 16, например, в виде металлического прутка, приваренного на нее, а вторая снабжена замком 15 в виде корпуса с тремя продольными пазами 17 по форме утолщения 16 (что обеспечивает возможность соединения с замком трех листов). При использовании в качестве пластин 11 шпунтовых свай форма поперечного сечения ограждающей конструкции 3 может быть произвольной, но для упрощения работы землесосного оборудования целесообразнее прямоугольная форма сечения. Габариты и вес пластин 11 определяются возможностями подъемно-транспортного оборудования, имеющегося в распоряжении.
В качестве выемочного оборудования 5 используют известные устройства - либо грейферы, либо землесосные установки, снабженные механическими или гидравлическими рыхлителями, если это необходимо, смонтированные на плавсредстве 6.
В качестве плавсредства 6 используют самоходное или несамоходное плавучее основание, выполненное известным образом, осадка которого обеспечивает возможность работы на мелководье, водоизмещение которого обеспечивает размещение подъемных механизмов, вибропогружных устройств (на чертежах не показаны), выемочного оборудования 5. Кроме того, если предусмотрена переработка россыпного материала непосредственно на борту плавсредства 6, то на нем монтируют обогатительное оборудование и бункеры для накопления полезного компонента, средства удаления хвостов 7, например, в виде трубопроводов (на чертежах не показаны), если же переработка россыпного материала предусмотрена на берегу, то плавсредство 6 известным образом связывают с берегом, например, посредством пульпопроводов для транспорта песков и обратного транспорта хвостов и соответствующих гидроэлеваторов (на чертежах не показаны).
Заявленный способ осуществляется в следующем порядке.
Пластины 11 ограждающей конструкции 3 на плашкоутах (на чертежах не показаны) или на палубе плавсредства 6 доставляют на место установки. Затем посредством подъемных механизмов плавсредства 6 первую пластину 11 опускают нижним концом на дно акватории 12, предпочтительно у одной из границ 4 отрабатываемого участка, после чего, вставляя в пазы 17 замков 15 пластин 11, соответствующие утолщения 16 других пластин формируют замкнутую конструкцию ограждения, которую затем с использованием вибропогружных устройств известным образом опускают до плотика 9 россыпи 1 (внедряют в тело россыпи).
Затем в пазы 17 замков 15 уже установленной ограждающей конструкции 3 заводят аналогично вышеописанному утолщения 16 новых пластин 11 и формируют замкнутую конструкцию ограждения, примыкающую к уже установленной, в которой одна из стенок является общей с уже установленной ограждающей конструкцией 3. Затем погружают эту конструкцию до плотика 9. Далее аналогично продолжают формирование ряда ограждающих конструкций 3 вдоль условной границы участка 4 и перпендикулярно ей. Предпочтительно, чтобы ограждающие конструкции 3 были размещены не менее чем в два ряда (при этом целесообразно, чтобы размеры участка россыпи 1, на котором размещены ограждающие конструкции 3, были близки друг другу. Затем в объем, ограниченный первой ограждающей конструкцией 3, вводят выемочное оборудование 5, посредством которого начинают выемку материала. После обогащения извлеченного россыпного материала полезный компонент складируют, а хвосты 7 временно складируют в соседней ограждающей конструкции 3, на поверхности твердого материала, находящегося в ней. После ее заполнения хвосты 7 складируют в соседней. При этом после извлечения россыпного материала в первой ограждающей конструкции 3 работы в соседней начинают с обратной перевалки временно складированных в ней хвостов 7, после удаления которых работы ведут с извлечением материала в отрабатываемой ограждающей конструкции 3 и складированием хвостов 7 в выработанном пространстве 13 ранее «отработанной». И так до «отработки» всех ограждающих конструкций 3.
Если выемку материала россыпи начинают от дна акватории 12 (с использованием землесосных установок), то вначале известным образом внедряют став землесоса в россыпь 1, предпочтительно до плотика 9, после чего начинают извлечение материала россыпи 1. При этом хвосты 7 отсыпают на поверхность материала, находящегося в этой же ограждающей конструкции 3.
Уровень заполнения ограждающих конструкций 3 складированными в них хвостами 7 обеспечивают не менее уровня дна акватории 12 (лучше всего с небольшим превышением на 0,3-0,5 м, что позволяет компенсировать объем, занимаемый конструкцией отсека при его извлечении из массива).
Далее пластины 11 ограждающей конструкции 3 извлекают со стороны выработанного пространства 13 отрабатываемого участка, примыкающего к отсекам 11, в пространстве которых осуществляют выемку материала россыпи, и устанавливают в замки пластин 11 остающихся недемонтированными ограждающих конструкций 3 со стороны, в которую подвигают выемочные работы, и так повторяют до полной отработки площади выемочного участка.
1. Способ разработки подводной россыпи, включающий внедрение в россыпь ограждающей конструкции в пределах отрабатываемого участка, выемку материала в объеме, ограниченном ограждающей конструкцией, отделение хвостов от полезного компонента и складирование хвостов в выработанном пространстве в объеме, ограниченном ограждающей конструкцией, отличающийся тем, что ограждающую конструкцию формируют в виде, по меньшей мере, двух рядом расположенных конструкций с замкнутым периметром, которыми ограждают участок россыпи от плотика до зеркала воды, для чего используют пластины, вертикальные кромки которых выполнены с возможностью разъемного скрепления с кромками, по меньшей мере, двух контактирующих с ней пластин, при этом одну из пластин используют в качестве общей стенки названных конструкций, причем процесс формирования ограждающих конструкций выполняют путем последовательного внедрения до плотика россыпи пластин, с одновременным скреплением их кромок, кроме того, выемочное оборудование для выемки россыпного материала вводят в пространство ограждающей конструкции после ее формирования, причем после выемки россыпного материала в объеме, ограниченном первой ограждающей конструкцией, выемку материала в объеме, ограниченном каждой из последующих ограждающих конструкций, ведут со складированием хвостов в выработанном пространстве предыдущей ограждающей конструкции до уровня, не менее уровня дна акватории, кроме того, последующие ограждающие конструкции формируют путем поочередного извлечения пластин, одна из сторон которых контактирует с массивом, ограничивающим выемочный участок, а вторая контактирует с закладочным массивом, сформированным из хвостов, или обе стороны контактируют с закладочным массивом, сформированным из хвостов, после чего последовательно внедряют до плотика россыпи извлеченные пластины с одновременным скреплением их кромок с кромками пластин, непосредственно примыкающих к пространству отрабатываемых ограждающих конструкций, при этом новые конструкции формируют со стороны, в которую подвигают выемочные работы.
2. Способ разработки подводной россыпи по п.1, отличающийся тем, что выемку материала россыпи начинают под нижней отметкой слоя покрывающих пород, предпочтительно, начиная от плотика.
3. Способ разработки подводной россыпи по п.1, отличающийся тем, что выемку материала россыпи начинают от дна акватории.
4. Способ разработки подводной россыпи по п.1, отличающийся тем, что ограждающей конструкции придают прямоугольную форму поперечного сечения.
5. Способ разработки подводной россыпи по п.1, отличающийся тем, что ограждающей конструкции придают треугольную форму поперечного сечения.
6. Способ разработки подводной россыпи по п.1, отличающийся тем, что высоту ограждения над дном акватории принимают из условия превышения максимального уровня зеркала воды.
