Устройство для разработки россыпей

Изобретение относится к средствам разработки несвязных грунтов и может быть использовано на погребенных россыпных месторождениях твердых полезных ископаемых, предпочтительно пляжных месторождений шельфа. Технический результат - обеспечение возможности выемки несвязных материалов с сохранением вертикальности стенок образующейся полости. Устройство для разработки россыпей включает корпус со всасывающим патрубком и с размывающими форсунками, сообщенными с напорной полостью. Корпус выполнен в виде трубчатой оболочки, высота которой превышает расстояние от поверхности до плотика россыпи, а поперечные размеры корпуса не превышают удвоенный радиус действия размывающих форсунок. Поперечному сечению корпуса придана квадратная форма, при этом размывающие форсунки размещены по сторонам квадрата, а всасывающие патрубки размещены в его углах. Корпус снабжен, по меньшей мере, одним вибратором. Внутренняя стенка корпуса снабжена средством формирования силового воздействия, перпендикулярного внутренней поверхности корпуса, выполненным в виде торообразной полой оболочки, скрепленной с внутренней поверхностью корпуса и снабженной средством изменения давления в полости оболочки, предпочтительно реверсируемым гидронасосом. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к средствам разработки несвязных грунтов и может быть использовано на погребенных россыпных месторождениях твердых полезных ископаемых, предпочтительно пляжных месторождений шельфа.

Известно устройство для разработки россыпей, содержащее многонасадочный гидравлический разрыхлитель со струенаправляющим кольцом конструкции ВНИИНеруда (см. С.П. Огородников. Гидромеханизация разработки грунтов. - М.: Стройиздат. - 1986. - 256 с.). В такой конструкции насадки размещены на кольцевом коллекторе, охватывающем всасывающий наконечник. В этом рыхлителе струи направлены под углом 30-40° к плоскости кольца в сторону центра всасывающего наконечника, а кольцо закреплено на шаровом шарнире, обеспечивающем его самоустановку параллельно поверхности забоя под действием упора о грунт. Указанные гидравлические рыхлители применимы в строительной гидромеханизации и при добыче полезных ископаемых.

В лаборатории гидромеханизации ЦНИИСа было создано устройство для разработки россыпей с гидравлическим разрыхлителем, представляющим собой кольцо, объемлющее всасывающий наконечник, изготовленное из трубы диаметром 200 мм [Д.В.Рощупкин. Разработка грунтов землесосными снарядами. - М.: Транспорт. - 1969. - 135 с.]. На кольце установлены восемь насадок, которым придан небольшой наклон так, что истекающие из них струи в перспективе направлены в одну точку, лежащую перед всасывающим наконечником на его оси. Истекавшие из насадок под разными углами струи вымывали песок, заполнявший промежутки между частицами гравия, отрывали эти частицы, взвешивали, а подтекающие к устью всасывающего наконечника струи воды подхватывали их и увлекали в сосун. Не менее эффективно действие гидравлического разрыхлителя при разработке трещиноватых прослоек порфирита, встречавшихся в полезных балластных залежах. Струи разрыхлителя ударяли в трещины, расширяли их, скалывали и взвешивали пластинки порфирита. Прослойки глины напорными струями размельчались до тонких взвесей, часть которых оттеснялась от зоны всасывания и оседала на дно за пределами забоя, а часть, попавшая на карту намыва, сбрасывалась вместе с водой.

Известно устройство для разработки россыпей конструкции Н.М. Цимаховского, который рекомендовал и осуществил практически совместную работу напорных струй и гидроэлеватора (С.П. Огородников. Гидромеханизация разработки грунтов. - М.: Стройиздат. - 1986. - 256 с.). Гидромониторная часть агрегата имеет полуобъемлющую ствол гидромонитора головку с четырьмя насадками - одной вертикальной и тремя горизонтальными, расположенными под углом 120° относительно друг друга. Приемное отверстие находится ниже горизонтальных насадок гидромонитора.

Однако всем перечисленным аналогам присущи некоторые общие недостатки:

- противоположно направленные размывающий и всасываемый потоки, при этом размывающий поток, образованный струями воды из размывающих форсунок, препятствует перемещению взвешенных частиц полезного ископаемого к всасывающему патрубку, что приводит к снижению технической производительности;

- забор грунта непосредственно с поверхности дна, что приводит к замутнению водоема, уничтожению поверхности дна, т.е. к нарушению экологической обстановки.

Наиболее близким к заявляемому изобретению (прототип) является устройство для разработки россыпей, включающее корпус со всасывающим патрубком и с размывающими форсунками, сообщенными с напорной полостью (см. RU 2239701, Е21С 50/00, Е02Р 3/88, 2004).

Однако такое устройство при выемке погребенных россыпей не позволяет минимизировать выемку покрывающих материалов, поскольку не обеспечивается вертикальность стенок выемки, формируемой в процессе разработки из-за несвязности материала.

В основу изобретения поставлена задача обеспечения возможности выемки несвязных материалов с сохранением вертикальности стенок образующейся полости.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в исключении выемки излишних объемов пустых пород, их перемешивании с материалом россыпи (из-за сдвижения массива под действием гравитации и, тем самым, выполаживания бортов образующейся полости).

Для решения поставленной задачи устройство для разработки россыпей, включающее корпус со всасывающим патрубком и с размывающими форсунками, сообщенными с напорными средствами, отличается тем, что корпус выполнен в виде трубчатой оболочки, высота которой превышает расстояние от поверхности до плотика россыпи, при этом поперечные размеры корпуса не превышают удвоенный радиус действия размывающих форсунок, размещенных на равных расстояниях друг от друга по периметру внутренней полости корпуса, при этом всасывающие патрубки размещены на равных расстояниях друг от друга по периметру внутренней полости корпуса между размывающими форсунками, кроме того, корпус снабжен, по меньшей мере, одним вибратором, кроме того, внутренняя стенка корпуса снабжена средством формирования силового воздействия, перпендикулярного внутренней поверхности корпуса. При этом средство формирования силового воздействия, перпендикулярного внутренней поверхности корпуса, выполнено в виде торообразной полой оболочки, скрепленной с внутренней поверхностью корпуса и снабженной средством изменения давления в полости оболочки, предпочтительно реверсируемым гидронасосом. Кроме того, поперечному сечению корпуса придана квадратная форма, при этом размывающие форсунки размещены по сторонам квадрата, а всасывающие патрубки размещены в его углах.

Сравнение признаков заявляемого решения с признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи:

Признаки «......корпус выполнен в виде трубчатой оболочки, высота которой превышает расстояние от поверхности до плотика россыпи, при этом поперечные размеры корпуса не превышают удвоенный радиус действия размывающих форсунок...» исключают перемешивание песков и покрывающих наносов при извлечении ограждающей конструкции, кроме того, обеспечивается изоляция отрабатываемого объема от остального массива. При использовании не менее двух таких устройств обеспечивается складирование хвостов в выработанном пространстве одного из них, что исключает сброс хвостов в окружающую среду.

Признаки, определяющие размещение форсунок «на равных расстояниях друг от друга по периметру внутренней полости корпуса», обеспечивают равномерное качество размыва материала, «отсеченного» корпусом.

Признаки, определяющие размещение всасывающих патрубков «на равных расстояниях друг от друга по периметру внутренней полости корпуса, между размывающими форсунками», обеспечивают качественное удаление размытого материала из объема россыпи, «отсеченного» корпусом.

Признак «...корпус снабжен, по меньшей мере, одним вибратором...» упрощает погружение корпуса в «грунт» и обеспечивает предварительную концентрацию полезного компонента в нижней части россыпи и, тем самым, минимизацию объема выемки песков.

Признак «...внутренняя стенка корпуса снабжена средством формирования силового воздействия, перпендикулярного внутренней поверхности корпуса...», обеспечивает обжатие вертикальных стенок массива материала отсеченного корпусом и, тем самым, исключает возможность разрушения «пробки» из покрывающих пород в процессе выемки слоя песков.

Признаки второго пункта формулы изобретения конкретизируют конструкцию средства формирования силового воздействия, перпендикулярного внутренней поверхности корпуса.

Признаки третьего пункта формулы изобретения раскрывают оптимальный вариант с позиций упрощения организации работ и повышения полноты выемки россыпи.

На фиг.1 показан вертикальный разрез заявляемого устройства для разработки россыпей до начала виброобработки, на фиг.2 показан тот же разрез устройства перед началом очистной выемки и на фиг.3 - поперечное сечение трубчатой оболочки.

На чертежах показано устройство для разработки россыпей, включающее корпус 1, выполненный в виде трубчатой оболочки, высота которой превышает расстояние от поверхности 2 до плотика погребенной россыпи 3. Форма поперечного сечения корпуса 1 может быть произвольной, но для качественного перекрытия зазоров между стенками корпусов и, тем самым, повышения полноты выемки целесообразнее прямоугольная форма сечения. Вес корпуса должен удовлетворять возможностям подъемно-транспортного оборудования (на чертежах не показано), имеющегося в распоряжении. При этом поперечные размеры корпуса 1 не превышают удвоенный радиус действия размывающих форсунок 4, размещенных на равных расстояниях друг от друга по периметру внутренней полости корпуса, а всасывающие патрубки 5 размещены на равных расстояниях друг от друга по периметру внутренней полости корпуса, между размывающими форсунками 4. Размывающие форсунки 4 ориентируют горизонтально, при этом целесообразна придача их выходным отверстиям формы горизонтальной щели. Кроме того, показан вибратор 6 (целесообразно использовать съемные вибраторы, фиксируемые на корпусе 1 в необходимых количествах на период его внедрения в грунт и виброобработки массива). Массогабаритные параметры и рабочие характеристики вибратора определяются известным образом с учетом массогабаритных размеров корпуса 1 и требуемой интенсивностью вибрационной обработки массива (обычно с увеличением размеров корпуса названные параметры увеличиваются). Внутренняя стенка 7 корпуса 1 снабжена средством формирования силового воздействия, перпендикулярного внутренней поверхности корпуса, выполненным в виде торообразной полой оболочки 8, скрепленной с внутренней поверхностью 7 корпуса 1 и снабженной реверсируемым гидронасосом 9. В случае придания поперечному сечению корпуса квадратной формы размывающие форсунки 4 размещены по сторонам квадрата, а всасывающие патрубки 5 размещены в его углах. Для обеспечения сохранности торообразной полой оболочки 8 в процессе внедрения корпуса 1 в грунт целесообразно, чтобы кромка 10 корпуса была снабжена полым кольцевым башмаком 11 (сечение которого имеет треугольную форму и который размещен со стороны внутренней полости корпуса). В полости башмака 11 располагают размывающие форсунки 4 и всасывающие патрубки 5 так, чтобы они не выходили за пределы стенки башмака, обращенной к кромке 10 корпуса 1.

Целесообразно, чтобы полость торообразной полой оболочки 8 была соединена с реверсируемым гидронасосом 9 через запорный клапан (на чертежах не показан), обеспечивающий возможность отключения насоса после введения в работу торообразной полой оболочки 8 и использования его на другом грунтозаборном устройстве.

Целесообразно, чтобы размывающие форсунки 4 были связаны с напорными средствами 12 размещаемыми на поверхности отдельными водоподающими каналами 13, выполненными, как продольные конструктивные элементы корпуса 1. Кроме того, целесообразно, чтобы всасывающие патрубки 5 были связаны с приемными емкостями 14 (например, контейнерами) размещаемыми на поверхности отдельными отводящими каналами 15, выполненными, как продольные конструктивные элементы корпуса 1, при этом суммарные площади названных каналов должны быть равны, хотя диаметр каналов 15 должен быть больше диаметра каналов 13 во избежание заштыбовывания. На чертежах показаны также плотик 16 и массив 17 песков.

Заявляемое устройство для разработки россыпей работает следующим образом.

Устройство доставляют к месту работы и устанавливают на участке, предназначенном для выемки, после чего осуществляют его внедрение в массив 17, прикладывая к его верхнему торцу вдавливающее усилие (при этом возможно включение в работу вибраторов 6 и/или размывающих форсунок 4 для ускорения процесса погружения корпуса 1). При выходе башмака 11 на уровень плотика 16 включают в работу вибраторы 6 для воздействия на массив, окруженный корпусом 1, предварительно этом массив должен быть обводнен (что для пляжных россыпей осуществляется «автоматически» из-за фильтрации воды. Далее включают вибратор 6 (или вибраторы 6), временно зафиксированный на верхней части корпуса 1, и начинают виброобработку массива 17 путем передачи в него колебаний и распространения волн по обводненному массиву. При прохождении волн по массиву 17 частички, слагающие этот массив, приходят в колебательное движение. Частички рудных минералов в слое песков обладают более высокой плотностью по сравнению с вмещающими их породными частичками. Поэтому при колебательных движениях по мере распространения волн по обводненному массиву 17 частички рудных минералов опускаются в нижнюю часть слоя песков и концентрируются у плотика 16. По окончании процесса виброобработки в работу включают торообразную полую оболочку 8 (закачивают в нее воду посредством реверсируемого гидронасоса 9) для формирования сжимающих усилий (до 5 кг/см²) на обращенную к ним поверхность массива покрывающих пустых пород в объеме, находящемся в полости корпуса 1.

Далее рабочая вода от насосов подается под давлением через каналы 13, откуда через размывающие форсунки 4 истекает в массив песков 17, размывая его и насыщая водой. Образовавшаяся в результате воздействия на пески водяных струй, истекающих из размывающих форсунок 4, пульпа всасывается через всасывающие патрубки 5, через отводящие каналы 15 выдается к месту складирования на поверхность и размещается в приемных емкостях 14. По мере выемки песков вышележащие их объемы обрушаются на плотик 16, откуда пески убираются аналогично описанному. При этом покрывающие породы, обжатые торообразной полой оболочкой 8, являются достаточно устойчивой пробкой, тем более что прямого воздействия на них размывающие струи не оказывают (слой песков, размываемый ими, оказывается вроде защитной подушки для них). На поверхности известным образом контролируют содержание полезного компонента в выдаваемой пульпе. После выемки обогащенного слоя песков содержание полезного компонента в пульпе начинает резко падать. При фиксации этого очистную выемку останавливают (прекращают подачу воды и отвод пульпы). Далее сбрасывают давление в полости торообразной полой оболочки 8 (предпочтительно откачкой из нее воды - включением насоса на реверс). В результате этого удерживаемый ранее оболочкой 8 массив покрывающих пород опускается на плотик. Далее корпус 1 поднимают на поверхность (подъемными механизмами - на чертежах не показаны), после чего используют вновь в ранее описанном порядке.

1. Устройство для разработки россыпей, включающее корпус со всасывающим патрубком и с размывающими форсунками, сообщенными с напорной полостью, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде трубчатой оболочки, высота которой превышает расстояние от поверхности до плотика россыпи, при этом поперечные размеры корпуса не превышают удвоенный радиус действия размывающих форсунок, размещенных на равных расстояниях друг от друга по периметру внутренней полости корпуса, при этом всасывающие патрубки размещены на равных расстояниях друг от друга по периметру внутренней полости корпуса между размывающими форсунками, кроме того, корпус снабжен, по меньшей мере, одним вибратором, кроме того, внутренняя стенка корпуса снабжена средством формирования силового воздействия, перпендикулярного внутренней поверхности корпуса.

2. Устройство для разработки россыпей по п.1, отличающееся тем, что средство формирования силового воздействия, перпендикулярного внутренней поверхности корпуса, выполнено в виде торообразной полой оболочки, скрепленной с внутренней поверхностью корпуса и снабженной средством изменения давления в полости оболочки, предпочтительно реверсируемым гидронасосом.

3. Устройство для разработки россыпей по п.1, отличающееся тем, что поперечному сечению корпуса придана квадратная форма, при этом размывающие форсунки размещены по сторонам квадрата, а всасывающие патрубки размещены в его углах.