Гидравлический способ освоения подводных россыпей
Гидравлический способ освоения подводных россыпей является одним из наиболее перспективных. Его главная отличительная особенность — поточность, обеспечивающая высокопроизводительную разработку и транспортировку пород со дна моря. При эксплуатации морских россыпей технологическими комплексами с гидроподъемными установками землесосного и эжекторного типов может быть оптимально спланирована и отрегулирована работа всей производственной линии — добыча, транспорттирование, обогащение и отвалообразование.
Наибольшее распространение гидромеханизированный способ получил при добыче строительных материалов — песка, гравия. Широко используются земснаряды с установкой для обогащения на борту — гидравлические драги. Всасывающий трубопровод размотают на раме, опускаемой и поднимаемой над уровнем моря при помощи тросовой оснастки и лебедок. На раме также установлен и рыхлитель, который разрушает грунт перед устьем и обеспечивает пульпообразование, перемещая разрыхленный грунт в зону активного всасывания. Длина рамы по условиям жесткости ограничена несколькими десятками метров.
На больших глубинах действуют гибкие, полужесткие трубопроводы или жесткие ставы труб с амортизирующей подвеской в его верхней части и шарнирно-наклонной секцией в нижней для облегчения работы земснарядов и драг в условиях волнового воздействия. Такие трубопроводы хороши при разработке несвязных грунтов, например, с гидравлическим рыхлением. Что же касается обычных хозяйственных нужд, то для них часто используют трубы ПНД
Подводные земснаряды
При разработке плотных грунтов необходима рамная конструкция для восприятия реактивного вращающего момента. Известны технические решения с размещением рамной конструкции на дне. Механический рыхлитель, установленный на придонной раме, связан с базой обеспечения шлангокабельными коммуникациями и тросом, необходимым для перемещения рамы в новое рабочее положение. Очевидно, что более перспективен рыхлитель на шасси, имеющем автономный привод. Такие конструкции получили название подводных земснарядов.
Гидравлическая драга «Тзмко-2»
Среди морских гидравлических драг, разрабатывающих месторождения олова в юго-восточной Азии, следует отметить крупную дизель-электрическую драгу «Тзмко-2». Построенная в Японии по проекту голландский фирмы, драга в час извлекает 500 м8 твердого материала (что соответствует 3,8 млн. м3 в год). Интересно, что она ежегодно выдает на 76 тыс. м3 материала больше, чем самая крупная 566-литровая многочерпаковая драга, работающая в Малайзии. Размеры понтона «Тэмко-2» равны 90X22 X 4,5 и максимальная глубина разработки — 25 м при угле наклона рамы 50°; стоимость драги 6 млн. долларов.
У драг и земснарядов эжекторного типа вместо землесосов применяют высоконапорное насосное оборудование высокой производительности, питающее щели всасывающих оголовков эжектора. Земснаряд «Эйджа Гоу» построен в Японии для добычи песка и гравия со дна.
На плавучем основании размещен большой барабан, на который намотан эластичный трубопровод. Свободный конец при раскручивании барабана уходит под уровень моря и методом эжекторного всасывания производит отработку подводного забоя. Благодаря переменной длине трубопровода разработку можно вести под слоем пустых перекрывающих пород через образуемую скважину. Второй конец эластичного трубопровода соединен с полой осью барабана, через которую пульпа поступает в приемные емкости на плавсредстве.
Разработаны конструкции эластичных трубопроводов, рассчитанных на давление 10 и 16 кгс/см2 при диаметре 750 и 900 м и длине секции трубопроводов, равной 11 м. Увеличение износоустойчивости трубопроводов достигают путем покрытия внешней и внутренней поверхности полимерными материалами, предохраняющими трубопровод от механических воздействий и солнечных лучей.
У эрлифтных земснарядов и драг вертикальный поток создается за счет подвода сжатого воздуха от компрессоров через ресивер. В трубопроводе образуется трехкомпонентная смесь воды, разрыхленного твердого материала и пузырьков воздуха. Окружающая вода создает подпор и выталкивает более легкую аэрированную гидросмесь по трубопроводу выше уровня воды в приемные емкости на плавсредстве. В верхней части трубопровода размещают воздухоотделитель, где пороги или завихрения отделяют воздух от гидросмеси.
Гидравлическим способом разрабатывались алмазосодержащие месторождения юго-западной Африки (Намибия). На добычных плавоснованиях различных типов применяли эрлифтные, землесосные, эжекторные и комбинированные установки с вертикальными жесткими, полужесткими и гибкими всасывающими трубопроводами диаметром от 150 до 600 мм.
Разведочные работы показали наличие в прибрежной части песчано-гравийных отложений, обогащенных алмазами. Добычу начали в заливе Готентот. Под горно-морское предприятие переоборудовали баржу, на которой разместили дизельные установки, опреснитель и холодильники с запасом провизии, а также каюты на 50 человек обслуживающего персонала. Разработка велась эрлифтной установкой с гибким секционным трубопроводом диаметром 300 мм. Ежедневно добывали 200 каратов алмазов (на 100 т отгрохоченного гравия). Но мореходные качества этого предприятия оказались невысокими. Оно эксплуатировалось только год. В июле 1963 г. во время шторма его сорвало с четырех якорей и разбило о скалы.
Спустя несколько месяцев в этом районе появилось новое добычное судно, также переоборудованное из баржи. Благодаря обтекаемым обводам оно имело большую остойчивость. На судне установили часть спасенного с предыдущей баржи оборудования, добавили новые механизмы и аппараты, в том числе более производительные эрлифтные установки, телевизионную камеру и мощные якорные устройства.
Наиболее существенным изменениям подвергли установку обогащения. Для отделения валунов и камней применили контрольные грохота; ил и воду удаляли на вибрационных ситах. Алмазосодержащий материал разделялся в гидроциклонах, контролируемых мечеными алмазами, и аппаратах с тяжелыми средами. Тяжелую фракцию, содержащую ракушечник и алмазы, направляли в шаровую мельницу, в которой более хрупкий материал размалывался, а кристаллы алмазов сохранялись. Этот материал шел на сортировку и в отсадочные машины. При благоприятных условиях ежедневно добывали до 200 алмазов различной крупности.
Самоходное добывающее предприятие «Диаманткус»
В середине 60-х годов в строй вошло новое самоходное добывающее предприятие «Диаманткус», созданное на базе десантного судна. Внешне «Диаманткус» напоминал больше завод, чем корабль. Над его палубой возвышались ряды стальных конструкций, с борта свешивались трубопроводы, рукава, тросы, кабели. Установки подпитывались от двух дизель-генераторов, вырабатывающих до 6 тыс. кВт электроэнергии. Система из шести специально сконструированных якорей (по 6 т каждый) позволяла предприятию нормально работать при штормовых волнах.
Два ходовых двигателя по 900 л. с. обеспечивали судну хорошую скорость хода и надежную автономность. В.комплект оборудования вошли шесть добычных установок с трубопроводами диаметром по 350—400 мм; благодаря им производительность предприятия увеличилась в несколько раз.
Гидравлическая драга «Помона»
В 1967 г. начала работы гидравлическая драга «Помона». На ней могло уже трудиться 114 человек, причем имелось 10 резервных мест для посетителей. Силовая установка мощностью 7000 кВт приводила в действие насосы (мощностью по 700 л. с), маневровые двигатели, обогатительное оборудование. Добыча велась всасывающими землесосами с трубопроводами диаметром по 460 мм. Обогатительная установка имела две цепи аппаратов с законченным циклом и дополнительное оборудование для опробования отходов обогащения.
В качестве рыхлителей были применены гидравлические оголовки (разрабатывались несвязные песчано-глинистые отложения). Жесткие трубопроводы имели в верхней части компенсаторы качки. Постоянный контакт всасывающего патрубка с забоем поддерживался с помощью полиспастовой системы. Тросовая оснастка позволяла перемещать всасывающие патрубки землесосов по подводному забою в пределах 10—20 м.
С 1968 г. в этом районе добычу вели одновременно три драги гидравлического типа: «Бадж-111», «Колпонтун» и «Помона». На каждой из них эрлифтные установки были снабжены эжекторными наконечниками, увеличивающими скорость всасывания грунтов и предохраняющими от потерь ценных минералов. Эти усовершенствования позволили вести эффективную добычу как по пласту, так и при зачистке подстилающих пласт горных пород — плотика. С помощью опущенного на тросах к забою вертикального трубопровода вести фронтальную непрерывную добычу не удалось, поэтому обратились к методу воронок.
Опыт использования драг гидравлического типа показал, что они успешно работают на грунтах несвязных, преимущественно илистых и песчано-гравийного состава. Такие драги более мобильны, гибки, устойчивы на волне и универсальны. Капитальные затраты на их сооружение меньше, чем на многочерпаковые; короче и сроки ввода в эксплуатацию. Гидравлические драги применимы в условиях больших глубин. Например, у берегов юго-западной Африки установки гидравлического типа с гибкими трубопроводами работали на глубинах до 120 м.
Заключение
У гидравлических драг большое будущее, поэтому конструкторы и эксплуатационники постоянно ищут новые пути и методы их модернизации и коренного усовершенствования.
В Голландии, например, разработаны рыхлители роторного типа со встроенным гидравлическим двигателем для гидравлических драг. Такое техническое решение позволило конструкцию рамы сделать шарнирно-сочлененной и ввести компенсаторы, воспринимающие нагрузки, создаваемые качкой земснаряда, расположенного на поверхности моря. Это допускает независимую подвеску каждой из частей рамы и, следовательно, больший угол ее наклона и большую глубину разработки.
Наличие компенсаторов качки в сочетании с шарнирной рамой способствует эластичному контакту рабочего органа о морским дном, облегчает отработку сложных по конфигурации залежей, а также углублений, ванадии и «карманов».
При гидравлической разработке достигается высокая степень дезинтеграции в сочетании с различными факторами механического воздействия на транспортируемый грунт (рыхлителя, рабочего колеса землесоса и истирания о стенки и колена трубопроводов).
Это обстоятельство упрощает схему обогащения, заменяя тяжелый барабанный грохот на более легкий и малогабаритный вибрационный. Упрощения конструкции понтона и надстройки снижают метацентрическую высоту земснаряда, увеличивают его остойчивость и сопротивляемость воздействию волн.
Предоставляется возможность разместить над прорезью пути для движения фермы крана, облегчающего операции по подъему и демонтажу рыхлителя, его ремонту. С помощью подвески на кране грейферного захвата можно удалять из подводного забоя валуны.