автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Повышение эффективности гидромеханизированной добычи железомарганцевых конкреций на шельфе Балтийского моря

Направахрукописи

ШИШКИН Павел Витальевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННОЙ ДОБЫЧИ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЙ НА ШЕЛЬФЕ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ

Специальность 05.05,06- Горныемашины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2004

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор,

заслуженный изобретатель РФ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Борис Серафимович Маховиков,

кандидат технических наук

Александр Николаевич Коровников

Ведущее предприятие - ОАО «Рудас».

Защита диссертации состоится 28 декабря 2004 г. в 16 ч на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт- Петербург, 21-я линия, д. 2, ауд. 7212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 26 ноября 2004 г.

Юрий Дмитриевич Тарасов

диссертационного совета д.т.н., профессор

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Многие месторождения суши истощаются, быстрый рост населения земного шара, а вместе с ним и потребности в изготовлении средств производства и предметов потребления заставляют искать новые источники минерального сырья. С образованием СНГ эта проблема коснулась России, так как богатые месторождения руд цветных металлов остались в средней Азии, а месторождения, находящиеся на территории РФ малы, поэтому добыча полезных ископаемых в шельфовых зонах и тем более в акватории Балтийского моря представляется в обозримом будущем неизбежной и экономически выгодной.

Предприятия подводной добычи могут быть рентабельными за счет применения высокопроизводительных гидравлических и гидромеханических методов разработки. Создание принципиально новых технических средств позволит существенно повысить эффективность добычи полезных ископаемых на шельфе. Недостаточная эффективность существующих систем добычи объясняется нерациональными параметрами транспортируемой гидросмеси. В связи с этим актуальными на сегодняшний день является задача улучшения технико-экономических показателей гидромеханизированного способа добычи конкреций за счет максимально возможного сгущения и обесшламливания гидросмеси непосредственно в придонной зоне, а также оптимизировать эти параметры в зависимости от условий добычи и технологии переработки конкреций на базовом судне. Поэтому способ гидромеханизированной добычи может оказаться . вполне конкурентоспособным альтернативному ему способу, основанному на механическом захвате конкреций со дна водоема.

Цель работы - установление закономерностей процесса сгущения потока гидросмеси в придонной зоне для разработки методики расчета и выбора параметров гидротранспорта, что позволит снизить его энергоемкость и материалоемкость.

Идея работы - обеспечение сброса излишков воды и шлама в придонной зоне через перфорированный участок пульпопровода

до рациональной концентрации гидросмеси из условия обеспечения ее эффективного транспортирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Разработать математическую модель процесса сгущения гидросмеси на перфорированном участке пульпопровода.

2. Разработать конструкцию и изготовить стенд, моделирующий узел сгущения, в соответствии с методикой экспериментальных исследований.

3. Установить зависимости скорости истечения воды и шлама через отверстия перфорированного патрубка от его конструктивных параметров и напора, создаваемого насосом.

4. Оценить адекватность математической модели полученным экспериментальным данным.

5. Технико-экономическая оценка принятых технических решений.

Методы исследований

Для решения поставленных задач использовались комплексный метод исследований, включающий теоретическую и экспериментальную части с построением физической и математической моделей узла сгущения и обесшламливания пульпы и апробированные методы теории гидротранспорта.

Экспериментальные исследования проводились на лабораторном стенде, моделирующем узел сгущения гидротранспортной установки, при различных режимах его работы. Целью экспериментальных исследований являлось определение коэффициента расхода гидросмеси через отверстия перфорированного патрубка при его различных конструктивных параметрах. Результаты экспериментов обрабатывались методами математической статистики.

Зашищаемые научные положения:

1. Повышение эффективности гидромеханизированной добычи железомарганцевых конкреций обеспечивается за счет включения в систему напорного пульпопровода перфорированного участка, примыкающего к силовому агрегату, с переменной

площадью поперечного сечения, уменьшающейся по его длине в направлении движения потока, и установкой дополнительного насоса для сгущения и обесшламливания гидросмеси.

2. Длина перфорированного участка пульпопровода определяется заданной концентрацией гидросмеси и реализуется за счет выбора соответствующей суммарной площади отверстий на его поверхности и напора, создаваемого насосом, при этом диаметр перфорированных отверстий принимается не больше минимального размера товарных фракций железомарганцевых конкреций.

Научная новизна заключается в следующем:

♦ Предложена математическая модель, описывающая процесс сгущения и обесшламливания гидросмеси в придонной зоне на перфорированном участке напорного пульпопровода, устанавливающая количественные взаимосвязи параметров потока гидросмеси и конструктивных параметров узла сгущения.

Достоверность научных положений, выводов н рекомендаций подтверждается достаточным объемом экспериментальных исследований, воспроизводимостью данных при повторных измерениях и подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Практическая значимость работы:

♦ Предложена система гидромеханизированной добычи конкреций в шельфовой зоне, обеспечивающая снижение удельных показателей энергоемкости и материалоемкости конструкции за счет сгущения гидросмеси в придонной зоне, защищенная патентом РФ.

♦ Разработана методика расчета основных параметров узла сгущения и обесшламливания гидросмеси в придонной зоне.

♦ Даны рекомендации по выбору конструктивных параметров перфорированного участка пульпопровода.

Апробация работы

Основные положения работы, результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались на ежегодных научных конференциях молодых учёных "Полезные ископаемые России и их освоение" (С-Пб., СПГГИ (ТУ), 2002-2004 г.г.), на научном семинаре "Неделя горняка" (Москва, МГТУ, 2003-2004 г.г.), на научно-практической конференции "Современное состояние и перспективы развития механизации и электрификации горного и нефтегазового производства" (С-Пб., СШТИ (ТУ), 2004 г.), на научных семинарах горно-электромеханического факультета СПГГИ (ТУ).

Личный вклад автора

• Разработана математическая модель сгущения гидросмеси с определением объема воды и шлама, сбрасываемого через отверстия перфорированного участка напорного трубопровода.

• Разработаны стенд и методика экспериментальных исследований, установлены закономерности формирования потоков гидросмеси в придонной зоне.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 4 работы в периодических изданиях и сборниках научных трудов, в том числе патент РФ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы работы и необходимость проведения теоретических и экспериментальных исследований процесса сгущения пульпы с целью повышения эффективности гидромеханизированного способа добычи конкреций.

В первой главе диссертации выполнен анализ известных способов и систем, применяемых при добыче полезных ископаемых морей и океанов и дана их сравнительная оценка. На основе выполненного аналитического обзора сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе рассмотрена предложенная схема добычного комплекса, описаны физическая и математическая модели узла сгущения и обесшламливания пульпы.

В третьей главе приведены программа, реализующая математическую модель узла сгущения, ее блок-схема и результаты моделирования.

В четвертой главе описан экспериментальный стенд, представлены методика и результаты экспериментальных исследований, дана оценка адекватности теоретической модели полученным экспериментальным данным, определено влияние конструктивных параметров перфорированного участка пульпопровода на эффективность гидромеханизированной добычи железомарганцевых конкреций и выполнена технико-экономическая оценка принятых технических решений.

Заключение содержит основные выводы и рекомендации по результатам диссертационной работы.

На основании выполненных исследований сформулированы следующие защищаемые научные положения:

1. Повышение эффективности гидромеханизированной добычи железомарганцевых конкреций обеспечивается за счет включения в систему напорного пульпопровода перфорированного участка, примыкающего к силовому агрегату, с переменной площадью поперечного сечения, уменьшающейся по его длине в направлении движения потока, и установкой дополнительного насоса для сгущения и обесшламливания гидросмеси.

Технико-экономические показатели гидромеханизированного способа добычи конкреций могут быть существенно улучшены при максимально возможном сгущении и обесшламливании гидросмеси непосредственно в придонной зоне. При решении этой задачи способ механизированной добычи может оказаться вполне конкурентоспособным с альтернативным ему способом, основанном на механическом захвате конкреций.

Повысить эффективность гидромеханизированной добычи железомарганцевых конкреций Балтийского моря возможно использованием усовершенствованной конструкции напорного трубопровода (рис. 1).

Рис. 1.Система гидротранспорта с узлом сгущения: 1 - базовое

судно;2 - силовой агрегат; 3 -основнойучасток пульпопровода; 4—узел сгущения иобесшламли-вания гидросмеси

Особенность конструкции в том, что на его начальном участке, за силовым агрегатом, устанавливается узел сгущения с переменной площадью поперечного сечения по его длине и с уменьшением этой площади в сторону от силового передвижного агрегата (патент РФ №2228441). Перфорация устройства обеспечивает удаление воды и шлама из его полости.

Основные параметры устройства для сгущения и обес-шламливания гидросмеси показаны на рис. 2

Рис. 2. Расчетная схема к определению параметровузла сгущения и обес-

шламливания гидросмеси: Ql и Q2-расход гидросмеси в начале и конце перфорированногоучастка пульпопровода; Q—расходудаляемой из пульпы воды со шламовыми частицами; С-скорость истечения воды со шламами через перфорированные отверстияузла сгущения;У- скорость движения гидросмеси по пульпопроводу; а, 1- шаг и диаметр отверстий, I- длина

узла сгущения

Ниже определены энергозатраты гидромеханизированной добычи железомарганцевых конкреций при различных схемах гидротранспорта (рис. 3).

Рис.3 Принципиальные схемы гидротранспорта конкреций 1 - без сгущения (базовая); 2-один насос на сгущение и транспортирование гидросмеси;3-с двумя последовательноустановленными насосами

Мощность, потребляемая насосом применительно к первой схеме, может быть определена:

Nh= (pgQiH„ /т])10~3, кВт, (1)

где НН- Нп+ Ьцд + Ал/ - напор, создаваемый насосом, м; Нп - высота подъема гидросмеси над уровнем воды, м; Ql - производительность насоса, м3/с; Ьдд - потери напора по длине пульпопровода, м;

- местные потери напора, м; Г] - полный коэффициент полезного действия насоса; р~ плотность гидросмеси, кг/м3.

Для второй схемы мощность насоса может быть определена: N„ ~Nco + Nrp = (prXQH„/r) + pgQ2H„/Tl)l(r3, кВт, (2)

где Nc6 - мощность насоса, затраченная на сброс излишков воды и шлама, кВт;

Ntp - мощность насоса, затраченная на транспортировку сгущенной гидросмеси, кВт;

Q - расход излишков воды и шлама на перфорированном участке пульпопровода, м3/с;

)2 - расход гидросмеси на основном участке пульпопровода,

м3/с;

Рг=(Р!!-Р0)Б0+Р0- плотность гидросмеси, захватываемой насосом, кг/м3;

где рц,, ро - плотность конкреций и рабочей жидкости, соответственно, кг/м3;

So - объемная концентрация гидросмеси, захватываемой насосом из подводного забоя.

у2

н„ - Нп 1 %т + Им + , м,

2Е

где ¥р - скорость пульпы на участке диаметром £)/ при расходе равном расходу воды со шламами, сбрасываемой на перфорированном участке пульпопровода.

Суммарная мощность потребляемая насосами - третья схема:

ш„ =ЛГЯ/ + N,,2 = (ряО,НИ1 /Т} + р&2Нт 1г\)Ш\ кВт, (3)

где и - мощности пульпонасосов, используемых, соответственно, для сгущения и транспортирования пульпы;

Ql ~ Q ^ Я.2 - производительность первого насоса, м3/с;

- расход гидросмеси на основном участке пульпопровода

(производительность второго насоса), м /с.

Местные потери и потери по длине расчитываются по известным формулам.

Для количественной оценки энергозатрат представим семейство кривых, полученных для различных схем гидротранспорта (рис. 3) и отражающих изменение мощности, потребляемой насосом, от средней интенсивности водошламоотделения N—$0/1) (рис. 4).

К кВт

О 500 1000 1500 2000 2500

Рис. 4Зависимостьмощности, потребляемойнасосом, от средней интенсивности водошламоотделения: 1 - без сгущения (базовая) ;2-один насос на сгущение и транспортирование гидросмеси, 3-с двумя последователь-ноустановленными насосами.

Полученные зависимости удельной металлоемкости пульпопровода (ф от объемной концентрации гидросмеси на основном участке пульпопровода (5) представлены в виде семейства кривых на рис. 5.

4, кг/м 80 —

60 —

40 —

20 —

0 -0,07

Рис. 5Зависимостьлинейноймассы пульпопровода от объемной концентрации гидросмеси приразличныхзначенияхпроизводительности насоса: 1 - 400м %; 2 - 740м3/ч; 3 -1320м3/ч; 4 - 2000мь 1ч

Анализ выражений (1,2,3) и полученных зависимостей (рис. 5) показал, что мощность силового агрегата, при использова-

нии схемы гидротранспорта конкреций с узлом сгущения и двумя, последовательно установленными насосами, снижается на 20 - 25 %, а металлоемкость основного участка пульпопровода при увеличении объемной концентрации гидросмеси с 10% до 25% уменьшается в 1,3 раза.

2. Длина перфорированного участка пульпопровода определяетсязаданной концентрацией гидросмеси иреализуется за счет выбора соответствующей суммарной площади отверстий на его поверхности и напора, создаваемого насосом, при этом диаметр перфорированных отверстий принимается не больше минимального размера товарных фракций железомарганцевыхконкреций.

Основные параметры устройства для сгущения и обесшлам-ливания гидросмеси, выполненного в виде перфорированного участка пульпопровода переменного диаметра (рис. 2), определяются следующим образом, с учетом гранулометрического состава добываемых конкреций выбирается минимальная (товарная) крупность м) конкреций, по которой должно произойти разделение гидросмеси в придонной зоне, и назначается диаметр {й, м) отверстий на перфорированном участке пульпопровода и их шаг (я, м) в осевом направлении и по периметру пульпопровода.

Длина (/, м) перфорированного участка пульпопровода определяется из следующих соображений. Суммарная площадь (м2) отверстий по периметру перфорированного участка пульпопровода на его удалении х (м) от головного среза:

где В - диаметр (внутренний) перфорированного участка пульпопровода на удалении х от головного среза (м), начальный (м) и конечный /?2 (м) диаметры перфорированной вставки определяются в зависимости от выбранной скорости движения гидросмеси (по известным методикам) и отношения расходов гидросмеси в начале (¡0/) и конце перфорированного участка пульпопровода

в предположении, что скорость гидросмеси постоянна по длине пульпопровода:

где Щ- показатель сгущения гидросмеси, С, =

Если число рядов отверстий по длине перфорированного участка т — Н а, то согласно уравнению (4) суммарная площадь отверстий на элементарной длине 1х перфорированного участка пульпопровода:

(5)

I 4а"

С учетом изложенного, расход воды со шламами, которая сбрасывается на перфорированном участке пульпопровода находим интегрированием уравнения (5) по всей длине узла сгущения:

О

I

4а2 }0

2 ,2

¿х = с£—г(0, + 02)1, (6)

8а2

где

- скорость истечения воды со шламами через перфорированные отверстия узла сгущения; //- коэффициент расхода воды со шламами при ее истечении через перфорированные отверстия узла сгущения. Длину перфорированного участка пульпопровода можно выразить из уравнения (6):

/=-

(7)

где

объемная производительность по конкрециям, (м3/ч) - заданная концентрация гидросмеси на основном участке пульпопровода;

Анализ предложенной математической модели пульпопровода с головным перфорированным участком показывает, что: средняя интенсивность водо-шламоотделения с увеличением напора, создаваемого насосом, возрастает по кривой вида:

У~к4х (рис.6); длина перфорированного участка пульпопровода при заданной величине напора насоса прямо пропорциональна потребному объему удаляемой из гидросмеси излишней воды и шламов (рис. 7); потребная длина перфорированного участка пульпопровода при заданной величине водо-шламоотделения с ростом напора насоса резко уменьшается по кривой, обратной кривой насыщения (рис. 8).

/,М

О 200 400 600 800

Рис. 7 Зависимость длины перфорированного участка пульпопро -вода от количества воды и шлама, сбрасываемого в придонной зоне, при различных напорах насоса: 1 - 40м; 2 - 30м; 3 — 20м; 4 —10м

0/1, М /С

Рис. 6Зависимость средней интенсивности водошламоотделения от напора, создаваемого насосом при Qj: 1 -240 м3/ч; 2-444 м3/ч; 3-792м3/ч;4-2700м3/ч

Рис.83ависимостьдлиныперфорированногоучасткаотнапора, создаваемого насосом при Q|: 1 - 240м3/ч;2-444м3/ч; 3 - 792 м3/ч;~4-2700м3/ч

Для уточнения коэффициента расхода пульпы через отверстия на поверхности патрубка (//) и проверки теоретически полученных зависимостей были проведены экспериментальные исследования процесса сгущения на лабораторном стенде, моделирующем узел сгущения (рис.9).

Стенд включает в себя: резервуар с «гидросмесью» 1, имеющий три положения по высоте для создания избыточного напора, вентиль 2, перекрывающий доступ гидросмеси в напорный трубопровод 4, патрубок постоянного подвода воды 8. Перфорированный патрубок 3 располагается в придонной зоне резервуара-«водоема» 6 (1000x600* 1000мм), Основной участок трубопровода 5 с вентилем 11 сообщается с приемным резервуаром 7 - «базовым судном» (470*420х800мм). Все резервуары имеют средства измерения уровня жидкости 9,12—дифференциальный манометр.

Экспериментально полученная зависимость средней интенсивности водо-шламоотделения от напора, создаваемого насосом при суммарной площади перфорированных отверстий узла сгущения равной ХРОТ» = 470 м2 хЮ"6 представлена семейством кривых на рис.10.

0,0 1,0 2,0 3,0

Рис.ЮЗависимостьинтенсивностиводошламоотделенияотна-пор^создаваемогонасосомприаг.! -2,0м/схШ3; 2-1,7 м/сх1(Т ;3-1,4м/сх1(Г

Экспериментально доказано, что выражение (7) действительно для различных условий гидромеханизированной добычи и конструктивных параметров узла сгущения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертационной работе приведены разработанные автором теоретические и практические положения, представляющие собой в комплексе решение актуальной научной задачи - обеспечение рациональной объемной концентрации гидросмеси, транспортируемой на базовое судно за счет ее максимально возможного сгущения и обесшламливания непосредственно в придонной зоне, что имеет существенное значение для гидромеханизированной добычи желе-зомарганцевых конкреций.

Основные научные результаты и выводы заключаются в следующем:

1. Повышение эффективности гидромеханизированной добычи конкреций при снижении энергоемкости и металлоемкости гидротранспортной системы может быть обеспечено путем включения в систему пульпопровода перфорированного участка, располагаемого в придонной зоне и примыкающего непосредственно к силовому агрегату, для сгущения и частичного обесшламливания гидросмеси.

2. Разработанная математическая модель процесса сгущения гидросмеси в придонной зоне позволяет получить зависимости интенсивности водо-шламоотделения от конструктивных параметров перфорированного участка пульпопровода.

3. Средняя интенсивность водо-шламоотделения прямо пропорциональна корню квадратному из величины напора.

4. Установлено, что потребная длина перфорированного участка пульпопровода, при заданных значениях водо-шламоотделения и напора грунтового насоса, возрастает с увеличением отношения шага перфорированных отверстий к их диаметру.

5. Установлено что коэффициент расхода при истечении воды и шлама через перфорированные отверстия в придонной зоне составляет 0,33-0,35.

6. Использование узла сгущения с переменной площадью поперечного сечения непосредственно в придонной зоне при сохранении той же массовой производительности по конкрециям позволяет обеспечить снижение более чем в два раза объема гидросмеси, перекачиваемой на борт базового судна, а также снизить на 40-50%

содержания в ней шламов и уменьшить диаметр пульпопровода не менее чем на 30%.

7. Мощность силового агрегата, при использовании перфорированного участка с дополнительным насосом для сгущения и обесшламливания гидросмеси может быть снижена на 20-25%.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Тарасов Ю.Д. Повышение эффективности гидромеханизированной добычи железомарганцевых конкреций / Тарасов Ю.Д., Шишкин П.В.// Горные машины и автоматика. 2004г., № 1. С.24 -29.

2. Тарасов Ю.Д. Управление параметрами гидросмеси при добыче железомарганцевых конкреций на шельфе Балтийского моря / Тарасов Ю.Д., Шишкин П.В. // Бюл. инфор.-аналитический вестник, МТУ. 2003г., №12. С. 12 -14.

3. Пат. №2228441 (РФ). Устройство для добычи конкреций с морского дна/ Ю.Д.Тарасов, П.В.Шишкин. - Заявл. 10.10.02. №2002127082; Опубл. 10.05.04; МПК 7 Е21С 50/00.-Бюл. №13.

4. Тарасов Ю.Д. Экспериментальные исследования процесса сгущения гидросмеси в придонной зоне / Тарасов Ю.Д., Шишкин П.В //Записки Горного института, СПТТИ(ТУ). 2004г., Т157. С. 70-73.

РИЦ СПГГИ. 23.11.2004.3.536. Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

»2519?

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Состояние проблем при разработке железомарганцевых конкреций

1.1. Общие сведения о железомарганцевых конкрециях

1.2. Анализ известных способов и систем добычи железомарганцевых конкреций

1.3. Цель и задачи исследования

1.4. Основные положения диссертационной работы 34 Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. Разработка физической и математической моделей устройства для сгущения и обесшламливания пульпы

2.1. Принципиальная схема предлагаемого комплекса для добычи железомарганцевых конкреций с поверхности морского дна

2.2. Описание физической модели узла сгущения

2.3. Описание математической модели узла сгущения

ГЛАВА 3. Исследование математической модели узла сгущения

3.1. Программа реализующая математическую модель узла сгущения

3.2. Результаты исследований математической модели устройства

3.3. Выбор рациональной схемы гидротранспорта железомарганцевых конкреций при использовании узла сгущения

3.4 Технико-экономическая оценка

Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования процесса сгущения

4.1. Задачи экспериментальных исследований

4.2. Описание экспериментального стенда

4.3. Порядок проведения эксперимента

4.4. Планирование эксперимента

4.5. Обработка экспериментальных данных

Интерес к полезным ископаемым морей и океанов в наши дни не случаен: многие месторождения суши истощаются, быстрый рост населения земного шара, а вместе с ним и потребностей в производстве средств производства и предметов потребления заставляет искать новые источники минерального сырья. С образованием СНГ эта проблема коснулась России, так как богатые месторождения руд цветных металлов находятся в средней Азии, а месторождения, находящиеся на территории РФ малы.

Гигантский скачок в развитии науки и техники в последние годы дает возможность добраться до недоступных прежде богатств морей и океанов и разрабатывать их. Добыча некоторых видов полезных ископаемых, залегающих на морском дне, экономически выгоднее, чем на суше. Эта выгода обеспечивается радом преимуществ такого рода разработок. Например, при разработке подводных месторождений не нужны подъездные пути, многие из таких месторождений не нуждаются в оборудовании отвалов и различного рода хранилищ. При морской добыче твердых полезных ископаемых не нужно производить больших трудоемких и дорогостоящих взрывных работ, тратить средства на приобретение взрывчатых веществ, сложного оборудования для добычи руды и т. д.

Анализ зарубежной и отечественной практики подводной добычи ПИ показывает, что минеральные ресурсы континентального шельфа, материкового склона и ложа океана вместе с береговой полосой вдоль морских границ могут являться сырьевой базой новой отрасли горнорудной промышленности и, в частности, по таким минералам как алмазы, вольфрам, а так же строительный материал. Анализ так же показал, что в настоящее время во многих странах осваивается промышленная технология и специфическое оборудование подводной добычи, действуют промышленные предприятия, занятые добычей ПИ со дна морей и океанов. Наша горнодобывающая промышленность имеет на суше сырьевую базу, обеспечивающую её планомерное развитие.

Преимущества, которыми обладает подводная добыча ПИ со дна морей и океанов, создают основания для поиска высокоэффективной технологии новой отрасли горнодобывающей промышленности с учётом ухудшения качества сырья на сухопутных месторождениях.

Часть ценных месторождений (титано-магнетиты у берегов Курильских островов, ильменито-рутило-цирконовые морские пески, оловянные морские россыпи северных морей) уже выявлены. Таким образом, в России не менее эффективно, чем за рубежом, должна решаться проблема подводной добычи имеющихся ещё скрытых или уже открытых ПИ. Решение этой проблемы включает в себя следующие основные задачи:

- организация широких и планомерных поисковых и разведочных работ для нахождения и оконтуривания морских месторождений на всей площади континентального шельфа, примыкающих к границам;

- разработка технологии добычи и обогащения морских ископаемых и создания для подводной добычи оборудования;

- организация специализированных предприятий для подводной добычи на выявленных месторождениях.

В настоящее время в мире ежегодно добывается миллиарды тонн ПИ. При существующем объёме их добычи и выявленных тенденциях роста добычи известных запасов месторождений ПИ в недрах Земли, приуроченных к суше, может хватить, по определению ряда специалистов, лишь на сотни лет, а по некоторым ископаемым лишь на десятки лет. Усиленное освоение богатых месторождений вызывают необходимость разработки более бедных руд, залегающих на больших глубинах и в сложных горно-геологических условиях. Естественно, что внимание представителей промышленности различных стран всё в большей степени приковывается к возможностям извлечения минеральных ресурсов, залегающих на дне и в недрах Земли, покрытых морями и океанами. При соответствующем развитии рациональных методов разведки и добычи ПИ со дна морей и океанов можно значительно пополнить минеральные ресурсы, добываемые на суше.

Мировой океан является большим потенциальным источником получения полезных минералов как путём их извлечения из морской воды, так и со дна морей и океанов.

Ещё раз, уже подробнее, о преимуществах. Опыт подводной добычи ПИ со дна морей и океанов показывает, в частности, следующие преимущества этого способа по сравнению с обычными методами ведения горных работ:

- при подводной добыче ПИ резко сокращается, а часто практически исключается объём горно-капитальных и разрезных траншей;

- не требуется строительство специальных подъездных путей;

- во многих случаях обогащенный слой находится на поверхности дна и не требует проведение вскрышных работ, а подготовительные работы выполняются в незначительных объёмах;

- исключается необходимость в отчуждении сельскохозяйственных земель и в последующей их рекультивации.

Освоение подводных месторождений ПИ может осуществляться в более короткие сроки и при значительно меньших удельных капиталовложениях, чем при строительстве карьеров на суше.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе приведены разработанные автором теоретические и практические положения, представляющие собой в комплексе решение актуальной научной задачи - обеспечение рациональной объемной концентрации гидросмеси, транспортируемой на базовое судно за счет ее максимально возможного сгущения и обесшламливания непосредственно в придонной зоне, что имеет существенное значение для гидромеханизированной добычи железомарганцевых конкреций.

Основные научные результаты и выводы заключаются в следующем:

1. Повышение эффективности гидромеханизированной добычи конкреций при снижении энергоемкости и металлоемкости гидротранспортной системы может быть обеспечено путем включения в систему пульпопровода перфорированного участка, располагаемого в придонной зоне и примыкающего непосредственно к силовому агрегату, для сгущения и частичного обесшламливания гидросмеси.

2. Разработанная математическая модель процесса сгущения гидросмеси в придонной зоне позволяет получить зависимости интенсивности водо-шламоотделения от конструктивных параметров перфорированного участка пульпопровода.

3. Средняя интенсивность водо-шламоотделения прямо пропорциональна корню квадратному из величины напора.

4. Установлено, что потребная длина перфорированного участка пульпопровода, при заданных значениях водо-шламоотделения и напора грунтового насоса, возрастает с увеличением отношения шага перфорированных отверстий к их диаметру.

5. Установлено что коэффициент расхода при истечении воды и шлама через перфорированные отверстия в придонной зоне составляет 0,33-0,35.

6. Использование узла сгущения с переменной площадью поперечного сечения непосредственно в придонной зоне при сохранении той же массовой производительности по конкрециям позволяет обеспечить снижение более чем в два раза объема гидросмеси, перекачиваемой на борт базового судна, а также снизить на 40-50% содержания в ней шламов и уменьшить диаметр пульпопровода не менее чем на 30%.

7. Мощность силового агрегата, при использовании перфорированного участка с дополнительным насосом для сгущения и обесшламливания гидросмеси может быть снижена на 20-25%.

1. Агроскин И.И., Дмитриев Г.Т., Пикапов Ф.И. Гидравлика. М., изд. «Энергия», 1964г.

2. Альтшуль А.Д., Гидравлические сопротивления. М: Стройиздат, 1973

3. Альтшуль А.Д., Калицун В.И., Гидравлические сопротивления трубопроводов. М: Издательство литературы по строительству, 1964.

4. Александров В.И. Изменение концентрации гидросмеси в сечении трубопроводов систем гидротранспорта. Записки горного института. Том 2(142), Санкт-Петербург, 1995г.

5. Александров В.И. Расчет камерных и пластинчатых сгустителей противоточного типа. В кн.: Транспорт в горной промышленности. М., «Недра», 1985г.

6. Александров В.И. Гидравлический транспорт минерального сырья на горных предприятиях. СПб., 2000г.

7. Александров В.И. Методы снижения энергозатрат при гидравлическом транспортировании. СПГГИ, 2000г.

8. Андреев С.И., Казьмин Ю.Б. и др. Железомарганцевые конкреции Мирового океана. Л. «Недра», 1984г.

9. Андреев С.И. «Железомарганцевые конкреции Мирового океана новый вид минерального сырья» Текст лекций Л. ЛГИ, 1989г.

10. Ю.Асатур К.Г., Маховиков Б.С. Гидромеханика. СПб., 2001г.

11. Безруко П.Д., Распределение ЖМК на дне Индийского океана. М., Океангология №6, 1962.

12. Безруков П.Д., Исследования глубоководных осадков на геологических полигонах в Тихом и Индийском океанах.// Железо-марганцевые конкреции Тихого океана. -М: Наука, 1976.

13. Безруков П.Л., Гидравлика. М: СТРОЙИЗДАТ, 1972.

14. И.Бочаров В.И. Перспектива развития марганцевой промышленности / Горный вестник, 1998, №1.

15. Большаков В.Д., Теория ошибок наблюдений. М: Недра, 1983.

16. Бреслав Л.Б. Техникоэкономическое обоснование средств освоения Мирового океана. Л.,Судостроение, 1982.

17. Бунич П.Г. Экономика Мирового океана: Ресурсы, их освоения, экология, право. М., «Недра», 1977.

18. Васильчиков Н.В. ЖМК дна океана сырье для получения кобальта, никеля, марганца, меди, 1968.

19. Величко Е.А., Контарь Е.А. ЖМК океана новый тип многометальных руд. М: ВИЭМС, 1976.

20. Величко Е.А., Контарь Е.А., Тареева O.K. За рудой в глубины океана. М., «Недра», 1980.

21. Величко Е.А., Сокольская Е.М. Перспективы освоения твердых полезных ископаемых Мирового океана. М: ВИЭМС, 1984.

22. Величко Е.А., Сокольская Е.М. Освоение твердых полезных ископаемых в береговой зоне и на дне океанов и морей за рубежом. М: ВИЭМС, 1979.

23. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М: Физматлпит, 1995.

24. Гейер В.Г., Дулин B.C., Заря А.Н. Гидравлика и гидропровод. М., «Недра», 1991.

25. Гюльмисаров В.Р. Освоение твердых полезных ископаемых Мирового океана (проблемы перспективы). М., 1986.

26. Длин A.M., Факториальный анализ в производстве. М: Статистика, 1975.

27. Длин A.M., Математическая статистика в технике. М: Советская наука, 1958.

28. Добрецов В.Б. Экология при подводной разработке полезных ископаемых. ЛГИ, Л., 1990.

29. Добрецов В.Б., Освоения минеральных ресурсов шельфа. Лененград, «Недра», 1980.

30. Добрецов В.Б., Кулешов A.A., Технология добычи железо-марганцевых конкреций Балтийского моря с помощью вертикального эрлифтного подъема.// Горный журнал. №8, 2001.

31. Задорнов М.М. и др. «Минеральное сырье. Железомарганцевые образования: Справочник» М. ЗАО «Геоинформмарк», 1998г.32.3ажигаев JI.C., Кишьян A.A., Романиков Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М., «Атомиздат» 1978г.

32. Коробков В.А., Левин B.C., Подводная технология. Л: 1981.

33. Кочин Н.Е., Кибель И.А., Розе Теоретическая гидромеханика. -.М: Гос. издательство физико-математической литературы, 1963.

34. Криль С.И., Метод расчёта критических скоростей гидротранспортирования твёрдых зернистых материалов по горизонтальным трубам// Гидравлика и гидротехника. 1985.Вып. 41.

35. Кшондзер Э. Г., Смолдырев А. Е. О влиянии дисперсности частиц на физико-механические свойства водо-угольных смесей. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 1969, №3 с.115 - 118.

36. Леви И.И., Модели гидравлических явлений. Л: Энергия, 1968.

37. Лезгинцев Г.М., Технико-экономическое обоснование добычи и переработки ЖМК Тихого океана. М: ВНИИПИгорцветмет, 1980.

38. Лезгинцев Г.М., Истошин С.Ю., Контарь Е.А. Применение эрлифтного оборудования для разработки морских россыпей. Цниицветмет, М., 1973.

39. Лобанов В.А., Справочник по технике освоения шельфа Л: Судостроение, 1983.

40. ЛысюкГ.Н. «Минералогия океанических железо-марганцевых конкреций» СПб «Наука» 1991г.

41. Маховиков B.C., Комплексы оборудования для подводной разработки россыпей на шельфе.// Горный журнал, № 11,1997.

42. Маховиков B.C., Анализ работы исполнительного органа машины для добычи конкреций на шельфе. Технология и механизация горных работ. Сб. научных трудов, -М.: Изд. АГН, 1998.

43. Маховиков B.C., Братчиков Н.В., Средства гидроподъема полезного ископаемого с донной поверхности морского шельфа.// Наука в СПГГИ, Сб. научных трудов, Вып. 3, 1998.

44. Меро Дж.Л., Минеральные ресурсы океана М: 1969.

45. Михайлова H.A. Перенос твердых частиц турбулентным потоком. Л., «Госметеоиздат», 1996.

46. Мурдмаа И.О., Кашинцев Г.Л. «Железомарганцевые конкреции Тихого океана» М. «Наука», 1986г.

47. Мызенкова Л.Ф., Бернацкая Н.В. «Опыт экспериментальной добычи железо-марганцевых конкреций за рубежом» М. 1989г.

48. Нурок Г.А. и др. Добыча полезных ископаемых со дна морей и океанов. М., «Недра», 1970.

49. Нурок Г.А., Бруякин Ю.В., Ляшевич В.В. Гидротранспорт горных пород. М.,1974г.

50. Перевалова Н.С., Жукова Г.А., Курова A.B., Лубенцова Л.М. и др. «Геолого-экономический прогноз целесообразности освоения железомарганцевых конкреций в глубоководных зонах Мирового океана» М. ВИЭМС, 1991г.

51. Покровская В.Н., Определение предельной концентрации гидросмеси, -Гидравлическая добыча угля. Реф. Сб., 1969, № 2, с. 19-21.

52. Покровская В. Н., Пути повышения эффективности гидротранспорта. М., "Недра", 1972. 161 с. с илл.бб.Рего К.Г., Метрологическая обработка результатов технических измерений. Справочник, Техника, 1987.

53. Рощункин Д.В., Разработка грунтов землесосными снарядами. М: 1969.

54. Румшиский Л.З., Математическая обработка результатов эксперимента. -М: Высшая школа, 1973.

55. Седов Л.И., Методы теории размерностей и теории подобия в механике. -М: ОГИЗ, 1944.

56. Серпухов В.И., Иванов А.И. Аутогенно диагенетические и органогенные образования морей и океанов. - Л., ЛГИ, 1978.

57. Скорнякова Н.С., Химический состав железо-марганцевых конкреций.// Железо-марганцевые конкреции Тихого океана. М: Наука, 1976.

58. Смирнов В.И., Курс высшей математики. Учебник для вузов, т.1. М: Физматгиз, 1961.

59. Смолдырев А.Е., Разработка месторождений твердых полезных ископаемых.// Итоги науки и техники, т.ХХХШ. М: Наука, 1986.

60. Смолдырев А.Е., Трубопроводный транспорт. М: Недра, 1980.

61. Смолдырев А.Е., Гидравлический транспорт гидросмесей высокой концентрации. М: Недра, 1972.

62. Спрингис К.Я., Морская геология и проблемы минерального сырья. М: Знание, 1971.

63. Тарасов Ю.Д., Николаев А.К. Подъемно-транспортные машины металлургических заводов. С-Пб., 2001.

64. Тимофеев И.П., Шагающие машины для освоения ресурсов морского дна. -Л: ЛГИ, 1987.

65. Токарев Б.Ф., Технические средства для освоения мирового океана. М: МЭМ, 1978.

66. Финн Д., Введение в теорию планирования экспериментов. М: Наука, 1970.

67. Хенк X., Теория инженерного эксперимента. М: Высшая школа, 1985.

68. Херхеулидзе И.И. К вопросу о предельном насыщении селевых потоков твердыми материалами. 2-я межвузовская конференция «Движение насосов и гидравлический транспорт». Тезисы и аннотации, М., 1968. с. 72—73.

69. Херхеулидзе И.И. К вопросу о предельном насыщении селевых потоков твердыми материалами. В кн.: "Движение наносов в открытых руслах", М., 1970, с 135-140.

70. Шкундин Б.М., Землесосные снаряды. М: Энергия, 1973.

71. Гидротранспорт твердых материалов. „Промышленный транспорт", 1972, №4.

72. Патент РФ №2112139. Установка с самоходной тележкой для сбора конкреций в условиях дна мирового океана/ Маховиков Б.С., Незаметдинов А.Б. заявл. 04.06.96. №96111339; Опубл. 27.05.98; Б.И. №15.

73. Декантационный бассейн. Патент Франции № 2039579, кл. 21 00, 9.111.70-71, Dorr-Oliver Inc. Приоритет США 10.Ш.69.

74. Заявка №2001114898(РФ). Устройство для добычи конкреций с морского дна./ Ю.Д. Тарасов. Заявл. 30.05.2001; МПК E21G50/00.

75. Исследование и разработка способов обезвоживания хвостов текущей переработки. Отчет по теме №27/82. ЛГИ, Л., 1982.

76. Промышленные испытания пластинчатого сгустителя в схеме обезвоживания хвостов текущей переработки. Отчет по НИР. ЛГИ, Л.

77. Сгущение и классификация пульпы. Библиографический указатель ВНИИГ им. Б. Р. Веденеева - Л., 1972.

78. Геометрические параметры патрубка

79. Перфорированный патрубок: ! участок напорного трубопровода; 2 - перфорированные участки разного диаметра; 3 - соединительные втулки; 4 - основной участок пульповода