автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.12, диссертация на тему:Разработка процесса валовой гидравлической выемки океанических конкреций при предварительном размыве

Государственный комитет СССР по народному образованию

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи ДОРОДНЫЙ Владислав Леонидович

УДК 622.275.5

РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА ВАЛОВОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ВЫЕМКИ

ОКЕАНИЧЕСКИХ КОНКРЕЦИЙ ПРИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОМ РАЗМЫВЕ

Специальность 05.15.12 — «Морская добыча полезных ископаемых»

Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1991

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени горном ¡институте.

Научные руководители: докт.техн. наук БУБИС Ю. 'В., доц., канд. техн. наук | БРУЯКИН Ю. В. |

Официальные оппоненты: докт. техн. .наук ЛЕШКОВ В. Г., доц., канд. техн. наук К.АШПАР Л. Н.

'Ведущее предприятие — институт «'ВНИПИокеанмаш». Защита диссертации состоится « » 1991 г.

в .'2>. час. на заседании специализированного совета К-053.12.01 Московского ордена Трудового Краоного Знамени горного института по адресу: 117049, ГОП, Москва, В-49, Ленинский проспект, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « » . . 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн. наук СЕНАТОРОВ II. П.

ОБЩАЯ .ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

; . Актуальность работы. Освоение минеральных ресурсов дна Мирового "-океана всё более определённо представляется как одно из перспективных направлений получения новых источников сырья для постоянно растущего потребления цветных, черных, редких и благородных металлов.

Целесообразность такого освоения возрастает, с одной стороны, по мере выявления новых площадей и форм полезного ископаемого Ярового океана, а с другой стороны, необходимостью вовлечения на суше месторождений все с более низкими содержаниями, находящихся в сложнейших горно-геологических и гидрометеорологических условиях.

Наиболее изученными океаническими месторождениями являются железо* марганцевые конкреции, которые стали полигонами для создания технических средств и технологии разведки и добычи не только для этого вида полезного ископаемого, но и для многих других океанических месторождений твердых полезных ископаемых. Созданные в СССР и за рубежом образцы аппаратов и методики разведки показывают высокую стоимость таких работ. При этом нужно учитывать юридические аспекты проблемы. Страна-первооткрыватель, а к таким странам отнесен Советский Союз, получает право на создание национального предприятия на поле конкреций при условии его эксплуатации в течение не более 20 лет при годовом производстве никеля не свыше 46500 т, что соответствует годовой добыче 4,1 млн т влажных конкреций. Эта же страна должна разведать такое же по запасам поле конкреций для органа ООН, созданного для организации международного предприятия. В настоящее время рост затрат на разведку 1 кв.м поля конкреций по мере приближения к более высоким категориям достоверности сделал их равновеликими с возможными затратами на выемку и подъём конкреций на борт плавучего судна.

Если на первых этапах было принято считать, что выемка могла проводиться со сравнительно высокими (до 60 %) потерями запасов в недрах без существенного влияния на уровень общих затрат, то на сегодняшний день при росте затрат на геологоразведочный процесс и низкой степени извлечения конкреций из недр затраты на добычу увеличиваются почти вдвое. Такое положение требует пересмотреть подход и технологические требования к созданию выемочных технических средств в целях уменьшения потерь полезного ископаемого.

Извлечение конкреций из недр в не меньшей степени зависит от полноты покрытия площади поля конкреций Фактическими проходами заходов выемочного агрегата, т. е. от технологических параметров разработки. Анализ существующих технических решений по снижению потерь в par личных областях горной нчуки позволил осилить вывод <> ичяеп^л

г

разности применения валовой гидравлической виексси. Такое решение представлялось как перспеспективное для наиболее полного извлечения конкреций из недр. Следовательно, исследование процесса валовой гидравлической выемки океанических конкреций при предварительном размыве с целью снижения их потерь в недрах является актуальной научной задачей.

Решение актуальной научной задачи становится особенно важным в настоящее время, когда необходимо определить перспективность разведочных работ на полях фосфоритовых конкреций, кобальтовых и других образований, мощность которых в глубину так же, как и у железо-марганцевых конкреций, несоизмерима с двумя другими линейными параметрами залегания.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами общесоюзной программы по исследованию и использованию Мирового океана в интересах народного хозяйства на 1986-1990 гг. 09.12. ОЙ.

Целью настоящего исследования являлось установление параметров процесса валовой' гидравлической выемки океанических конкреций при предварительном размыве, обеспечиваием максимальное извлечение запасов из недр.

Основная идея исследования состоит в том, что при определённых соотношениях гидравлических параметров размыва и механических и технологических параметров движения достигается наиболее полное извлечение гранул из донных осадков океана.

ГЬд гидравлическими параметрами понимается скорости размыва и всасывания, под механическими - скорость перемещения агрегата и вероятность отклонения от заданной линии перемещения, под технологическими параметрами - ширина захвата,отношение ширины гахвата к ширине вахсдки, т.е. ширины выемки к ширине заходки.

Научные положения, выносима? автором на защиту, и их новизна:

1. Величина извлечения запасов ЛЫК из недр зависит от соотношения скоростей размыва и всасывания, создаваемых при валовой гидравлической выемке с предварительным размывом. При этом наиболее полное извлечение наблюдается при скорости размыва в полтора раза вьасе скорости всасывания.

2. Потери конкреций в недрах нелинейно увеличиваются с увеличением скорост" движения выемочных агрегатов в пределах заходок, причем наиболее резко это происходит при скорости более 0,06 м/с.

3. Ширина вачодки выемочного агрегата при гидравлической выемке с предварительным размывом должна не менее, чем вдвое превышать точность определения положения агрегата по отношению к оси заходки.

Научное значение работы состоит в установлении параметров процесса гидравлической выемки конкреция из донных отлохений при пред-

верительном размыве, обеспечивающем снижение потерь запасов в недрах.

Практическое значение работы состоит в разработке конструкции рабочего органа выемочного агрегата, обеспечивающего процесс валовой гидравлической выемки океанических конкреций при предварительном размыве донных отложений, методик расчета его производительности и параметров заходок, а также экономической методики оценки эффективности различных технических конструкций выемочных агрегатов.

Достоверность научных положений и результатов, выводов и рекомендаций диссертационной работы основана на представительном объеме •экспериментальных исследований, достаточность которых обоснована методами математической статистики, теоретическим анализом, многократными апробациями математических моделей и технико-экономическими расчетами.

Апробация диссертации.. Результаты диссертации докладывались на заседаниях кафедры "Технологии, механизации и организации открытых горных работ" Московского горного института, проблемной научно-исследовательской лаборатории подводной добычи полезных ископаемых МГИ, научно-техническом совете института ВНИПИокеанмаш, в рабочей комиссии Мингео СССР (Москва, Новороссийск, Геленджик).

Публикации. По теме диссертации автором опубликованы две работы.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 82 наименований, изложена на 143 страницах машинописного текста, содержит 22 рисунка, 24 таблицы и 2 приложения на 23 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Необходимость обеспечения потребностей промышленности в редких, цветных и благородных металлах в условиях быстрого развития научно-технического прогресса занимает важное место в ряде задач, стояч'чх сегодня перед всем мироеым сообществом и перед народным хозяйством СССР.

В условиях интенсивной выработки месторождений с богатыми рудами, со снижением вероятности открытия новых крупных и уникальных месторождений на территории СССР возн"кает потребность в поиска альтернативы уже сложившимся способам и источникам добычи руд металлов. На сегодняшний день такой реальной альтернативой представляется разработка месторождений металлоносных оС'рчзов'ишй. лежащих ча дне морей и океанов.

В последние двадцать лет значительно увеличился сбтем moi екиу

научно-исследовательских и геологоразведочных работ по изучению возможностей использования запасов металлических руд,лежащих на дне океана.

Основным источником морских минералов, имеющих в обовриюм будущее экономическое значение, являются железо-марганцевые конкреции и кобальтовые корки морских гор.

В отечественных и зарубежных исследованиях в процессе поиска техноло,ических. решений прорабатывается ряд направлений. В их числе предусматривается подъём конкреционных масс с помощью многоковшевых, гидравлических или самовсплываюших систем. Каждая из них имеет достоинства и недостатки, но окончательное решение может быть принято только после их апробации. Для определения оптимальности решения по каждому направлению необходимо било выполнить большой комплекс исс-ледоьаний.

В СССР исследования гидротранспортной системы подъема Еедутся с начала 80-х годов. Здесь можно отметить работы таких институтов, как ВНИШокеанмаш, ДНИ, МГИ, МГРИ, ЦНИГРИ, а также специализированные организации и подразделения ПГО Южморгеология и ПГО Севмэргеология. Создали и испытаны различные конструкции выемочных агрегатов и движителей, но все они отличаются сравнительно высокими потерями запасов.

В этих условиях необходит бь. ¡о предложить' и изучить такой процесс выемки, который максимально позволил бы повысить степень извлечения запасов конкреций из недр.

Такой процесс целесообразно исследовать среди процессов размыва, так как при этом увлекается практически весь поверхностный конк-рециеносный слой океанического дна.

При этом учитавались следующие факторы:

- качество ведения горных работ на дне в нейтральных водах;

- невозможность повторной отработки месторождения, связанная с нарушением прочностных свойств вмешдвцих пород и нарушением условий залегания ЖМК при работе выемочного агрегата или добычной установки;

- необходимость высоких отчислений в Международный орган по морскому праву;

- ограниченность площади и времени, представляемого для разработки местороздении ЖМК;

- высокие экологические требования.

При этом объектом исследования является процесс выемки ЖМК рабочим органом гидравлического типа из слоя малой мощности П'нкэдисяерсного ила с установлением параметров технологии добычи ЖМ* ьыемочным агр^гаТгм при гидравлической системе подъема конкреций

на полигонах, расположенных в районе выделенного СССР участка в Тихом океане, для разработки методик расчета и сравнения параметров технологии глубоководной добычи ЖМК при минимизации потерь полезного ископаемого и ризубоживания, обеспечения максимально допустимой эксплуатационной производительности выемочного агрегата.

Для достижения поставлен.юй цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать изменение потерь при различных показателях выемки конкреций.

2. Выбрать параметры процесса отработки залежи с учетом минимизации потерь.

3. Исследовать взаимосвязь производительности выемочного агрегата с конструктивными характеристиками машины.

4. Разработка рекомендаций для конструирования выемочного агрегата в зависимости от принятой схемы отработки рудной залежи и проектирования технологии разработки месторождения ЖМК.

Применение гидравлических рабочих органов стало особенно необходимым из-за потребности резкого сокращения испрашиваемых плошадей дна Мирового океана.

Автором была предложена модель гидравлического рабочего органа (ГРО), использующего для извлечения принцип гидравлического элеватора. Модель ГРО представляет собой соединение двух элементов, придающих ГРО форму "сапога". Горизонтальный элемент имеет два отверстия -нижнее и верхнее. Они снабжены подвижными заслонками, позволяющими регулировать зазор отверстий. Верхнее отверстие служит для водозабора. Через нижнее отверстие происходит всасывание пульпы, состоящей из горной массы ( КМК и ил ) и воды. Горизонтальный элемент плавно соединяется с вертикальным в средней его части, где находится отбойная ресетка для гыделения ЖМК из пульпы. Извлеченные конкреции накапливаются в поддоне, расположенном в нижней части вертикального элемента. Для создания гидравлического потока к выходному патрубку модели ГРО подсоединяется водяной насос. Такое устройство должно было резко увеличивать извлечение из недр ЖМК по сравнению с другими.

Качество отработки месторождения полезных ископаемых обычно оценивается коэффициентом извлечения запасов из недр. В обпрм виде он представляет собой отношение объемов извлеченной горной массы за вычетом разубоживаюших пород к погашенным при добыче запасам :

. В - £ А

К

в - 5 •

где к„ - коэффициент извлечения ЖМК из недр, доли ел. ; Л) - оСтт;. измоченной горной массы, т;

d - объем разубоживающих пород, т;

В - объем разрабатываемых при добыче балансовых запасов, т;

А - объем полезного ископаемого, извлеченного из псгашенных балансовых запасов, т.

Величина коэффициента К зависит от горно-геологических условий залегания месторождения, технических условий его разработки, принятой технологии работ по добыче, транспортировке и переработке полезного ископаемого, совершенства конструктивного исполнения комплекса горнодобывающего оборудования. Названные выше факторы в разных условиях по разному оказывают влияние на величину коэффициента извлечения.

При разработке методики количественной оценки прогнозных ресурсов и запасов КМК целесообразно учесть новизну технических средств обеспечения' и сложность процессов добычи таким образом, чтобы при делении прогнозных ресурсов на балансовые и забалансовые к последней категории были отнесены продуктивные площади, отработка которых технически или 'технологически невозможна, а также экономически нецелесообразна.

Для условий добычи КМК со дна Мирового океана определим коэффициент le,исходя из предположения, что общая схема добычного комплекса представляет собой: самоходный выемочный агрегат (ВА), который осуществляет извлечение КМК из недр и направляет их в гибкий трубопровод; бункер-накопитель на нижнем конце вертикального трубопровода, связанный посредством гибкого трубопровода с ВА; вертикальный трут бопровод, обеспечивающий подачу ЖМК на специальное судно-носитель ка поверхности океана. Разработка рудного поля ЖМК осуществляется ВА полосообразными заходками с использованием различных схем отработки. При этом стремятся охватить такими заходками как можно большую площадь, совмещая смежные границы заходок. Ориентация и управление работой ВА осуществляется с помощью глубоководной навигационной системы.

Все потери, связанные с разработкой рудного поля добыч'ым комплексом, можно разделить на две группы:

1. Потери, не оказывающие влияния на производительност!. добычного комплекса.

Потери, иияющие на производительность добычного комплекса, т. е. .отери на полоса выемк: и при последующих тех..алогических операциях

Потери, относящиеся к первой группе, бклкж эт три вида потерь:

К первому вид., потерь будут принадлежать ЖМК, остающиеся в целиках, образованных из-за несоответствия ширины р<.лочих органов ВА В? Ирин? гаходки B.¡ . "оъем этих потерь будет определяться разнос-

тью Вь и . Поэтому при соблюдении условия В? > В3 , потери в этом случае будут стремиться к минимуму. Причина несовпадения величин Вг и Д| в невозможности вписать достаточно широкую полосу выемки ЕА в фиксированные границы рудной залежи.

Ко второму виду потерь относятся запасы, оставленные в охранных целиках, приминающих к выходу скальных и полускальных пород и у непреодолимых препятствий. Б?личина этих потерь определяется горно-геологическими характеристиками месторождения и точностью управления добывающей машиной и принятой технологией работ по добыче.

Третий вид потерь образуется на площадях, плотность залегания ЖМК на которых превышает максимально возможную производительность рабочих органов ВЛ. Для уменьшения потерь этого вида необходимо предусмотреть возможность плавного регулирования скорости движения ВА во время выемки конкреций.

Обшая сумма потерь ЖМК для первой группы может быть представлена в виде:

п л

¿»> ¿а

где д - объем потерь ЖМК, не оказывающих влияние на производительность ВА, т;

Л■ и [<[ - объем потерь ЖМК и коэффициент пропорциональности для и -го вида потерь первой группы, соответственно т и доли единицы;

С - виды потерь первой группы:

I = 1 - несоответствие ширины рабочих органов ширине заходки;

С' 2 - запасы конкреций в охранных целиках;

(,= 3 - превышение плотности залегания ЖМК на полосе выемки максимально установленного предела для ВА.

Потери, влияющие на производительность добычного комплекса, обусловлены техническими причинами, характеризующими степень совершенства оборудования и технологии разработки месторождения ЖМК Они подлежат минимизации, хотя и зависят от многих факторов ( крупности ЖМК, неровности дна, невыдержанности плотности залегания и т. д.), влияние которых оперативно учитывать весьма сложно, а учесть в конструкции ВА еще труднее. Все потери этой группы, кроме потерь при транспортировании и перегрузке, возникаю"1 на полосе выемки ВА. Оле довательно, удобнее всего их оценивать как часть промышленных запасов.

К первому виду потерь этой группы относятся конкреции, величина заглубления которых в ил превышает максимальную глубину выемки ЬА. Обгем таких конкреций на сегодняшний день можно оценить лишь вероят-

ностными методами.

Со вторым видом потерь связан объем ЛШК, оставленный в недрах из-за неточности навигационного обеспечения процесса выемки и управления ВА. Величина этих потерь может снижаться по мере развития техники в этой области.

Третий вид потерь возникает из-за несовпадения диапазона извлекаемых фракций конкреций, задаваемого конструкцией рабочих органов, и гранулометрического состава ЖМК, залегающих на морском дне. Величина этих потерь связана с горно-геологическими характеристиками месторождения ЖМК и конструктивными особенностями рабочих органов ВА.

Четвёртый вид потерь охватывает те объемы ЖШ, которые остаются в недрах из-за особенностей микрорельефа. Это могут быть локальные площади месторождения ЖМК, имеющие уклон поверхности, превышающий максимально допустимый для ВА, одиночные неровности, вызываюшде нарушение сплошности контакта рабочих органов и пород дна, вмещающих ЖМК, предметы деятельности человека и т. д.

К пятому виду потерь относятся потери, возникающие из-за несовершенства перерабатывающей и транспортной систем при передаче ЖМК от ВА к судну-носителю, а также при перегрузке в транспортное судно. Величина этих потерь зависит от степени несовершенства всего добычного комплекса.

Суммарная величина этих потерь, относящихся ко второй группе, может бить представлена в виде:

Д ' = ¿1 А к; , (3)

г-' 1г1

н

где Д - объем потерь ЖМК второй группы, т;

А;' и к/ - объем потерь ЖМК и коэффициент пропорциональности для _)' -го вида потерь второй групп!!, соответственно т и доли ед. ;

- промышленные запасы, т

] - виды потерь второй группы:

] = 1 - заглубленные конкреции;

J = 2 - несоверш- 1ство навигационного обеспечение и управления;

- 3 - неизв^.гкаемыс фракции гранулометрического состава;

] 4 - сложность микроре..«ефа;

^ 5 - несовершенство перерабатывающей и '^ансп-ртной систем.

Для получения возможности прс ести кол., юственное сравнение полноты и качества „ыемки ШК п; .1 использовании рабочих органов, имеющих различные конструктивные принципы, были про! чены экспиримен-г аник- послелоьшнм модели ГТО.

А

При проведении исследовательских испытаний горная масса,водная среда и рабочие органы моделировались с соблюдением требований теории моделирования, геометрического, материального, кинематического и динамического подобия и теории размерностей. Моделирование проводилось по условию постоянства основных критериев подобия Ньютона (Ме) и Рейнольдса ( Ке ):

где Р - действующая на тело сила, Н;

т - масса тела, кг;

X - время, с;

- характерный линейный размер, м;

£>е -- СО^ . ( 5 ,

г

где р - плотность /лдкости, кг/куб. м;

V- - скорость течения жидкости, м/с;

уи - динамический коэффициент вязкости жидкости, Па с.

Исследование площадей развития железо-марганцевых конкреций, выполненное д. г. - м. н. Горяиновым II Е , выявляет фрактальность строения скоплений м,5и Эта особенность заключается в том, что при изучении скопления конкреций и перехода от одного масштаба к более детальному объекты становятся подобными. Характеристикой фрактальных объектов является Фрактальная размерность:

D¿^л К) X

= "¿^ТГ 1 Со ' ' 6 '

где М - число Фракталов какого-либо поколения;

I— - масштаб фракталов этого поколения, т.е. число, показывайте во сколько раз уменьшен линейный размер Фрактала.

•Гракталыгость строения площадей конкреций позволяет установить целесообразный масштаб выбора ширины модели ГРО, который обеспечивает подобие зон выемки с площадями, оконтуриваемых для разработки. В нашем случае I- > 3. Для отложений провинции Кларион Клиппертон Фрактальная размерность определилась в 1,39. Тогда число фракталов должно составлять N1 = = 3 ''ъ') - 4,6 , т. е. коэффициент неравномерности залегания конкреций на моделируемом поле против натуры изменяется п 4.6 раза.

Знание других особенностей и условий залегания конкреций п<хьп ляет смоделировать в лабораторных условных маоепп и гсрмую мс:'.",-. С'д.'Тояшу» иг конкреций и сеад;--:о!.. аналогичных «^т-.-стг-ич^му м »: чи \

по основным физико-механическим свойствам.

В качестве илистого основания использовался ил, поднятый из Нижне-Чурбашского озера на Керченском испытательном полигоне ВНИПИ-океанмаша.

Для установления закономерностей выемки конкреций гидравлическими рабочими органами необходимо было выявить:

1. Зависимость полноты выемки от зазора всасывающего отверстия и соотношения площадей водозаборного и всасывающего отверстий.

2. Влияние скорости буксировки гидравлического рабочего органа на коэффициент извлечения.

3. Место и величина потерь, образующихся при выемке конкреций

ГРО.

Для различных скоростей буксировки были проведены отдельные серии опытЬв для нахождения коэффициента извлечения. Число серий опытов равнялось четырем - соответственно для скоростей 0,04; 0,06; 0,08; 0,10 м/с.

Были проведены оценочные опыты по определению к„ для различных зазоров мевду илистым основанием и моделью РРО. Наибольшее значение ки было получено при минимальном зазоре, то есть когда Ь стремился к нулю. В дальнейшем изучение процесса выемки КМК моделью ГРО производилось при равном 0.

Полученные результаты обрабатывались согласно методике, изложенной выше. В результате были получены статистические данные, которые позволили с помощью стандартной программы на ДВК-3 получить еле--дующие формулы:

1. Для скорости буксировки 1Уе- 0,04 м/с

где а - £вп / &вс .

2. Для скорости буксировки 1^-0,06 м/с

-0,270Наг +0,7~t2.be, +0,>ЬЬЪ ^ ( о )

3. Ды скорости буксировки - 0,08 м/с

ки ^-€1по*>аг-1-о,%1Ъчс\ +о, ^зг _ ( д )

4. Для скоростч буксиповки Уё 0,10 м/с

к, - -о,4ЬбЪаг+<.1ьгс1 -о,ою2 х 10 ,

Корреляционное отношение для полуенных за: .юимостей не ниже

и, у 35.

Н'л рис. 1 представлен график зависимости коэффициента извлечены и; Всч«ЫБаКй?Г(, (Я&ёрсТИЯ Я!-!! разЛЯ'ШЫХ МИШах ширины

к*

(а

о,в

0,6

. /й/) - ^им

/ ¿бп -25мм / г 50мм

<а

15-

га

с5

I

за

6С/ мм

Рис. 1. Графики зависимости 1<и от заэора всасывающего отв1рстия при различных величинах водозаборного отверстия и Х7. - 0,06 м/с.

водозаборного отверстия при скорости буксировки V&= 0,06 м/с.

Анализ графической зависимости показывает, что исследуемый показатель имеет экстремум в диапазоне изменения аргумента. Его нахож-.-.ение позволяет оптимизировать процесс выемки. На представленном графике Сас . н,4 мм.

Д.'я всех скоростей был определен оптимальный зазор всасывающего отверстия, который находился как среднее арифметическое для различных сечений водозаборного отверстия.

/ - У ¿it opt; (-4С cpt - ¿L -^-

( 11 )

где оптимальный зазор всасывающего отверстия для ¿"Ой ве-

личины водозаборного отверстия, мм; . '1 - количество фиксированных положений , к» •= 6.

Отсюда следует, что скорость буксировки влияет на полноту процесса выемки. Исходя из полученных значений срг была выведена зависимость ¿ь, „^ - {{ ) при [_ 0,04; 0,10 ] м/с

ер г '3,38 в . ( 12 )

Анализ полученной формулы в исследуемых диапазонах изменения С0г показывает, что наибольший ки достигается при наименьшей скорости буксировки.

Наклон функции гГ6 ). представленной на рис. 2, коси

абсцисс минимален. Значит в исследуемых диапазонах влияние скоро.-ги буксировки на полному выемки конкреций крайне незначительно. Так, падение при увеличении скорости от 0.04 до 0,10 м/с при Ci^r •= 1.85 составило 9%. что находится в пределах точности расчетов.

Обобщая проведенные исследования, можно сделать вывод, что для модели ГР0 предложенного типа существует оптимальное значение & / ^ап , которое позволлет достигать максимального для данной конструкции к„ . Так, для диапазона скоростей буксировки модели ГРО от 0,04 до 0,10 м/с при полученных оптимальных значениях ¿лс / ^ел коэффициент извлечения находится в пределах 0.031... 0.974.

Техническая производительность модели ГГО может быть описана эмпирической формулой:

Ог - 0,2 ч 8 VF

т в , С 13 )

где От - техническая производительность, кг'мин.;

"LT6 - скорость буксировгл модели ГК>, м/мин.

Отмечается, что:

1. Экспериментальна исследовать модели гидравлического раОо-

К

1%. «А

Рис. 2. График зав исимости коэффициента извле-чегия к* от скорости буксировки моде-л . ГРО У~ь .

чего органа показали работоспособность его конструкции.

В зависимости от скорости транспортирования модели ГРО, которая изменялась от 0.04 до 0,10 м/с. коэффициент извлечения конкреций на моделируемом поле составил 0,93 - 0,93, а коэффициент разубо-живания горной массы - 0,83 - 0,89 при оптимальном зазоре всасывающего отверстия.

3. Изменение отношения площадей водозаборного и всасывающего отверстий от 1,5 до 2,5 приводит соответственно к уменьшению коэффициента извлечения при фиксированной скорости перемещения модели ГРО. Так, при скорости 0,08 м/с коэффициент извлечения уменьшался с 0,93 до 0,75.

4. Количественные показатели и характерные взаимосвязи параметров, определенные в процессе испытаний модели ГРО, могут быть использованы при проектировании опытного образца добычной установки.

5. Увеличение скорости буксировки модели ГРО приводит к ухудшению процесса выемки конкреций, особенно при более О.ОЭ м/с.

Планируется, что движение придонных агрегатов будет осуществляться и корректироваться по запросам-ответам акустических маяков. Точность привязки определяется расстоянием между маяками, так называемой базой, и углами между направлениями на эти маяки. При этом точность привязки самих маяков по океанической навигации представляется порядка 500 м. В таких условиях очевидно, что для месторождений ЖМК целесообразно детальную разведку по категории В провести после установки маяков и применять относительную систему привязки.

При этом возможны уходы ЕА как влево, так и вправо, но с одинаковой вероятностью и незначительной амплитудой. В результате колебаний агрегат будет двигаться не вдоль проектной заходки, 'а в некоторой полосе, осью которой будет являться ось заходки. Пурина этой зоны будет больше заходки и стремиться к ней с уменьшением стандартной ошибки рыскания агрегата. При этом целесообразно учесть, что возможно попадание агрегата как на полосу, где конкреции отсутствуют, так и остались при рыскании в соседней полосе. При этом величина стандартного отклонения может быть снижена уменьшением длины полигонов. Согласно геологическим материалам размеры полигона в среднем составляют около 10 км при ширине 3-5 км, а число заходок должно быть числом целым.

Отработка полосы поля может проводиться' несколькими вариантами. При параллельной схеме ширина захвата ВА равна ширине заходки. а с учетом необходимости перекрытия полосы выемки превышает ширину заходки. Такая схема требует в соответствии с установленными взаимосвязями между скоростями размыва и Есасывания увеличения расхода

мощности. При схеме с шр^лёльно-ьеерним перемещением размнвочн:.«?

устройство перекрывает при поперечном движении, как правило, участки полос, где не проводилась выемка. Но это требует затрат энергии на возвратно-поступательное движение стрелы ВА, на которой должно крепиться выемочное устройство.

С другой стороны, увеличение ширины захвата приводит к увеличению потребного количества воды, подаваемой в рабочие органы, т. е. к повышению энергозатрат. В то же время увеличение ширины захвата приведет к уменьшению числа проходов ВА по выемочному полю, что уменьшит затраты энергии на перемещение ВА для отработки такой ж площади распространения ЖМК.

При движении агрегата по заходке возможно его отклонение от оси заходки с различной вероятностью в зависимости от удаления ВА от маяка, т. е. зависит от точности привязки. Но влияние параметров процесса выемки начинает сказываться только после определенной точности привязки.

Эффективность привязки определяется, как указано Еыше, стандартным отклонением оси ВА, шириной его рабочих .органов и шагом смещения заходок.

При этом заходки могут перекрывать друг друга, иметь смежные границы или не иметь их при наличии Оезрудных зон. При переходе к выемке с перекрытием достигается повииение коэффициента извлечения ЖМК из кедр, но при этом снижается производительность и повышается расход энергии.

Движение ЕЛ по заходке фактически будет представлять из себя движение по некоторой зоне, осью которой будет ось заходки и которая будет шире планируемой заходки. Величина этого перекрытия будет уменьшаться по мере уменьшения стандартной ошибки рыскания ВА.

На рис. 3 показаны результаты расчетов вероя~ постного коэффициента извлечения конкреций с плоцади запланированной заходки в зависимости от точности определения положения в не* агрегата. .Из приведенного графика видно, что.при технически осуществимых параметрах отработки шг'чша заходки должна не менее че. в два раза превышать точность привязк" к ыаякам-отв'.тчикам. Это с учетом полнотч выемки в зависимости от гидравлических параметров позволит сократить об-ем геологоразведочных работ вдьое.

С изменением расстоячия от марсов-ответчиков увеличивается рыскание и ддновременно уменьшается коэффициент извлечения с ¡-лошади, т. е. возрастают потери.

Искомое значение ширины заходки соответствует минимальному значению фушщии, т. >;.

и , - 1> М.е'.гь^

5 У ^^ • < 14 >

о

8 а

<6 20 Ыирина ^охбама, м

Рис. 3. График определения коэффициента извлечения к„ в зависимости от точности определения положения ВА.

где Uj- ширина заходки, м;

VB - скорость перемещения ВА, м/с;

к, - коэффициент, учитывающий величину давления воды на 1 пог. м заходки;

величина энергозатрат на размыв донных отложений, кВт ч. /куб. м;

ty - средневзвешенный К. IL Д. насоссв; зазор водозаборного отверстия, мм.

Расчёты по формуле показывают, что ширина заходки должна быть не менее 18-20 м.

Технике-экономический анализ добычных комплексов для разработки месторождения КЖ с различной годовой производительностью и двумя система).«! подъема показал, что наименьшую себестоимость добычи 1 т руды за весь срок эксплуатации месторождения ХЖ обеспечивает комплекс, имеющий годовую производительность, обеспечивающую годовое максимально допустимое производство никеля 46500 т, что соответствует дсбыче 4,1 млн. т сухих конкреций.

Выбор системы подъёма для обычного комплекса осуществить затруднительно, так как разница между ними по показателю затрат находится в пределах точности расчетов.

Технико-экономическая оценка извлечения ЖМК из недр гидравлическим и ковшовым рабочими органами показывает, что экономические поеледстышя потерь, при применении ковшового рабочего органа со струнным чавалообразователем более ощутимы, хотя себестоимость добычи при этом ниже.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В диссертационной работе на основании выполненных исследований дано решение актуальной научной задачи по созданию процесса валовой гидравлической выемки океанических конкреций при предварительном размыве, что позволяет резко повысить извлечение запасов из недр и уменьшить объём дорогостоящих геологоразведочных работ в Мировом океане.

На основании проведенных исследований сделаны следующие основные выводы и рекомендации:

1. При создании технических средств Еыемки гидравлическими рабочими органами с предварительным размывом для обеспечения минимальных потерь полезного ископаемого (железо-марганцевых конкреций) проектируемая скорость размыкающего потока должна быть в 1,5-1.7 раза выи:» скорости веасмиания конкреций.

Z. Скорость iK;vei.k';!iei<tu ttk-моччого агрегата долина быть мили-

мыльно возможной по условиям его стабильного положения на поверхности осадков, обеспечения требуемой производительности и минимальности рагубоживания при Еыемке конкреций. Расчетная величина этой скорости составляет порядка 200 и/ч.

3. Ширина заходки выемочного агрегата должна не менее, чем в двое пресыщать точность определения положения выемочного агрегата на поле конкреций. При этом при ширине заходки 18-20 м и длине поля около БООО м точность привязки должна быть 0,2 %.

4. Экспериментально установлено, что при использовании предложенного устройства для валовой гидравлической выемки не наблюдается изменения извлечения при колебании содержания конкреций + 50 7. от среднего.

Использование предложенных решений позволяет получить расчетная Э1Й>?кт от работы каждого агрегата в 250 тыс. руб. в год за счёт сок-ранения площадей, подлежащих геологической разведке.

Основные научные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Дородный В. JL Извлечение металлоносных конкреций при разработке глубоководных месторождений Мирового океана. М. , 1990. - Деп. в Черметинформация 10. 06. 90, N 5485.

2. Дородный В. Л. Методика определения производительности добычных комплексов для разработки месторождений твердых полезных ископаемых Мирового океана. М. . 1990 - Деп. в Черметинформация 10.00.90, N 5486.