книги / Разработка подводных шельфов

пород иногда отдельные черпаки в цепи оборудуются специальными кирками. Емкость черпаков является основным критерием, определяющим размер многочерпакового снаряда. Обычно емкость черпаков находится в пределах от 20 до 900 л. Многочерпаковые снаряды применимы для разработки тяжелых пород.

У шаландо-рефулерных снарядов разгрузка осуществляется грунтовыми насосами на грузоотвозные шаланды или регулированием по пульпопроводу. Средняя глубина разработки многочерпаковыми снарядами составляет 20 м.

11. Подводные бульдозеры

Подводные бульдозеры впервые были созданы в СССР и в Японии. В России подводные бульдозеры-планировщики применяются в портах при планировке дна и постели для молов.

Бульдозер «ЦНИИС-1», разработанный еще в СССР, представляет собой шагающую машину с выдвижным отвалом. Машина устанавливается на специальных лапах, упирающихся в дно, а отвал выдвигается вперед, планируя расположенную перед бульдозером площадку. Затем бульдозер на катках по специальным лыжам перемещается на предварительно спланированную площадку, устанавливается на лапах, и процесс повторяется. Длина шага машины 1 м, глубина разработки около 11–16 м.

Бульдозер-планировщик «Рижанин», созданный в 1969 г., опирается на плавучее основание типа катамаран. Бульдозер снабжен грейферным краном для подсыпки камня перед отвалом. Эта машина может разрабатывать песчаный и гравийный грунты.

Значительный интерес представляют японские земноводные и подводные бульдозеры, которые могут осуществлять добычу песка, гравия и щебня, работая совместно с надводным землесосным снарядом, драглайном и грейфером. Существуют четыре типа японских подводных бульдозеров для глубин 3, 7, 15 и 60 м, созданных фирмой Komatsu.

Земноводный бульдозер D125-18V может работать на суше и в воде на глубине до 3 м при возведении различных гидротехнических сооружений в морях и внутренних водоемах. Этот бульдозер имеет герметичный корпус, снабженный двумя шахтами для входа оператора и вентиляции машины.

Для управления бульдозером применяется радиоили проводная связь. Исполнительные механизмы системы управления пневматические. Бульдозер может управляться оператором, находящимся в кабине, или же без него. Отвал бульдозер имеет боковые стенки, защищающие грунт от смыва

51

водой. Система управления этого бульдозера включает в себя телевизионные камеры, эхолот, датчики крена и дифферента. Бульдозер может оборудоваться грейфером или буровой установкой.

Фирма Hitachi создала бульдозер, имеющий две цистерны, обеспечивающие изменение массы бульдозера под водой (рис. 17). В обслуживаю-

щий бульдозер комплекс входят также исследовательское судно и сонар.

12. Драги

Драга представляет собой плавучее горно-обогатительное сооружение с комплексом оборудования, предназначенного для разработки обводнен-

риковых россыпей), которые, как правило, монтируются на плоскодонном понтоне (судне), обеспечивающем их нормальную плавучесть и эксплуатацию в замкнутом водоеме, и морские, предназначенные для разработки россыпных и осадочных месторождений, залегающих в прибрежной зоне

52

и в глубоководной части акватории крупных озер, морей и океанов. Эти драги обычно монтируются на килевых, реже плоскодонных, самоходных либо буксирных судах, обеспечивающих их нормальную плавучесть и эксплуатацию в открытом море при штормовом волнении.

Драга оснащается стационарным промывочно-обогатительным оборудованием, установленным на судне, либо работает по раздельной схеме «добыча – обогащение» в цикле с обособленными береговой или плавающей обогатительными установками.

Морские и континентальные драги делят: по роду энергии – на электрические, дизель-электрические, дизельные, паровые; по способу передвижения (маневрирования) – на канатно-свайные, канатно-якорные; по возможной глубине разработки (выемки) пород ниже ватерлинии – на драги малой глубины выемки (до 6 м), средней (до 18 м), глубокой (до 50 м), сверхглубокой (свыше 50 м). Область применения драги ограничивается глубиной разработки продуктивных пород.

Морские драги конструктивно отличаются от континентальных особенностями маневрового и транспортно-отвального оборудования (отсутствие свай и отвального конвейера). При работе в открытом море передвижение и маневрирование драги по забою осуществляется посредством канатно-якорного устройства.

Многочерпаковая драга (рис. 19) состоит из плавающего судна, обычно в виде плоскодонного цельнометаллического понтона сварной конструкции, на котором размещены жестко связанные с ним массивные фермы остова (так называемая суперструктура) и надпалубная надстройка, а также передняя и задняя мачты, черпающее и маневровое устройства, обогатительное и другое оборудование.

ВРоссии малолитражные одночерпаковые драги применялись старателями при добыче золота из небольших русловых россыпей. Первая многочерпаковая драга с механизированным приводом от паровой машины была построена в 1870 г. в Новой Зеландии. В России первая многочерпаковая драга, переоборудованная из купленной в Голландии землечерпалки, была установлена в 1893 г. в долине р. Кудача на Амурском прииске «Рождественский».

В1900 г. Невьянский завод на Урале приступил к производству первых отечественных драг. Подъем драгостроения относится к 30–40-м гг.

ХХв., когда действующий дражный флот зарубежных стран насчитывал около 400 крупнолитражных драг. Пионером советского драгостроения стал завод «Красный Путиловец», который с 1926 по 1930 г. изготовлял электрические драги с черпаками емкостью 210 и 380 л, что позволило

53

прекратить импорт драг. В 1931 г. Иркутский завод тяжелого машиностроения изготовил первые драги с черпаками емкостью 150 л. В 1969 г. этим заводом изготовлена крупнейшая в мире электрическая драга с черпаками емкостью 600 л и предельной глубиной черпания 50 м ниже уровня воды. Отечественные драгостроительные предприятия серийно выпускают электрические драги нескольких типоразмеров.

Рис. 19. Общий вид 380-литровой драги ОМ-431: 1 – понтон; 2 – черпаковая рама; 3 – черпаковая цепь; 4 – нижний черпаковый барабан;

5 – поддерживающий барабан; 6 – подвес черпаковой рамы; 7 – передняя мачта; 8 – главная ферма (суперструктура); 9 – задняя мачта; 10 – сваи;

11 – отвалообразователь (стакер); 12 – хвостовые колоды; 13 – береговой мостик; 14 – надстройка

В зарубежной практике в связи с истощением в большинстве стран запасов континентальных россыпей действующие драги переносят, как правило, с одного месторождения на другое (Южная Америка), а новые драги, предназначенные преимущественно для разработки оловоносных (Малайзия, Индонезия) и прибрежно-морских алмазоносных россыпей (Западная Африка), изготавливаются в незначительном количестве.

Наиболее распространенными являются многочерпаковые драги. Морские многочерпаковые драги применяются, например, для добычи касситерита у берегов Индонезии. К таким драгам относится Bangka-1 введенная в эксплуатацию в 1966 г. Эта драга имеет черпаки емкостью 400 л, число черпаний в минуту 23–26, глубина разработки 40 м.

Многочерпаковая драга Thailand имеет черпаки емкостью 420 л, число черпаний в минуту 10–15, глубина разработки 47 м.

Большой интерес представляет японская глубоководная многочерпаковая драга, которая предназначена для добычи конкреций и продуктив-

54

ного песка с больших глубин. Конструкция драги основана на изобретении японского инженера Масуда, заключающемся в применении черпаковой цепи без жесткой рамы в виде бесконечного каната с черпаками.

Для морской добычи алмазов и конкреций применяются эрлифтные драги. На несамоходной драге Barge-7 (имеющей глубину разработки 30 м) на борту была установлена флотационная машина для извлечения алмазов из алмазоносного гравия. На больших глубинах, до 120 м, добычу алмазов вела другая драга Barge-3, диаметр подъемной трубы 250 мм, на борту драги установлены вибрационные грохоты для удаления ила и крупного гравия. Для обогащения применяются также ленты, покрытые смазкой.

На небольших глубинах применяется драга Diamantkus, имеющая три эрлифта диаметром 400 мм и три эжектора диаметром 250 мм. Драга имеет шесть папильонажных канатов, может работать при высоте волныдо5 м.

55

Вводах Мирового океана содержится калийной соли около 48 · 1013 т

и99 % мировых запасов брома.

Несмотря на то что сейчас известно не менее 60 растворенных в морской воде элементов, в промышленных масштабах извлекается всего лишь четыре. Это NaCl (обычная поваренная соль), магний и некоторые его соединения, а также бром. В качестве побочных отходов в процессе получения поваренной соли или при извлечении магния добывают некоторые соединения кальция и калия. Обычно эти продукты получают либо в результате экстракции из морской воды, либо при переработке водорослей, концентрирующих кальций и калий. Следует, однако, отметить, что промышленное извлечение перечисленных элементов непосредственно из морской воды все еще не освоено. Предпринимались многочисленные попытки экстрагировать другие минеральные соединения из морской воды, однако промышленная добыча оказалась безуспешной. Запатентовано немало способов извлечения из морской воды поваренной соли, магния и его соединений, брома, йода, калия, сульфата кальция, золота и серебра.

Извлечение поваренной соли. Систематическое получение соли из морской воды было начато в Китае намного раньше, в 2200 г. до н.э. Веками многие народы были зависимы от моря как источника соли. И сейчас соль, добываемая из морской воды простым выпариванием солнечными лучами, занимает значительную долю в общем балансе потребления соли такими странами, как Китай, Индия, Япония, Турция, Франция и Филиппины. Ежегодно во всем мире производится около 6 млн т соли. Как правило, для производства соли выпариванием из морской воды необходим жаркий климат с сухими ветрами. Однако помимо близости моря и жаркого климата требуется соблюдение еще ряда условий: слабая водопроницаемость грунта испарительных бассейнов, наличие обширных низменных площадей, лежащих ниже уровня моря или затопляемых морскими приливами, малое количество осадков в течение месяцев активного испарения, отсутствие разбавляющего влияния речных пресных вод и, наконец, в связи с низкой стоимостью добычи соли, – наличие дешевых транспортных средств либо близость рынков сбыта.

57

Около 5 % всей соли, потребляемой Соединенными Штатами, производится испарением, преимущественно в районе залива Сан-Франциско, где этот промысел был начат еще в 1852 г. Близ южной конечности залива Сан-Франциско с общей площади около 80 кв. миль Leslie Salt Company ежегодно добывает примерно 1,2 млн т соли. Аналогичные соляные промыслы находятся в верховьях заливов Ньюпорт и Сан-Диего в Южной Калифорнии, их годовая производительность составляет 100 тыс. т. Пуск морской воды в испарительные бассейны близ залива Сан-Франциско осуществляется в период полной воды через шлюзные ворота в дамбе, ограждающей бассейн от моря. Морская вода выдерживается здесь до тех пор, пока значительная ее часть не испарится и не наступит садка заключенных в ней солей.

Сульфат кальция кристаллизуется из раствора одним из первых. После осаждения на дно солей сульфата кальция оставшаяся рапа осторожно переводится в садочный бассейн, где вследствие испарения происходит дальнейшее сгущение раствора до начала осаждения хлорида натрия. Выпаривание рапы продолжается до момента достижения ею удельного веса около 1,28, т.е. до начала садки солей магния. На этом этапе соляной раствор носит название горького маточного рассола. Рассол извлекают из садочного бассейна и переправляют на другие предприятия, где из него получают различные соединения магния, бром и другие соли. После удаления рассола в садочный бассейн вновь заливают свежую рапу, и весь цикл получения хлорида натрия повторяется. К 1 августа на дне таких бассейнов накапливается слой хлорида натрия толщиной 4–6 дюймов.

Экстракция брома из морской воды. Из морской воды бром был впервые выделен в 1926 г. в Калифорнии при обработке маточных рассолов, получаемых в процессе извлечения соли в искусственных испарительных бассейнах. Потребление брома промышленностью было сравнительно ограниченным до начала производства высококомпрессионных двигателей внутреннего сгорания, так что спрос рынка удовлетворялся теми количествами, которые добывались из скважинных рассолов и соляных залежей. Затем положение резко изменилось. В бензин с антидетонационными свойствами, содержащий присадку тетраэтилсвинца, стали добавлять этилендибромид, чтобы предотвратить отложение свинца на стенках цилиндров, клапанах, поршнях и на свечах. При столь возросших потребностях в броме рассолов, выкачиваемых из буровых скважин, оказалось недостаточно. Не удовлетворяла спрос и добыча брома как побочного продукта при производстве соли. Возникла острая необходимость в ином источнике брома.

58

В ходе широких поисков дополнительных источников брома «Этил корпорейшн» разработала процесс прямого осаждения брома непосредственно из морской воды, которая не подвергалась предварительному концентрированию. Согласно этой схеме бром осаждается в виде нерастворимого соединения – триброманилина – при обработке морской воды анилином и хлором. Во избежание гидролиза хлора морская вода предварительно подкисляется серной кислотой. Позднее этот процесс расширили до масштабов промышленного производства. Установка была смонтирована на судне, которое затем было переоборудовано в завод по извлечению брома. Работая 25 дней в месяц, такой плавучий завод производит около 75 тыс. фунтов брома. За этот же срок заводом потребляется реагентов: 250 т концентрированной серной кислоты, 25 т анилина, 66 т хлора, хранимых между верхней и нижней палубами. Эффективность извлечения брома из морской воды, где его содержится всего 0,1 фунта на 1 т, равна примерно 70 %. На судне предусмотрены защитные меры, предпринимаемые для того, чтобы избежать разбавления морской воды отработанными водами, сливаемыми после завершения технологического процесса. Позднее было установлено, что для предотвращения смешения можно с успехом использовать вдольбереговые морские течения, существующие у многих побережий. В настоящий момент считают, что с технической точки зрения процесс извлечения брома на борту плавучего завода решен успешно, однако работа в открытом море с весьма коррозионноактивными реагентами гораздо сложнее, чем на суше.

Выбор места для постройки завода по извлечению брома следует производить с особой тщательностью. При этом необходимо заранее исключить возможность разбавления потребляемых заводом морских вод дождевыми осадками, сточными водами, а также водами, из которых бром уже извлечен. Кроме того, морская вода должна иметь высокую и постоянную соленость, относительно высокую температуру и не должна быть загрязнена органическими отбросами, на которые бесполезно расходуется хлор. Такое место, удовлетворяющее всем перечисленным требованиям, было найдено близ Кьюр-Бич (Северная Каролина). Здесь «Этил дау кемикл компании» построила завод производительностью 3 тыс. т брома в год. В 1938 г. мощность этого предприятия была увеличена до 20 тыс. т брома в год.

Другой завод подобного типа построен близ Фрипорта, где условия для извлечения брома из морской воды в большей мере отвечают всем технологическим требованиям, чем около Кьюр-Бич. Проектная мощность этого завода 15 тыс. т брома в год. В 1943 г. там же был сооружен еще один завод равной мощности. Предприятие же близ Кьюр-Бич в конце Второй

59

мировой войны было закрыто. Со второй половины ХХ в. заводы Фрипорта производят около 80 % потребляемого за год Соединенными Штатами количества брома. На рис. 20 приводится схема технологического процесса извлечения брома «Этил дау кемикл компани».

Рис. 20. Схема технологического процесса извлечения брома из морской воды

На заводе Кьюр-Бич, согласно ранее разработанной технологии, смесь морской воды с кислотой и хлором заливалась в верхнюю часть кирпичной башни с встроенными внутри нее деревянными решетками. Растворенный в морской воде бром восстанавливался хлором до относительно летучего элементарного брома, а присутствующая в смеси кислота препятствовала гидролизу хлора.

60