Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Выбор типа и технологических параметров горно-транспортных судов при добыче океанических железомарганцевых образований

ВАК РФ 25.00.18, Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Воротынцева, Анна Ивановна

Введение (общая характеристика работы)

1. Состояние вопроса, задачи и методы исследования.

1.1. Состояние вопроса.

1.2. Задачи и методика исследования.

2. Основы комплексной механизации добычи океанических кобальтомарганцевых руд и изучение их свойств как объекта транспорта.

2.1. Структуры комплексной механизации транспорта при океанической добыче кобальтомарганцевых корок.

2.2. Особенности океанических марганцевоникелекобальтовых руд, как объекта транспорта и тенденции в становлении флота.

2.3. Лабораторные исследования по изучению отделения кобальтоносных корок от субстрата и измельчение ее грансостава в процессе подъема.

Выводы.

3. Исследование параметров судов горнодобывающей флотилии на океаническом месторождении.

3.1. Исследование параметров горно-транспортных судов и самоотвозных земснарядов.

3.2. Анализ необходимых горно-технических параметров добывающих судов.

Выводы.

4. Экспериментальные наблюдения за работой самоотвозного снаряда и эффективности принимаемых решений.

4.1. Цели и методика эксперимента.

4.2. Оценки эффективности освоения технологий разработки океанических месторождений корок.

4.3. Кондиционные требования на оконтуривание месторождений железомарганцевых корок.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Выбор типа и технологических параметров горно-транспортных судов при добыче океанических железомарганцевых образований"

Актуальность темы. Состояние сырьевой базы горной промышленности Российской Федерации характеризуется отсутствием освоенных или разведанных запасов богатых месторождений марганцевых руд на территории России. Марганец в России является остродефицитным сырьем при отсутствии подготовленных к промышленному освоению месторождений его руд. Отметим, что разведанные запасы руд марганца составляли на территории России лишь 5 % от запасов СССР, при производстве ферросплавов более 10 % от советского производства. При этом, разведанные запасы представлены в основном труднообогатимыми бедными карбонатными рудами, негативные последствия металлургической переработки которых еще надо оценить, так как плавка их по существующей технологии связана с негативным воздействием на окружающую среду. Использование же руд, которые залегают на территории Украины, Грузии и Казахстана, связано с политическими и другими рисками и с тем, что через менее чем два десятилетия должно прогнозировать там добычу подобных руд.

Сырьевая база производства кобальта, потребность в котором возрастает с каждым годом, на отечественных сухопутных месторождениях ограничена, а добыча при переходе на освоение глубокозалегающих бедных вкрапленных сульфидных медно-никелевых и силикатных никелевых руд потребует огромных капиталовложений в строительство новых и поддержание мощностей действующих предприятий.

В этих условиях в России изменилось отношение к известным океаническим образованиям, богатых марганцем, никелем, кобальтом и другими металлами. Они представлены железомарганцевыми конкрециями с содержанием марганца в пределах 27-33 % и железомарганцевыми корками с содержанием марганца в среднем 22,3 % . Последние представляют особый интерес, так как залегают на глубинах от 800 до 3000 м и отличаются от конкреций более благоприятными горно-геологическими и физико-техническими характеристиками.

Геологические работы в настоящее время опоисковали эти месторождения с достаточной степенью достоверности, но необходимо разработать технологии и технические средства добычи данных образований, чтобы сформировать кондиционные требования на оконтуривание этих месторождений. Для этого также было необходимо сформировать методику выбора типа и характеристик горно-транспортных судов в составе океанической горнодобывающей флотилии, которые вносят существенный вклад в оценку эффективности работы предприятия.

Целью работы является установление области использования различного типа горнотранспортных судов (самоотвозных снарядов, балкеров и др.) и их характеристик для различных гидрометеоусловий и горно-геологических особенностей месторождений железомарганцевых отложений.

Идея работы заключается в том, что граничные параметры горнотранспортного судна и его тип определяются необходимостью обеспечения его жизнеспособности как находящегося длительное время во всем спектре гидрометеоусловий при плавании.

Методы исследования. В работе использованы технико-экономический анализ, имитационное моделирование транспортных перевозок, лабораторные эксперименты и натурные наблюдения в портах России.

Научные положения, выносимые автором на защиту, и их новизна. 1. Горнотранспортное судно должно иметь минимальные параметры, обеспечивающие условия работоспособности технического экипажа судна при волнении на поверхности океана над добычным полигоном крен и деферент не выше 4°, а его максимальные параметры определяются объемами перевозок.

2. Горнотранспортное судно при разработке железомарганцевых образований должно быть самоотвозным снарядом, если его грузоподъемность в 10-11 раз ниже годового объема перевозок.

3. При более высокой производительности в составе флотилии необходимо иметь судна типа балкер, перегрузка на которых должна осуществляться на расстояние не далее 2/3 пути от добычного полигона до порта России. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. подтверждается сравнением данных расчетов и наблюдений, в том числе сопоставлением результатов вычислительных экспериментов, натурных наблюдений в портах и на стендах.

Научное и практическое значение диссертации.

Научное значение работы состоит в формировании метода обоснования горнотехнических требований к горнотранспортным судам для добычи океанических металлоносных корок.

Практическое значение работы состоит в разработке конкретных предложений по габаритам судов для добычи железомарганцевых образований, что использовалось при расчете кондиций на оконтуривание железомарганцевых корок.

Реализация работы. Предложенные в диссертации решения по параметрам и типам горнотранспортных судов были использованы при составлении технико-экономического обоснования.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на научно-технических конференциях «Неделя горняка» (Москва, 1997,1999,2002, 2003). Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 работы. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 13 рисунков, 20 таблиц и список использованных источников из 57 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых", Воротынцева, Анна Ивановна

Выводы по главе 3

Состав горнодобывающего флота при добыче океанических полезных ископаемых определяется объемом добычи и удаленностью от берегов России и должен включать в себя: при добыче конкреций - самоотвозные земснаряды и транспортные судна типа балкеров; при добыче кобальтоносных корок - только самоотвозные земснаряды.

При этих характеристиках судов становится различным по продолжительности работы, объем полезного ископаемого, которое можно складировать на борту судна. Так, при выемке конкреций на борту будет складироваться 9-10 суточных объемов добычи, а при добыче корок - более двух месяцев. Очевидно, что во втором случае, когда на каждый рейс приходится такой большой промежуток времени, вряд ли требуется транспортное судно, необходимость в котором очевидна. В этих условиях возникает вопрос о рациональном месте перегрузки с добычного судна на транспортное.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА РАБОТОЙ САМООТВОЗНОГО СНАРЯДА И ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИНИМАЕМЫХ РЕШЕНИЙ.

4.1. Цели и методика эксперимента

С целью установления значений параметров, входящих в выше-разработанную методику, были проведены наблюдения за характеристиками плавания одного из наибольших по дедвейту из имеющихся в России самоотвозных земснарядов «Балтийское море» (рис.4.1). На фотографии приведено аналогичное судно «Черное море».

Самоотвозной землесосный снаряд «Балтийское море» с волочащимся всасом, являющийся судном класса 100 А 1 с неограниченным районом плавания, т.е. возможностью плавания в т.ч. в арктических и тропических условиях, имеет следующие технические характеристики, приведенные в табл. 4.1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основании проведенных исследований дано решение актуальной научной задачи выбора типа и технологических параметров горнотранспортных судов при добыче океанических железомарганцевых образований, что позволило определить конструктивные параметры флота при разработке железомарганцевых образований на Российском тихоокеанском полигоне. При этом были сделаны следующие выводы:

1. Горнотранспортное судно должно иметь грузоподъемность порядка 50-70 тыс. тонн при крене и деференте не более 4° при нахождении в акватории над Российским полигоном.

2. При производительности по добыче железомарганцевых образований до 500 тыс. тонн должны применяться самоотвозные землесосные снаряды с трюмом порядка до 50 тыс. тонн.

3. При производительности более 700-1000 тыс. тонн железомарганцевых образований в технологический поток должны вводиться транспортные суда типа балкеров.

4. При производительности более 1 млн. тонн перегрузка при применении технологической схемы с плаванием горнодобывающего судна на балкеры должна производиться при добыче железомарганцевых конкреций на тихоокеанском полигоне не дальше 3,5 тыс. км от него или 1,5 тыс. км от зоны гайотов.

Вышеизложенные рекомендации были использованы НПО «Дальморгеология» и «Южморгеология».

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Воротынцева, Анна Ивановна, Москва

1. Г.Н.Абрамович. Теория турбулентных струй Физматгиз - 1960.

2. Новые направления океанической добычи полезных ископаемых /Ю.В. Бубис, JI.H. Молочников, Д.В. Семенюк, А.В. Гришин, Б.К.Ширяев// Горный информационно-аналитический бюллетень 1997- № 4, с.22-26.

3. Перспективы создания добычного океанического комплекса. /Ю.В. Бубис, М.М. Задорнов, Б.К. Ширяев, А.В. Гришин, Д.В. Семенюк// Юбилейный межвузовский научный сборник 1998 - с. 176-184.

4. Перспективы создания добычного океанического комплекса /Ю.В. Бубис, А.В. Гришин, Д.В. Семенюк М.М. Задорнов, Б.К. Ширяев// Горный вестник-1999 № 1, с.20-25.

5. Воротынцева А.И. Исследование параметров судов горнодобывающей флотилии при добыче железомарганцевых образований. Деп. рук.- сборник «Научные сообщения» ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского № 6124 от 29.09.03

6. А.И. Воротынцева Способы добычи кобальтоносных корок. Горный информационно-аналитический бюллетень 2003 - № 3,22-29 с.

7. А.И. Воротынцева Железомарганцевые конкреции и кобальтоносные корки. Добыча их и перевозка. Горный информационно-аналитический бюллетень 2003- № 11,42-48 с.

8. Технологические комплексы для разработки глубоководных ресурсов морского дна /В.Р.Гюльмисаров, Б.К.Ширяев// М. ВНТИ Центр-1988-128 с.

9. В.Б.Добрецов. Освоение минеральных ресурсов шельфа Недра J1. -1980.

10. Доклад группы технических экспертов Генеральному комитету Подготовительной комиссии для Международного органа по морскому дну и Международного трибунала по морскому праву, LJS/PSN/BUR/R/32 от 1 февраля 1994 года.

11. Ю.Б.Казмин, И.Ф.Глумов, О.Д.Корсаков, В.А.Кулындышев, И.И.Филипенко. Принципы подсчета прогнозных ресурсов и запасов полиметаллических конкреций Мирового океана Мингео СССР, Геленджик 1988 - 104 с.

12. Ю.Б.Казмин, А.Н.Волков, И.Ф.Глумов, О.Д.Корсаков, В.А.Кулындышев. Международно-правовые и экономические проблемы поиска, разведки и освоения минеральных ресурсов глубоководных районов Мирового океана — Мингео СССР, Геленджик -1989-142 с.

13. И.И.Краковский. Исследование оптимальных характеристик гидравлических траншейных землесосов журнал «Речной транспорт» -1967-№ 1.

14. Морское право. Соглашение об осуществлении Части XI Конвенции Организации Объединенных Наций по морскому праву от 10 декабря 1982 года. // Генеральная Ассамблея ООН, сорок восьмая сессия, A/48/L.60, 22.06.94 23 с.

15. Морское право. Правила поиска и разведки полиметаллических конкреций (Горный устав), Международный орган по морскому дну2000-ISBA/6/C/8.

16. Морское право. Официальный текст Конвенция ООН по морскому праву с приложениями и предметным указателем. Заключительный акт третьей Конференции ООН по морскому дну. Вводная часть, относящаяся к Конвенции и Конференции. // Нью-Йорк, ООН 1984 -316 с.

17. Г.А.Нурок, З.И.Агаева. Вопросы теории гидромониторной струи и гидравлического разрушения пород Москва - 1968.

18. Г.А.Нурок. Технология и проектирование гидромеханизации горных пород -НедраМ.- 1965.

19. Параметры потока при эрлифтном подъеме Shigen - 1992 - v.4, п. 11 -2233.

20. П.П.Пухов. Расчет основных размеров щелевидных сосуновых наконечников речных траншейных землесосов. Труды ГИИВТа «Проектирование и эксплуатация речных землесосов» вып.66 - 1965.

21. К.А.Пятницкий. Направления повышения производительности морских землесосных снарядов Вопросы совершенствования гидромеханизации горных и строительных работ. М - 1967.

22. В.В.Ржевский, Г.А.Нурок, Ю.В.Бруякина, Ю.В.Бубис, Л.И.Молочников, К.В.Яблоков. Добыча полезных ископаемых со дна озер, морей и океанов -НедраМ. 1980.

23. Г.Н.Сизов. Струйные установки и их применение на речном транспорте Транспорт, М. - 1967.

24. А.П.Уваров. Исследование работы самоотвозного землесоса труды Союзморниипроекта М. - 1962 - №2.

25. Анализ деятельности потенциальных заявителей и первоначальных вкладчиков по созданию технических средств добычи полиметаллических конкреций /Б.К. Ширяев// Щецин, РП, Интерокеанметалл 1992 - 42 с.

26. Определение оптимальных технико-технологических показателей комплекса технических средств добычи ЖМО по результатам проектных проработок /Б.К.Ширяев, П.В. Елшанский, А.Н. Костюк, М.М. Задорнов// ТАОЗТ «Океангеоресурсы» 1996 - 170 стр.

27. В.И. Шелоганов, Е.А. Кононенко «Насосные установки гидромеханизации» Учебн. пособие МГГУ. Москва 1999.-82 с.

28. Эскизный проект судна проекта 10901.// ЦКБ «Восток» 1984 - 4 тома.

29. H.Amman, H.Oebius. Soft Ocean Mining - 23th OTC, Houston - 1991-469480.

30. H.Amann, H.Beiersdorf. The Environmental Impact of Deep Sea Mining -25th OTC, Houston 1993 - 213-231/

31. Bagger unter Duck. Bild der Wissenschaft - 1992 - n. 12 - 8. S.Berge, J.M.Markusen. Environmental Consequences of Deep Seabed

32. Mining The Fridtjof Nansen Institute -1991.

33. Deutsh — chinesishe Meeresprojekte Hansa — 1987 - 124, n. 12.

34. G.Ganapahtv, S.Panda. Nonlinear analysis of pipe string for deep sea mining 21 th OTC, Houston - 1989, 633-640.

35. M.Gruickshank. Ocean Mining: for a future, a good-SeaTechnology -1991- v.32,n.l

36. M.Gruickshank. Ocean Mining: Research need strengthening Sea Technology- 1992-v.33,n.l.

37. M.Gruickshank. Licensed Companies lead few exploration activities- Sea Technology- 1992-v.33,n.2.

38. International Advisory Conference on Deep Seabed Mining Policy Seoul -1994.

39. V.Kesava. Exploring the seas the National Institute of Oceanography's venture - Current Science - 1990 - v.59, n.5 - 246-252.

40. M.Lauson. Mining 40000 leagues under the sea, Australian Mining 1990 -v.82-12.

41. J.-P. Lenoble. New Scenarios of the World Metal Markets and the Eventual Contribution from Deep Sea Mining 25th OTC, Houston - 1993 - 197-202.

42. Liao Y. Multi-purpose Acoustic System Aids Manganese Nodule Exploration Sea Technology - 1988 - v.29, n.3 - 33-36.

43. Longshui Kie. Deep sea Mining in China 25th OTC, Houston — 1993 -233239.

44. C.Morgan, N.Odunton, A.Jones. Deep Seabed Mining Marine Georesources and Geotechnology 1999 - 307-356.

45. G.Mukheiji. An Innovation in the Ocean Mining transportation system. 20th OTC, Houston 1988 - 464-468.

46. National Institute of Oceanography, Annual report- 1989-1990.

47. H.Nobuo, M.Tadashi. Цифровое моделирование характеристик подъема воды Сигэн то содзфй - 1989 - т. 105, раздел 44 - 25-31.

48. Ocean Resources Shigen - 1990 - v.2, n.8 - 34-43.

49. T.Saito, F.Kiyono. Fundamental Study in measuring method for particle behavior of solid-fluid two phase flow in pipe Sigen - 1990 - v.2, n.8 -13-29.

50. T.Saito. Dimensionless flow characteristics on air- lift pump Shigen -1991-v.3,nl2-15-25.

51. T.Saito. Flow characteristics air- lift pump Shigen - 1991 - v.3, nl2 - 1- 14.10 g

52. M.Sudhakar. Ore Grade Manganese Nodules from the Central Indian Basin: evaluation Marine Mining - 1989 - v.8, n.2 - 201-214.

53. R.Sharma, B.Nath. Selection of Test and Reference Areas for the Indian Deepsea Environment Experiment (INDEX) Marine Georesources and Geotechnology - 2000 -177-187.

54. K.Tsurusaki. State of Art of researches for Deep Ocean Mining Technology J.of Mining and Mater. Proc. Inst, of Japan 1990 - v. 106, n. 10 - 555-562.