Способ добычи твердых полезных ископаемых со дна арктического шельфа

Данный способ относится к горной промышленности, а именно морской добыче полезных ископаемых, позволяет разрабатывать россыпные месторождения со дна континентального шельфа в условиях отрицательных температур

Известен способ подводной разработки месторождений полезных ископаемых (RU 2049233 С1, МПК Е21С 45/00, опубликовано 27.11.1995), включающий отработку наносов, проведение разрезной траншеи, отработку полезного ископаемого участками от его границы на всю мощность до плотика, отработку участков ведут этапами в направлении движения наносов.

Однако данный способ не обеспечивает должной защиты окружающей среды от вредного влияния подводной отработки, при использовании данного способа происходит взмучивание.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому способу является способ подземной разработки месторождений полезных ископаемых в условиях многолетнемерзлых пород, (RU 2179241 С1, МПК Е21С 41/16, E21F 15/00, опубликовано 10.02.2002), включающий образование первичных камерных выработок - формирование ледяного целика, заключающееся в подаче незамерзающего хладагента в них с удельным весом меньше удельного веса воды и отрицательной температурой, подаче воды порциями, и отработку вторичных камер, при этом время замерзания ледяного целика определяют расчетным путем в зависимости от температуры хладагента.

Недостатком данного способа является то, что подача воды в камеру производится порционно, что занимает продолжительный период времени.

Основная задача изобретения заключается в добыче полезного ископаемого со дна арктического шельфа в суровых климатических условиях. Техническим результатом является снижение затрат и экологической нагрузки на окружающую среду от добычных работ на дне акватории арктического шельфа при отрицательных температурах.

Поставленная задача достигается тем, что в способе добычи твердых полезных ископаемых со дна арктического шельфа, включающем отработку камерных выработок, формирование грунтоледовых тел с удельным весом меньше удельного веса воды, согласно техническому решению, место выработки делят на участки и ведут отработку месторождения полезного ископаемого в шахматном порядке, создавая на каждом участке искусственную майну, отрабатывают первый участок, на дно которого опускают купол, соединенный с поверхностью гибким патрубком, затем в подкупольное пространство через гибкий патрубок нагнетают воду со слоя воды выше уровня галоклина и после образования грунтоледовых тел в подкупольном пространстве и всплытия купола на поверхность ведут отработку второго участка по диагонали от первого участка для восстановления его ледовой поверхности, далее цикл повторяют до полной отработки месторождения, при этом мощность слоя отрабатываемого полезного ископаемого определяют по формуле:

где h_сл - мощность слоя отрабатываемого полезного ископаемого, м;

ρ_л - плотность льда, кг/м³;

V_л - объем льда под куполом, м³;

- средняя плотность полезного ископаемого на дне моря, кг/м³;

a и b - длина и ширина купола соответственно, м;

- величина, соответствующая одной части полезного ископаемого к (14÷16) частей льда, для гарантированного всплытия купола на поверхность акватории.

Способ иллюстрируется графически. На Фиг. 1 дана - схема отработки поля месторождения, Фиг. 2 - схема добычи полезного ископаемого со дна шельфа, где: 1 - поле месторождения; 2 - участки отработки; 3 - искусственная майна; 4 - поплавки; 5 - погружной насос; 6 - гибкий патрубок; 7 - купол; 8 - тросы; 9 - обратные клапаны; 10 - якоря; 11 - кромка купола; 12 - забой; 13 - линия галоклина; 14 - подкупольное пространство; 15 - ГЛТ; 16 - лебедки.

Способ заключается в следующем. С использованием известной технологии и средств производим деление поля месторождения 1 на участки отработки 2 в шахматном порядке. На каждом участке отработки создают искусственную майну 3 для обеспечения доступа добычного комплекса, состоящего из поплавков 4, нагнетающего погружного насоса 5, гибкого патрубка 6, купола 7, тросов 8, обратных клапанов 9, якорей 10, на дно акватории. При опускании выемочного комплекса на дно акватории происходит заглубление кромки купола 11 в забой 12 на величину (h_сл), затем нагнетающим погружным насосом 5, поддерживающимся поплавками 4, в зоне над верхней границей галоклина 13 производится подача пресной воды объемом, равным объему подкупольного пространства по гибкому патрубку 6 в подкупольное пространство 14. При подаче пресной воды (образующейся в верхней части акватории до кромки галоклина) в подкупольное пространство 14 происходит вытеснение соленой воды через обратные клапаны 9 за пределы подкупольного пространства 14. При замене воды в подкупольном пространстве происходит ледообразование (формирование ГЛТ) 15, после завершения формирования ГЛТ под действием силы Архимеда за счет разности плотностей льда и водной среды происходит всплытие купола с дальнейшей выемкой добычного комплекса на поверхность за счет тросов 8 лебедками 16. По завершении отработки полезного ископаемого добычной комплекс передвигают на новый участок отработки.

Деление поля месторождения на участки отработки в шахматном порядке производится с целью сохранения целостности прочностных свойств ледовой поверхности, с которой производится добыча полезного ископаемого. После полной отработки слоя полезного ископаемого образование майны производят по диагонали от отработанного участка, таким образом, майна, образованная на первом участке замерзает, восстанавливая целостность ледовой поверхности. После отработки второго участка операция повторяется вплоть до полной отработки поля месторождения полезного ископаемого.

Подача пресной воды в подкупольное пространство обеспечивает эффективное образование ГЛТ за счет разности температур пресной воды, нагнетаемой с поверхности и дна акватории, и безопасно с экологической точки зрения.

Устройство для собирания ГЛТ в виде купола выбрано с учетом наименьшего сопротивления движению жидкости при подъеме комплекса на поверхность.