Спосіб видобутку залізомарганцевих конкрецій із дна океану та пристрій для його здійснення

Изобретения относятся к горной промышленности и могут быть использованы для добычи твердых полезных ископаемых со дна водоемов. Известен способ добычи железомарганцевых конкреций (ЖМК) со дна океана, включающий подачу конкреций на режущую пластину рабочего органа путем погружения пластимы в слой дна океана и перемещение рабочего органа по дну, размыв и транспортирования конкреций и ила струями жидкости в камеру сбора [1]. Недостатком известного способа добычи ЖМК является низкая эффективность размыва и транспортирования конкреций и ила струями жидкости, для повышения которой необходимо создать струи со значительными энергиями истечения жидкости. При этом размыв ила струями большой интенсивности приводит к разносу донного ила на значительные расстояния от зоны сбора, что отрицательно влияет на состояние окружающей среды. Прототипом заявленного способа добычи железо-марганцевых конкреций является способ добычи ЖМК со дна океана, который реализован в устройстве для добычи конкреций [2], являющемся также прототипом устройства для осуществления заявленного способа добычи. Способ [2] включает подачу железо-марганцевых конкреций с илом на лоток путем заглубления носка лотка рабочего органа в слой дна океана и перемещение рабочего органа по дну, отделение железо-марганцевых конкреций от ила и транспортирование их с помощью вибрации лотка. Устройство, принятое за прототип, содержит рабочий орган, выполненный в виде лотка с вибровозбудителем, закрепленный упругими связями на раме [2]. Недостатком известных способа добычи железо-марганцевых конкреций со дна океана и устройства для его осуществления является недостаточно высокая производительность добычи, обусловленная недостаточной интенсивностью отделения конкреций от ила, поступающего на лоток совместно с ЖМК, и снижением тем самым скорости вибротранспортирования конкреций. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа добычи железо-марганцевых конкреций со дна океана путем воздействия на лоток струями жидкости со стороны грузонесущей поверхности лотка, благодаря чему увеличивается интенсивность отделения конкреций от ила и скорость вибротранспортирования, что повышает производительность добычи. Поставленная задача решается тем, что в способе добычи железо-марганцевых конкреций со дна океана, включающем подачу железо-марганцевых конкреций с илом на лоток путем заглублений носка лотка рабочего органа в слой дна океана и перемещение рабочего органа по дну, отделение железо-марганцевых конкреций от ила и транспортирование их с помощью вибрации лотка, согласно изобретению на вибрирующий лоток с железомарганцевыми конкрециями и илом при движений лотка в направлении, противоположном направлению вибротранспортирования, воздействуют стр уями жидкости со стороны грузонесущей поверхности лотка. Воздействие струями жидкости могут осуществлять под острым углом к грузонесущей поверхности лотка в направлении вибротранспортирования конкреций. При заглублении носка вибрирующего лотка рабочего органа в слой донного ила и его перемещении вдоль дна, на вибролоток совместно с ЖМК поступает донный ил. Под действием вибрации ЖМК отделяется от ила и вибротранспортиру.ются по лотку. В отличие от ЖМК, донные илы практически не вовлекаются в вибротранспортирование, а размываются потоками жидкости, возникающими вследствие колебаний лотка и движения рабочего органа. Отсутствие вибротранспортирования донных илов вызвано несопоставимо большей по сравнению с конкрециями площадью удельной свободной поверхности частичек ила. Поэтому определяющее влияние на движение частичек ила оказывают силы гидродинамического сопротивления жидкости, возникающие вследствие колебаний лотка и движения рабочего органа, которые на транспортирование конкреций по сравнению с вибрационными силами влияют значительно меньше. Поступая на вибролоток, ЖМК находятся в донном иле, обладающем плохими вибротранспортабельными свойствами, поэтому скорость вибротранспортирования конкреций зависит от интенсивности отделения ЖМК от ила. Следовательно, производительность добычи ЖМК также ограничена интенсивностью отделения конкреций от ила. При недостаточной интенсивности отделения вибролоток переполняется илом, что приводит к прекращению процесса сбора ЖМК и необходимости снижения скорости перемещения рабочего органа вдоль дна. Воздействие на конкреции и ил струями жидкости, направленными со стороны грузонесущей поверхности лотка, позволяет увеличить интенсивность размыва ила и отделения конкреций, что повышает скорость их вибротранспортирования. Воздействие на конкреции и ил струями жидкости при движении лотка в направлении, противоположном направлению вибротранспортирования, вызвано необходимостью передачи скорости конкрециям со стороны грузонесущей поверхности лотка. Наклон струй жидкости к грузонесущей поверхности лотка обеспечивает воздействие струй на ЖМК в направлении вибротранспортирования, что также повышает скорость их движения. В основу изобретения поставлена также задача усовершенствования устройства для добычи железомарганцевых конкреций со дна океана путем выполнения отверстий определенной формы в грузонесущей поверхности лотка, а также ориентации их осей относительно грузонесущей поверхности лотка, благодаря чему увеличивается интенсивность отделения железо-марганцевых конкреций от ила и таким образом повышается производительность устройства. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для осуществления способа добычи ЖМК со дна океана, содержащем рабочий орган, выполненный в виде лотка с вибровозбудителем, закрепленного на раме рабочего органа посредством упругих связей, новым является то, что грузонесущая поверхность лотка выполнена с коническими отверстиями, оси которых расположены под острым углом к грузонесущей поверхности лотка в направлении транспортирования конкреций, при этом меньший диаметр конического отверстия расположен со стороны грузонесущей поверхности лотка. Конические отверстия, выполненные в гр узонесущей поверхности лотка, оказывают значительно большее сопротивление протеканию жидкости в направлении расширения, чем в направлении сужения отверстий. Благодаря этому, при сообщении лотку вибраций, вектор направления которых расположен под углом к грузонесущей поверхности лотка, при перемещении лотка в направлений, противоположном направлению вибротранспортирования, из узкого выхода отверстий вырываются затопленные струи жидкости, направленные в сторону вибротранспортирования конкреций. Струи воздействуют на конкреции в направлении их вибротранспортирования, вызывают интенсивное отделение ЖМК от ила, увеличивая при этомскорость их движения. При движении лотка в обратном направлении затопленные струи жидкости над лотком не возникают, что способствует передаче скорости конкрециям со стороны грузонесущей поверхности лотка. Скорость истечения затопленных струй зависит от параметров режима вибраций лотка, угла наклона осей симметрии отверстий к грузонесущей поверхности лотка и геометрических параметров самих конусных отверстий. Максимальная эффективность воздействия затопленных струй жидкости на конкреции и ил будет при совпадении угла наклона осей симметрии отверстий и угла направления колебаний лотка. При этом обеспечивается минимальное сопротивление истечению затопленных стр уй из отверстий. По мере. удаления от поверхности лотка затопленныеструи постепенно расширяются и теряют скорость. Затухание энергии струй благоприятно сказывается на состоянии окружающей среды, т.к. не способствуе т распространению ила на значительные расстояния от зоны добычи. На фиг. 1 изображено устройство для осуществления способа добычи ЖМК со дна океана, вид в плане; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - вид 1 на фиг. 2. Способ добычи ЖМК может быть ocyщeствлен при помощи устройства, содержащего рабочий орган, вы полненный в виде лотка 1 с вибровозбудителем 2, закрепленный на раме 3 рабочего органа посредством упругих связей 4. В грузонесущей поверхности лотка 1 выполнены конические отверстия 5, оси которых наклонены под углом j к грузонесущей поверхности лотка. Рама рабочего органа закреплена на опорной платформе (на чертеже не показана), конструкция которой позволяет изменять глубину заглубления носка лотка 2 в слой донного ила 6 и перемещать рабочий орган вдоль дна, на поверхности которого находятся конкреции 7. Устройство работает следующим образом. При перемещении рабочего органа вдоль дна океана и заглубления носка вибрирующего под углом b лотка 1 а слой донного ила 6. ЖМК совместно с илом поступают на лоток, из конических отверстий 5 которого при вибрационном перемещении лотка в направлении, противоположном вибротранспортированию ЖМК, вырываются затопленные струи жидкости. В результате воздействия вибраций и струй жидкости на слой донного ила и ЖМК, находящиеся на лотке, ил отделяется от конкреций и переходит в вибровзвешенное состояние, образуя смесь с водой, которая при перемещении рабочего органа уносится из зоны сбора. Конкреции, как более тяжелые частицы, под действием вибрации и затопленных стр уй вйбротранспортируются по лотку. При этом, так как скорость поступательного перемещения рабочего органа, а, следовательно, и производительность добычи ЖМК зависит от интенсивности отделения конкреций от ила и скорости их вибротранспортирования. затопленные струи жидкости, увеличивая интенсивность отделения конкреций от ила и скорость их вибротранспортирования, способствуют повышению производительности добычи ЖМК.