Спосіб добування піску з морського дна

Изобретение относится к области строительной индустрии, преимущественно, к добыче песка из морских отложений для нужд строительства или намывки пляжей. Значительный и все увеличивающийся размах строительства требует большого количества строительных материалов, в частности, строительных песков. Их традиционное освоение на континентальных месторождениях не всегда экономически целесообразно, поскольку сопряжено с отчуждением плодородных земельных угодий, т.е. снижением потенциала аграрного сектора и пахотных земель, нарушением естественного ландшафта. В результате, экономике данного региона может быть нанесен невосполнимый ущерб даже при ограничении и регламентации хозяйственной деятельности. Кроме того, возможности применения континентальных песков, в частности, в Украинском Причерноморье, в большинстве случаев ограничены вследствие недостаточной кондиционности песков и применение их в строительной индустрии возможно только после осуществления дорогостоящего процесса обогащения, что не всегда экономически целесообразно. Указанные обстоятельства инициируют принятие решений по интенсификации процессов добычи морских песков, учитывая их технико-экономическую предпочтительность. Однако, с другой стороны, имеется и мощный сдергивающий фактор - отсутствие надежной и экологически безопасной технологии добычи песков без нарушения экологического равновесия среды обитания бентосных организмов, которые являются кормовой базой ценных промысловых рыб и которые живут и развиваются в покрывающем слое донных отложений. Изъятие этого слоя приводит к сокращению кормовой базы рыбного стада и. как следствие, сокращению его численности. Есть, однако, и другая сторона нежелательности разрушения покрывающего слоя донных отложений, образование которого связано с техногенной деятельностью человека. В результате поступления с промышленными сточными водами загрязняющих веществ в реки, их выноса в акваторию моря и осаждения, древние аккумулятивные подводные залежи песков оказываются покрыты слоем загрязняющих ве ществ, концентрация которых на несколько порядков превышает предельно допустимые санитарно-гигиенические нормы. Разработка таких месторождений технологией и техникой, которые в настоящее время используются для подъема песка привела бы к разрушению этого покрывающего слоя и его попаданию в продукты добычи, что могло бы нанести вред человеку как по месту переработки, так и в месте использования изделий строительной индустрии, изготовленных из этого песка. Известен способ добычи океанского песка (патент США 3909960, кл. 37/63,37/65 от 07.10.75. Система добычи рыхлого материала со смесительной камерой), основанный на использовании заборного зонда, который с помощью водолазов устанавливают в вертикальном положении на дно, нагнетают воду с плавсредства, в результате чего зонд размывает поверхностный слой и забуривается в залежь песка. После того, как зонд за счет гидроразмыва песка опустится на глубин у, при которой заборный патрубок еще находится в зоне чистой воды, насос на плавсредстве переключают с режима нагнетания воды на режим всасывания, в результате чего через погруженный в песок зонд происходит всасывание песка с образованием вокруг него полости в виде воронки (кратера). После выработки из воронки прилегающего песка, насос реверсирует, в результате чего зонд скова зарывается в залежь и далее циклы повторяются в соответствии с технологией или возможностями оборудования, после чего зонд переносят в новое место добычи. Недостатком данного способа является его низкая экологическая безопасность, поскольку: 1) при гидроразмыве покрывающего слоя происходит значительное замутнение воды, что не лучшим образом влияет на окружающую флору и фа уну; 2) при режиме добычи во всас, расположенный в зоне смесительной камеры, вместе с песком также затягивается и покрывающий слой донных отложений, что, как уже отмечалось выше, может быть связано с негативными последствиями; 3) сброс отработанной воды (хвостов) за борт добычного судна вызывает замутнение воды и, как следствие, нарушает экологическое равновесие в акватории добычи. Известен также способ, выбранный в качестве прототипа (заявка Японии № 62-189225, кл. Ε 02 F 3/88, "ИСМ" №2, 1989, с. 58), в соответствии с которым конец зонда (обсадной трубы) опускают на тросах с плавсредства и вводят в слой ила, отсасывает его, достигая песка, включают форсунки, установленные в передней части зонда, разрыхляют песок и всасывают его, а после завершения работ на данном участке зонд с использованием вибраторов приподнимают и собирают песок, намытый вокруг полости, где на ходился зонд, после чего последний переносят на новое место добычи. Недостатком этого способа, как и аналога, является неполная экологическая безопасность, поскольку как при добыче, так и на заключительном этапе возможно неконтролируемое всасывание покрывающего слоя донных отложений, что может нанести вред как человеку, так и подводной флоре и фауне. Кроме того, данная технология не свободна от самого мощного источника загрязнения - сброса хвоста обогащения в месте складирования песка. Таким образом, стоит техническая задача - разработать такой способ добычи морского песка, чтобы он был свободен от недостатков, отмеченных выше, т.е . чтобы он был экологически безопасен для флоры и фа уны в месте его применения и для человека в месте использования морского песка. Эта задача решается технологией добычи песка с использованием грунтозаборного устройства, которым осуществляют отсос компонентов покрывающего слоя в месте проходки, гидроразмыв песка в зоне забоя и подачу приготовленной пульпы на плавсредство. Новым в этой технологии является иное выполнение операций для достижения экологической безопасности. В соответствии с изобретением, в процессе гидродобычи контролирует положение всаса, грунтозаборного устройства относительно нижней границы покрывающего слоя донных отложений в зоне забоя, при этом в качестве рабочей жидкости для размыва песка и приготовления пульпы используют водный компонент пульпы после ее разделения. Кроме того, твердый компонент покрывающего слоя донных отложений складируют в автономной емкости, а водную составляющую пульпы и взвешенный твердый компонент донных отложений сливают в нижнюю часть выработанного пространства после завершения добычи в данном месте. Введением операции контроля положения всаса грунтозаборного устройства относительно нижней границы покрывающего слоя донных отложений в зоне забоя исключается вероятность их всасывания вместе с добываемым материалом и сохраняется ненарушенной устоявшаяся экологическая обстановка в месте ведения работ. При этом поверхностный слой не нарушается, а лишь проседает в выработанное пространство, что в открытом море будет иметь вид кратера или воронки. Использование в качестве рабочей жидкости водного компонента пульпы позволяет в месте ведения работ применить принцип оборотного водоснабжения, что также лучшим образом способствует со хранности окружающей среды, поскольку исключает замутнение воды за счет слива хвостов обогащения. Наконец, складирование твердого компонента покрывающего слоя донных отложений до окончания работ по добыче песка в данном месте и слив этого твердого вместе с оборотной водой в выработанное пространство окончательно подтверждают экологическую безопасность такой технологии. На фиг.1 показана операция грунтозаборного устройства на дно и начало его ззбуривания в грунт; на фиг.2 - положение грунтозаборного устройства после забуривания и начало операции гидродобычи песка; на фиг.3 - положение грунтозаборного устройства в процессе операции гидродобычи. Способ осуществляют следующим образом. До начала добычи с помощью разведочного бурения и другими методами производят исследование геологических, гидрологических и экологических условий ведения добычных работ. В результате определяют положение нижней границы покрывающего слоя донных отложений, который необходимо сохранить в процессе проведения работ с тем, чтобы не нарушить экологическую обстановку в районе добычи песка, глубин у забуривания грунтозаборного устройства в гр унт и общую глубину погр ужения грунтозаборного устройства в грунт для выемки заданного объема песка. Глубину забуривания грунтозаборного устройства выбирают так, чтобы положение его всаса в течение всего времени гидродобычи было ниже нижней границы слоя донных отложений, которая будет опускаться вместе с воронкой, образуемой в ходе выемки песка. На основе значительного числа опытных работ установлено, что для гарантии экологической безопасности первоначальное положение всаса по отношению к нижней границе покрывающего слоя должно быть не менее h = 0,7 - 1,0 м. В процессе образования воронки эта величина меняется в сторону уменьшения, что связано с деформацией поверхностного слоя в процессе воронкообразования, При уменьшении этой величины до нуля процесс добычи должен быть прекращен, чтобы исключить попадание компонентов поверхностного слоя в товарный песок. После такой подготовки грунтообразное устройство 2 (фиг.1) оп ускают с плавсредства 1 на дно, ориентируя его в вертикальном положении, и осуществляют размыв покрывающего слоя 5 направленными вниз струями 4 форсунок, находящихся в нижней части грунтозаборного устройства, и его отсос в автономную емкость или автономный отсек плавсредства 1. Под действием массы устройства 2 и в результате размыва всасывания грунта, находящегося под всасом 3 грунтозаборного устройства, оно погружается в песок до ограничителя 6 (фиг.2). Тем самым устанавливают грунтозаборное устройство в рабочее положение гидродобычи. В этом положении всас 3 грунтозаборного устройства 2 установится ниже нижней границы 7 покрывающего слоя 5 на величину, при которой эта граница за все время добычи будет выше уровня всаса и покрывающий слой не будет попадать в товарный песок. Далее к работе форсунок, направленных вниз, подключают форсунки, направленные в стороны и размыв песка начинает осуществляться под действием струй 4 и 8. В этом положении размыв песка и его обводнение происходит интенсивно, зона забоя 9 становится обширной и тем самым достигается лучшая подвижка песка к всасу 3 и эффективность гидродобычи. В ее процессе песок осаждается, образуя воронку (фиг.3). Вместе с воронкой перемещается и грунтозаборное устройство 2, при этом величина заглубления его в гр унт со храняется неизменной, благодаря действию ограничителя 6. Однако, толщина поверхностного слоя 5 в центральной части воронки будет увеличиваться в связи с характером осаждения песка при воронкообразовании. В связи с этим нижняя граница 7 поверхностного слоя 5 будет по мере выработки песка приближаться к всасу 3, т.е. размер h будет все время уменьшаться. Контроль положения всаса по отношению к нижней границе донных отложений осуществляют либо прямым методом (например, методом меченых атомов), либо косвенным, по положению, например, ограничителя 6 по глубине за все время добычи, используя при этом физические или механические датчики. Для осуществления процесса гидродобычи к грунтозаборному устройству по магистрали 10 подают рабочую воду, которую используют для размыва и эжектирования, а от него по магистрали 11 отводят пульпу, полученную смешением песка с водным компонентом, образованным из рабочей воды и некоторого количества фильтрационной воды. На плавсредстве 1 производят отделение из пульпы водного компонента. Соотношение рабочей воды, подаваемой к грунтозаборному устройству и водного компонента в составе пульпы подбирают таким, чтобы обеспечить оборотное водоснабжение в период процесса добычи. После выработки пласта 12 по его продуктивной толще или прекращении работ по другим причинам отсос песка прекращают и через грунтозаборное устройство в нижнюю часть выработанного пространства подают водный компонент пульпы и твердый компонент донных отложений, находящийся на плавсредстве в автономной емкости, тем самым "захороняя" их в зоне выработки. Таким образом, технический результат, который может быть достигнут настоящим изобретением, состоит в следующем: 1. Экологическая безопасность в месте проведения добычных работ за счет расположения забоя под ненарушенным покрывающим слоем донных осложнений и контроля положения всаса по отношению к их нижней границе. 2. Минимизация вредных воздействий на флору и фаун у в зоне разработки за счет использования оборотной воды и слива ее в зону забоя после завершения работ. 3. Гарантия экологической безопасности по месту использования добытого песка, поскольку при добыче была исключена возможность попадания покрывающего слоя донных отложений в забой.