Полезные ископаемые

Установки для подводных технических работ и добычи твердых полезных ископаемых — это детище 70-х годов XX в. В предшествующие годы были созданы прототипы донных и надводных аппаратов в единичных опытных экземплярах. Работы в этом направлении носили бессистемный характер и являлись результатом разовых заказов для специальных целей. Наибольшие успехи были достигнуты в строительстве и эксплуатации надводных платформ для нефтегазоразведки и добычи в шельфовой зоне. Но уже тогда на пути создания и применения донных аппаратов возникли трудноразрешимые проблемы.

Так, обеспечение донных механизмов о берега или плавсредства-базы осложнено кабельными коммуникациями и ограничено по радиусу действия. Дешевые, надежные и малогабаритные источники энергии практически отсутствуют, а дорогостоящие ядерные установки требуют специальных мер защиты. По мере нарастания глубины ужесточаются требования к надежности и прочности корпуса, иллюминаторов, входных люков и герметизированных вводов обитаемых донных механизмов. Производство подводных работ осложняется отсутствием видимости, особенно в связи с замутнением при рыхлении грунта. По сложности проблема создания подводных технических средств не уступает космической. И может быть,, не случайно достижения в области изучения космического пространства предшествовали работам по изучению подводной целины.

Донные аппараты должны обладать значительной отрицательной плавучестью, чтобы компенсировать реакции, возникающие при работе рыхлителей грунта или манипуляторов. Благодаря своему устойчивому положению на грунте донные аппараты могут нести крупногабаритное и мощное рабочее оборудование. Их небольшие скорости передвижения удобны для ведения подводных работ. Подобные аппараты не вызывают ощутимого сопротивления воды, а значит, не требуют дополнительных затрат энергии на его преодоление.

Шасси у аппаратов, передвигающихся по грунту, в основном гусеничного или колесного типов. В то же время известны буксируемые донные аппараты, скользящие на полозьях при помощи заякоренного троса, подтягиваемого лебедкой, и цепные движители; в последнее время появились сообщения о разработке устройств, основанных на принципе шагания. Преимущественно донные аппараты необитаемы. Это связано со стремлением сократить расходы на системы жизнеобеспечения. Кабины операторов предусматриваются на аппаратах, предназначенных для работ на малых глубинах.

Труднодоступно для разработки дно прибрежно-морской зоны до глубины 5—7 м. Здесь наблюдается наиболее интенсивное волновое воздействие, а плавучие средства и земснаряды практически не могут работать в этой части акватории из-за осадки. Не удивительно, что в первую очередь создавались донные аппараты именно для работы в данной области морского дна. Этому благоприятствовали возможность их берегового энергообеспечения, а также экономические выгоды, связанные с ненужностью конструирования для подобных аппаратов специальных судов-носителей. Опытные образцы донных аппаратов на гусеничном ходу созданы в США, Японии.

Одна из таких машин разработана советскими специалистами на базе серийного гусеничного шасси. На ней установлен дизельный двигатель, причем воздухозабор производится через трубу-лаз (диаметром 600 мм), а выхлоп отработанных газов и выброс горячего воздуха из двигательного отсека — через специальные трубы, которые на 2 м длиннее трубы-лаза. Машина может работать как с навесным (сменным роторным или фрезерным рыхлителем), так и прицепным (скреперным, грейдерным и глушным) добычным оборудованием. Разрыхленный грунт будет доставляться на берег или судно обеспечения грунтовыми насосами, размещенными в герметичной капсуле. Обитаемый отсек аппарата вмещает четырех человек. Шесть больших иллюминаторов (диаметром до 400 мм) позволят им хорошо ориентироваться во время работы машины.

Недавно прошел испытания опытный образец подводного земснаряда на гусеничном ходу. Привод, грунтовый насос и аппаратура управления заключены в герметичные отсеки. Откачка грунта предусмотрена по гибкому трубопроводу, а энергообеспечение машины — по кабелю. Это необитаемый агрегат, дистанционно управляемый с берега или судна-обеспечения.

Аналогичные по принципу действия машины разработаны японскими фирмами «Комацу» и «Хитачи». Дистанционно управляемый бульдозер-амфибия «Комацу» предназначен для подводных строительных и технических работ, но может быть приспособлен и для добычи твердых полезных ископаемых. На машине установлен серийный двигатель мощностью 270 л. с. с планетарной передачей и мультипликатором, размещенным в герметичном отсеке с поддувом воздуха при повышенном давлении (на 0,4 атм выше давления окружающей среды). Габариты машины—3,8X9 м, вес на воздухе 4,3, в воде— 2,7 т. Предусмотрены четыре скорости движения — от О до 8 км/ч. Удельное давление на грунт под водой — 0,6 кг/см2. В качестве рабочего оборудования на бульдозере применены механический рыхлитель с зубьями и отвал с фартуком. Радиус эффективного управления составляет 50 м. Система управления по радио дублирована кабельной линией связи.

Фирма «Хитачи» изготовила и испытала подводный бульдозер для глубин 3—5 м, рабочим оборудованием которого также являются отвал и рыхлитель. Вес машины на воздухе — 16 т, в воде — 13 т; скорость движения — от 0 до 3 км/ч, габариты — 4X6,2X2,8 м.
 
Отличительная особенность бульдозера — вынесенный над водой дизельный двигатель, упрощающий и облегчающий подводную машину. Двигатель помещен на палубе вспомогательной баржи водоизмещением 14 т. Бульдозер соединен с баржей изогнутой шарнирной стрелой. На бульдозере установлены две емкости, с помощью которых машина при необходимости всплывает на поверхность водоема.

Разработаны модификации бульдозеров этих фирм для глубин до 60 м. Они управляются дистанционно, причем положение бульдозера в пространстве воспроизводится на модели, расположенной на пульте управления. На судне обеспечения размещены также приборный щит, источник электроснабжения и кабельная лебедка.

Глубоководная модификация бульдозера фирмы «Комацу» весит на воздухе 34, а в воде — 27 т. Асинхронный трехфавный двигатель мощностью 170 л. с. размещен в герметичной капсуле, заполненной маслом. На бульдозере имеется локатор бокового обзора, следящий за топографией дна по курсу, и ультразвуковой излучатель для отслеживания местоположения машины. Рабочая зона оконтурена источниками ультразвуковых колебаний, позволяющими фиксировать координаты бульдозера на дне.

Бульдозер фирмы «Хитачи» снабжен двумя ходовыми гидродвигателями мощностью 100 л. с. На плавучей барже водоизмещением 100 т установлены 300-сильный дизель-генератор, маслостанция, служащая приводом для работы гидродвигателей, компрессоры, служащие для продувки емкостей-плавучестей, и электрическая лебедка, с помощью которой бульдозер поднимается на поверхность при авариях. Оператор управляет подводной машиной из кабины, находящейся на плавсредстве обеспечения.

В Италии создан подводный земснаряд «S-23», предназначенный для работ на глубинах до 60 м. Земснаряд не имеет собственного движителя и перемещается по дну папилонированием за счет тяги тросов, закрепляемых на якоре или свае и наматываемых на барабаны установленных на нем двух лебедок. Корпус земснаряда выполнен из двух продолговатых цистерн, соединенных платформой, на которой смонтированы землесос в закрытой капсуле и камера оператора в виде батисферы. В передней части земснаряда сделан рыхлитель с индивидуальным гидроприводом. Гибкие коммуникации — силовые кабели, шланг подачи сжатого воздуха и кабель дистанционного управления земснарядом — связывают его с надводным судном обеспечения, на котором размещены энергетическая установка, помещения для отдыха операторов-подводников и каюты для команды. Гидродвигатели приводятся в действие от насосов высокого давления и служат приводом механического рыхлителя, землевоза, папильонажных лебедок и вспомогательных механизмов. Производительность земснаряда по горной массе составляет 200 м3/ч, рабочая скорость перемещения — 130 м/ч. Погружение и всплытие земснаряда осуществляется за счет продувки балластных цистерн.

В Англии построен подводный аппарат «SBV» для разведки и добычи полезных ископаемых на дне, буровых работ, проходки траншей, укладки подводных трубопроводов и кабелей, океанологических и геофизических исследований и спасательных операций в районе шельфа. Аппарат продвигается по дну на четырех широких колесах и получает энергию с обеспечивающего плавсредства. Аппарат снабжен наблюдательными телевизионными камерами на консольных фермах длиной 7,5 м. Система управления включает гидролокаторы и автоматический прокладчик курса со счетно-решающим устройством. Работа аппарата и отслеживание местонахождения контролируются с плавбазы при помощи гидролокатора и системы гидроакустических буев. Автономность аппарата — несколько суток. Предусмотрена смена экипажа при помощи пристыковки транспортировочной капсулы. На плавбазе акванавты проходят декомпрессию.

В США проведены испытания подводных манипуляторов типа «Рум». Эти аппараты служат для обследования грунта и доставки со дна различных объектов весом до 500 кг. Рабочая глубина погружения модификации «Рум II» превышает 1,8 тыс. м. Испытания проведены на глубинах до 1 тыс. м. Средством для размещения аппарата служит океанографический буй с центральной шахтой и грузоподъемным устройством для спуска его под воду. На буе размещена лебедка с кабель-тросом длиной 3 тыс. м, рассчитанным на усилие 2,5—4,5 т. В комплект аппарата входят: манипулятор, способный создать усилие до 22,7 кгс, телевизионные камеры, прожекторы, гидролокатор и магнитный компас. Контрольная аппаратура представлена полупроводниковым электронным оборудованием, размещенным в масляной среде, рассчитанной на забортное давление. Вес аппарата в воздухе — 10,7, в воде — 5,9 т, давление гусениц на грунт — 0,07 кгс/см2.

Выше говорилось об аппаратах, имеющих шасси и традиционно применявшихся в условиях суши (гусеничные, колесные, на полозьях), Становясь подводными, эти машины дополнялись емкостями-плавучестями, герметичными кабинами операторов, герметичными камерами для размещения механизмов и приборов. Однако темпы и масштабы освоения минерально-сырьевых ресурсов Мирового океана требуют изыскания и внедрения принципиально новых технологий и технических средств. Именно таковыми и являются устройства, использующие для манипуляций и перемещения свойства окружающей среды.

Одно из перспективных направлений в этой области — создание техники, основанной на принципе изменения плавучести с одновременным шаганием. Использование этого принципа обеспечивает эффективный перенос рабочих органов по морскому дну независимо от сложности его рельефа. Движение по принципу шагания требует меньших затрат энергии на перемещение рабочего aппaрата в связи с его незначительными периодическими контактами с морским дном. Добычные установки шагающего типа отличаются простотой управления и универсальностью. Они способны перемещаться по слабым грунтам и по сильно пересеченной поверхности, что делает их весьма перспективными для работы в условиях ограниченной видимости под водой.

Конструкция подобной установки довольно проста! длинная ферма с опорами — подобие козлового крана и с поплавками, размещенными внутри фермы или по обоим концам ее. Рабочий орган-рыхлитель подвешивают под фермой с возможностью движения вдоль нее. Зашагивание происходит следующим образом. Насос, размещенный в герметичной капсуле и закрепленный внутри фермы, перекачивает балластную жидкость из одной емкости в другую. Облегченная емкость всплывает, увлекая за собой вверх край фермы. Эта операция — кратковременная: насос сразу же перекачивает жидкость в противоположную емкость. В момент подвсплытия включается движитель, который придает конструкции поступательное движение, и установка смещается на заданный угол (при виде на нее сверху). Затем операции повторяются в противофазе у противоположной опоры. Таким образом происходит шагание по дну.

Рыхлитель внедряется в грунт и разрабатывает очередную траншею. Разрыхленная горная масса транспортируется грунтовым насосом по трубопроводам на берег или обеспечивающее плавсредство. Машина способна осуществлять любые траектории движения в результате попеременного подъема и разворота опор тяговым движителем. Величина шага зависит от времени включения движителя. При одновременной продувке двух балластных цистерн установка всплывает на поверхность; при этом нет необходимости в применении грузоподъемных средств. Такой подводный земснаряд шагающего типа может быть приспособлен для разравнивания дна, добычи водорослей и многих других технических работ под водой. Машина, созданная советскими специалистами, запатентована в ряде стран, в том числе США, ФРГ, Англии, Канаде и др.

Иной принцип заложен в конструкциях, вынесенных над водой и предназначенных для размещения оборудования, механизмов и обслуживающего персонала. По внешнему виду они напоминают платформы для добычи нефти и газа из-под дна моря, но в отличие от них имеют меньший вес, размеры и более мобильны. Основные конструкции земснаряда находятся выше уровня воздействии волн, тем самым обеспечиваются лучшие условия контакта рабочего органа с подводным забоем без отрыва всасывающего патрубка от дна. Все это улучшает рабочие характеристики подобного земснаряда по сравнению с аналогичной конструкцией землесоса на плавучем основании. Конструкции земснарядов на платформенном основании предложены специалистами многих стран, в том числе Японии, Нидерландов, США.

В Нидерландах разработан оригинальный земснаряд на платформе, имеющей в плане вид буквы «Г». Длина каждой из понтонов-сторон равна 30 м. По концам и в вершине платформы расположены три пары 38-метровых опор. Установка предназначена для дноуглубительных работ и для добычи полезных ископаемых со дна морей и водоемов при глубине воды до 25 м. Скорость рабочих перемещений земснаряда составляет 10 м/ч. На корпусе с помощью шарового шарнира закреплена поворотная рама всасывающего трубопровода с механическим рыхлителем. В зависимости от категории грунта возможна замена роторного рыхлителя фрезерным, и наоборот. Рама может поворачиваться на 90°; тем самым обеспечивается разработка подводного забоя шириной до 40 м. Разворот рамы производится лебедкой при помощи канатов, а наклон в вертикальной плоскости — гидроцилиндрами, которые также фиксируют стрелу в рабочем положении. Земснаряд может работать при высоте волн до 3 м и скорости ветра до 13 м/с.

В нерабочем положении при выдвинутых двойных опорах платформа выдерживает напор волн высотой до 7 м и скорость ветра до 30 м/с. При работе рыхлитель заглубляется в грунт на 2 м, а сама конструкция возвышается над водой на 4 м. Земснаряд оснащен дизель-электрической установкой мощностью 1,7 тыс. л. с, из которых 500 л. с. потребляют электродвигатели насоса и рыхлителя. Предусмотрена возможность установки насосов, перекачивающих добытый материал на расстояния, превышающие 250 м. Плотные грунты разрабатываются сменным механическим рыхлителем, причем замена производится всего на 30 мин. Платформа в неразобранном состоянии может транспортироваться буксиром на значительные расстояния.

Общим направлением совершенствования морских драг и земснарядов является повышение их остойчивости на волне, улучшение мореходных качеств, увеличение глубины разработки, автоматизация основных производственных процессов и механизация вспомогательных операций, а также дальнейшее совершенствование схемы и аппаратов обогащения.

Новым в технике добычи твердых полезных ископаемых стало создание комбинированных горно-добычных комплексов, объединяющих как надводные средства обеспечения, так и донные машины, связанные между собой шланго-кабельными коммуникациями. Перспективными техническими средствами освоения минеральных богатств дна морей и океанов следует считать и подледные установки, разработанные советскими специалистами.


You have no rights to post comments

Контактная информация

О сайте

Наш сайт посвящен любым полезным ископаемым, а также описанию различной техники. Копирование материалов разрешено при указании обратной ссылки на сайт www.x-mineral.ru