УДК 622.271

Технологічний процес та обладнання
для видобутку мулів

Франчук В.П., Єгурнов О.І., Запара Є.С., Бондаренко А.О., Кухар В.Ю.

Україна має значний науково-технічний потенціал і науково-технічні розробки з проблем підводного видобутку твердих корисних копалин (ТКК) як з малих (від 0 до 100 м), так і з великих глибин (до 6000 м). Крім власне підводного видобутку ТКК, спеціалізовані наукові, академічні та галузеві організації займаються дослідженнями, конструкторською розробкою і впровадженням технологій і обладнання для транспортування, збагачення і переробки ТКК з отриманням економічно вигідних корисних продуктів. Україна має відповідну наукову і технічну базу, яка дозволяє їй ефективно вирішувати ці наукоємні та технологічно складні завдання.

Україна має значний науково-технічний потенціал і науково-технічні розробки з проблем підводного видобутку твердих корисних копалин (ТКК) як з малих (від 0 до 100 м), так і з великих глибин (до 6000 м). Крім власне підводного видобутку ТКК, спеціалізовані наукові, академічні та галузеві організації займаються дослідженнями, конструкторською розробкою та впровадженням технологій і обладнання для транспортування, збагачення і переробки ТКК з отриманням економічно вигідних корисних продуктів. Україна має відповідну наукову та технічну базу, яка дозволяє їй ефективно вирішувати ці наукоємні та технологічно складні завдання.

Практичним центром наукового та технологічного опрацювання питань підводного видобутку та гідротранспорту ТКК в Україні є Національний технічний університет "Дніпровська політехніка" (м. Дніпро). За тематикою ведеться підготовка студентів і аспірантів, проводяться лабораторні, натурні дослідження, опубліковані численні монографії та статті, отримані десятки патентів.

Початком робіт з підводного видобутку твердих корисних копалин з дна Світового океану стало створення в Дніпропетровську Всесоюзного науково-дослідного і проектно конструкторського інституту океанічного машинобудування. Вибір місця розташування інституту був продиктований концентрацією наукового та промислового потенціалу країни в даному напрямку саме на півдні України. До цієї програми було залучено понад сто організацій, 70% яких розташовувалося в Україні. В результаті були проведені дослідження і розроблений поелементний комплекс обладнання морського гірничого виробництва.

Коротко викладемо суть цієї роботи.

Проведені дослідження з визначення параметрів і відпрацювання конструкцій елементів комплексу. Зокрема, розроблена конструкція та проведені випробування в морських умовах агрегату збору поліметалічних конкрецій. Агрегат збору (рис. ліворуч) являє собою самохідний пристрій з вібраційним виконавчим органом, що забезпечує мінімальне каламучування донних покладів і мінімальне порушення екології.

Розроблено методи розрахунку трубного става підйому корисної копалини з урахуванням впливу морських течій та потоку рідини всередині туби. Проведено випробування в аеродинамічній трубі елементів трубного става. Спускопідйомний пристрій на видобувному судні виконано з урахуванням хвилювання моря.

Технологія відпрацювання обводненного Балабановського родовища будівельного піску

Установка для екологічно бережливого підводного видобутку пісків і днопоглиблення  1 - видобувне судно; 2 - трюм; 3 - водозбірник; 4 - насосне обладнання; 5 - ґрунтозабірний пристрій; 6 - пісок; 7 - покриваючий мул; 8 - підстилаюча порода

Крім того, в Національному гірничому університеті розроблений комплекс устаткування для гранулювання і сушіння матеріалів, яке може бути використано при підготовці та наданню товарного виду добрив з мулів озера Насер.

Розроблено технології  і вибрано обладнання для підводного видобутку будівельних матеріалів (зокрема, піску), розробки обводнених розсипних родовищ, днопоглиблювальних робіт в руслі річок і в районі портів, в тому числі і з використанням екологічно збережливих технологій і пристроїв (видобуток піску з піддонного шару без порушення поверхневого шару дна річки). На рис. вище наведено установку для екологічно бережливого підводного видобутку пісків і днопоглиблення, де  позначено: 1 - видобувне судно; 2 - трюм; 3 - водозбірник; 4 - насосне обладнання; 5 - ґрунтозабірний пристрій; 6 - пісок; 7 - покриваючий мул; 8 - підстилаюча порода.

Досвід розробки технології і обладнання для підводного видобутку корисних копалин послужив основою для створення в проекту (на рівні ТЕО) комплексу обладнання для видобутку та транспортування до місця складування донних покладів озера Насер в Єгипті.

Як відомо, сільське господарство Єгипту багато тисячоліть існувало на природному органічному добриві - родючому алювії (мулі) Нілу. Після будівництва Великої Дамби Асуанської електростанції весь мул став осідати на дні озера Насер, що призвело до утворення величезного запасу природної копалини, обсяг якої постійно збільшується.

Вченими Єгипту встановлено, що щорічно в озері Насер осідає до 135,5 млн. тон, або близько 105 млн. кубічних метрів мулу. Для того щоб вийти на таку продуктивність, потрібно будівництво семи видобувних комплексів з річною продуктивністю по 15 млн.м³ кожен. З огляду на колосальність всього проекту, на першому етапі було розглянуто будівництво та введення в експлуатацію одного видобувного комплексу з річною продуктивністю 15 млн.м³ на рік.

Комплексу обладнання з річною продуктивністю 15 млн.м³ цілком достатньо для початку освоєння родовища. Це дозволить також відпрацювати транспортні та вантажні потоки комплексу, визначити реальні характеристики всієї технологічної схеми, виявити вузькі місця, провести дослідження найбільш придатних ділянок подальших розробок донних покладів. Цей перший етап також дозволить підготуватися та поступово перейти сільському господарству країни на новий якісний рівень. Комплекс продуктивністю в 15 млн.м³ забезпечить родючим мулом перший етап Тушкінского проекту, що дозволить в два рази зменшити споживання води для поливу і призведе до значної економії коштів.

Опрацьовані можливі технологічні схеми видобутку і транспортування мулу, обраний тип земснаряда - головної видобувної машини комплексу, обґрунтований тип транспорту по воді та по суші, проведені необхідні технологічні, конструкторські та економічні розрахунки. На їх основі прийнято наступний склад обладнання: 1) Багатогрейферний земснаряд; 2) Транспортний плавзасіб; 3) Допоміжний плавзасіб; 4) Перевантажувальний кран; 5) Засоби сухопутного транспортування за двома варіантами (залізничний і конвеєрний); 6) Естакада; 7) Система управління.

транспортного плавзасобу.

Тип грейферу – двощелепний чотирьохканатний з великим розкриттям щелеп (підгортаюий).

Управління роботою багатогрейферного земснаряда з видобутку та навантаження покладів в транспортний плавзасіб здійснюється в автоматизованому режимі. Контроль за роботою видобувного обладнання і, при необхідності, внесення необхідних змін, здійснюється операторами з постів управління, розміщених на палубі базового плавзасобу.

Базовий плавзасіб оснащений засобами енергозабезпечення, сигналізації, зв'язку, навігації, пожежогасіння, аварійного порятунку, санітарно - побутовими зручностями.

Транспортний плавзасіб представляє собою однокорпусний самохідний теплохід з баком, рубкою та машинним відділенням в кормі, вантажна зона розташована симетрично від міделя.

Допоміжний плавзасіб (буксир - завозня) призначений для виконання операцій з переміщення (буксирування) багатогрейферного земснаряда в межах озера Нассер, заведенні і перекладанні якорів багатогрейферного земснаряда, виконання інших допоміжних операцій щодо забезпечення експлуатації плавучого комплексу (доставка екіпажів, провіанту, буксирування несамохідних плавучих засобів, забезпечення оперативної взаємодії між самими багатогрейферними земснарядами, а також між багатогрейферними земснарядами і береговою базою, зняття профілю донної поверхні тощо).

Перевантажувальний кран забезпечує: розвантаження й перевантаження вантажних контейнерів з транспортних плавзасобів, установку вантажних контейнерів на залізничні візки, завантаження порожніх вантажних контейнерів на транспортні плавзасоби.

Перевантажувальний кран являє собою електричний здвоєний козловий кран з двома консолями на кожному порталі.

Конструктивно вантажний портал крана виконаний у вигляді просторової ферми з металопрокату. На вантажних напрямних кожного з порталів встановлені два вантажних візки, які оснащені гаками вантажопідйомністю 160 тон. На візках розміщені електричні приводи механізму підйому і горизонтального переміщення візків по вантажним напрямним порталу. Горизонтальне переміщення кожного з візків здійснюється в межах від середини порталу до кінця консолі.

Управління роботою перевантажувального крана з розвантаження вантажних контейнерів і їх перевантаження здійснюється в автоматизованому режимі. Передбачено участь оператора в момент підведення гака з вантажною траверсою до контейнера на транспортному плавзасобі і в початковий момент його підйому. Контроль роботи перевантажувального крана і, при необхідності, внесення необхідних змін, здійснюється операторами з постів управління.

Залізничний транспорт включає типові рішення з локомотивів, рухомого складу, колії та засобів управління. Прийнятий тип локомотива - тепловоз марки ТЕ3. Причина, що обумовила орієнтацію на тепловоз - складності з організацією роботи контактної мережі в умовах, коли частини естакади затоплюється.

Рухомий склад утворений типовими восьмивісними залізничними платформами вантажопідйомністю 180 тон. Габарити вантажного контейнера прийняті відповідними для їх установки на типові залізничні візки. Для спрощення точного позиціонування контейнерів при установці на візки, останні оснащуються вертикальними напрямними.

Конструкція колії прийнята типовою. Число колій прийнято дві. По довжині колії для можливості маневрування вантажних і порожніх складів виконані роз'їзди.

Розвантаження вантажних контейнерів на кінцевому пункті здійснюється в автоматичному режимі за допомогою відкриття бортів контейнерів при їх русі вздовж розвантажувальної ділянки. Розвантаження матеріалу може здійснюватися як на рівень стояння залізничних візків, так і в приймальний бункер, розташований нижче рівня стояння. У місці розвантаження створюється розвинена вантажна станція з відповідним дорожнім забезпеченням. Устаткування приймального місця покладів в даній роботі не розглядається.

Система управління технологічним комплексом.

Для виконання перерахованих завдань до складу комплексу включені:

- підсистема управління технологічним процесом видобутку і навантаження донних покладів на транспортні плавзасоби, яка розміщується на багатогрейферних земснарядах, з можливістю контролю закінчення завантаження контейнерів;

- підсистема управління і контролю системи енергозабезпечення технологічного процесу на багатогрейферному земснаряді;

- підсистема управління позиціонуванням багатогрейферного земснаряда і визначення його координат;

- підсистема управління технологічним процесом перевантаження з транспортних плавзасобів на технічні засоби сухопутного транспорту;

- підсистема управління сухопутним транспортом;

- канали зв'язку;

- диспетчерський пункт управління видобутком і транспортуванням по воді;

- диспетчерський пункт управління перевантаженням і транспортуванням на суші;

- пункт планування робіт.

Загальна маса новостворюваного обладнання сягає 78 тис. тон.

Введення всього комплексу в експлуатацію передбачався за 40 ÷ 46 місяців.

Повузлове виготовлення обладнання виконується підприємствами України. Габарити закінчених вузлів не перевищують допустимих транспортних габаритів, при можливості (доцільності) габарити і маса вузла визначаються габаритами і вантажомісткістю 20- чи 40- футових морських контейнерів. При завершеному характер вузла (механізму) проводиться його заводські і приймальні випробування на підприємстві - виробнику, далі виконується його консервація і транспортування до місця експлуатації (у вигляді негабариту або в контейнерах).

Повузлове транспортування до місця монтажу здійснюється наступним чином:

- залізничним транспортом по Україні до портів Маріуполь, Миколаїв, Херсон або Одеса (при виготовленні або постачанні обладнання підприємствами інших міст);

- навантаження в зазначених портах на морське судно;

- транспортування морським шляхом від зазначених портів через Чорне, Середземне море, Суецький канал, Червоне море до порту Сафага (задано Замовником);

- перевантаження обладнання в порту Сафага на автомобільний транспорт;

- сухопутне транспортування від порту Сафага до місця монтажу (берег озера Нассер);

- розвантаження на місці монтажу.

Монтаж обладнання на місці здійснить спеціалізована монтажна організація. За попередніми оцінками, для монтажу потрібно два вантажопідіймальних крана (автокран, кран на гусеничному ходу або інший) вантажопідйомністю по 100 т кожен, збільшення існуючого монтажного майданчика в 2 рази за площею, будівництво стапеля для монтажу суден.

Попередні техніко-економічні оцінки підтвердили можливість розробки та доставки до місця переробки 15 млн.м³ на рік донних покладів озера Нассер (Єгипет) комплексом обладнання, що складається з трьох багатогрейферних земснарядів, 18 транспортних плавзасобів, двох допоміжних плавзасобів, здвоєного чотирьохвізкового перевантажувального крана, залізничних або конвеєрних засобів транспортування по суші.

Питомі витрати на видобуток і доставку до місця розвантаження залізничним транспортом 1 м³ донних покладів становлять $ 1,682 при терміні окупності проекту 15 місяців.

Таким чином, Україна готова вирішувати складні науково-технічні завдання з підводного видобутку твердих корисних копалин і доводити їх до практичного завершення.