ТЕХНОЛОГИЯ ПОДВОДНОЙ ОТРАБОТКИ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КОНТИНЕНТАЛЬНОГО ШЕЛЬФА РОССИИ

Лакин Д.А.1, Кисляков В.Е.2

¹Инженер кафедры «Открытые горные работы», Сибирский федеральный университет; ²Доктор технических наук, профессор, Сибирский федеральный университет

ТЕХНОЛОГИЯ ПОДВОДНОЙ ОТРАБОТКИ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КОНТИНЕНТАЛЬНОГО ШЕЛЬФА РОССИИ

Аннотация

В статье рассмотрены – перспективы и проблемы освоения подводных россыпных месторождений континентального шельфа России, приведены технологические решения в части выемки полезного ископаемого из подводного забоя.

Ключевые слова: континентальный шельф, технология, выемка полезного ископаемого, внутриводный лёд.

Lakin D.A.1, Kislyakov V.E.2

¹Engineer, Opencast Mining Department; ²Professor, Dr. Sci, Siberian Federal University

UNDERWATER MINING OF PLACER DEPOSITS IN CONTINENTAL SHELF OF RUSSIA

Abstract

The paper describes the prospects and problems of the underwater placer deposits in continental shelf of Russia and gives technological solutions for mineral extraction from underwater face.

Keywords: continental shelf, technology, mineral extraction, frazil ice.

Арктический шельф России является перспективным направлением в части восполнения запасов полезных ископаемых, значительную часть из которых занимают россыпные месторождения полезных ископаемых. Россыпи олова залегают на Евро-Азиатском шельфе Северного Ледовитого океана и Северо-Западном шельфе Берингова моря. Здесь же известны россыпные месторождения титановых минералов (ильменит, рутил), циркона, магнетита, титано-магнетита, граната. Шельф Белого моря обладает россыпями алмазов. Шельфовая зона Карского моря перспективна для обнаружения россыпей золота, титано-циркониевых минералов, алмазов, янтаря и железо-марганцевых конкреций. Проявления золота обнаружены на Северной земле. Установлена алмазоносность юго-западной части моря Лаптевых. Восточно-Арктическая шельфовая область имеет разведанные месторождения олова и золота. Прогнозные запасы золота обнаружены на шельфе Восточно-Сибирского и Чукотского морей.

Однако все существующие на данный момент способы добычи полезных ископаемых со дна морей и океанов не применимы или малоэффективны в суровых условиях Арктической зоны России, требуют большие затраты сил, энергии и денежных средств на их реализацию. Связано это с постоянной отрицательной температурой, обледенением добычного оборудования, которое влечёт за собой отказ устройств и простои добычных комплексов или отдельных выемочных единиц. Тяжелые условия ручного труда, сводят на нет все попытки отработки месторождений.

Возможность отработки россыпных месторождений континентального шельфа станет возможной при создании технологии включающей в себя процессы, максимально приближенные к природным. Технология способная использовать основной недостаток Арктических территорий, лёд и отрицательную температуру, как основу для успешного осуществления выемки рыхлого полезного ископаемого из подводного забоя.

Таким образом, была создана технология основной упор в которой приходится на процесс придонного (внутриводного) образования льдов и разности плотностей образованного льда и воды.

В ходе изучения процесса формирования придонного (внутриводного) льда было выявлено, что для успешного его образования в подводном забое необходимы некоторые благоприятные условия. Это наличие центров кристаллизации и переохлаждённой воды.

Ядрами (центрами) кристаллизации служат – частички пыли, пузырьки воздуха. В случае внедрения данного явления в технологический процесс ядрами кристаллизации вполне успешно могут оказаться мельчайшие частицы полезного ископаемого, взвешенные в толще подводного забоя, а катализатором к началу процесса образования льда служит воздух отрицательной температуры, который подаётся с поверхности акватории и выполняет одновременно роль барбатирующего и кристаллизующего вещества. Таким образом, в подводном забое формируется частичка (ГЛТ) – грунтоледовое тело.

Процесс всплытия ГЛТ происходит спустя некоторое время после его образования в подводном забое, это объясняется тем, что ледовой части ГЛТ необходимо набрать достаточную грузоподъёмность за счёт разности плотности нарастающего на частичку полезного ископаемого льда и окружающей водной среды. Для осуществления процесса нарастания в подводный забой постоянно подаётся воздух отрицательной температуры – хладагент, который взвешивает новые центры кристаллизации и завершает формирование уже существующих ГЛТ до момента отрицательной гидравлической крупности. После окончательного формирования ГЛТ всплывают на поверхность акватории.

Не маловажную роль в успешном осуществлении технологического процесса играет подъёмная (грузоподъёмность) сила льда. Если рассматривать чистый лёд без микроскопических пор и трещин, при 0°С плотность его составит 0,9168 г/см³, а вода при той же температуре 0,9984 г/см³ [1].

Рассмотрим массу льда необходимую для подъёма на поверхность частицы полезного ископаемого, в нашем случае олова, определённой массы и крупности.

В ходе экспериментальных исследований выявлена необходимая масса льда в зависимости от параметров частицы.

Таблица 1 – Модель определения необходимой массы льда для подъёма на поверхность россыпного олова в соответствии с параметрами частицы

Крупность частиц, мм	Объем зерен, мм3	Масса зерен, г	Масса льда с зернами, г	Масса чистого льда, г
0,10	0,001	0,000004	0,000051	0,000048
0,50	0,065	0,000478	0,006421	0,005944
1,00	0,524	0,003822	0,051371	0,047549
1,50	1,767	0,012900	0,173378	0,160478
2,00	4,189	0,030578	0,410970	0,380392
2,50	8,181	0,059723	0,802676	0,742953
3,00	14,137	0,103201	1,387025	1,283823
3,50	22,449	0,163880	2,202544	2,038664
4,00	33,510	0,244625	3,287762	3,043137
4,50	47,713	0,348304	4,681208	4,332904
5,00	65,450	0,477783	6,421410	5,943626
5,50	87,114	0,635930	8,546897	7,910967
6,00	113,097	0,825610	11,096196	10,270587
6,50	143,793	1,049690	14,107838	13,058147
7,00	179,594	1,311038	17,620349	16,309311
7,50	220,893	1,612519	21,672259	20,059739
8,00	268,082	1,957001	26,302095	24,345094
8,50	321,555	2,347350	31,548387	29,201037
9,00	381,703	2,786433	37,449663	34,663230
9,50	448,920	3,277117	44,044451	40,767334
10,00	523,598	3,822268	51,371280	47,549012

Рис.1 – Зависимость массы льда от массы зёрен россыпного олова

Рис.2 – Зависимость массы льда от размера частиц россыпного олова