NL8902028A - Werkwijze voor het winnen en het transporteren van een onder water zich uitstrekkende grondlaag en inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het winnen en het transporteren van een onder water zich uitstrekkende grondlaag en inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze.

De uitvinding betreft een werkwijze en een inrichting voor het winnen en het transporteren van een onder water zich uitstrekkende grondlaag, in het bijzonder zand en grind, waarbij de ligplaats door niet-bruikbare grondlagen overdekt is.

Uit het Duitse Offenlegungsschrift 27 28 853 is een werkwijze en een inrichting bekend geworden, waarmede mineralen uit onderaardse holle ruimtes gewonnen worden.

Bij deze werkwijze wordt allereerst op niet nader toegelichte wijze een boorgat gemaakt. In het bovenste en onderste bereik wordt het boorgat door middel van voering-buizen tegen instorten van de wand van het boorgat beveiligd. Voorts wordt voorgesteld, de voeringbuizen door middel van cement met de wand van het boorgat te verbinden. In een aldus uitgevoerd boorgat wordt de win- en transportbuis gebracht, welke uit drie in elkaar aangebrachte buizen bestaat, waarbij de beide buitenste buizen als vloeistoftoevoerbuizen en de binnenbuis als produktie-buis aangeduid worden. In het bereik van het boorgat, waarin geen voeringbuizen aangebracht zijn,worden de mineralen door vloeistofstralen, welke door straalmond-stukken van de buitenste vloeistoftoevoerbuis uittreden, los en fijngemaakt, zakken in de put tussen de onderste voeringbuis en de buitenste vloeistof-toevoerbuis en worden met behulp van een waterstraalpomp naar boven getransporteerd. De buitenbuis kan naar behoefte continu of intermitterend gedraaid worden.

De door het Duitse Offenlegungsschrift 27 28 853 bekende werkwijze en bijbehorende inrichting is zeer wel geschikt om mineralen, welke in de vorm van een vast gesteente voorkomen, los te maken, te verfijnen en te transporteren. Voor het winnen van sediment-gesteentes, zoals zand of grind, kan de werkwijze en de inrichting technisch ook nog functioneren. Deze is echter ondoelmatig. Bij vaste gesteentes is de kosten- en tijdsintensief gescheiden afloop van het boren, het boorgat voeren en het winnen en transporteren gerechtvaardigd, omdat het tijdsverloop voor het winnen zelf aanzienlijk groter is dan bij sediment-gesteentes en ook de waarde van de te winnen mineralen zeer veel groter kan zijn dan van sediment-gesteentes. Hierbij gaat het echter zelden om ertsen, mangaan of dergelijke. Bij het winnen van sediment-gesteentes, welke aanzienlijk lichter en sneller losgemaakt kunnen worden en ook niet fijngemaakt behoeven te worden, is hetzelfde winvolume in aanzienlijk kortere tijd bereikt.

Als totaal kan een aanzienlijk groter volume gewonnen worden en de win- en transportinrichting moet snel en vaak omgesteld worden.

Aan de uitvinding ligt het probleem ten grondslag, een werkwijze voor het winnen en transporteren van een onder water zich uitstrekkende grondlaag, in het bijzonder zand of grind, alsmede een inrichting daarvoor te verschaffen, waarmede in een continu arbeidsverloop het boren, het losmaken en transporteren en het opstellen naar een volgende winplaats mogelijk wordt.

Dit probleem wordt opgelost, doordat een boor-transportbuis met een opklapbare verdringingsboorkop in aanvankelijk gesloten of ten dele geopende kopstand en een oscillerende draaibeweging en gelijktijdige spoeling met water en/of lucht in het boorkopbereik door de niet-bruikbare grondlagen heen gevoerd wordt, de verdringingsboorkop binnen de te winnen grondlaag geopend en door het invoeren van perslucht en/of water binnen de boor-transportbuis een naar boven gerichte transportstrook op gang gebracht wordt, welke de te winnen grond meevoert, na het winnen van een ongeveer cilinder- of kegelvormig volume met de hoogte van de te winnen grondlaag de boor-transportbuis weer opgetrokken wordt en naar een volgende transportplaats gebracht wordt, waarbij een inrichting wordt toegepast, bestaande uit een boor-transportbuis met een binnenbuis, waardoor de gewonnen grond weggevoerd wordt en een buitenbuis, welke als hoorbuis dient en ten opzichte van de binnenbuis draaibaar is, een verdringingsboorkop, welke voor het vrijmaken van het ondereinde van de boor-transportbuis opklapbaar is, een afwisselend in tegengestelde richtingen beweegbare draai-inrichting, welke boven de waterspiegel aan de buitenbuis aangebracht is, ten minste één toevoerleiding, welke tussen de binnenbuis en de buitenbuis aangebracht is, waardoor in het onderbereik van de boortransportbuis lucht in de binnenbuis gebracht kan worden.

De werkwijze volgens de uitvinding en de daarbij toegepaste inrichting zijn bij voorkeur toepasbaar, wanneer sediment-gesteentes (los gesteente) b.v. zand of grind, onder een niet-bruikbare grondlaag gewonnen moeten worden. De niet-bruikbare grondlagen zijn meestal slik, klei of mergel en kunnen bereiksgewijs niet opgeslagen en vast geworden zijn. Het te winnen losse gesteente wordt in de regel als bouwmateriaal of voor het winnen van land door spoelen benodigd, waardoor de noodzakelijkheid bestaat, renderende win- en transportmethodes en -inrichtingen aan te schaffen. Voorts moeten de transportinrichtingen niet gevoelig zijn voor slijtage. Een wezenlijk voordeel van de inrichting volgens de uitvinding is, het ontbreken van aan slijtage onderhevige pompaggregaten, b.v. zuiger- of centrifugaalpompen. Voor het opvoeren van de suspensie water-los gesteente, wordt de op zichzelf bekende lucht-opvoermethode toegepast. In een in water gedompelde van onderen open buis wordt in het onderste bereik perslucht ingeblazen, waardoor het specifieke gewicht van de waterkolom in de buis ten opzichte van het water buiten de buis verlaagd wordt. De waterkolom in de buis wordt naar boven gedrukt en door het voortdurend inblazen van perslucht komt een transportstroom op gang. Bij lage apparaatkosten zijn hiermede vermogens van bijvoorbeeld 3.000 m3/uur suspensie bereikbaar.

Een verder wezenlijk voordeel van de inrichting volgens de uitvinding ligt in de combinatie van de functie boren en transporteren, alsmede de mogelijkheid het snelle omschakelen van de ene op de andere wijze van werken. Eveneens zeer voordelig is het toepassen van een draai-inrichting, welke slechts aan de boor-transportbuis bevestigd is. De voorkeur verdient hiervoor een in tegengestelde richtingen beweegbare draaischommel. De schommel werkt met perslucht. Via een stuurcilinder aan de schommel worden ten minste twee arbeidscilinders afwisselend met perslucht belast, waardoor de heen en weer beweging, een oscillerende beweging, ontstaat. De draaiïmpulsen van de schommel worden via aanslagnokken op de boorbuis overgedragen. Hiermede zijn draaimomenten tot 40 KNm bereikbaar,Het aantal slagen is, naargelang het schommel-type, tussen 30 en 60 per minuut. De onafhankelijkheid van deze draaiïnrichting van een vast tegenlager, b.v. een boorsteiger of een schip of ponton, maakt een van de golfslag onafhankelijk werken en een snel omstellen van het apparaat mogelijk. Door de oscillerende draaibeweging wordt de mantelwrijving van de boor-transportbuis verlaagd, zodat het eigen gewicht van de boor-transportbuis, dat bij het uitvoeringsvoorbeeld ca 40 ton bedraagt, voldoet, om een snel boorproces te bewerkstelligen. Uit veiligheidsgronden zal de draai-inrichting meestal aan een kraan blijven hangen. Met de beschreven draaiinrichting is ook een probleemloos trekken van de boor-transportbuis mogelijk, d.w.z. de kraan ontwikkelt de noodzakelijke trekkracht, waarbij door het oscillerend draaien de mantel-wrijving sterk verminderd wordt. Ook bij het scheef-staan van de boor-transportbuis, hetgeen b.v. bij breuk van de niet-bruikbare grondlagen zou kunnen optreden, wordt het functioneren van de draaiinrichting niet beïnvloed.

Bij afwijkingen tot 45° van de vertikaal, werkt de draai-inrichting probleemloos.

Verdere kenmerken en voordelen van de uitvinding blijken uit de beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormen, welke aan de hand van de tekeningen nader toegelicht worden.

Getoond zijn: fig.l een principieel overzicht van de opbouw van de boor-transportbuis; fig. 3-5 de totale opstelling van het apparaat op een ponton; fig. 6 verschillende werkstadia bij het boren en transporteren; fig. 7 en 8 voorstellingen van het bovenste bereik van de boor-transportbuis; fig. 9 en 10 een voorstelling van het onderste bereik van de boor-transportbuis.

Het principiële overzicht van de figuren 1 en 2 toont de boor-transportbuis 1, welke aan een kraanhang-werk 22 in de gemonteerde toestand hangt. De niet-weer-gegeven kraan staat op een ponton 28. De eerste montage geschiedt via de montagesteiger 27. Het boveneinde van de boor-transportbuis 1 neemt op: de afvoerbuis 23 voor de suspensie, de spoelwatertoevoerleiding 24, de waterstraaltoevoerleiding 25 en de luchttoevoerleiding 26. In het middenbereik van de boor-transportbuis bevindt zich de draai-inrichting 4 en het drijflichaam 9, waarop de draaiïnrichting 4 lager- en draaibaar is. In het bovenbereik van de boor-transportbuis 1 is de meenemergroef 21 aangebracht. Aan het ondereinde van de boortransportbuis 1 zijn de verdringingsboorkop 2 en de spoelwateropeningen 7 getoond.

De fig. 3-5 tonen de gehele opstelling op een ponton 28. De boor-transportbuis 1 hangt in alle bedrijfs-toestanden aan de kraan 8. Op de ponton 28 zijn alle energie- en machinetechnische inrichtingen gemonteerd, zoals de generatoren 31, de compressoren 32, de waterstraal-pomp 33, de spoelwaterpomp 34. De toevoer van lucht,straal-water en spoelwater geschiedt via de slangen 29 naar de boor-transportbuis 1. De transportslang 30 voert de getransporteerde suspensie naar de spuileidingen 35, waarover de suspensie in de transportschepen komt.

De figuren 6a-6e tonen verschillende bedrijfstoe-standen van de boor-transportbuis 1. Deelfiguur 6a toont de boor-transportbuis 1 in de aanvangsstand bij het begin van het boren op de niet-bruikbare grondlaag 12. De draai-inrichting 4 met het drijflichaam 9 bevinden zich in hun laagste stand, nl. aan het ondereinde van de meenemergroef 21. Zij zijn over de gehele lengte van de meenemergroef 21 vrij beweeglijk. Bij het bereiken van het wateroppervlak 36, zoals in de deelfiguren 6c-6e getoond, wordt de boor-transportbuis 1 van het gewicht van de draaiinrichting 4 en het draailichaam 9 ontlast. Dit geeft aanzienlijke voordelen bij het trekken van de boor-transportbuis 1, omdat de kraan 8 ten minste bereiksgewijs door dit gewicht, dat tot 25 ton kan bedragen, niet belast wordt.

In de deelfiguur 6b heeft de boor-transportbuis 1 de niet-bruikbare grondlaag 12 reeds doorboord. De boring wordt met een vrije snede 18 gemaakt, bij gelijktijdig spoelen met water onder druk door de openingen 15 in de boorkop 2. Via de vrije snede 18 wordt losgemaakt grond-materiaal vóör de boorkop 2 naar boven getransporteerd en een holle ruimte verkregen, opdat de boor-transportbuis 1 dieper in de grond kan dringen. Deelfiguur 6c toont de boor-transportbuis 1 bij het verder boren door de te winnen grondlaag 3. Het drijflichaam 9 met de daarop gelagerde draaiinrichting 4 heeft intussen het wateroppervlak 36 bereikt. De deelfiguren 6d en 6e tonen de boor-transportbuis 1 in de transportstand. De verdringingsboorkop 2 is geopend, het spoelwater treedt nu door de spoelope-ningen 7 in het onderbereik van de buitenbuis 1,2 naar buiten, maakt de te winnen grondlaag 2 los en brengt deze in suspensie, welke door de binnenbuis 1,1 afgezogen wordt. De spoelwaterhoeveelheid kan bij het beschreven uitvoe-ringsvoorbeeld tot 3.000 m^/uur bedragen, welke ook met de hoeveelheid getransporteerde suspensie overeenstemt.

Deze grote hoeveelheid spoelwater is noodzakelijk, omdat enerzijds in de grondlaag 3 slechts weinig water aanwezig is en anderzijds er rekening mee gehouden moet worden, dat de vrije snede in de niet-bruikbare grondlaag 12 verstopt is en dus geen water van boven af via de vrije snede naar onderen kan stromen. In de deelfiguur 6e is met het ver-wijzingscijfer 6 het ongeveer cilinder- of kegelvormige volume weergegeven, dat op een winplaats wordt getransporteerd of weggetransporteerd kan worden. De grootste diameter 37 van dit volume kan tot ongeveer 30 m bedragen. Er moet steeds rekening mee gehouden worden, dat de niet-bruikbare grondlaag 12 boven het volume 6 afbreekt en in de holle ruimte van het volume 6 zakt. Hierbij kan de boor-transportbuis 1 vastgeklemd worden. Door het oscillerend draaien met de draaiinrichting 4 en het spoelen door de spoelopeningen 7 kan de boor-transportbuis 1 weer vrijgemaakt en vervolgens getrokken worden.

Fig. 7 toont in een vertikale doorsnede het bovenbereik van de boor-transportbuis. De binnenbuis 1.1, waardoorheen de suspensie met de te winnen grond getransporteerd wordt, mondt in de afvoerbuis 23 uit, waarop de niet-weergegeven transportslang 38 aangesloten is. De buitenbuis 1,2 is driedelig. Het bovendeel 38 is vast met de binnenbuis 1.1 verbonden. Bovendien is aan het bovendeel 38 via een dwarsstuk 42 de hydraulische cilinder 17 bevestigd. Het middendeel 39 kan ten opzichte van het bovendeel 38 in langsrichting verschuiven, hetgeen door het schuiflager 41 mogelijk wordt. Deze verschuiving, welke voor het openen of sluiten van de boorkop 2 dient, wordt door het uitschuiven of intrekken van de hydraulische cilinder 17, welke via de console 43 aan het onderdeel 40 van de buitenbuis 1.2 bevestigd is, bewerkstelligd.

Op het onderdeel 40 grijpt de draaiinrichting 4 via de mee-nemergroef 21 aan. Het draailager 19 bewerkstelligt, dat bij het draaien van het onderdeel 40 het middendeel 39 en dus het gehele bovenbereik van de boor-transportbuis niet meedraait. Voorts zijn weergegeven de waterstraaltoevoer-leiding 25, welke het straalwater via de ringvormige ruimte 44 en de watertoevoerleiding 10 naar de opening 11 voert.

Via de luchttoevoerleiding 26 en de luchttoevoerleiding 5 wordt de lucht in de binnenbuis 1.1 voor het lichten van de waterkolom ingebracht. De spoelwatertoevoerleiding 24 mondt uit in de tussenruimte 13.

Fig. 8 stelt een horizontale doorsnede in het onderste bereik van fig. 7 voor. Tussen binnenbuis 1.1 eri buitenbuis 1.2 zijn twee watertoevoerleidingen 10 en een luchttoevoerleiding 5 aangebracht, welke door het verstijvende buisstuk 45 en een aangelaste verstijvingsplaat 46 vastgehouden worden.

Fig. 9 toont in vertikale doorsnede het onderbereik van de boor-transportbuis 1. In het bereik van de ver-dringingsboorkop 2 toont de tekening twee bedrijfstoe-standen. De linkerhelft toont de gesloten toestand bij het boren, de rechter helft toont de geopende toestand bij het transporteren. De luchttoevoerleiding 5 mondt uit in het ringvormige kanaal 48, waarvandaan de ingeperste lucht door de luchtuittreedtopeningen 47 in de binnenbuis 1.1 komt. Via de watertoevoerleiding 10 en de opening 11 kan straalwater eveneens in de binnenbuis 1.1 geperst worden. Hierdoor kan öf de transportstroom versterkt worden of het wa-tergehalte van de suspensie worden verhoogd. Omdat het onderdeel 40 van de buitenbuis 1.2 tezamen met de ver-dringingsboorkop 2 bij het boren en tijdelijk ook bij het transporteren gedraaid worden en de binnenbuis 1.1 niet-draaibaar is, is in het onderbereik van de binnenbuis 1.1 een draailager 20 aangebracht. Aan het draaibare eindstuk 51 van de binnenbuis 1.1 is het dwarsstuk 52 be- vestigd, waarop via een schalm 53 stuurinrichtingen 54 aangebracht zijn, welke bij het.zakken van de binnenbuis 1.1 de boorkopsegmenten 55 openen. De boorkopsegmenten 55 zijn via schalmen 56 aan het onderdeel 40 van de buitenbuis 1.2 bevestigd. Aan het draaibare eindstuk 51 van de binnenbuis 1.1 is bovendien de massieve ronde ring 49 met de ventielopeningen 14 bevestigd. Bij het zakken van de binnenhuis 1.1 komt de massieve ronde ring 49 met zijn ventielopeningen 14 op de ventielkegel 50, waardoor de spoelwaterdoorstroming uit de tussenruimte 13 naar de verdringingsboorkop 2 versperd wordt en gelijktijdig de openingen 7 in de buitenhuis 1.1 vrijgegeven worden.

De openingshoek d van een boorkopsegment 55 wordt, naargelang de eisen van de betreffende grond, vastgesteld.

Fig. 10 stelt een horizontale doorsnede in het onderbereik van fig. 9 voor. Deze toont de massieve ronde ring 49 met de ventielopeningen 14 tussen binnenbuis 1.1 en buitenhuis 1.2 en is vast met de binnenbuis 1.1 verbonden.

Claims (17)

1. Werkwijze voor het winnen en transporteren van een onder water zich uitstrekkende grondlaag, in het bijzonder zand of grind, waarbij de ligplaats door niet-bruikbare grondlagen overdekt is, met het kenmerk, dat een boortransportbuis (1) met een opklapbare verdringingsboor-kop (2) in aanvankelijk gesloten of ten dele geopende kop-stand met een oscillerende draaibeweging en gelijktijdige spoeling met water en/of lucht in het boorkopbereik door de niet-bruikbare grondlagen (12) heengevoerd wordt, de verdringingsboorkop (2) binnen de te winnen grondlaag (3) geopend en door het invoeren van perslucht en/of water binnen de boor-transportbuis (1) een naar boven gerichte transportstroom op gang gebracht wordt, welke de te winnen grond meevoert, nS het winnen van een ongeveer cilinder-of kegelvormig volume (6) met de hoogte van de te winnen grondlaag (3) de boortransportbuis (1) weer opgetrokken wordt en naar een volgende transportplaats gebracht wordt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1/ met het kenmerk, dat het winnen en het transport van de grondlaag (3) continu bij gelijktijdig neerlaten van de boor-transportbuis (1) van boven naar beneden plaatsvindt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het winnen en het transport van de grondlaag (3) continu bij gelijktijdig optrekken van de boor-transportbuis (1) van onderen naar boven plaatsvindt.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de boor-transportbuis (1) tot aan de onderste begrenzing van de te winnen grondlaag (3) neergelaten wordt en het winnen en het transport slechts in deze stand plaatsvindt .

5. Werkwijze volgens één van de conclusies 1-4, met het kenmerk, dat bij het winnen van de grondlaag (3) door openingen (7) in het onderbereik van de buitenbuis (1.2) water onder druk in de te winnen grondlaag (3) geperst wnrrft.

6. Werkwijze volgens eem van.de conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de boor-transportbuis (1) in elke be-drijfsstand aan een kraan (8) afgehangen is.

7. Werkwijze volgens een van de conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de draaiïnrichting (4) tijdens het naar omlaag brengen van de boor-transportbuis (1) en tijdens het transport op een drijflichaam (9) gelagerd is.

8. Werkwijze volgens één van de conclusies 1-7, met het kenmerk, dat bij het doorboren van de niet-bruikbare grondlagen (12) en de te winnen grondlaag (3) met gesloten verdringingsboorkop (2) spoelwater in de ruimte (13) tussen binnenbuis (1.1) en buitenbuis (1.2) via de ventielopening (14) naar de verdringingsboorkop (3) gepompt wordt, waar dit door spoelopeningen (15) naar buiten treedt.

9. Werkwijze volgens een van de conclusies 1-8, met het kenmerk, dat bij het openen van de verdringingsboorkop (2) een ventiel (16) in de ruimte (13) tussen binnenbuis (1.1) en buitenbuis (1.2) de spoelwaterdoorstroming naar de verdringingsboorkop (2) verspert en gelijktijdig openingen (7) in het onderbereik van de buitenbuis (1.2) geopend worden, waardoor spoelwater naar buiten gedrukt wordt.

10. Inrichting voor het winnen van een onder water zich uitstrekkende grondlaag, in het bijzonder zand en grind, waarbij de ligplaats door niet-bruikbare grondlagen overdekt is, gekenmerkt door a) een boor-transportbuis (1), bestaande uit een binnenbuis (1.1) waardoor de gewonnen grond weggevoerd wordt en een buitenbuis (1.2), welke als hoorbuis dient en ten opzichte van de binnenbuis (1.1) draaibaar is, b) een verdringingsboorkop (2), welke voor het vrijmaken van het ondereinde van de boor-transportbuis (1) opklapbaar is, c) een afwisselend in tegengestelde richtingen beweegbare draaiïnrichting (4), welke boven de waterspiegel aan de buitenhuis (1.2) aangebracht is, d) ten minste êén toevoerleiding (5), welke tussen de binnenhuis (1.1) en de buitenbuis (1.2) aangebracht is, waardoor in het onderbereik van de boor-transport-buis (1) lucht in de binnenbuis (1.1) gebracht kan worden.

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat tussen de binnenbuis (1.1) en de buitenbuis (1.2) een extra watertoevoerleiding (10) aangebracht is, welke vis een opening (11) met de binnenruimte van de binnenbuis (1.1) in het onderbereik verbonden is.

12. Inrichting volgens conclusie 10 of 11, met het kenmerk, dat in het onderbereik van de boor-transport-buis (1) een ventiel (16) aangebracht is, waarmee de. tussenruimte (13) onder het gelijktijdig vrijgeven van de openingen (7) in de buitenbuis (1.2) afsluitbaar is.

13. Inrichting volgens één van de conclusies 10-12, met het kenmerk, dat de verdringingsboorkop (2) door het laten zakken van de binnenhuis (1.1) ten opzichte van de buitenbuis (1.2) geopend kan worden, waarbij het zakken door middel van hydraulische cilinders (17) , welke aan het boveneinde van de boor-transparthuis (1) aangebracht zijn, plaatsvindt.

14. Inrichting volgens één van de conclusies 10-12, met het kenmerk, dat de verdringingsboorkop (2) ten opzichte van de buitenbuis (1.2) een grotere diameter heeft, zodat bij het boren een vrije snede (18) ontstaat.

15. Inrichting volgens een van de conclusies 10-14, met het kenmerk, dat in het bovenbereik van de buitenhuis (1.2) en in het onderbereik van de binnenhuis (1.1) elk een draailager (19,20) aangebracht is.

16. Inrichting volgens een van de conclusies 10-15, met het kenmerk, dat in de buitenbuis (1.2) ten minste één meenemergroef (21) voor de draaiïnrichting (4) aangebracht is.

17. Inrichting volgens één van de conclusies 10-16, met het kenmerk, dat onder de draaiïnrichting (4) een drijflichaam (9) aangebracht is, waarop de draaiïnrichting (4) laqerbaar en draaibaar is.