RU2615192C1 - Method of production of solid mineral resources from arctic shelf bed - Google Patents

Method of production of solid mineral resources from arctic shelf bed Download PDF

Info

Publication number
RU2615192C1
RU2615192C1 RU2015152691A RU2015152691A RU2615192C1 RU 2615192 C1 RU2615192 C1 RU 2615192C1 RU 2015152691 A RU2015152691 A RU 2015152691A RU 2015152691 A RU2015152691 A RU 2015152691A RU 2615192 C1 RU2615192 C1 RU 2615192C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dome
ice
water
mining
development
Prior art date
Application number
RU2015152691A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Евгеньевич Кисляков
Дмитрий Александрович Лакин
Павел Викторович Катышев
Вячеслав Юрьевич Линейцев
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Priority to RU2015152691A priority Critical patent/RU2615192C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2615192C1 publication Critical patent/RU2615192C1/en

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C50/00—Obtaining minerals from underwater, not otherwise provided for
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E21B41/0099—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00 specially adapted for drilling for or production of natural hydrate or clathrate gas reservoirs; Drilling through or monitoring of formations containing gas hydrates or clathrates
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C45/00—Methods of hydraulic mining; Hydraulic monitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: method comprises development of chambered ways, formation of soil-ice bodies with specific weight below water specific weight. The development place is divided to areas, and mineral deposit is developed in staggered order. Creating artificial lane at each area the first section area is developed, on its bottom a dome is lowered, the dome is connected with surface by flexible branch. Then in under dome space via the flexible branch water in injected from water layer above halocline layer, after creating the soil-ice bodies in the under dome space, and dome emersion to surface the second area is developed along diagonal from the first area for restoration of its ice surface, then the cycle is repeated till complete field development.
EFFECT: reduced cost and ecological loads due to production works on water basin bed of the Arctic shelf at negative temperatures.
2 dwg

Description

Данный способ относится к горной промышленности, а именно морской добыче полезных ископаемых, позволяет разрабатывать россыпные месторождения со дна континентального шельфа в условиях отрицательных температурThis method relates to the mining industry, namely offshore mining, allows you to develop alluvial deposits from the bottom of the continental shelf at low temperatures

Известен способ подводной разработки месторождений полезных ископаемых (RU 2049233 С1, МПК Е21С 45/00, опубликовано 27.11.1995), включающий отработку наносов, проведение разрезной траншеи, отработку полезного ископаемого участками от его границы на всю мощность до плотика, отработку участков ведут этапами в направлении движения наносов.A known method of underwater mining of mineral deposits (RU 2049233 C1, IPC E21C 45/00, published 11/27/1995), including mining of sediment, conducting a cut trench, mining of minerals in sections from its border at full capacity to the raft, mining sites are stages in direction of sediment movement.

Однако данный способ не обеспечивает должной защиты окружающей среды от вредного влияния подводной отработки, при использовании данного способа происходит взмучивание.However, this method does not provide adequate environmental protection from the harmful effects of underwater mining, when using this method, agitation occurs.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому способу является способ подземной разработки месторождений полезных ископаемых в условиях многолетнемерзлых пород, (RU 2179241 С1, МПК Е21С 41/16, E21F 15/00, опубликовано 10.02.2002), включающий образование первичных камерных выработок - формирование ледяного целика, заключающееся в подаче незамерзающего хладагента в них с удельным весом меньше удельного веса воды и отрицательной температурой, подаче воды порциями, и отработку вторичных камер, при этом время замерзания ледяного целика определяют расчетным путем в зависимости от температуры хладагента.The closest set of essential features to the proposed method is the method of underground mining of mineral deposits in permafrost (RU 2179241 C1, IPC E21C 41/16, E21F 15/00, published 02.10.2002), including the formation of primary chamber workings - formation ice pillar, which consists in supplying non-freezing refrigerant to them with a specific gravity less than the specific gravity of water and a negative temperature, supplying water in portions, and working off the secondary chambers, while the freezing time of the ice chain The face is determined by calculation, depending on the temperature of the refrigerant.

Недостатком данного способа является то, что подача воды в камеру производится порционно, что занимает продолжительный период времени.The disadvantage of this method is that the water is supplied to the chamber in batches, which takes a long period of time.

Основная задача изобретения заключается в добыче полезного ископаемого со дна арктического шельфа в суровых климатических условиях. Техническим результатом является снижение затрат и экологической нагрузки на окружающую среду от добычных работ на дне акватории арктического шельфа при отрицательных температурах.The main objective of the invention is to extract minerals from the bottom of the Arctic shelf in harsh climatic conditions. The technical result is to reduce costs and environmental pressure on the environment from mining operations at the bottom of the Arctic shelf at low temperatures.

Поставленная задача достигается тем, что в способе добычи твердых полезных ископаемых со дна арктического шельфа, включающем отработку камерных выработок, формирование грунтоледовых тел с удельным весом меньше удельного веса воды, согласно техническому решению, место выработки делят на участки и ведут отработку месторождения полезного ископаемого в шахматном порядке, создавая на каждом участке искусственную майну, отрабатывают первый участок, на дно которого опускают купол, соединенный с поверхностью гибким патрубком, затем в подкупольное пространство через гибкий патрубок нагнетают воду со слоя воды выше уровня галоклина и после образования грунтоледовых тел в подкупольном пространстве и всплытия купола на поверхность ведут отработку второго участка по диагонали от первого участка для восстановления его ледовой поверхности, далее цикл повторяют до полной отработки месторождения, при этом мощность слоя отрабатываемого полезного ископаемого определяют по формуле:The problem is achieved in that in the method of mining solid minerals from the bottom of the Arctic shelf, including the development of chamber workings, the formation of ice bodies with a specific gravity less than the specific gravity of water, according to the technical solution, the place of development is divided into sections and mining of the mineral deposit in the chess the order, creating an artificial lane in each section, they work out the first section, at the bottom of which a dome is connected, connected to the surface by a flexible pipe, and then bribed Through the flexible pipe, water is pumped from the water layer above the halocline level, and after the formation of soil ice bodies in the dome space and the dome ascends to the surface, the second section is mined diagonally from the first section to restore its ice surface, then the cycle is repeated until the field is completely worked out, this power layer of the mined mineral is determined by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где hсл - мощность слоя отрабатываемого полезного ископаемого, м;where h SL - the power layer of the mined mineral, m;

ρл - плотность льда, кг/м3;ρ l - ice density, kg / m 3 ;

Vл - объем льда под куполом, м3;V l - the volume of ice under the dome, m 3 ;

Figure 00000002
- средняя плотность полезного ископаемого на дне моря, кг/м3;
Figure 00000002
- the average density of minerals at the bottom of the sea, kg / m 3 ;

a и b - длина и ширина купола соответственно, м;a and b are the length and width of the dome, respectively, m;

Figure 00000003
- величина, соответствующая одной части полезного ископаемого к (14÷16) частей льда, для гарантированного всплытия купола на поверхность акватории.
Figure 00000003
- the value corresponding to one part of the mineral to (14 ÷ 16) parts of ice, for guaranteed ascent of the dome to the surface of the water area.

Способ иллюстрируется графически. На Фиг. 1 дана - схема отработки поля месторождения, Фиг. 2 - схема добычи полезного ископаемого со дна шельфа, где: 1 - поле месторождения; 2 - участки отработки; 3 - искусственная майна; 4 - поплавки; 5 - погружной насос; 6 - гибкий патрубок; 7 - купол; 8 - тросы; 9 - обратные клапаны; 10 - якоря; 11 - кромка купола; 12 - забой; 13 - линия галоклина; 14 - подкупольное пространство; 15 - ГЛТ; 16 - лебедки.The method is illustrated graphically. In FIG. 1 is a diagram of the development of a field field, FIG. 2 - scheme of mining from the bottom of the shelf, where: 1 - field field; 2 - mining sites; 3 - artificial lane; 4 - floats; 5 - submersible pump; 6 - flexible pipe; 7 - dome; 8 - cables; 9 - check valves; 10 - anchors; 11 - the edge of the dome; 12 - face; 13 - line halocline; 14 - dome space; 15 - GLT; 16 - winches.

Способ заключается в следующем. С использованием известной технологии и средств производим деление поля месторождения 1 на участки отработки 2 в шахматном порядке. На каждом участке отработки создают искусственную майну 3 для обеспечения доступа добычного комплекса, состоящего из поплавков 4, нагнетающего погружного насоса 5, гибкого патрубка 6, купола 7, тросов 8, обратных клапанов 9, якорей 10, на дно акватории. При опускании выемочного комплекса на дно акватории происходит заглубление кромки купола 11 в забой 12 на величину (hсл), затем нагнетающим погружным насосом 5, поддерживающимся поплавками 4, в зоне над верхней границей галоклина 13 производится подача пресной воды объемом, равным объему подкупольного пространства по гибкому патрубку 6 в подкупольное пространство 14. При подаче пресной воды (образующейся в верхней части акватории до кромки галоклина) в подкупольное пространство 14 происходит вытеснение соленой воды через обратные клапаны 9 за пределы подкупольного пространства 14. При замене воды в подкупольном пространстве происходит ледообразование (формирование ГЛТ) 15, после завершения формирования ГЛТ под действием силы Архимеда за счет разности плотностей льда и водной среды происходит всплытие купола с дальнейшей выемкой добычного комплекса на поверхность за счет тросов 8 лебедками 16. По завершении отработки полезного ископаемого добычной комплекс передвигают на новый участок отработки.The method is as follows. Using well-known technology and tools, we divide the field of field 1 into mining sites 2 in a checkerboard pattern. An artificial lane 3 is created at each mining site to provide access to the mining complex, which consists of floats 4, a submersible injection pump 5, a flexible pipe 6, a dome 7, cables 8, check valves 9, anchors 10, to the bottom of the water area. When lowering the excavation complex to the bottom of the water area, the edge of the dome 11 deepens to the bottom 12 by a value of (h sl ), then a submersible pump 5, supported by floats 4, supplies fresh water with a volume equal to the volume of the dome space over flexible pipe 6 into the domed space 14. When fresh water (formed in the upper part of the water to the edge of the halocline) is supplied to the domed space 14, salt water is displaced through the check valves 9 the limits of the dome space 14. When water is replaced in the dome space, ice formation (HLT formation) 15 occurs, after the HLT formation is completed under the action of the Archimedes force due to the difference in the density of ice and the aquatic environment, the dome emerges with a further extraction of the mining complex to the surface due to ropes of 8 winches 16. Upon completion of mining, the mining complex is moved to a new mining site.

Деление поля месторождения на участки отработки в шахматном порядке производится с целью сохранения целостности прочностных свойств ледовой поверхности, с которой производится добыча полезного ископаемого. После полной отработки слоя полезного ископаемого образование майны производят по диагонали от отработанного участка, таким образом, майна, образованная на первом участке замерзает, восстанавливая целостность ледовой поверхности. После отработки второго участка операция повторяется вплоть до полной отработки поля месторождения полезного ископаемого.Dividing the field of the field into mining sites in a checkerboard pattern is carried out in order to maintain the integrity of the strength properties of the ice surface from which mineral extraction is performed. After the mineral layer is completely worked out, the formation of the lane is done diagonally from the worked out area, so the lane formed in the first section freezes, restoring the integrity of the ice surface. After mining the second section, the operation is repeated until the mining of the field of the mineral deposit is completely worked out.

Подача пресной воды в подкупольное пространство обеспечивает эффективное образование ГЛТ за счет разности температур пресной воды, нагнетаемой с поверхности и дна акватории, и безопасно с экологической точки зрения.The supply of fresh water to the domed space ensures the effective formation of HLT due to the temperature difference between the fresh water pumped from the surface and the bottom of the water area and is safe from an environmental point of view.

Устройство для собирания ГЛТ в виде купола выбрано с учетом наименьшего сопротивления движению жидкости при подъеме комплекса на поверхность.The device for collecting HLT in the form of a dome is selected taking into account the least resistance to the movement of the liquid when the complex rises to the surface.

Claims (8)

Способ добычи твердых полезных ископаемых со дна арктического шельфа, включающий отработку камерных выработок, формирование грунтоледовых тел с удельным весом меньше удельного веса воды, отличающийся тем, что место выработки делят на участки и ведут отработку месторождения полезного ископаемого в шахматном порядке, создавая на каждом участке исскуственную майну, отрабатывают первый участок, на дно которого опускают купол, соединенный с поверхностью гибким патрубком, затем в подкупольное пространство через гибкий патрубок нагнетают воду со слоя воды выше уровня галоклина и после образования грунтоледовых тел в подкупольном пространстве и всплытия купола на поверхность ведут отработку второго участка по диагонали от первого участка для восстановления его ледовой поверхности, далее цикл повторяют до полной отработки месторождения, при этом мощность слоя отрабатываемого полезного ископаемого определяют по формуле:A method of extracting solid minerals from the bottom of the Arctic shelf, including the development of chamber workings, the formation of soil ice bodies with a specific gravity less than the specific gravity of water, characterized in that the place of development is divided into sections and mining the mineral deposit in a checkerboard pattern, creating an artificial the lane, they work out the first section, at the bottom of which a dome is connected, connected to the surface by a flexible pipe, then they are pumped into the dome space through a flexible pipe into Odes from the water layer above the halocline level and after the formation of soil ice bodies in the dome space and the dome emerges to the surface, the second section is mined diagonally from the first section to restore its ice surface, then the cycle is repeated until the deposit is completely worked out, while the thickness of the layer of the mined mineral determined by the formula:
Figure 00000004
Figure 00000004
 где hсл - мощность слоя отрабатываемого полезного ископаемого, м;where h SL - the power layer of the mined mineral, m; ρл - плотность льда, кг/м3;ρ l - ice density, kg / m 3 ; Vл - объем льда под куполом, м3;V l - the volume of ice under the dome, m 3 ;
Figure 00000005
- средняя плотность полезного ископаемого на дне моря, кг/м3;
Figure 00000005
- the average density of minerals at the bottom of the sea, kg / m 3 ; а и b- длина и ширина купола соответственно, м;a and b are the length and width of the dome, respectively, m;
Figure 00000006
- величина, соответствующая одной части полезного ископаемого к (14÷16) частей льда, для гарантированного всплытия купола на поверхность акватории.
Figure 00000006
- the value corresponding to one part of the mineral to (14 ÷ 16) parts of ice, for guaranteed ascent of the dome to the surface of the water area.
RU2015152691A 2015-12-08 2015-12-08 Method of production of solid mineral resources from arctic shelf bed RU2615192C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015152691A RU2615192C1 (en) 2015-12-08 2015-12-08 Method of production of solid mineral resources from arctic shelf bed

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015152691A RU2615192C1 (en) 2015-12-08 2015-12-08 Method of production of solid mineral resources from arctic shelf bed

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2615192C1 true RU2615192C1 (en) 2017-04-04

Family

ID=58506955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015152691A RU2615192C1 (en) 2015-12-08 2015-12-08 Method of production of solid mineral resources from arctic shelf bed

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2615192C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111810161A (en) * 2020-07-21 2020-10-23 上海交通大学 Environment-friendly submarine mineral resource development device and development method
CN112145133A (en) * 2020-09-25 2020-12-29 中国石油大学(华东) Deep sea seabed natural gas hydrate acquisition method and production greenhouse
RU2822857C1 (en) * 2024-01-12 2024-07-15 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Method of extracting minerals from bottom of arctic shelf

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000047832A1 (en) * 1999-02-13 2000-08-17 Hoelter Heinz Method for extracting methane hydrate on the ocean floor
RU2179241C1 (en) * 2000-12-27 2002-02-10 Михайлов Юрий Васильевич Method of underground mining of mineral deposits under conditions of permafrost rocks
RU2386015C1 (en) * 2008-12-15 2010-04-10 Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) Technological complex for development of gaseous-hydrate deposits in open sea
RU2403379C1 (en) * 2009-06-24 2010-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана им. академика И.С. Грамберга Method of gas production from natural accumulations of gas hydrates
RU2526444C1 (en) * 2013-07-09 2014-08-20 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" Device for production of minerals from continental shelf

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000047832A1 (en) * 1999-02-13 2000-08-17 Hoelter Heinz Method for extracting methane hydrate on the ocean floor
RU2179241C1 (en) * 2000-12-27 2002-02-10 Михайлов Юрий Васильевич Method of underground mining of mineral deposits under conditions of permafrost rocks
RU2386015C1 (en) * 2008-12-15 2010-04-10 Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) Technological complex for development of gaseous-hydrate deposits in open sea
RU2403379C1 (en) * 2009-06-24 2010-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана им. академика И.С. Грамберга Method of gas production from natural accumulations of gas hydrates
RU2526444C1 (en) * 2013-07-09 2014-08-20 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" Device for production of minerals from continental shelf

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111810161A (en) * 2020-07-21 2020-10-23 上海交通大学 Environment-friendly submarine mineral resource development device and development method
CN111810161B (en) * 2020-07-21 2021-11-23 上海交通大学 Environment-friendly submarine mineral resource development device and development method
CN112145133A (en) * 2020-09-25 2020-12-29 中国石油大学(华东) Deep sea seabed natural gas hydrate acquisition method and production greenhouse
CN112145133B (en) * 2020-09-25 2021-12-14 中国石油大学(华东) Deep sea seabed natural gas hydrate acquisition method and production greenhouse
US11313207B2 (en) 2020-09-25 2022-04-26 China University Of Petroleum (East China) Deep-sea submarine gas hydrate collecting method and production house
RU2822857C1 (en) * 2024-01-12 2024-07-15 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Method of extracting minerals from bottom of arctic shelf

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101994319A (en) Land oversized open caisson subsidence construction method
CN104612179A (en) Construction method for underground diaphragm wall penetrating through super-thick silt layer
RU2615192C1 (en) Method of production of solid mineral resources from arctic shelf bed
CN103603666B (en) Tailing pond sand excavation method
RU2384706C1 (en) Development method of kimberlite deposits
RU2569122C1 (en) Combined open and underground working of mineral deposits in mountains and hills
RU2329380C1 (en) Method of open-underground extraction of coal pillars left between mine-filed boundary and pit wall
RU2622971C1 (en) Mine drainage during development of anticlinal coal deposits by combined method
RU2469191C1 (en) Open development method of water-bearing mineral deposits
RU2477792C1 (en) Method for defining height of water conveying cracks zone over mined-out area at stratified deposits
RU2700152C1 (en) Method for artificial development of technogenic reserves
Spagnoli et al. Support for offshore monopile installation through the trench cutter technology
CN203429676U (en) Immersed tunnel grouting simulation test platform
RU2114307C1 (en) Method for opencast mining of flooded mineral deposits
RU2750445C1 (en) Method for watered mineral deposits development
RU2504657C1 (en) Development method of water-bearing mineral deposits
RU2010114898A (en) METHOD FOR STRUCTURE OF UNDERWATER TUNNELS
RU2822857C1 (en) Method of extracting minerals from bottom of arctic shelf
RU2261331C2 (en) Open-cast mining method
CN203729259U (en) Milling forming system of gravity wharf foundation bed
RU2459082C2 (en) Method for extraction of hard mineral resources from deep-lying water-flooded deposit
RU2418168C1 (en) Compound development method of series of gently sloping beds of mine fields
RU2539083C1 (en) Openworking with explosion effects on mineral bed
RU2014144989A (en) The method of construction of soil oil and gas facilities on the shallow shelf of the Arctic seas (options)
RU2569146C1 (en) Method of mechanical and hydraulic recultivation of lands

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181209