Обоснование границ промышленного контура океанического полигона на примере объекта для селективной добычи металлоносных корок тихоокеанских гайотов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.18, кандидат технических наук Бачалова, Ирина Алексеевна

• Бачалова, Ирина Алексеевна
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бачалова, Ирина Алексеевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЗАДАЧИ И МЕТОДИКА

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Состояние вопроса.

1.2. Задачи и методы исследования.

ГЛАВА И. ПРАВОВЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОСВОЕНИЯ КОРОК

НА ОКЕАНИЧЕСКИХ ГАЙОТАХ И ГРАНИЧНЫЕ.

ЗНАЧЕНИЯ КОНТУРНЫХ ВЕЛИЧИН.

2.1. Правовые вопросы добычных работ за пределами. континентального шельфа.

2.2. Особенности правовых аспектов при геометризацииКМК для Российского добычного судна.

2.3. Выводы по главе 2.

ГЛАВА III. ТЕХНОЛОГИЯ ВЫЕМОЧНЫХ РАБОТ.

3.1. Система разработки.

3.2. Технология выемочных работ и результаты. лабораторных испытаний.

3.3. Основные параметры агрегата выемки и систем подъема '

3.4. Выводы по главе 3.

ГЛАВА IV. ПРЕДЛАГАЕМАЯ СХЕМА ГЕОМЕТРИЗАЦИИ.

ОБЪЕКТА ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ДОБЫЧИ.

КОБАЛЬТОМАРГАНЦЕВЫХ КОРОК.

4.1. Основные положения.

4.2. Особенности определения граничных коэффициентов при оконтуривании контура корок на гайотах.

4.3. Варианты с горнодобывающим судном.

4.4. Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование границ промышленного контура океанического полигона на примере объекта для селективной добычи металлоносных корок тихоокеанских гайотов»

Актуальность темы. Проведенные в конце двадцатого века в Тихом океане по программе «Benthic Impact Experiment» (BIE) исследования по изучению геоэкологических характеристик в районе добычи железомарганцевых отложений при модельной добыче в масштабе 1:20 на I глубине 4,6км показали, что взгляды на технологические решения требуют корректировки. Это особенно важно, потому что ресурсы марганца на суше России представлены в основном труднообогатимыми бедными карбонатными рудами, негативные последствия металлургической переработки которых еще надо оценить, так как плавка руд по существующей технологии связана с негативным воздействием на окружающую среду, тем более, что оценка перспектив развития цветной металлургии на территории Российской Федерации показывает, что можно прогнозировать дефицит минерально-сырьевой базы так же по таким металлам, как кобальт и никель.

Решение сырьевой проблемы на сегодняшний день, по мнению многих специалистов, возможно за счет поиска новых нетрадиционных источников минерального сырья. Одним из решений представляется - освоение полезных ископаемых Мирового океана. По современной оценке потенциала нетрадиционных источников получения твердых полезных ископаемых океана, основной вес в них принадлежит океаническим железомарганцевым конкрециям и кобальтомарганцевым коркам. Эти рудные образования являются комплексным сырьем на марганец, кобальт, никель и медь, в которых в качестве попутных компонентов присутствуют молибен, платина и элементы редкоземельной группы с высоким содержанием.

Третий источник так называемые массивные сульфиды. Прогнозная оценка «ВНИИокеангеология» только по трем выявленным океаническим образованиям превышает по меди 340млн.т., по цинку 540млн.т., по серебру 1350млн.т. и золоту 25тыс.т., что практически сопоставимо с ресурсами суши, оцененными американскими исследователями (в 1,6млрд.т. по меди, 1,8млрд.т. по цинку, 743тыс.т. по серебру, 70тыс.т. по золоту).

В северной части приэкваториальной зоны Тихого океана с 1980 года геологи выявили значительные ресурсы ЖМК и КМК. 17 декабря 1987 года генеральный комитет Подготовительной комиссии для Международного органа по морскому дну и., Международного органа по морскому праву при ООН 1 выделил бывшему СССР участок морского дна площадью 75 тыс.км2 в зоне Кларион-Клиппертон (приэкваториальная часть северо-восточной котловины Тихого океана).

Выявленные два типа океанических месторождений в виде ЖМК и КМК требуют сопоставления эффективности освоения этих аналогов.

Отложения железомарганцевых конкреций на плато Кларион-Клиппертона характеризуются большей изученностью. В этом регионе были проведены фоторазведка и фотоопробование.

Российская Федерация в лице ГНЦ «Южморгеология» является одним из семи первоначальных вкладчиков в разведку и разработку железомарганцевых образований (ЖМО) вместе с США, Францией, Японией, Китаем, Южной Кореей, Индией и совместной организацией восточноевропейских стран «Интерокеанметалл». По результатам разведки и эксперимента BIE было установлено, что конкреции залегают в виде россыпей, как на горизонтальных поверхностях, так и на склонах подводных возвышенностей. Они лежат на весьма слабых по несущей способности породах, верхний слой этих пород мощностью до 0,1м представлен слаботекучими и вязкотекучими осадками, в который конкреции погружены наполовину или до 2/3 своего объема. Нижний слой составляют породы с несколько большей несущей способностью. Закрепленный за Россией участок морского дна в зоне Кларион-Клиппертон общей площадью 75000 км2 состоит из двух разобщенных площадей: западной - 13765км2 и восточной - 61235км2 с суммарными ресурсами сухих ЖМК, оцененными по первичным кондициям в 448,1млн.т. При этом подсчет ресурсов был проведен из условия, что все включенные в подсчет гранулы находятся в верхнем слое дна и должны быть извлечены с поверхности слабонесущих пород.

Кобальтомарганцевые отложения представляют из себя корки, нарастающие на поверхности и склонах океанических гайотов, как правило тонкими в среднем 0,2-0,22м слоями. В зависимости от типа пород, на которых нарастает корка, т.е. субстрате, отмечается в отдельных зонах существенное различие в физико-механических и горно-технических характеристиках корки и субстрата. Это делает возможным отделение корки, залегающей на определенном типе субстрата, к примеру базальте, селективной выемкой. Широкое распространение таких отложений за зоной российской юрисдикции требует при геометризации этих придонных недр на глубинах 800-3000 м определения кондиционных параметров, учитывающих селективную технологию выемки тонкослойных отложений в пределах недр, которые будут представлены для добычи на определенный ограниченный срок отработки. Возможность применения селективной механической добычи корок повышает их альтернативность конкрециям. Поэтому необходимо решить актуальную научную задачу геометризации отложений дна океана при селективной добычи кобальтомарганцевых отложений на тихоокеанских гайотах.

В этих правовых условиях решается выбор из известных океанических образований, богатых марганцем, никелем, кобальтом и другими металлами. Они, как указано, представлены железомарганцевыми конкрециями с содержанием марганца в пределах 27-33 % и железомарганцевыми корками с содержанием марганца в среднем 22,3 % . Последние представляют по нашему мнению особый интерес, так как залегают на более доступных глубинах и отличаются от конкреций более благоприятными горно-геологическими и физико-техническими характеристиками.

Геологические работы в настоящее время опоисковали эти месторождения с определенной степенью достоверности. В настоящее время предложены коррективы технологии добычи ЖМК в соответствии с результатами программы «В1Е», т.е. уточнены технология и технические средства выемочных, гидроподъемных и транспортных операций для этих образований, что позволяет уточнить кондиционные требования на оконтуривание этих месторождений.

Целью работы является обоснование геометризации тонкослойных океанических корковых залежей для селективной выемки на тихоокеанских гайотах, для оценки их промышленных ресурсов.

Идея работы заключается в том, что правовые положения по ведению горных работ за пределами зон экономических интересов России делают целесообразным определять контур ресурсов корок по максимаьному содержанию условного никеля, в объеме, обеспечивающем предельное значение количества добываемого металла, а мощность залежей по глубине селективной выемки, определяемой границей резкого различия прочности корок и базальтового субстрата.

Методы исследования. В работе использованы технико-экономический анализ, имитационное моделирование процессов добычи и лабораторные эксперименты с учетом анализа данных, установленных при добычных работах по программе «Benthic Impact Experiment», метод научных обобщений на основе анализа информационных источников.

Научные положения, выносимые автором на защиту. 1. Исходя из международного законодательства о недропользовании стран-первооткрывателей, имеющих право только на 20-летний срок эксплуатации на гайотах и предлагаемой технологии селективной выемки корок, контуры полигонов, включаемые в подсчет ресурсов, представляются участками, залегающими на базальтовом субстрате с максимальным содержанием. При этом впервые установлено, что при селективной выемке эти участки могут не иметь единого контура.

2. Своеобразный правовой режим эксплуатации месторождений первоначальными вкладчиками и явление регенерации на отработанных участках позволяют производить селективную выемку на отдельных участках гайотов, оконтуренных в границах, где все блоки имеют содержание выше минимального промышленного, а бортовое содержание не меньше минимального промышленного, так как ООН определила объем не в горной массе, а в объеме металлов.

3. Селективную выемку наиболее рационально осуществлять на участках, где имеет место значительная разница между характеристиками рудного вещества (КМК) и субстрата (базальт), при этом выемочный орган должен прекращать выемку на границе более прочных пород при использовании муфт предельного момента.

Новизна исследований. Исследование взаимосвязей между параметрами границ полигонов на океанических месторождениях, лицензию на освоение запасов которых выдала ООН предприятию Российской Федерации, было проведено впервые, исходя из правовых особенностей эксплуатационной деятельности за границами действия национальной юрисдикции.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, подтверждается лабораторными экспериментами на образцах океанических пород и математической имитации технологических решений, а также анализом литературных источников по эксперименту В IE и других испытаний на гайотах.

Научное и практическое значение диссертаиии.

Научное значение работы состоит в формировании закономерности определения границ селективной выемки для оконтуривания залежи океанических металлоносных корок в пределах зон океана, на которых нет суверенных прав государств.

Практическое значение работы состоит в разработке конкретных предложений по механизму селективной выемки для добычи кобальтомарганцевых корок и геометризации их отложений, что использовалось при расчете кондиций на оконтуривание железомарганцевых корок.

Реализация работы. Предложенные в диссертации решения по селективной выемке на гайотах, должны быть использованы при составлении технико-экономического обоснования по известной программе.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты проведенных исследований докладывались автором и получили одобрение на семинарах «Неделя горняка» (Москва, 2005, 2006, 2007), на заседании Научно-технического Совета по горным наукам НЦ «МГГУ-ИПКОН» (2006г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 12 рисунков, таблиц 14 и список использованных источников из 72 наименований.

Заключение диссертации по теме «Технология освоения морских месторождений полезных ископаемых», Бачалова, Ирина Алексеевна

5. Результаты исследования позволяют рекомендовать оконтурить объект на гайоте №6 Магеллановых гор для геологоэкономической оценки с характеристиками по ресурсам 140 млн т. при содержании 0,74% условного кобальта и для передачи органу ООН объекта на гайоте № 4 с ресурсами 49млн.т при содержании 0,67%.

Заключение

В диссертационной работе на основании проведенных исследований дано решение актуальной научной задачи обоснования геометризации отложений дна океана для селективной добычи кобальтомарганцевых отложений на тихоокеанских гайотах, что позволяет оценить граничные характеристики ресурсов полигонов в международных водах.

По результатам работы лично автором сформулированы следующие основные выводы и рекомендации:

1. Проведенный анализ юридических особенностей освоения отложений дна океана за пределами континентального шельфа показывает, что ресурсы должны быть разведаны и приготовлены к освоению в объеме, позволяющем добывать ресурсы в пределах 20-летней квоты страны - первооткрывателя, которая определена в объеме оценки рынка.

2. В этих условиях контур ресурса геометризуется по изолинии наибольшего содержания условного металла на гайоте, но характеристика металла этой линии должна быть выше минимального содержания в единице объема, покрывающем все расходы по разведке, добыче и переработке руды.

3. Исходя из горногеологических и физикотехнических особенностей корковых образований на гайотах, ресурсы на гайотах должны быть геометризированы в зоне их отложений на субстратах типа базальта, что позволит отделять корковую руду селективно на контакте с субстратом.

4. Устройство по отделению корки от субстрата должно иметь в своей структуре элемент типа муфты предельного момента, который обеспечит остановку выемки на глубине при появлении сопротивления, превышающего физико-техническую характеристику корки. Это исключит разубоживание руды из-за превышения глубины выемки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бачалова, Ирина Алексеевна, 2008 год

1. Г.Н.Абрамович. Теория турбулентных струй Физматгиз - 1960.

2. Новые направления океанической добычи полезных ископаемых /Ю.В. Бубис, JI.H. Молочников, Д.В. Семенюк, А.В. Гришин, Б.К.Ширяев// Горный информационно-аналитический бюллетень 1997- № 4, с.22-26.

3. Перспективы создания добычного океанического комплекса. ЯО.В. Бубис, М.М. Задорнов, Б.К. Ширяев, А.В. Гришин, Д.В. Семенюк// Юбилейный межвузовский научный сборник 1998 - с. 176-184.

4. Перспективы создания добычного океанического комплекса /Ю.В. Бубис, А.В. Гришин, Д.В. Семенюк М.М. Задорнов, Б.К. Ширяев// Горный вестник- 1999 № 1, с.20-25.

5. Бубис Ю.В., Кафидов Н.Г., Оздоева Б.М., Нарышкина О.А., Полякова И.П. Исследования изменений геоэкологической обстановки при грунтозаборе в зоне подводной добычи полиметаллических конкреций.//Горный журнал. -М.: №1.2006. с. 42-46.

6. Коваленко B.C., Полякова И.А. Способы добычи кобальтоносных корок./Ютдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. М.: №5.2007. 9с.

7. Терентьев В.Б., Бубис Ю.В., Полякова И.А. Результаты эксперимента на полигоне «BENTHIC IMPACT EXPERIMENT».//Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. -М.: №5.2007. 9с.

8. А.И. Воротынцева Способы добычи кобальтоносных корок. Горный информационно-аналитический бюллетень — 2003 № 3, 10 стр.

9. А.И. Воротынцева Железомарганцевые конкреции и кобальтоносные корки. Добыча их и перевозка. Горный информационно-аналитический бюллетень 2003- № 11,9 стр.

10. Техно логические комплексы для разработки глубоководных ресурсов морского дна /В.Р.Гюльмисаров, Б.К.Ширяев// М. ВНТИ Центр 1988 -128 стр.

11. В.Б.Добрецов. Освоение минеральных ресурсов шельфа Недра JI. -1980.

12. Доклад группы технических экспертов Генеральному комитету Подготовительной комиссии для Международного органа по морскому дну и Международного трибунала по морскому праву, LJS/PSN/BUR/R/32 от 1 февраля 1994 года.

13. Ю.Б.Казмин, И.Ф.Глумов, О.Д.Корсаков, В.А.Кулындышев, И.И.Филипенко. Принципы подсчета прогнозных ресурсов и запасов полиметаллических конкреций Мирового океана Мингео СССР, Геленджик 1988- 104 с.

14. И.И.Краковский. Исследование оптимальных характеристик гидравлических траншейных землесосов журнал «Речной транспорт» -1967-№ 1.

15. Морское право. Соглашение об осуществлении Части XI Конвенции Организации Объединенных Наций по морскому праву от 10 декабря 1982 года. // Генеральная Ассамблея ООН, сорок восьмая сессия, A/48/L.60, 22.06.94 23 стр.

16. Морское право. Правила поиска и разведки полиметаллических конкреций (Горный устав), Международный орган по морскому дну -2000-ISBA/6/C/8.

17. Морское право. Официальный текст Конвенция ООН по морскому праву с приложениями и предметным указателем. Заключительный акт третьей Конференции ООН по морскому дну. Вводная часть, относящаяся к Конвенции и Конференции. // Нью-Йорк, ООН 1984 -316 стр.

18. Конвенция Организации Объединенных Наций по морскому праву 1982 г. //СЗРФ. 1997.

19. Г.А.Нурок, З.И.Агаева. Вопросы теории гидромониторной струи и гидравлического разрушения пород Москва - 1968.

20. Г.А.Нурок. Технология и проектирование гидромеханизации горных пород -НедраМ. 1965.

21. Параметры потока при эрлифтном подъеме Shigen - 1992 - v.4, п. 1122.33.

22. П.П.Пухов. Расчет основных размеров щелевидных сосуновых27. наконечников речных траншейных землесосов. Труды ГИИВТа «Проектирование и эксплуатация речных землесосов» вып.66 - 1965.

23. К. А.Пятницкий. Направления повышения производительности морских106землесосных снарядов. М — 1967.

24. К.А.Пятницкий. Вопросы совершенствования гидромеханизации горных и строительных работ. М 1967.

25. В.В.Ржевский, Г.А.Нурок, Ю.В.Бруякина, Ю.В.Бубис, Л.И.Молочников, К.ВЛблоков. Добыча полезных ископаемых со дна озер, морей и океанов Недра М. - 1980.

26. Г.Н.Сизов. Струйные установки и их применение на речном32.транспорте Транспорт, М. - 1967.

27. А.П.Уваров. Исследование работы самоотвозного землесоса труды Союзморниипроекта М. - 1962 - №2.

28. Анализ деятельности потенциальных заявителей и первоначальных вкладчиков по созданию технических средств добычи полиметаллических конкреций /Б.К. Ширяев// Щецин, РП, Интерокеанметалл 1992 - 42 стр.

29. Определение оптимальных технико-технологических показателей комплекса технических средств добычи ЖМО по результатам проектных проработок /Б.К.Ширяев, П.В. Елшанский, А.Н. Костюк, М.М. Задорнов// ТАОЗТ «Океангеоресурсы» 1996 - 170 стр.

30. Б.М.Шкундин. Землесосные снаряды Энергия М. - 1973.

31. Эскизный проект судна проекта 10901.// ЦКБ «Восток» 1984 - 4 тома.

32. Н.Amman, H.Oebius. Soft Ocean Mining - 23th OTC, Houston - 1991469-480.

33. H.Amann, H.Beiersdorf. The Environmental Impact of Deep Sea Mining42.25th OTC, Houston 1993 - 213-231/

34. Bagger unter Duck. Bild der Wissenschaft - 1992 - n. 12 - 8. S.Berge, J.M.Markusen. Environmental Consequences of Deep Seabed

35. Mining The Fridtjof Nansen Institute - 1991.

36. Deutsh — chinesishe Meeresprojekte Hansa— 1987 - 124, n.12.

37. G.(\tqnapahtv, S.Panda. Nonlinear analysis of pipe string for deep sea mining 21 th OTC, Houston - 1989, 633-640.

38. M.Gruiclcshank. Ocean Mining: for a future, a good Sea Technology -1991-v.32,n.l.

39. M.Gruickshank. Ocean Mining: Research need strengthening Sea Technology- 1992-v.33,n.l.

40. M.Gruickshank. Licensed Companies lead few exploration activities- Sea Technology- 1992-v.33,n.2.

41. International Advisory Conference on Deep Seabed Mining Policy Seoul

42. V.Kesava. Exploring the seas the National Institute of Oceanography's venture - Current Science - 1990 - v.59, n.5 - 246-252.

43. M.Lauson. Mining 40000 leagues under the sea, Australian Mining 1990 -v.82-12.53 .J.-P. Lenoble. New Scenarios of the World Metal Markets and the Eventual 54.Contribution from Deep Sea Mining 25th OTC, Houston - 1993 - 197

44. Liao Y. Multi-purpose Acoustic System Aids Manganese Nodule

45. Exploration Sea Technology - 1988 - v.29, n.3 - 33-36.

46. Longshui Kie. Deep sea Mining in China 25th OTC, Houston — 1993

47. C.Morgan, N.Odunton, A.Jones. Deep Seabed Mining Marine

48. Georesources and Geotechnology 1999 - 307-356.

49. G.Mukherji. An Innovation in the Ocean Mining transportation system. 20th 61.OTC, Houston 1988 - 464-468.

50. National Institute of Oceanography, Annual report- 1989-1990.

51. H.Nobuo, M.Tadashi. Цифровое моделирование характеристик подъема64.воды Сигэн то содзфй - 1989 - т. 105, раздел 44 - 25-31. 65.Ocean Resources - Shigen - 1990 - v.2, n.8 - 34-43.

52. T.Saito, F.Kiyono. Fundamental Study in measuring method for particle67.behavior of solid-fluid two phase flow in pipe Sigen - 1990 - v.2, n.8

53. T.Saito. Dimensionless flow characteristics on air- lift pump Shigen -1991-v.3,nl2-15-25.

54. T.Saito. Flow characteristics air- lift pump Shigen - 1991-V.3, nl2-l-14.

55. M.Sudhakar. Ore Grade Manganese Nodules from the Central Indian Basin: evaluation Marine Mining - 1989 - v.8, n.2 - 201-214.

56. R.Sharma, B.Nath. Selection of Test and Reference Areas for the Indian

57. Deepsea Environment Experiment (INDEX) Marine Georesources and Geotechnology - 2000 -177-187.1994.202.233.239.13.29.