Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Разработка подводных шельфов

..pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
10.19 Mб
Скачать

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Н.А. Литвиновская

РАЗРАБОТКА ПОДВОДНЫХ ШЕЛЬФОВ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Пермь 2011

УДК 622.831.322 Л64

Рецензенты:

Литвиновская, Н.А.

Л64 Разработка подводных шельфов: учеб. пособие / Н.А. Литвиновская. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2011. – 80 с.

ISBN 978-5-398-00730-5

Приводятся общие сведения о месторождениях твердых полезных ископаемых шельфовой зоны. Рассмотрены способы вскрытия и подготовки горной массы к выемке, различные системы разработки и отвалообразования в подводных карьерах, средства добычи полезных ископаемых со дна морей, озер и рек.

Отдельно рассмотрены способы подземной добычи полезных ископаемых, залегающих под дном морей и океанов, способы извлечения полезных ископаемых из воды, а также отраслевые правила безопасности и способы охраны окружающей среды при разработке полезных ископаемых шельфовой зоны.

Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Разработка месторождений полезных ископаемых» и «Физические процессы горного производства».

 

УДК 622.831.322

ISBN 978-5-398-00730-5

© ПНИПУ, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ............................................................................................................

4

 

 

Модуль I

 

1.

Минеральные ресурсы российского шельфа..............................................

9

 

 

1.1. Россыпные месторождения..................................................................

9

 

 

1.2. Коренные месторождения..................................................................

14

 

 

1.3. Прочие полезные ископаемые...........................................................

15

2.

Подготовка горной массы к выемке..........................................................

16

3.

Вскрытие подводных выемочных полей..................................................

23

4.

Системы открытой подводной разработки

 

 

 

месторождений полезных ископаемых....................................................

25

5.

Выбор местоположения подводных отвалов...........................................

28

 

 

Модуль II

 

6.

Технические средства добычи твердых полезных

 

 

ископаемых со дна морей и океанов........................................................

34

7.

Надводные и выносные из воды морские земснаряды............................

41

8.

Подводные земснаряды..............................................................................

44

9.

Подводные экскаваторы.............................................................................

48

10.

Черпаковые снаряды.................................................................................

49

11.

Подводные бульдозеры............................................................................

51

12.

Драги..........................................................................................................

52

 

 

Модуль 3

 

13.

Извлечение полезных ископаемых из воды ..........................................

56

14.

Подземная разработка месторождений

 

 

полезных ископаемых недр шельфа.........................................................

66

15.

Охрана окружающей среды при разработке

 

 

месторождений полезных ископаемых шельфа......................................

69

16.

Отраслевые правила безопасности..........................................................

73

Введение

Континентальный шельф (шельф) – пологая, наклонная часть под-

водной окраины континента, простирающаяся от кромки берега до континентального склона, уходящая в море до глубин около 200 м. Континентальный шельф может быть совсем узким, как, например, на западном побережье Южной Америки, а может достигать ширины 150 км, как в Северном море и вокруг Британских островов. В мелких водах содержится богатый запас пищи для рыб, и потому основными районами добычи рыбы в мире являются именно континентальные шельфы. Внекоторых районах континентального шельфа, например в Северном море и в Мексиканском заливе, производится добыча нефти и природного газа.

Под континентальным шельфом понимают участки дна, непосредственно прилегающие к кромкам массивов суши. Континентальные шельфы бывают различными по типу. В некоторых районах Северной Америки, например в Калифорнии, шельф (рис. 1, а) имеет глубокие ложбины, возможно, образованные некогда за счет эрозионного действия рек до того, как эта часть суши оказалась под водой, либо наносов, созданных течениями. Из устьев основных рек часто поступают ил и осадки, которые заполняют эти ложбины. В других районах Северной Америки и в Европе шельфы имеют слабоволнистый рельеф (рис. 1, б), часто с песчаными гребнями и барьерами. В высоких широтах плавучие льды выглаживают поверхность шельфа (рис. 1, в), а в тропических морях гладкий шельф может быть обрамлен коралловым барьером, наподобие Большого барьерного рифа у берегов восточной Австралии (рис. 1, г), который служит вместо плотины, отгораживающей мелководную лагуну. Имеются также шельфы, которые начинаются с постепенного наклона, а затем резко обрываются. Это может объясняться наличием сильных течений, направленных от берега, которые вымывают осадочные отложения (рис. 1, д). Континентальный шельф может также подвергнуться образованию складчатости (рис. 1, е), которая искажает исходное строение шельфа.

По сравнению с объемом добычи морской нефти и газа объем добычи твердых морских полезных ископаемых менее значителен и в среднем составляет всего несколько процентов мировой добычи на суше. Однако для различных видов сырья эта величина колеблется в широких пределах, что объясняется, в частности, степенью доступности подводного сырья (подводных залежей) для разработки. Так, продукция морских россыпей уже

4

сейчас составляет

около

 

30 % добычи из «сухо-

 

путных» россыпей. Ис-

 

тощение

«сухопутных»

 

месторождений

вызвало

 

в последние

годы

повы-

 

шенный интерес к добыче

 

морских

полезных

иско-

 

паемых и привело к со-

 

вершенствованию приме-

 

няемых

для

этой

 

цели

 

технических средств. Раз-

 

работка минеральных за-

 

пасов шельфа и дна Ми-

 

рового

океана

проводи-

 

лась еще в древние вре-

 

мена. Так, в III в. до н. э.

 

с глубины 4 м у о. Халка

 

ныряльщики

 

добывали

 

медную руду.

 

 

 

 

Даже сейчас

лишь

 

очень малая часть полез-

 

ных ископаемых добыва-

 

ется

на

дне

Мирового

 

океана. Среди стран, раз-

 

рабатывающих или разра-

 

батывавших

твердые

по-

 

лезные

ископаемые

из

 

россыпей шельфа,

можно

 

выделить Австралию, Ар-

 

гентину, ЮАР, Бразилию,

 

Германию, Египет, Ин-

 

дию, Индонезию, Ислан-

Рис. 1. Виды

дию,

Канаду, Новую Зе-

ландию,

США,

Японию

континентального шельфа

 

и Россию.

По месту нахождения полезные ископаемые Мирового океана принято делить на три группы:

5

6

Рис. 2. Разведанные месторождения полезных ископаемых

1)растворенные в морской воде;

2)морского дна (залегающие на поверхности);

3)недр (залегающие в коренных породах дна).

Практически все элементы, известные на суше, содержатся в морской воде. Концентрация элементов по глубине, а также в различных частях Мирового океана неодинакова. Наиболее часто в воде встречаются натрий, хлор, магний, кальций, калий, бор, бром, сера.

Недра Мирового океана исследованы чрезвычайно слабо. Можно говорить о присутствии в них нефти, природного газа, угля, барита и серы.

Рыхлые полезные ископаемые морского дна геологи обычно делят на группы по технологическим признакам, которые влияют на выбор способа разработки:

1)россыпи (ильменит, рулит, циркон, монацит, касситерит, магнетит, титаномагнетит, золото, платина, серебро, хромит, алмазы, танталониобаты);

2)конкреции (фосфоритовые и железо-марганцевые конкреции, желе- зо-никелевые окаты);

3)океанические глины (красная глина);

4)илы (металлоносные, кремнистые и известковые илы).

Более 70 % осадков морского дна являются неуплотненными горными породами, т.е. такими, которые будут добываться с наименьшими затратами. Это наиболее серьезная отличительная черта полезных ископаемых дна Мирового океана по сравнению с материковыми. Решающее значение для добычи полезных ископаемых россыпи шельфа будет иметь плотность полезного ископаемого, пустой породы и вмещающей среды (воды), табл. 1.

 

 

 

Таблица 1

Классификация полезных ископаемых дна

Мирового океана по плотности

 

 

 

 

Полезные ископаемые

Плотность, г/см3

полезного ископаемого

 

пустой породы

 

 

 

Легкие

 

 

Янтарь

1,05–1,1

 

2,65

Железистые конкреции

1,6–2,5

 

2,7

Марганцевые конкреции

1,6–2,5

 

2,7–3,0

 

Средние

 

 

Алмазы

3,47–3,56

 

2,65

Рутил

2,3–4,2

 

2,6

 

7

 

 

 

 

Окончание табл. 1

Полезные ископаемые

Плотность, г/см3

полезного ископаемого

 

пустой породы

 

 

 

Тяжелые

 

 

Циркон

4,6–4,7

 

2,4–3,0

Ильменит

4,9–5,2

 

2,5–2,8

Магнетит

4,9–5,2

 

2,5–2,8

Титаномагнетит

4,9–5,2

 

2,5–2,8

Монацит

4,9–5,2

 

2,5–2,6

Касситерит

6,8–7,0

 

2,5–2,6

Серебро

10,1–11,1

 

2,6

Золото

15,6–18,3

 

2,5–2,8

Платина

15,0–19,0

 

2,5–2,8

Наиболее распространены в зоне пляжей и шельфа месторождения тяжелых металлов – ильменита, рутила, циркона, монацита, магнетита, титаномагнетита, касситерита. Реже встречаются платина, золото, хромит, вольфрамит, соли ванадия, танталит, самарскит, фергусонит, ксенотим, силлиманит, магнезит. Из других полезных ископаемых, обнаруженных на шельфе, можно отметить алмазы, залежи полудрагоценных камней, фосфоритовые и баритовые конкреции. Широко распространены залежи строительных материалов: кварцевые пески, ракушка, ракушечные пески, галька, гравий.

На рис. 2 представлена карта разведанных месторождений полезных ископаемых.

8

МОДУЛЬ I

1. Минеральные ресурсы российского шельфа

Для России наиболее интересны и перспективны шельфовые зоны арктических и дальневосточных морей. Основной интерес для изучения и освоения сегодня представляют ресурсы углеводородов. Вместе с тем в мине- рально-сырьевом потенциале шельфовых зон существенную долю составляют твердые полезные ископаемые россыпных (на прибрежной суше и акватории) и коренных (на островах внутри шельфовых бассейнов) месторождений (рис. 3), ресурсная база которых была сформирована в результате проведенных в70–80-х гг. прошлого века геолого-разведочных работ.

1.1. Россыпные месторождения

Среди полезных ископаемых россыпных месторождений шельфовых зон наибольший интерес представляют золото и олово (касситерит).

Золото. Преобладающая часть запасов и прогнозных ресурсов россыпного золота шельфовых зон сосредоточена в пределах арктических шельфовых зон. Потенциал золотоносности связан главным образом с Тай- мыро-Североземельской золотороссыпной провинцией, охватывающей архипелаг Северная Земля и северную часть п-ова Таймыр. В основном золотороссыпном районе провинции – о-ве Большевик – оконтурены пять золотоносных узлов с 28 россыпями, из которых пять разведаны (средние и мелкие месторождения). Россыпи преимущественно приповерхностные, аллювиальные с содержанием золота от 1,0–1,5 до 2,5–3,5 г/м3. Суммарные запасы золота составляют здесь 61,3 % запасов всех шельфовых зон России, прогнозные ресурсы категорий P1 и Р2 – соответственно 54,1 и 27,7 % (здесь и далее цифры по золоту приводятся без учета разведанных и в основном отработанных объектов Рывеемского узла на Приморской низменности).

На побережье п-ова Челюскин и дне пролива Вилькицкого (Челюскинский золотороссыпной район) выявлены три золотоносных узла с россыпями широкого возрастного диапазона (от эоцена – миоцена до голоцена), как правило, погребенными; мощность торфов изменяется от первых метров до 20–25 м; содержание золота – от 0,7–0,8 до 1,5–2,0 г/м3. Главные геолого-промышленные типы россыпей – долинный аллювиальный (64 % ресурсов), депрессионный полигенный (24 %) и прибрежно-морской (11 %). Прогнозные ресурсы золота категорий P1 и Р2 составляют 19,5 и 6,7 % суммарных ресурсов соответствующих категорий всех шельфовых зон.

9

10

Рис. 3. Месторождения полезных ископаемых российского шельфа: – коренные месторождения: 1 – Павловский (свинец, цинк); 2 – Рогачевско-Тайнинский (марганец); 3 – Сульменевский (марганец); – россыпные месторождения: 1 – о-ва Большевик (золото); 2 – Челюскинский (золото); 3 – Ляховский (олово);

4 – Чокурдахско-Святоносский (олово); 5 – Чоукско-Киберовский (олово); 6 – Волькарайский (золото, олово); 7 – Карагинский (минералы титана, и железа); 8 – Восточнокамчатский (минералы титана и железа);

9 – Большерецкий (а – золото, б – минералы титана и железа); 10 – Джугджурский (золото); 11 – Пришантарский (платина, золото); 12 – Восточноприморский (минералы титана, железа, циркония,

редкоземельных элементов); 13 – Курильский (минералы титана и железа); 14 – Южноприморский (золото, минералы титана, железа, циркония, редкоземельных элементов)

Соседние файлы в папке книги