Современное состояние освоения минеральных ресурсов Мирового океана
оборудование и технологии для подводной добычи полезных ископаемых

В настоящее время на освоение минеральных ресурсов Мирового океана направлены усилия подавляющего большинства промышленно развитых стран. Эти усилия тем интенсивнее, чем отчетливее понимание того, что запасы полезных ископаемых суши в значительной степени истощены и назрела необходимость вовлечения в сферу общественного производства ресурсов океанского дна, в первую очередь месторождений шельфа как наиболее доступных.

О масштабах этих ресурсов убедительно говорят следующие примеры. При запасах морских песков, оцениваемых триллионами тонн, ежегодная мировая добыча составляет всего лишь около 1 млрд т год. При ежегодном мировом потреблении известняков суши около 200 млн т за тот же период на дно океана осаждается 1,5 млрд т известковых илов, а их суммарные запасы составляют 1016 т. Скопления ценных минералов в россыпях береговой зоны составляют миллиарды тонн. Причем основную часть их обработки – дробление, растирание, концентрацию – «берет» на себя сама природа.

Самыми «главными» полезными ископаемыми шельфа сегодня являются нефть и газ. Следующее по значению – сырье для производства строительных материалов, добываемое ныне в огромных количествах. Объем добычи строительных материалов со дна морей составляет по некоторым оценкам не менее 45% от суммарных объемов подводной добычи полезных ископаемых. Так, к концу столетия вне пределов земной тверди ежегодно добывалось: в США около 500 млн т, в Великобритании – 200 млн т, в Японии – 70 млн т строительных материалов. В 80-х годах XX века ежегодная добыча стройматериалов из подводных месторождений в СССР достигала 20 млн т. 90% песка, добываемого в южных областях Украины (Одесская, Николаевская, Херсонская) и АР Крым для строительных целей, извлекается из-под воды путем освоения месторождений, расположенных на шельфе Черного и Азовского морей, в р. Днепр и Южный Буг, в обводненных карьерах вблизи рек.

Если учесть, что ресурсы стройматериалов на суше, особенно в промышленно развитых странах, нередко близки к истощению, то будет ясна роль морских месторождений стройматериалов в настоящее время и в ближайшем будущем.

Практически все страны с морским (а, особенно, с океанским побережьем) располагают шельфовыми месторождениями россыпных полезных ископаемых (РПИ). Особенно значительны запасы этого сырья в шельфовой зоне, примыкающей к границам таких государств как США, Канада, Япония, Великобритания, Австралия, Индонезия, Бразилия, Россия. Компании развитых в промышленном отношении стран давно и успешно ведут разработку месторождений РПИ не только у себя «дома», но и на территории стран, не имеющих своего технологического оборудования. В ряде государств подводные горные работы ведутся не один десяток лет и имеют весьма большой удельный вес в общем объеме добычных работ. Например, в годы второй мировой войны узкая полоса магнетитовых береговых россыпей обеспечивала сырьем металлургические заводы Японии. Зерна магнетита были очищены морем до такой степени, что песок был пригоден для выплавки стали, минуя стадию получения чугуна. Сейчас ведутся разработки железоносных песков из россыпи на дне Токийского залива у о. Хонсю и на дне залива Ариаке. На берегах Новой Зеландии похожие россыпи, занимающие помимо пляжа обширное мелководье, полностью обеспечивают настоящие потребности страны в стали. В Шри-Ланке добыча рутила, циркона, ильменита после их добычи возобновляется на одних и тех же местах раз в три года. США почти полностью удовлетворяют потребность промышленности в цирконе за счет подводной разработки россыпей Северной Америки, приуроченных к пляжевым и шельфовым образованиям. Из этих же россыпей добывается 50% ильменита, используемого промышленностью страны. С 1935 г. в США производится подводная добыча платины, причем со дна моря добывают более 90% этого металла. Обширные работы по разработке морских россыпей ведутся в Австралии. Россыпи содержат в большом количестве циркон, рутил, ильменит, монацит. В районе п-ва Корнуолл открыта первая в Европе касситеритовая подводная россыпь, расположенная на глубине 20–30 м. В настоящее время ведется ее разработка. В последние годы в России россыпи дают примерно 70% всей добычи золота. Причем основная часть это россыпи, отрабатываемые гидравлическим способом при помощи драг.
Земснаряд для добычи песчано-гравийных материалов с установкой для обогащения НСМ проекта 81390 (производство ОАО НПО ‘Судоремонт’, г. Нижний Новгород)

Земснаряд для добычи песчано-гравийных материалов производительностью 800–1000 м3/ч с установкой для обогащения НСМ проекта 81390 (производство ОАО НПО «Судоремонт», г. Нижний Новгород)

При современном состоянии техники и технологии подводная добыча полезных ископаемых в ряде случаев, может быть более экономичной, по сравнению с материковой. Исключение из технологического цикла буровзрывных работ, нескольких стадий дробления и некоторых других вспомогательных операций снижает себестоимость добываемых полезных ископаемых. Естественно, любое сравнение корректно при анализе конкретных горно-технических и горно-экологических условий. Но, например, многолетний опыт разработки месторождений ильменит-рутил-цирконовых песков в Австралии показал, что при гидравлической подводной добыче себестоимость получаемых концентратов в 4–6 раз ниже, чем при освоении месторождения россыпных полезных ископаемых на суше.

История развития техники для производства подводных горных работ

Появление и развитие земснарядов изначально было обусловлено необходимостью ведения гидротехнических работ. Плавучая землеройная машина с ручным приводом создана механиком Буанаюто Лорини в 1590 году в Венеции. Изобретенный им двухчелюстной грейфер, претерпев лишь небольшие изменения в конструкции, вот уже полтысячелетия продолжает служить в качестве важнейшего узла грейферного снаряда.

В России технику для производства подводных добычных работ применяют начиная с XVII века, когда ручными одночерпаковыми драгами выполнялись старательские работы на уральских и сибирских реках. Такая конструкция явилась прообразом современного штангового снаряда.

В 1718 году французским инженером де ля Бальмом разработана более сложная конструкция с двумя ковшами, приводимая в действие с помощью двух установленных на понтоне ступальных колес, движимых 16 рабочими. Впоследствии новинку великолепно справлявшуюся с тяжелым илом, наносами и каменными включениями строили и применяли повсеместно, включая Россию.

В том же 1718 г. в Голландии изобретен первый многочерпаковый плавучий снаряд с ручным приводом. В 1781 г. в Англии изготовлены первые землечерпалки с конным приводом. В 1796 г. в качестве привода многочерпакового снаряда была установлена паровая машина Уатта мощность 4 л. с. В России впервые паровой многочерпаковый снаряд был изготовлен на Ижорском заводе в 1811 г. Всасывание пульпы, т. е. смеси воды и добываемого грунта, впервые было осуществлено в 1859 г. во Франции во время дноуглубительных работ в порту Сен Назер. На р. Волге землесосы появились уже в 1874 г.

В 19-м веке земснаряды стали создаваться достаточно активно. Появились и достаточно быстро сформировались основные типы земснарядов, принципиально практически не изменившиеся и до наших дней. Приводом для исполнительных органов этих снарядов первоначально служили паровые машины, потом двигатели внутреннего сгорания и электродвигатели.