一種海洋礦產(chǎn)資源開采裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種海洋礦產(chǎn)資源開采裝置。針對(duì)現(xiàn)有海底采礦車加管道水力提升開采系統(tǒng)目前存在的技術(shù)難點(diǎn)，所述開采裝置包括水面采礦船，提升管，提升電泵站，軟管，礦物破碎機(jī)構(gòu)，采礦機(jī)構(gòu)；所述采礦機(jī)構(gòu)上裝有多個(gè)擾動(dòng)射流噴嘴、多個(gè)上升射流噴嘴和與所述礦物破碎機(jī)構(gòu)的進(jìn)料口連通的導(dǎo)流管；所述提升管、提升電泵站、軟管、礦物破碎機(jī)構(gòu)和導(dǎo)流管依次串聯(lián)形成礦漿提升通道，所述軟管固定在一潛游ROV上，該潛游ROV通過連接裝置與所述采礦機(jī)構(gòu)相連。本實(shí)用新型不受海底復(fù)雜地形和坡度的限制，避免了海底采礦車底盤在沉積層上的打滑、沉陷，將大大降低礦物采集對(duì)海底沉積物的擾動(dòng)；亦解決了采礦機(jī)構(gòu)離地高度難以控制的問題。
【專利說明】一種海洋礦產(chǎn)資源開采裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及海洋礦產(chǎn)資源開采裝備領(lǐng)域，具體為一種海洋礦產(chǎn)資源開采裝置，用于采集深海底礦物，并將海底礦物輸送至水面采礦船上。
技術(shù)背景
[0002]海洋礦產(chǎn)資源開采作為21世紀(jì)最有前景的新興產(chǎn)業(yè)，為世界各國(guó)所普遍重視。占地球表面49%的國(guó)際海底區(qū)域蘊(yùn)藏著錳結(jié)核、富鈷結(jié)殼、熱液硫化物、多金屬軟泥等豐富的金屬礦產(chǎn)資源，是地球上尚未被人類充分認(rèn)識(shí)和利用的最大的潛在戰(zhàn)略資源基地，其開采方法引起各國(guó)高度重視和極大研究熱情，目前國(guó)內(nèi)外已進(jìn)行了連續(xù)繩斗開采系統(tǒng)、自動(dòng)穿梭采礦車開采系統(tǒng)、海底采礦車加管道提升開采系統(tǒng)三種采礦方法的研究開發(fā)。
[0003]連續(xù)繩斗采礦系統(tǒng)的原理是在一根纜索上每隔25至50米吊掛一個(gè)鏈斗，通過采礦船船首和船尾(單船式)或兩條船上(雙船式)安裝的纜索導(dǎo)引輪形成無(wú)極循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，鏈斗從海底將結(jié)核鏟起并提升到海面，其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單、維修方便、投資小，但存在采礦效率和資源回收率低，要求海底地形平坦、纜繩容易纏繞等問題。
[0004]自動(dòng)穿梭采礦車開采系統(tǒng)的采礦車靠自身重量和壓艙物下潛，壓艙物存放在結(jié)核存儲(chǔ)艙內(nèi)，當(dāng)采礦車到達(dá)海底后，采礦車?yán)冒⒒椎侣菪七M(jìn)器在海底行走，一邊排出壓艙物一邊采集等效重量的結(jié)核，當(dāng)最后一塊壓艙物被排出，儲(chǔ)艙裝滿結(jié)核時(shí)，采礦作業(yè)結(jié)束，采礦車在潛浮推進(jìn)器的推動(dòng)下返回海面進(jìn)入半潛式水下平臺(tái)卸礦，然后重新裝上壓艙物再下潛入海底，如此往復(fù)循環(huán)實(shí)現(xiàn)海底結(jié)核的開采，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備獨(dú)立、靈活性好，單臺(tái)設(shè)備故障對(duì)開采系統(tǒng)影響不大；缺點(diǎn)是采礦過程間斷性作業(yè)、潛浮輔助時(shí)間長(zhǎng)、單機(jī)生產(chǎn)力低，需要高性能的蓄電池，需要用壓艙物置換結(jié)核，采礦車制造工藝和遙控技術(shù)要求高，造價(jià)昂貴。
[0005]海底采礦車加管道水力提升開采系統(tǒng)由主要由海底采礦車、中間艙和由提升管道與提升電泵組成的水力提升系統(tǒng)組成，采礦車采集的海底礦石，通過提升管道由提升電泵將礦石從海底提升到水面采礦船上，該開采系統(tǒng)中海底采礦車又分為海底拖曳式采礦車和海底自行式采礦車。海底拖曳式采礦車一般采用滑板結(jié)構(gòu)，靠水面采礦船借助揚(yáng)礦管道拖曳在海底滑行，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和良好的抗沉降能力，但沒有避免海底障礙物和控制其滑移采集路線的能力，海底采礦效率低。
[0006]由于海底沉積物的承載能力低，目前海底自行式采礦車的行走機(jī)構(gòu)主要有漸開線履齒橡膠履帶式行走機(jī)構(gòu)和阿基米德螺旋線行走機(jī)構(gòu)。由于海底沉積物含水率高，極為松軟，為降低集礦機(jī)的接地比壓，履帶式行走機(jī)構(gòu)必須選用較寬的履帶來(lái)提供足夠的支撐力，國(guó)內(nèi)外的試驗(yàn)研究結(jié)果均表明，履帶式行走集礦機(jī)存在打滑、轉(zhuǎn)彎半徑大、沉陷嚴(yán)重，甚至陷死在沉積物中，同時(shí)出現(xiàn)無(wú)法控制安裝在采礦車上的采礦機(jī)構(gòu)離底高度的問題而大大降低采礦機(jī)構(gòu)的采集效率。盡管阿基米德螺旋線行走機(jī)構(gòu)行走平穩(wěn)，但仍存在轉(zhuǎn)彎半徑大、容易打滑和對(duì)海底擾動(dòng)大的缺點(diǎn)。因此現(xiàn)研制的海底自行式采礦車均沒有解決好海底行走機(jī)構(gòu)的問題。實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]針對(duì)現(xiàn)有海底采礦車加管道水力提升開采系統(tǒng)目前存在的技術(shù)難點(diǎn)，本實(shí)用新型旨在提供一種海洋礦產(chǎn)資源開采裝置，采用潛游ROV (Remotely Operated UnderwaterVehicle)型采礦車和提升管道與提升電泵組成海底礦產(chǎn)資源開采系統(tǒng)，其特點(diǎn)是綜合了海底拖曳式采礦車和海底自行式采礦車的優(yōu)點(diǎn)，不再受海底復(fù)雜地形和坡度的限制，避免了海底采礦車底盤在沉積層上的打滑、沉陷，將大大降低采礦對(duì)海底沉積物的擾動(dòng)；亦解決了采礦機(jī)構(gòu)離地高度難以控制的問題。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0009]一種海洋礦產(chǎn)資源開采裝置，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，包括水面采礦船，與水面采礦船聯(lián)接的提升管，串接在提升管下端的提升電泵站，聯(lián)接在提升電泵吸入端的軟管，與軟管的吸入端聯(lián)接的礦物料破碎機(jī)構(gòu)，鉸接在礦物破碎機(jī)構(gòu)上的采礦機(jī)構(gòu)；所述采礦機(jī)構(gòu)上裝有多個(gè)擾動(dòng)射流噴嘴、多個(gè)上升射流噴嘴和與所述礦物破碎機(jī)構(gòu)的進(jìn)料口連通的導(dǎo)流管；所述提升管、提升電泵站、軟管、礦物破碎機(jī)構(gòu)和導(dǎo)流管依次串聯(lián)形成礦漿提升通道，所述導(dǎo)流管的進(jìn)料口朝向海底以吸取海底礦物；所述軟管固定在一潛游ROV上，該潛游ROV通過連接裝置與所述采礦機(jī)構(gòu)相連。
[0010]以下為本實(shí)用新型優(yōu)選的技術(shù)方案:
[0011]進(jìn)一步地，所述潛游ROV上裝有側(cè)向推力器、垂向推力器、尾部推力器和測(cè)定潛游ROV相對(duì)于水面船空間位置的ROV測(cè)控系統(tǒng)；所述潛游ROV通過鉸接式柔性鋼架與所述采礦機(jī)構(gòu)相連；所述潛游ROV距離海底高度為4nTl0m。由此，帶有側(cè)向、垂向和尾部推力器的潛游ROV可在離海底一定高度的工作面拖曳海底采礦裝置在海底沉積物表面滑行。同時(shí)，由潛游ROV上的測(cè)控系統(tǒng)測(cè)定潛游ROV相對(duì)于水面船的空間位置，控制ROV在采礦船允許的范圍內(nèi)潛游，拖曳采礦裝置按照采礦模式與路線在海底滑移采礦，協(xié)調(diào)采礦船、潛游ROV和海底采礦裝置的和諧運(yùn)動(dòng)。
[0012]所述采礦機(jī)構(gòu)包括海底滑體，裝在海底滑體上的射流水泵和液壓站；所述射流水泵分別與所述擾動(dòng)射流噴嘴、上升射流噴嘴相連。
[0013]所述提升管包括上部提升鋼管和串接在上部提升鋼管底端的下部提升鋼管；所述提升電泵站包括上部多級(jí)提升電泵和串接在上部多級(jí)提升電泵底端的下部多級(jí)提升電泵；所述上部多級(jí)提升電泵串接在下部提升鋼管底端；所述提升電泵站距離海底高度為120nTl80m。由此，由兩臺(tái)可通過固體粗大顆粒的多級(jí)提升電泵組成的提升電泵站，離海底高度150米左右，并可對(duì)提升鋼管起到配重的作用。
[0014]為了調(diào)整導(dǎo)流管的角度和離地高度，便于更好地采集，所述采礦機(jī)構(gòu)與導(dǎo)流管之間連接有伸縮桿，更優(yōu)選為液壓支桿。
[0015]所述軟管上安裝有由浮力材料制成的浮體一；所述采礦機(jī)構(gòu)上裝有由浮力材料制成的浮體二。由此，所述提升軟管在適當(dāng)位置設(shè)置有浮力材料制成的浮體，浮力材料的適當(dāng)作用使軟管呈“S型”，以補(bǔ)償海底高度變化對(duì)提升電泵站離地高度變化的影響。
[0016]所述上部提升鋼管的出口處設(shè)置有在線測(cè)量管道提升流量的流量計(jì)。
[0017]所述下部提升鋼管的入口處設(shè)置有在線測(cè)量管道阻力損失的差壓計(jì)，由此，可通過該差壓計(jì)的測(cè)量結(jié)果，計(jì)算出提升管道中的礦石提升濃度。[0018]優(yōu)選地，所述礦物破碎機(jī)構(gòu)為齒輥破碎機(jī)構(gòu)。
[0019]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0020]如圖1所示，潛游ROV型采礦車由潛游ROV和拖曳式的海底采礦裝置組成，海底采礦裝置通過鉸接式柔性剛架與潛游ROV聯(lián)接，由潛游ROV拖曳海底采礦裝置按照海底采礦模式在海底表面滑行，控制采礦裝置的接地比壓，使其小于海底沉積物的承載能力，可確保采礦裝置在海底表面滑行不沉陷，從而保持采礦裝置的采礦機(jī)構(gòu)的離地高度恒定，使采礦機(jī)構(gòu)裝置獲得高的采礦效率。
[0021 ] 海底采礦裝置由海底滑體、采礦機(jī)構(gòu)和破碎機(jī)構(gòu)組成。
[0022]海底滑體呈流線型，通過鉸接式柔性剛架13由潛游ROV拖曳在海底滑行，滑體安裝有用于射流的水泵17、液壓站16和由浮力材料制成的浮體二 26等。
[0023]采礦機(jī)構(gòu)由入口為扁形出口收縮為圓形的導(dǎo)流管21、擾動(dòng)海底礦物的前排射流噴嘴23與后排射流噴嘴24、引導(dǎo)海底礦物上升運(yùn)動(dòng)的前排射流噴嘴22和后排射流噴嘴25組成，液壓支桿20可以調(diào)整采集機(jī)構(gòu)的離地高度和傾角。
[0024]破碎機(jī)構(gòu)主要由齒輥型破碎機(jī)構(gòu)18和相應(yīng)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成，通過鉸接19與導(dǎo)流管21聯(lián)接。
[0025]潛游ROV帶有的尾部推力器11、雙側(cè)側(cè)向推力器9、雙側(cè)垂向推力器10和觀測(cè)控制系統(tǒng)，以控制潛游ROV按照海底開采模式做合理的拖曳潛游運(yùn)動(dòng)。
[0026]提升軟管7將破碎機(jī)構(gòu)出口、經(jīng)過鉸接式柔性剛架13和潛游ROV與提升電泵站聯(lián)接，通過由浮力材料制成的浮體一 6的適當(dāng)作用將提升軟管的上部分形成“S”形狀，以補(bǔ)償海底地面高度對(duì)深海采礦系統(tǒng)的影響。
[0027]提升電泵站由兩臺(tái)可通過和停泵回流粗顆粒的多級(jí)電泵4和5首未連接組成，下部多級(jí)提升電泵5的吸入口與提升軟管聯(lián)接，提升軟管的下端吸入口固定在采破碎機(jī)構(gòu)的出口，電泵運(yùn)行時(shí)在吸入端產(chǎn)生吸力，采礦機(jī)構(gòu)水射流沖刷起的海底礦石經(jīng)過破碎后由吸入口吸入提升軟管。提升電泵站的另一重要作用就是安裝在提升鋼管的末端代替中間艙起到配重的作用。按照海底水深、礦物特性和提升管徑確定所需提升電泵的揚(yáng)程，可選用單臺(tái)或者兩臺(tái)六級(jí)或者八級(jí)深潛提升電泵。
[0028]下部提升鋼管3的下端入口與上部多級(jí)提升電泵4的出口聯(lián)接，上部提升鋼管2的上端出口通過水面采礦船I的深沉補(bǔ)償裝置與采礦船鉸接，海底礦石漿體通過提升電泵加壓后提升至采礦船上，提升鋼管承擔(dān)水下采礦系統(tǒng)的重量，由于用提升電泵站取代了中間艙，潛游ROV型采設(shè)計(jì)成具有一定的正浮力，而目前國(guó)內(nèi)外研究的落地式采礦車的水中重量為數(shù)十噸，因此本實(shí)用新型中提升鋼管需要承受的荷載大大減小。
[0029]為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道中的流量、管道阻力和濃度，在提升鋼管與采礦船的聯(lián)接的下方裝有流量計(jì)測(cè)量流量，在提升鋼管與提升電泵站聯(lián)接的上方裝有差壓計(jì)測(cè)量管道阻力和通過計(jì)算獲得提升濃度。
[0030]水下電纜沿提升鋼管和輸送軟管布置，為水下設(shè)備提供動(dòng)力。
[0031]本實(shí)用新型的工作原理是:按照海底開采模式，潛游ROV在海底一定高度的工作面上通過鉸接式柔性剛架拖曳海底采礦裝置在海底作有序的滑移運(yùn)動(dòng)。
[0032]通過采礦機(jī)構(gòu)前、后兩排傾斜擾動(dòng)射流將海底礦物松動(dòng)，海底礦石在射流形成的上升渦旋作用下離開海底上升一定高度并浮起，并繼續(xù)在前、后兩排上升射流的作用下通過導(dǎo)流管進(jìn)入破碎機(jī)構(gòu)。
[0033]海底礦石經(jīng)過破碎機(jī)構(gòu)破碎后由提升電泵從提升輸送軟管的入口吸入，經(jīng)提升軟管后通過提升電泵由提升鋼管提升至水面采礦船。
[0034]礦石固液兩相混合物在采礦船固液分離，分離水脫泥后經(jīng)排放管排入海洋一定深度的位置。
[0035]船面測(cè)控系統(tǒng)采集提升鋼管中的礦物石固液兩相混合物流量、壓力、濃度和阻力損失等參數(shù)并實(shí)現(xiàn)對(duì)固液兩相混合物在管道中流動(dòng)的控制。
[0036]本實(shí)用新型如同航空飛行器利用空氣流的升力和推力的作用在天空中飛行、陸地車輛利用地面承載力和摩擦力在地面行駛一樣，潛游ROV型采礦車借助海水的浮力和推力在離海底一定高度的位置潛游，充分利用深海作業(yè)環(huán)境的基本條件，徹底消除了海底復(fù)雜地形和復(fù)雜地質(zhì)條件對(duì)采礦車行駛性能的影響，從而極大提高了海底礦物采集的可靠性和效率。潛游ROV型采礦車設(shè)計(jì)成具有一定的正浮力，采礦機(jī)構(gòu)通過鉸接式柔性剛架聯(lián)接在潛游ROV型采礦車上，在離海底一定高度的作業(yè)面上由螺旋槳推力器推進(jìn)行走，并拖曳采礦裝置在海底表面滑移采礦。
[0037]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0038]I)本實(shí)用新型提出的海洋礦產(chǎn)資源開采新方法及其裝備具有簡(jiǎn)單合理、可靠性高、采礦效率高、不受海底復(fù)雜地形和復(fù)雜地質(zhì)條件影響以及對(duì)海底擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)、為錳結(jié)核、富鈷結(jié)殼、海底硫化物和多金屬軟泥等深海底礦物資源提供一種安全性好、環(huán)境友好的開采方法。
[0039]2)潛游ROV型采礦車綜合吸收了海底自行式采礦車和海底拖曳式采礦車的優(yōu)點(diǎn)，使海底采礦不再受海底復(fù)雜地形和坡度的限制，避免了海底采礦車底盤在沉積層上的打滑、沉陷的問題，并大大降低采集對(duì)海底沉積物的擾動(dòng)；亦解決了采礦機(jī)構(gòu)離地高度難以控制的問題。
[0040]3)用提升電泵站代替了目前國(guó)內(nèi)外研制的海洋采礦系統(tǒng)中的中間艙是非常合理的，大大減少了水下采礦系統(tǒng)的重量和開采系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，減小了提升鋼管所受的荷載。
[0041]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步闡述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1為潛游ROV型采礦車海洋采礦裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖2為圖1中潛游ROV的放大圖，
[0044]圖3為圖1中海底采礦裝置的放大圖；
[0045]圖4是圖3中擾流噴嘴和上升射流噴嘴的機(jī)構(gòu)示意圖。
[0046]在圖中:
[0047]1-水面采礦船；2-上部提升鋼管；3-下部提升鋼管；4-上部多級(jí)提升電泵；5-下部多級(jí)提升電泵；6-浮體一；7-提升軟管；8-潛游R0V; 9-側(cè)向推力器；10-垂向推力器；11-尾部推力器；12-R0V測(cè)控系統(tǒng)；13-鉸接式柔性剛架；14-水下電纜；15-海底滑體；16-液壓站；17-射流水泵； 18-齒輥型破碎機(jī)構(gòu)；19-鉸軸；20-伸縮桿；21_導(dǎo)流管；22-前排上升射流噴嘴；23_前排擾動(dòng)射流噴嘴；24-后排擾動(dòng)射流噴嘴；25_后前排上升射流噴嘴； 26-浮體二 ；27_海底礦物； 28-海底沉積物；29-排放管道。
【具體實(shí)施方式】
[0048]本實(shí)用新型的核心為深海礦物資源開采提供一種新方法及其裝置，包括礦物海底采集、破碎和將其從海底輸送至水面采礦船?！揪唧w實(shí)施方式】如下:
[0049]一種海洋礦產(chǎn)資源開采裝置，包括帶布放塔架的水面采礦船1，通過升沉補(bǔ)償裝置與水面采礦船I聯(lián)接的上部提升鋼管2，串接在下部提升鋼管3的多級(jí)提升電泵4、5組成提升電泵站，聯(lián)接在下部提升電泵吸入端的提升軟管7，與提升軟管7的吸入端聯(lián)接的齒輥型破碎機(jī)構(gòu)18，通過鉸接19與齒輥型破碎裝置18聯(lián)接的采礦機(jī)構(gòu)，采礦機(jī)構(gòu)由前排與后排擾動(dòng)射流噴嘴23，24、前排與后排上升射流噴嘴22，25、導(dǎo)流管21組成；其特征在于上述各部分聯(lián)接后，形成海底礦物水射流采集和礦物的管道提升通道；潛游ROV通過鉸接式柔性剛架13拖曳海底采礦裝置在海底沉積物表面滑行，按照采礦模式進(jìn)行海底采礦；海底采礦裝置由海底滑體15、采礦機(jī)構(gòu)和破碎裝置18組成；適當(dāng)位置固定由浮力材料制成的浮體一 6的提升軟管7起到補(bǔ)嘗海底表面高差變化的作用；由潛游ROV上的測(cè)控系統(tǒng)12測(cè)定潛游ROV相對(duì)于水面船的空間位置，潛游ROV在水面采礦船允許的范圍內(nèi)潛游，協(xié)調(diào)采礦船、潛游ROV和海底采礦裝置的和諧運(yùn)動(dòng)。
[0050]船面測(cè)控系統(tǒng)控制采礦系統(tǒng)的整個(gè)工作過程，包括提升電泵的正常啟動(dòng)，控制畫面上顯示采礦系統(tǒng)的啟動(dòng)步驟、工作過程中關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀況和提升管道中流動(dòng)參數(shù)的變化情況。
[0051]利用本實(shí)用新型的裝置對(duì)海洋礦產(chǎn)資源進(jìn)行開采的方法，如圖1所示，其工藝過程為:
[0052]I通過采礦船的布放塔架逐步布放水下采礦系統(tǒng)；
[0053]2當(dāng)海底采集裝置著底、采礦系統(tǒng)布放好后，按順序啟動(dòng)提升電泵4，5 ；
[0054]3當(dāng)提升鋼管中的流量達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)啟動(dòng)液壓站16和射流水泵17，開始海底采礦和破碎；
[0055]4潛游ROV根據(jù)控制要求按照海底開采模式拖曳采礦裝置在海底滑行；
[0056]5海底礦物27被前、后排擾動(dòng)射流擾動(dòng)、上升脫離海底，在前后上升射流的作用下沿導(dǎo)流管進(jìn)入破碎機(jī)構(gòu)；
[0057]6礦物破碎后進(jìn)入提升軟管的吸入端，在提升電泵的作用下經(jīng)過提升軟管和提升鋼管，海底礦物與海水混合物被輸送至水面采礦船；
[0058]7混合物在船上固液分離后，過濾后的清水排放到洋面以下一定深度的地方；
[0059]8采礦完成后，首先浮游ROV停止運(yùn)動(dòng)，然后停止射流水泵的工作，延時(shí)五分鐘后關(guān)閉液壓栗；
[0060]9當(dāng)采礦船上的提升鋼管出口排出清水時(shí)，即可關(guān)閉提升電泵。
[0061]在本實(shí)施例中，在提升鋼管安裝有流量計(jì)和差壓計(jì)進(jìn)行提升管道中礦石和水固液兩相混合物流速、壓力、管道阻力和濃度等流動(dòng)參數(shù)的測(cè)量，通過船面測(cè)控系統(tǒng)確保提升管道內(nèi)固液兩相流處于設(shè)計(jì)的安全運(yùn)行范圍內(nèi)。
[0062]在本實(shí)施例中，浮游ROV的觀測(cè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)采礦船、浮游ROV和海底采礦裝置三者的和諧運(yùn)動(dòng)。[0063]在本實(shí)施例中，液壓支桿合理調(diào)節(jié)采集機(jī)構(gòu)的離地高度，確保采集機(jī)構(gòu)的采礦效率高。
[0064]在本實(shí)施例中，海底滑體15作為承載采礦集機(jī)構(gòu)、破碎機(jī)構(gòu)和相關(guān)設(shè)備的載體，設(shè)計(jì)成流線型，適合于在海底沉積物表面上滑移，通過浮力材料減輕重量，減小海底采集裝置在沉積物上的下沉和浮游ROV拖曳其滑行的阻力。
[0065]在本實(shí)施例中，提升電泵的正常啟動(dòng)采用軟啟動(dòng)方式，采礦系統(tǒng)的整個(gè)工作過程由采礦船測(cè)控系統(tǒng)控制，控制畫面上顯示采礦系統(tǒng)的啟動(dòng)步驟、工作過程中關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀況和提升管道中流動(dòng)參數(shù)的變化情況。
[0066]本實(shí)用新型的工作原理與過程:
[0067]本實(shí)用新型提出的海洋礦產(chǎn)資源開采新方法，將海底采礦機(jī)構(gòu)的導(dǎo)流管、破碎機(jī)構(gòu)、提升軟管、提升電泵站和提升鋼管串接組成海底礦物采集和提升的通道，充分利用水射流水力采礦和提升電泵在提升軟管中的抽吸與在提升鋼管中的泵送原理，實(shí)現(xiàn)海底礦物采集并輸送至水面采礦船上。
[0068]其工作過程為:按照?qǐng)D1采礦系統(tǒng)的組成，由采礦船布放塔架自下而上將采礦系統(tǒng)布放完畢，提升電泵站離海底大約150米并對(duì)提升鋼管起到配重的作用，通過軟啟動(dòng)裝置依次啟動(dòng)兩臺(tái)提升電泵，并至額定轉(zhuǎn)速，提升管道中的清水通過電泵加壓后，形成一定流速的管道上升流動(dòng)，潛游ROV拖曳海底采礦裝置按照設(shè)置的海底采礦模式與采礦路線沿海底滑行，依次啟動(dòng)油壓泵和射流水泵，擾動(dòng)射流將海底礦物松動(dòng)并脫離海底一定高度，在上升射流的作用下沿導(dǎo)流管流入破碎機(jī)構(gòu)，采集的海底礦物經(jīng)破碎后進(jìn)入海底提升軟管的吸入端，在提升軟管中形成固液兩相漿體上升流，固液兩相漿體經(jīng)過兩臺(tái)提升電泵加壓后，經(jīng)提升鋼管將海底礦物顆粒提升至水面采礦船上。采礦系統(tǒng)正常停車要求潛游ROV采礦車停止工作后，提升電泵仍然工作一段時(shí)間，直到把整個(gè)提升管道中的固液兩相漿體提升至水面采礦船上，然后停止電泵的運(yùn)行。整個(gè)海底采礦過程由船面遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)測(cè)控和監(jiān)視，采礦系統(tǒng)運(yùn)行過程的每一步，屏幕均清晰顯示主要設(shè)備的工作狀態(tài)。
[0069]以上所述僅是本實(shí)用新型專利的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施案例，凡屬于本實(shí)用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】或者相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本實(shí)用新型原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾都應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種海洋礦產(chǎn)資源開采裝置，其特征是，包括水面采礦船(I)，與水面采礦船(I)聯(lián)接的提升管(2，3)，串接在提升管(3)下端的提升電泵站(4，5)，聯(lián)接在提升電泵吸入端的軟管(7)，與軟管(7)的吸入端聯(lián)接的礦物破碎機(jī)構(gòu)(18)，鉸接在礦物破碎機(jī)構(gòu)(18)上的采礦機(jī)構(gòu)；所述采礦機(jī)構(gòu)上裝有多個(gè)擾動(dòng)射流噴嘴(23，24)、多個(gè)上升射流噴嘴(22，25)和與所述礦物破碎機(jī)構(gòu)(18)的進(jìn)料口連通的導(dǎo)流管(21);所述提升管(2，3)、提升電泵站(4，5)、軟管(7)、礦物破碎機(jī)構(gòu)(18)和導(dǎo)流管(21)依次串聯(lián)形成礦漿提升通道，所述導(dǎo)流管(21)的進(jìn)料口朝向海底以吸取海底礦物；所述軟管(7)固定在一潛游ROV (8)上，該潛游ROV (8)通過連接裝置與所述采礦機(jī)構(gòu)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋礦產(chǎn)資源開采裝置，其特征是，所述潛游ROV(8)上裝有側(cè)向推力器(9)、垂向推力器(10)、尾部推力器(11)和測(cè)定潛游ROV相對(duì)于水面船空間位置的ROV測(cè)控系統(tǒng)(12);所述潛游ROV (8)通過鉸接式柔性鋼架與所述采礦機(jī)構(gòu)相連；所述潛游ROV (8)距離海底高度為4m-l0m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋礦產(chǎn)資源開采裝置，其特征是，所述采礦機(jī)構(gòu)包括海底滑體(15)，裝在海底滑體(15)上的射流水泵(17)和液壓站(16);所述射流水泵(17)分別與所述擾動(dòng)射流噴嘴(23，24)、上升射流噴嘴(22，25)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋礦產(chǎn)資源開采裝置，其特征是，所述提升管包括上部提升鋼管(2)和串接在上部提升鋼管(2)底端的下部提升鋼管(3);所述提升電泵站包括上部多級(jí)提升電泵(4)和串接在上部多級(jí)提升電泵(4)底端的下部多級(jí)提升電泵(5);所述上部多級(jí)提升電泵(4)串接在下部提升鋼管(3)底端；所述提升電泵站距離海底高度為120m^l80m.
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的海洋礦產(chǎn)資源開采裝置，其特征是，所述采礦機(jī)構(gòu)與導(dǎo)流管(6)之間連接有伸縮桿(20)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~4之一所述的海洋礦產(chǎn)資源開采裝置，其特征是，所述軟管(7)上安裝有由浮力材料制成的浮體一(6);所述采礦機(jī)構(gòu)上裝有由浮力材料制成的浮體二(26)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海洋礦產(chǎn)資源開采裝置，其特征是，所述上部提升鋼管(2)的出口處設(shè)置有在線測(cè)量管道提升流量的流量計(jì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海洋礦產(chǎn)資源開采裝置，其特征是，所述下部提升鋼管(3)的入口處設(shè)置有在線測(cè)量管道阻力損失的差壓計(jì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的海洋礦產(chǎn)資源開采裝置，其特征是，所述礦物破碎機(jī)構(gòu)(18)為齒輥破碎機(jī)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】E21B43/01GK203594452SQ201320786532
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】鄒偉生, 孫亞川, 董文杰, 盧勇 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)