CN101906971B

CN101906971B - 一种海底钴结壳开采方法

Info

Publication number: CN101906971B
Application number: CN 201010197291
Authority: CN
Inventors: 夏毅敏; 赵海鸣; 刘文华; 吴峰; 卜英勇
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2030-06-11
Also published as: CN101906971A

Abstract

一种海底钴结壳开采新方法与装备，本发明方法包括以下步骤：(1)将采集平台从水面支持船放至海底；(2)启动采集平台，将液压支撑脚伸出调平，由提升液压缸将整个系统压紧，保证整体工作的平稳；(3)伸出3根折叠式支臂，初步确定采集机构的高度，并固定支撑腿；(4)启动安装在采集平台上的采集机构驱动装置，操作采集机构进行破碎作业，被破碎后的钴结壳通过采集机构收集并送至扬矿矿仓；(5)采完相应的扇形面积后，通过回转机构对3个支臂进行角度调整，直到采完直径100m的圆形矿区；(6)由扬矿装置将采集的钴结壳输送至水面支持船。本发明还包括相应装置。本发明开采成本低，效率高，设备简单，可靠性高，适用于大规模开采海底钴结壳。

Description

一种海底钴结壳开采方法

技术领域

本发明涉及一种海底矿产资源的开采新方法与装备，尤其是涉及深海钴结壳开采新方法与装备。

背景技术

随着陆地矿产资源的日趋减少，开发国际海底矿产资源是大势所趋。占世界海洋面积65％的国家海底蕴藏着丰富的矿产资源，它含有30多种金属元素，其中最有商业开发价值的金属有锰、钴、镍、铜等。随着对深海采矿技术的逐渐了解和掌握，以及钴价格上扬趋势等利好因素影响，钴结壳作为一种具有战略意义的海底矿产资源，在不久的将来会进入商业性开采阶段。

目前研究中的海洋矿产资源开采方法主要有两种：CLB(连续绳斗法)，海底采矿车+管道提升输送系统+水面支持船。CLB法是通过安装在链上的铲斗，集采、集、输送于一斗，与海底矿物拖削进行资源开采。但CLB法无法有效控制桶斗的运行轨迹，适应海底地貌能力差，会丢失大量的资源；还可能出现空斗或浅斗，使生产能力波动及无法保证达到设计能力，采集效率低。海底采矿车+管道提升输送系统+水面支持船的方案最早由美国提出，目前各国提出的采矿车多采用履带式行走方式，破碎头形式分螺旋滚筒切削式、水力吸扬式、电耙式等，但采用采矿车的方案存在以下几个问题：采矿车在海底作业及行走的情况很难估计准确，而且在复杂地形上需要避障和绕障，行进中遇到的陷坑、壕沟、大陡坡等障碍物难以预料，采矿车无法克服这些障碍，有可能陷进去；连接采矿车与中间仓的输送软管磨损将非常严重，很难保证系统长期无故障工作；软管在海流作用下水作用力、惯性力的大小、方向难以估计和控制，影响采矿车的正常工作，甚至造成采矿车倾翻；系统结构复杂，车、软管和硬管输送等环节中任何一个出了故障都会造成系统瘫痪；采矿车控制复杂，其与船舶的匹配、定位也是一个难题。

发明内容

本发明的目的，是提供一种成本低，效率高，结构简单，可靠性高，适用于大规模开采海底钴结壳的新方法与装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明之开采海底钴结壳的新方法包括以下步骤：(1)将采集平台从水面支持船放至海底；(2)启动采集平台，将液压支撑脚伸出调平，由提升液压缸将整个系统压紧，保证整体工作的平稳；(3)伸出3根折叠式支臂，支臂打开后，通过每条支臂上面的探测头探测海底到支臂的距离，调整支臂的高度确定支臂的位置，就可以初步确定采集机构的高度，并固定支撑腿；(4)启动安装在采集平台上的采集机构驱动装置，操作采集机构进行破碎作业，被破碎后的钴结壳通过采集机构收集并送至扬矿矿仓；(5)采完相应的扇形面积后，通过回转机构对3个支臂进行角度调整，直到采完直径100m的圆形矿区；(6)由扬矿装置将采集的钴结壳输送至水面支持船。

所述的海底钴结壳开采的新方法，采集机构采用机械冲击+高压水射流辅助的破碎剥离方式，采集机构沿支臂前后运动，纵向采集矿料，采完一个扇形面积后，3个支臂转动一个角度，直到把整个直径100m的圆形矿区采完。采集头可更换，以适应不同的生产需要。

本发明之海底钴结壳开采装备，包括水面工作船、采集平台，所述采集平台，其特征在于，由矿仓和扬矿装置、提升油缸、动力及控制部分、支臂(共3根，每根工作120度)、回转机构、液压支腿、地形高度探测头、采集机构、支撑脚等部分组成。

所述动力部分采用电液比例控制技术实现各运动部件无级调速。

所述采集平台无采矿定位问题，船的位置就是采集平台的位置。

本发明之开采海底钴结壳的新方法与装置较好地克服了CLB法和海底采矿车+管道提升输送系统+水面支持船方案的难题。本发明的优越性主要表现在以下几个方面：

1)采集效率高。以50米的支臂为例，一次性扫过的面积达7850平方米，若转速为1转/分钟，四分之一转需要时间15秒时间，油缸提升采集系统时间不超过20秒，采矿船移动到下个区域以及定位、布放、采集系统一般不超过20分钟，总共也就是半个小时。而2米宽的自行式采矿车，一般速度在0.5m/s～1.5m/s之间，以最高速度计算采集完7850平方米的区域矿石，采矿车需要行走3925米的距离，需要时间43.6分钟。这还没有考虑开采方式的问题，只考虑直行的情况，否则花费时间可能更长；

2)采集质量高。采用机械冲击+水射流技术辅助破碎钴结壳，减少破碎能耗、延长刀具寿命，避免矿岩过粉碎。

3)避障能力强。整个采矿系统由支腿和提升油缸共同支撑，不存在陷入沉积物或者掉入海沟的问题，也不需要海底提供强大的牵引力；

4)适应海底微地形能力提高。每根支臂有三节构成(如竹节虫)，节与节之间有一定的相对运动，在工作过程中就象人手臂抱大树一般赋着在海底面上；

5)对深海环境影响相对较小。由于采矿系统的移动不是靠剪切沉积物提供动力，而是通过采矿船的悬挂完成，从而对深海环境影响较小，是一种比较环保的采矿法。

附图说明：

图1为采集平台结构图

图2为采集平台支臂在海底展开示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参照图1，采集平台由矿仓和扬矿装置1、提升油缸2、动力及控制部分3、支臂4(共3根，每根工作120度)、回转机构5、液压支腿6、地形高度探测头7、采集机构8、支撑腿9等部分组成。

如图1、2所示，支撑腿9伸出调平后，由提升液压缸2将整个系统压紧，保证整体工作的平稳，接着伸出3根支臂，支臂4打开后，通过每条支臂上面的地形高度探测头7探测海底到支臂4的距离，调整支臂4的高度确定支臂4的位置，就可以初步确定采集机构8的高度。采集机构8通过液压缸控制对其高度和角度进行补偿，实现更精确的定位以便得到合适的开采高度和角度，满足实际生产需要。

使用所述装置开采海底钴结壳的方法包括以下步骤：(1)将采集平台从水面支持船放至海底；(2)启动采集平台，将液压支撑脚4伸出调平，由提升液压缸2将整个系统压紧，保证整体工作的平稳；(3)伸出折叠式支臂4，初步确定采集机构的高度，并固定支撑腿9；(4)启动安装在采集平台上的采集机构驱动装置，操作采集机构8进行破碎作业，被破碎后的钴结壳通过采集机构收集并送至扬矿矿仓1；(5)采完相应的扇形面积后，通过回转机构5对3个支臂进行角度调整，直到采完直径100m的圆形矿区；(6)启动扬矿装置1和提升液压缸2，将扬矿矿仓中的钴结壳输送至水面支持船。

Claims

1.一种海底钴结壳开采的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将采集平台从水面支持船放至海底；(2)启动采集平台，将液压支撑脚伸出调平，由提升液压缸将整个系统压紧，保证整体工作的平稳；(3)伸出3根折叠式支臂，支臂打开后，通过每条支臂上面的探测头探测海底到支臂的距离，调整支臂的高度确定支臂的位置，就可以初步确定采集机构的高度，并固定支撑腿；(4)启动安装在采集平台上的采集机构驱动装置，操作采集机构进行破碎作业，被破碎后的钴结壳通过采集机构收集并送至扬矿矿仓；(5)采完相应的扇形面积后，通过回转机构对3个支臂进行角度调整，直到采完直径100m的圆形矿区；(6)由扬矿装置将采集的钴结壳输送至水面支持船。

2.如权利要求1所述的海底钴结壳开采的方法，其特征在于，所述采集机构采用机械冲击+高压水射流辅助的破碎剥离方式，采集机构沿支臂前后运动，纵向采集矿料，采完一个扇形面积后，3个支臂转动一个角度，直到把整个直径100m的圆形矿区采完，采集头可更换，以适应不同的生产需要。