CN102071937B - 多金属硫化物采矿铲 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底采矿机械——多金属硫化物采矿铲,它由桁架式主梁、铲斗、尖铲齿、尖齿靴、前限位板、后限位板、前牵引结和后牵引结,以焊接、紧固件连接等方式组成一个整体。采矿船上的电动卷扬机组通过钢丝绳给采矿铲提供动力,使采矿铲能在水平和倾斜面上都能采集多金属硫化物矿。每铲采矿完成后,钢丝绳将采矿铲提出水面,打开侧门,铲斗倾斜一定角度,将多金属硫化物矿倾倒在船上的运矿车内。以海深4000m为例,单铲采矿用时1h(含辅助时间),单铲采矿约200t,一台多金属硫化物采矿铲的使用寿命在10年以上。
Description
技术领域 本发明涉及一种海底采矿机械
背景技术 随着科学技术的进步,海洋调查事业得到迅猛发展,人类加深了对海底资源分布的认识。在海洋深处(3700m之内),已发现100多处多金属硫化物矿床。多金属硫化物是海底地壳运动形成裂谷,海水由此渗入地壳深部被加热升温,溶解周围岩石中的多种金属元素,裂谷若有再次开裂,岩浆喷发出海底,炽热的岩浆在海水冷却作用下很快凝固成块状。但由于喷发过程中,受海水冷却速度不同的影响,块状很不规则,表面有隆起也有空洞。冷却过程中内部产生的高压气体向外逸出,形成浓密的黑烟,所以多金属硫化物也称烟囱体。多金属硫化物矿富含铜、锌、铅等金属,特别是富含贵金属(金、银),是锰结核矿价值的三倍多,近年来引起国际采矿业的兴趣。多金属硫化物多数矿点分布于东太平洋海隆,东南太平洋海隆,大西洋中脊也有一些矿床,中国在大西洋和印度洋海脊也找到了几处矿床。对于多金属硫化物矿的开采,美国采用自动控制海底钻探,然后在钻孔内爆破炸碎矿体,再用集矿机和扬矿机输送到水面,计划2020年可投入使用。开采泥状多金属硫化物矿,法国的设计是在采矿船下拖一根数千米长的钢管柱,管柱末端安装一个抽吸装置,内设电控摆筛,使粘稠的软泥变稀,并使抽吸装置进一步穿透泥层,通过真空抽吸装置将软泥矿吸到采矿船上,此项设计要付诸实施尚需时日。
发明内容 本发明的目的就是提供一种在采矿船上用卷扬机钢丝绳提供动力,避免美国采用的集矿机需要大功率超深潜水电机等一系列技术难题,既适合块状又适合泥状的多金属硫化物开采机具,从而使多金属硫化物的开采真正具有商业价值。
多金属硫化物成矿以后,堆积在2000~3700m深的海底表面。矿点表面很不规则,类似低矮的山丘。以南美大陆西海岸加拉帕斯矿床为例,矿床宽300m,长1000m,厚40m,蕴藏量约1200万吨。多金属硫化物的开采集中于小块海底区域,并主要限于表层(剥采)和次浅表层(挖采),可开采的是硫化物丘和烟囱体及其以下的网状脉区中的交代矿体。所谓硫化物丘,是指体积几十立方米,高度2~5m,重量近百吨的单个矿体。烟囱体是指分布于海底表面,有空洞橄榄状,体积一立方米左右的多金属硫化物单体,各个单体并未牢固粘接,交代矿体是指泥状多金属硫化物矿体。有了以上对多金属硫化物矿赋成条件的认知,才能使本发明周全无误,更好地应用于生产实践之中。
附图说明 以下结合附图,对本发明作进一步详细的说明
附图1是多金属硫化物采矿铲升降状态的主视图。它由桁架式主梁1、铲斗2、尖铲齿3、齿靴4、前限位板5、后限位板6、前牵引结7、后牵引结8等组成。
桁架式主梁1由无缝钢管焊接而成,梁的跨度≤20m,梁主杆、腹杆、斜拉杆等均采用碳素结构钢,主杆的两端焊上球形封头,所有焊缝应在60Mpa外压力作用下,海水不渗漏进入钢管内部。这样桁架式主梁有足够的抵抗矩,又使主梁在海水中产生一定的浮力,降低提升时的电力消耗。
铲斗2的圆环板用耐腐蚀钢铸造而成,包角≥240°,圆环板内弧半径≤2m,若干块圆环板用几根无缝钢管穿联焊成一半圆桶状,在铲斗内侧用扁钢焊成栅格,水可以从栅格孔中滤除去。
铲齿3用耐磨钢制成,顺着进矿方向每二片铲齿之间留有间隙。多金属硫化物采矿铲在工作状态(附图2所示,采矿铲向左运动)时,铲齿上沿线与被采集的表面有一夹角,此上沿线逐渐倾斜至半圆桶状铲斗口。
齿靴4用高强度耐磨钢铸造而成,用螺栓固定在铲齿上,齿靴磨损后可以更换。
前限位板5安装在铲斗圆环板的下面,后限位板6安装在桁架式主梁下面,用螺栓与相应的主体连接。安装完毕后,前、后限位板的下表面与铲齿下表面处在同一平面内。
前端牵引结7和后端牵引结8都是十字轴万向联轴器结构,下部连接在铲斗的钢管上,上部的短轴固定钢丝绳。在钢丝绳的牵引下,牵引结可以前后摆动。向前摆动,钢丝绳连接的牵引结带动铲斗向前运动进行采集作业。向后摆动,钢丝绳连接的牵引结带动铲斗向后转动,把铲齿上的矿石倒入铲斗中。牵引结也可以上下提动(面对采矿铲前进方向,主梁倾斜称上、下提动),是为了每斗采集完成后,采矿铲水平提出水面,一组(一个前牵引结和一个后牵引结为一组)牵引结下降,一组牵引结上升,牵引结上下提动的功能使主梁带动铲斗倾斜成30°左右,将矿石倾倒在船上的运矿车上。
具体实施方式 双体式采矿船到达采区后,船上的动力机组(将另行申请专利)及布放钢丝绳,将多金属硫化物采矿铲放入海底,采矿铲的下降速度0~7m/s范围内可调,采矿铲入水后逐渐增速,接近海底时逐渐减速。这样既缩短了空行程时间,又避免采矿铲快速触地产生巨大的冲击力损坏机具。采矿铲的齿靴接触多金属硫化物矿以后,用刹车装置刹住钢丝绳卷扬机滚筒,不收不放钢丝绳,采矿船拖曳多金属硫化物采矿铲前进,齿靴插入多金属硫化物矿床,提升前牵引结使多金属硫化物矿进入铲斗内。在采集过程中对海底的拢动很小,也就是对海洋环境的破坏很小。采矿船后退一定距离,采矿船与采集铲处于同一铅垂线上。同时提升前、后牵引结,将盛满矿石的采矿铲提出水面。提升速度可达4m/s,采矿铲提升到高出采矿船平台5~7m后,一端停止上升,另一端继续上升使铲斗成30°倾斜,打开侧门(侧门及开门机构另行申请专利)将多金属硫化物矿倾倒在运矿车上。以海深4000m为例,单铲采矿用时1h(含辅助时间),单铲采矿重量约200t,一台多金属硫化物采矿铲的使用寿命在10年以上。
Claims (6)
1.一种海底采矿机械---多金属硫化物采矿铲,其特征在于:它由桁架式主梁、铲斗、铲齿、齿靴、前限位板、后限位板、前牵引节、后牵引节,以焊接、紧固件连接方式组成整体的多金属硫化物采矿铲。
2.根据权利要求1所述的多金属硫化物采矿铲,其特征在于:桁架式主梁用无缝钢管组焊而成并能利用其浮力。
3.根据权利要求1所述的多金属硫化物采矿铲,其特征在于:铲斗内腔做成半圆桶状,在采集过程中有足够的容积暂时储存矿石。
4.根据权利要求1所述的多金属硫化物采矿铲,其特征在于:采矿铲在工作状态时,铲齿尖与前、后限位板下表面处于同一平面内。
5.根据权利要求1所述的多金属硫化物采矿铲,其特征在于:齿靴用高强度耐磨钢铸造而成,插入铲齿尖并用螺栓固定在铲齿上,插入铲齿的深度可调节,齿靴磨损后可以更换。
6.根据权利要求1所述的多金属硫化物采矿铲,其特征在于:前、后牵引结都是十字轴万向联轴器结构,通过钢丝绳的传力,可以使采矿铲完成对多金属硫化物矿的采集、提升、倾倒矿石动作,钢丝绳的动力由设在采矿船上的电机卷扬机组提供。
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