CN104018841A - 海底矿砂扒吸头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海底矿砂扒吸头，包括蜗壳分级旋流器、高压泵和射流水枪，所述蜗壳分级旋流器采用倒装形式，其底流口位于上方，通过三通分别与原矿浆输送管和高压水管相连，从高压泵引出的高压水管另外通过旋转套筒三通与射流水枪连通。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)集“采矿扒砂、吸砂、输砂、精矿输出、尾砂回填”功能为一体；2)利用蜗壳分级旋流器实现原矿采集及分选功能，生产率高，有利于大规模生产；3)高压水射流同时实现扒砂和输浆功能，利用率高；4)结构简单，使用方便，工作可靠；5)尾矿浆采用L型排砂管外排，避免直排导致的生态环境破坏现象。

Description

海底矿砂扒吸头

技术领域

本发明涉及一种海底矿床开采设备，尤其涉及一种集“采矿扒砂、吸砂、输砂、精矿输出、尾砂回填”功能为一体的海底矿砂扒吸头。 

背景技术

海底砂矿统属海底矿产资源，海底矿产资源丰富，从海岸到大洋均有分布。海滨砂矿床很早已被人类开采利用，浅海的石油勘探已遍及世界各个海域，现已扩展到半深海区域。深海锰结核和海底热液矿床等储量巨大,含金属品位高,随着开采技术日趋成熟，将进入开发深海底矿产资源的新阶段。　 

目前海底矿砂开采规模较大的是建筑用砂和砾石、锡石、金刚石、铁矿砂和金矿砂等。主要用链斗式、水力式、压气升液式和抓斗式采砂船开采，前两者较常用。 

链斗采砂船抗风浪性能差,通常用于开采水深小于50m的砂矿。水力采砂船利用砂泵或水射流将海底砂矿以砂浆形式通过管道吸至采砂船的洗选设备中，水浅时砂泵装在船上；水深时砂泵置于水中或与水射流联合使用。胶结砂层用高压水射流器或装有旋转刀具的挖头预先松散。泵吸式水力采砂船的作业深度一般为9～27m；与水射流联合使用时作业深度可达68m，常用于开采建筑用砂和砾石。泵吸式水力开采的主要问题是潜水电泵不耐磨，无法实现原矿分选，大规模生产时耗电量大，生产率低。 

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提供了一种集“采矿扒砂、吸砂、输砂、精矿输出、尾砂回填”功能为一体的海底矿砂扒吸头，结构简单，使用方便，能够实现原矿分选，生产率高。 

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现： 

海底矿砂扒吸头，包括蜗壳分级旋流器、高压泵和射流水枪，所述蜗壳分级旋流器 采用倒装形式，其底流口位于上方，通过三通分别与原矿浆输送管和高压水管相连，从高压泵引出的高压水管另外通过旋转套筒与射流水枪连通。 

所述高压水管与原矿浆输送管连接处设高压水射流喷嘴和混合扩散管。 

所述高压水管与射流水枪连接处的旋转套筒包括垂直旋转套筒和水平旋转套筒，旋转套筒由外套管和旋转内管组成，可相对转动，外套管和旋转内管之间用填料填充，外套管与压盖之间用螺栓连接。 

所述射流水枪设有操控索，可操控射流水枪沿垂直方向和水平方向转动。 

所述蜗壳分级旋流器溢流口处设L型排砂管。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是： 

1)集“采矿扒砂、吸砂、输砂、精矿输出、尾砂回填”功能为一体； 

2)利用蜗壳分级旋流器实现原矿采集及分选功能，生产率高，有利于大规模生产； 

3)高压水射流同时实现扒砂和输浆功能，利用率高； 

4)结构简单，使用方便，工作可靠； 

5)尾矿浆采用L型排砂管外排，避免直排导致的生态环境破坏现象。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图。 

图2是高压水枪及附属装置的结构示意图。 

图3是旋转套筒的结构示意图。 

图中：1.原矿浆输送管  2.高压水射流喷嘴  3.混合扩散管  4.环形真空区  5.三通 6.底流口  7.蜗壳分级旋流器  8.溢流口  9.L型排砂管  10.水平旋转套筒  11.高压水管  12.射流水枪  13.操控索  14.垂直旋转套筒  15.外套管  16.旋转内管  17.填料  18.螺栓  19.压盖 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明： 

见图1，是本发明的结构示意图，本发明海底矿砂扒吸头包括蜗壳分级旋流器7、高压泵和射流水枪12，所述蜗壳分级旋流器7采用倒装形式，其底流口6位于上方，通过三通5分别与原矿浆输送管1和高压水管11相连，从高压泵引出的高压水管11另外通过旋转套筒10与射流水枪12连通。 

所述高压水管11与原矿浆输送管1连接处设高压水射流喷嘴2和混合扩散管3。 

见图3，是旋转套筒的结构示意图。所述高压水管11与射流水枪12连接处的旋转套筒10包括垂直旋转套筒和水平旋转套筒，旋转套筒10由外套管15和旋转内管16组成，可相对转动，外套管15和旋转内管16之间用填料17填充，外套管15与压盖19之间用螺栓18连接。 

所述射流水枪12设有操控索13，可操控射流水枪12沿垂直方向和水平方向转动。(见图2) 

所述蜗壳分级旋流器7溢流口8处设L型排砂管9。 

本发明海底矿砂扒吸头的工作原理是：由扒吸头和上部浮筒输浆，给水管用软管连接，整个装置由作业船吊装在采区作迂回拉槽生产操作，射流水枪12通过操控索13操控，操控索由海面作业船上的卷扬控制，可以平面旋转，同时也可以在垂直方向旋转。高压水管和水枪进水管连接有垂直旋转套筒和平面旋转套筒两处旋转连接，可自由转动，“扒”出沉积层和海水混合成浆体，蜗壳分级旋流器7吸入口在矿槽中移动吸砂，在蜗壳分级旋流器7内经重力分选，矿砂较泥沙质量大，螺旋上升进入上部底流口6，并通过高压水射流完成输浆；泥沙质量轻，在旋流器7中心溢流口8经L型排砂管9排出，填充采空区。 

高压水射流是指通过高压水发生装置将水加压至数十个大气压以上，再通过具有细小孔径的喷射装置转换为高速的微细"水射流"。这种"水射流"的速度一般都在一倍马赫数以上，具有巨大的打击能量。本发明采用高压水泵作为发生装置，同时实现扒砂和输浆功能，从高压泵泵出的高压水流沿高压水管11下行，其中一路通过旋转套筒10接入射流水枪12射流，由于高压水射流对矿体结构的破坏，沟槽扩深扩宽，矿帮安息遭遇破坏，跨帮、坍塌形成泥浆流。高压水流另一路通过管路接到原矿浆输送管1下方，高压水射流射出的密实水柱在三通5喉管处封喉，托起浆柱，在此空间压力解除，造成倒装的蜗壳分级旋流器7底流口6处无压而蜗壳入口处压力为海底深度水柱，形成环形真空区，所以其入口处具有吸浆能力，并蜗壳内产生涡流。重质矿砂在离心力作用下螺旋上升进入锥体部分，轻质沙泥离心分级停在漩涡中心，由溢流口排出，此过程即为采集、分选的过程。连续射流吸入的原矿浆被顶托上升进入混合扩散管3，动能变为压能，经原矿浆输送管1进入作业船上的工艺矿浆仓。 

蜗壳分级旋流器7是一种常见的分离分级设备，其工作原理是离心沉降。当待分离的原矿混合液以一定压力从旋流器7周边切向进入旋流器7内后，在圆柱腔内产生强烈的三维椭圆型强旋转剪切湍流运动。由于重质矿砂与轻质砂泥之间存在着粒度差(或密度差)，其受到的离心力、向心浮力、流体曳力等大小不同，混合物中密度大的重质矿砂在旋流场的作用下同时沿轴向向上运动，沿径向向外运动，在到达锥体段沿器壁向上运动 ，到达上部底流口6，形成了外旋涡流场；密度小的轻质砂泥向中心轴线方向运动，并在轴线中心形成一向下运动的内涡旋，然后由溢流口8处的L型排砂管9排出，这样就达到了原矿分选的目的。 

蜗壳分级旋流器7溢流口8处设L型排砂管9，使分选后的泥砂经自然沉降回填采空区矿坑和塌陷区，有资源开发的同时充分保护生态环境，维护海底生态平衡。 

Claims (5)

1.海底矿砂扒吸头，其特征在于，包括蜗壳分级旋流器、高压射流泵和射流水枪，所述蜗壳分级旋流器采用倒装形式，其底流口位于上方，通过三通分别与原矿浆输送管和高压水管相连，从高压泵引出的高压水管另外通过旋转套筒与射流水枪连通。

2.根据权利要求1所述的海底矿砂扒吸头，其特征在于，所述高压水管与原矿浆输送管连接处设高压水射流喷嘴和混合扩散管。

3.根据权利要求1所述的海底矿砂扒吸头，其特征在于，所述高压水管与射流水枪连接处的旋转套筒包括垂直旋转套筒和水平旋转套筒，旋转套筒由外套管和旋转内管组成，可相对转动，外套管和旋转内管之间用填料填充，外套管与压盖之间用螺栓连接。

4.根据权利要求1所述的海底矿砂扒吸头，其特征在于，所述射流水枪设有操控索，可操控射流水枪沿垂直方向和水平方向转动。

5.根据权利要求1所述的海底矿砂扒吸头，其特征在于，所述蜗壳分级旋流器溢流口处设L型排砂管。