CN105952457A - 一种深海底锰结核矿采集装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深海底锰结核矿采集装置及方法，包括两个平行设置的行走履带、机架、储矿仓、机械齿式输送带、输送带驱动电机、支撑架、水泵、喷水管、高压水射流喷嘴、连接板和电缆，本发明采用四高压水射流喷嘴形成流场与挡板作用以及机械齿式输送带联合集矿，提高了采集输送效率，减少了扩散污染，并且集矿头装置在测距传感器、调节油缸、支撑架的联动作用下能够自适应海底复杂地形变化，提高了采集作业安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种深海底锰结核矿采集装置及方法。
背景技术
深海底极为丰富的矿产资源被认为是人类21世纪最重要的接替资源。深海底锰结核矿产资源是海底三种主要固体矿产资源之一，也是最早被人类所发现的深海矿产资源，其赋存于水深达4000m~6000m的海底沉积物表层，以半埋状为主，埋藏深度在20cm以内，锰结核矿多为球状或椭球状颗粒，粒径
一般为2cm~10cm。由于分布形式与赋存状态完全不同于附着于坚硬基岩上的富钴结壳及海底崎岖不平的烟囱状多金属硫化物这两种海底固体矿产资源，锰结核的采集过程不需要进行切削破碎处理，但如何使采矿设备自适应海底复杂地形变化，并高效采集直径仅数厘米的结核矿，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于设计针对海底特殊锰结核矿的高效采集装置，以解决上述背景技术方法中的不足。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，
一种深海底锰结核矿采集装置，包括两个平行设置的行走履带、机架、储矿仓、机械齿式输送带、输送带驱动电机、支撑架、水泵、喷水管、高压水射流喷嘴、连接板和电缆，所述的机架设置于两个行走履带之间，所述的储矿仓固定于机架上，所述的机械齿式输送带通过支撑架安装于机架上并位于整个采集装置前进方向的一端，且机械齿式输送带前端的输送方向为由下至上，所述的连接板一端连接于机械齿式输送带后端的最高处，另一端延伸至储矿仓内以使锰结核矿进入储矿仓中，输送带驱动电机设置于机械齿式输送带上并驱动机械齿式输送带运动，所述的喷水管一端为吸水头，另一端为高压水射流喷嘴，喷水管固定于机械齿式输送带上，高压水射流喷嘴设置于机械齿式输送带前端的最低处，电缆连接外部电源及控制端以提供电力及控制采集装置。
所述的一种深海底锰结核矿采集装置，所述的高压水射流喷嘴的数量至少为两个，所述的高压水射流喷嘴前后设置且机械齿式输送带设置于靠后的喷嘴处。
所述的一种深海底锰结核矿采集装置，还包括与机械齿式输送带平行的前挡板和后挡板，所述的前后挡板分别设置于前后高压水射流喷嘴处，并与机械齿式输送带形成水流通道。
所述的一种深海底锰结核矿采集装置，还包括测距传感器和调节油缸，所述的测距传感器安装于高压水射流喷嘴上，所述的调节油缸的一端销连接于机架上，另一端销连接于连接板上，连接板与机械齿式输送带之间为销连接，支撑架包括两根支撑臂，所述的两根支撑臂的一端通过销连接于机架上同一处，两根支撑臂的另一端分别销连接于机械齿式输送带的不同位置。
所述的一种深海底锰结核矿采集装置，还包括能自行排水和充水的中空的浮力体，所述的浮力材料固定于机架上，并通过充水及排水以辅助整个装置的投放和回收。
所述的一种深海底锰结核矿采集装置，还包括回收端盘，所述的回收端盘固定于储矿仓顶部，端盘上端连接缆绳以实现装置的投放和回收。
所述的一种深海底锰结核矿采集装置，还包括矿浆泵和输送软管，所述的输送软管的一端设置于储矿仓内，矿浆泵设置于输送软管上以将储矿仓内容物吸取至输送软管内，软管另一端穿过安装于储矿仓顶部的回收端盘中间预留的通孔并延伸至海面上以回收储矿仓内容物。
一种深海底锰结核矿采集方法，包括以下步骤：
设置向海底喷射高压水流的高压水射流喷嘴，将海底的锰结核矿从埋藏处冲起并形成上升的水流，设置传输带将冲起的锰结核矿输送至用于收集锰结核矿容器内。
所述的方法，高压水射流喷嘴的数量至少为两个且前后对称设置，传输带设置于靠后的高压水射流喷嘴处以承接被冲起的锰结核矿。
所述的方法，在前后的高压水射流喷嘴处分别设有与机械齿式输送带平行设置的前后挡板，并与机械齿式输送带形成水流通道。
本发明的技术原理：至少两个水射流喷嘴同时喷射的水流汇集于前后挡板的中心线位置，高压水射流将半掩于海底表层沉积物的锰结核矿石吹起并通过喷射水流与机械齿式输送带联合将矿石带入储矿仓，水射流喷嘴一侧的集矿头离地高度声学测距传感器实时测量集矿头装置与沉积物表面距离，调节油缸通过支撑架实时调节集矿头装置离地高度，前后挡板以防止矿石扩散，整个集矿装置安装于履带式集矿车最前端。
本发明采用多个高压水射流喷嘴形成流场与挡板作用以及机械齿式输送带联合集矿，提高了采集输送效率，减少了扩散污染，并且集矿头装置在离地高度声学测距传感器、调节油缸、支撑架的联动作用下能够自适应海底复杂地形变化，提高了采集作业安全性能。
附图说明
图1为本发明主视图；
图2为本发明的局部视图；
其中，101为水射流喷嘴、10为2集矿头离地高度声学测距传感器、103为喷水管、104为支撑架、105为调节油缸、106为挡板、107为机械齿式输送带、108为集矿驱动电机、109为电缆、110为输送软管、111为回收端盘、112为浮力体、113为储矿仓、114为行走履带、201为机架、202为吸水头。
具体实施方式
参见图1，本装置包括高压水射流喷嘴、集矿头离地高度声学测距传感器、喷水管、支撑架、调节油缸、挡板、机械齿式输送带、输送带驱动电机、电缆、输矿软管、回收端盘、储矿仓、行走履带。所述水射流喷嘴及集矿头离地高度声学测距传感器安装于喷水管一端，由集矿驱动电机驱动的机械齿式输送带装有前后挡板并连接支撑架，调节油缸连接储矿仓与机械齿式输送带，整个集矿装置安装于履带车前端，履带车两侧装有浮力体，车体中间布置有电缆及回收端盘，端盘连接储矿仓及输矿软管。
本实施例中设置有四个水射流喷嘴，两前两后安装于喷水管前端，四喷嘴口均对准由前后挡板所形成的矿石输送流场中心位置，这样可以形成将锰结核矿石托起的水流，并使锰结核矿石通过机械齿式输送带送至储矿仓内。同时根据具体的需要，可设置不同数量的水射流喷嘴，理论上来说，越多的水射流喷嘴可实现更佳的收集效果。
本实施例中，调节油缸接收到集矿头测距传感器的反馈信号后，通过支撑架调节控制机械齿式输送带及喷水管的作业姿态，本实施例采用离地高度声学测距传感器，也可根据实际需要选用其他类型的测距传感器。
本实施例中，电缆连接车体与海面工作船传递控制信号及输送动力，所述海底沉积物及锰结核矿石位于集矿头装置下方。
参见图2，水射流喷嘴101与集矿头离地高度声学测距传感器102安装于喷水管103一端，挡板106置于由电机108驱动的机械齿式输送带107上下两侧，调节油缸105连接机架201与集矿履带通过支撑架104调节作业位置，储矿仓113安装于机架，电缆109及回收端盘111连接于储矿仓，回收端盘连接输送软管110及矿浆泵112以输送矿石，水泵202提供集矿高压水射流。
采集作业时，四高压水射流喷嘴101将半掩于沉积物表层的矿石冲出并输送，在挡板106的作用下汇集于机械齿式输送带107上随机械齿及水流作用输送至储矿仓113，集矿头离地高度声学测距传感器102时刻感应水射流喷嘴与表层沉积物间距，并通过调节油缸108及支撑架104进行调整，电缆109连接车体于海面工作船以传递控制信号及输送作业动力。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有
各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种深海底锰结核矿采集装置，其特征在于，包括两个平行设置的行走履带、机架、储矿仓、机械齿式输送带、输送带驱动电机、支撑架、水泵、喷水管、高压水射流喷嘴、连接板和电缆，所述的机架设置于两个行走履带之间，所述的储矿仓固定于机架上，所述的机械齿式输送带通过支撑架安装于机架上并位于整个采集装置前进方向的一端，且机械齿式输送带前端的输送方向为由下至上，所述的连接板一端连接于机械齿式输送带后端的最高处，另一端延伸至储矿仓内以使锰结核矿进入储矿仓中，输送带驱动电机设置于机械齿式输送带上并驱动机械齿式输送带运动，所述的喷水管一端为吸水头，另一端为高压水射流喷嘴，喷水管固定于机械齿式输送带上，高压水射流喷嘴设置于机械齿式输送带前端的最低处，电缆连接外部电源及控制端以提供电力及控制采集装置。
2.根据权利要求1所述的一种深海底锰结核矿采集装置，其特征在于，所述的高压水射流喷嘴的数量至少为两个，所述的高压水射流喷嘴前后设置且机械齿式输送带设置于靠后的喷嘴处。
3.根据权利要求2所述的一种深海底锰结核矿采集装置，其特征在于，还包括与机械齿式输送带平行的前挡板和后挡板，所述的前后挡板分别设置于前后高压水射流喷嘴处，并与机械齿式输送带形成水流通道。
4.根据权利要求1所述的一种深海底锰结核矿采集装置，其特征在于，还包括测距传感器和调节油缸，所述的测距传感器安装于高压水射流喷嘴上，所述的调节油缸的一端销连接于机架上，另一端销连接于连接板上，连接板与机械齿式输送带之间为销连接，支撑架包括两根支撑臂，所述的两根支撑臂的一端通过销连接于机架上同一处，两根支撑臂的另一端分别销连接于机械齿式输送带的不同位置。
5.根据权利要求1所述的一种深海底锰结核矿采集装置，其特征在于，还包括能自行排水和充水的中空的浮力体，所述的浮力材料固定于机架上，并通过充水及排水以辅助整个装置的投放和回收。
6.根据权利要求1所述的一种深海底锰结核矿采集装置，其特征在于，还包括回收端盘，所述的回收端盘固定于储矿仓顶部，端盘上端连接缆绳以实现装置的投放和回收。
7.根据权利要求6所述的一种深海底锰结核矿采集装置，其特征在于，还包括矿浆泵和输送软管，所述的输送软管的一端设置于储矿仓内，矿浆泵设置于输送软管上以将储矿仓内容物吸取至输送软管内，软管另一端穿过安装于储矿仓顶部的回收端盘中间预留的通孔并延伸至海面上以回收储矿仓内容物。
8.一种深海底锰结核矿采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置向海底喷射高压水流的高压水射流喷嘴，将海底的锰结核矿从埋藏处冲起并形成上升的水流，设置传输带将冲起的锰结核矿输送至用于收集锰结核矿容器内。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，高压水射流喷嘴的数量至少为两个且前后对称设置，传输带设置于靠后的高压水射流喷嘴处以承接被冲起的锰结核矿。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在前后的高压水射流喷嘴处分别设有与机械齿式输送带平行设置的前后挡板，并与机械齿式输送带形成水流通道。
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