CN107355224B - 一种钛铁矿和氦-3资源高效统一开采系统及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种钛铁矿和氦‑3资源高效统一开采系统及应用方法。所述钛铁矿和氦‑3资源高效统一开采系统，包括统调机构、热化机构、集气机构、采运机构，统调机构设置有矿房、矿柱、采空区、密封套筒，热化机构设置有电磁热化筒、电磁热化支管，集气机构设置有集气罐、集气孔，采运机构设置有采掘机、转载机、万向接长机、磁性可伸缩胶带输送机。本发明通过热化机构中的电磁热化筒进行以集气机构为中心的周边月壤的电磁辐射加热，利用集气机构中的集气罐对产出气体进行负压收集，采运机构对钛铁矿进行回采输送，统调机构高效配合，最终形成一个高度机械化、无人化的完整开采系统，实现钛铁矿和氦‑3资源高效统一开采的目的。

Description

一种钛铁矿和氦-3资源高效统一开采系统及应用方法

技术领域

本发明涉及资源开采领域，尤其涉及一种钛铁矿和氦-3资源高效统一开采系统及应用方法。

背景技术

目前世界能源结构以化石能源为主，但化石能源是不可再生能源，储量有限，同时化石能源尤其是煤炭，开发、加工和利用时刻在污染环境，严重破坏生态平衡。为了解决能源利用所造成的资源匮乏、环境破坏这一科学问题，越来越多的专家学者将目光聚焦在外太空资源开发，尤其是月球。随着科学技术的不断进步，使月球探测的质量和效率大大提高，为月球资源的开发利用提供了广阔的前景。但是月球资源也存在着分布不均匀，多种资源垂直叠加赋存等特点，自上而下依次是月壤中附着的大量氦-3气体，月海玄武岩中赋存的高品位钛铁矿，而且月球具有高真空、无磁场、低重力和高洁净的特殊空间环境。在2013年，埃克森美孚上游研究公司的“原位加热开发油页岩与开发更深的烃源结合”(CN101563524 B)公开了一种从不同深度处的地下地层通过原位加热生产烃的方法，但仅提供了大气环境下不同深度地下地层的单一资源开采方法，未能解决在月球这种特殊的空间环境条件下多资源高效统一开采问题。基于上述现状，迫切需要一种钛铁矿和氦-3资源高效统一开采系统及应用方法，为科学设计一个高度机械化、无人化的月球开采系统提供重要理论依据，以达到改善全球能源结构、保障太空环境安全、实现人类社会的可持续发展的目的。

发明内容

本发明实施例的目的在于提出一种钛铁矿和氦-3资源高效统一开采系统，根据要求需首先确定统调机构的尺寸位置及钛铁矿床回采工艺，然后通过热化机构中的电磁热化筒进行以集气机构为中心的周边月壤的电磁辐射加热，利用集气机构中的集气罐对产出气体进行负压收集，采运机构对钛铁矿进行回采输送，统调机构高效配合，最终形成一个高度机械化、无人化的完整开采系统，实现钛铁矿和氦-3资源高效统一开采的目的。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钛铁矿和氦-3资源高效统一开采系统，包括：

统调机构，包括矿房、矿柱、采空区、密封套筒，所述矿柱留设于所述矿房两侧，所述采空区位于所述矿房和所述矿柱后方，所述密封套筒置于所述矿房上方；

集气机构，包括集气罐、集气孔，所述集气罐置于所述密封套筒中心处，所述集气孔均匀布置在所述集气罐表面；

热化机构，包括电磁热化筒、电磁热化支管，所述电磁热化筒位于所述密封套筒内，均匀布置在以集气机构为中心的一定半径的圆周上，所述电磁热化支管与所述电磁热化筒连通；

采运机构，包括采掘机、转载机、万向接长机、磁性可伸缩胶带输送机，所述采掘机、转载机、万向接长机、磁性可伸缩胶带输送机与所述矿房平行布置，所述转载机头部与所述采掘机尾部搭接，所述万向接长机头部与所述转载机尾部搭接，所述磁性可伸缩胶带输送机与所述万向接长机尾部搭接。

优选地，所述矿柱留设于所述矿房两侧，其尺寸位置由钛铁矿床地质条件、开采技术水平、钛铁矿需求量及技术政策确定。

优选地，所述密封套筒置于所述矿房上方，其尺寸位置由月壤厚度、采空区影响范围、氦-3需求量以及技术政策确定。

优选地，所述电磁热化支管与所述电磁热化筒连通，均匀布置在不同层位的月壤中。

本发明还提出了一种钛铁矿和氦-3资源高效统一开采系统应用方法，应用上述系统，其包括如下步骤：

a、以月球资源条件为依据，进行地质工程勘察，收集分析基础资料，确定钛铁矿和氦-3资源赋存情况；

b、根据资源需求量、开采技术水平以及技术政策确定矿房、矿柱和密封套筒的尺寸大小及相对位置，并建设密封套筒；

c、根据密封套筒的尺寸位置，建设电磁热化筒、电磁热化支管、集气罐、集气孔；

d、根据矿房、矿柱的尺寸位置，建设采运机构，利用采掘机进行钛铁矿回采，利用转载机、万向接长机和磁性可伸缩胶带输送机对破碎矿石进行输送；

e、开启热化机构对月壤进行电磁辐射加热；

f、待月壤温度达到规定温度时，开启集气机构进行负压收集产出气体；

g、这一工作区域内的钛铁矿和氦-3资源开采完毕后，及时搬移采掘机、转载机、万向接长机、磁性可伸缩胶带输送机、电磁热化筒、电磁热化支管、集气罐及密封套筒；

h、移至下一工作区域，按序重复a-g步骤进行钛铁矿和氦-3资源高效统一开采。

与现有资源开采系统相比，本发明具有如下优点：

本发明述及的钛铁矿和氦-3资源高效统一开采系统，具有统调机构、热化机构、集气机构、采运机构，设计合理，结构简单，建设周期短，有效解决了钛铁矿和氦-3资源高效统一开采的问题；所选用的热化机构中的电磁热化筒、电磁热化支管进行以集气机构为中心的密封套筒范围内月壤的电磁辐射加热，可有效提高加热效率，控制热能向非工作区域耗散；所选用的集气机构中的集气罐、集气孔可实现密封套筒内气体的负压收集，克服了真空环境下气体收集的问题；所选用的采运机构中的万向接长机可在水平、垂直方向上调节，确保了非线性的矿石输送；所选用的采运机构中的磁性可伸缩胶带输送机可排除围岩等废石，提高品位，减轻下一道工序的负荷；本发明所述及的发明实施例充分考虑了月球高真空、无磁场、低重力和高洁净的特殊空间环境，对月壤进行原位辐射加热使氦-3气体析出，避免了月壤的大面积采剥，防止了“尘暴”的发生，保证了月壤环境及工作环境的稳定，使氦-3气体抽采和矿床开采做到有序衔接，实现了钛铁矿和氦-3资源高效统一开采。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的单一工作区域初采阶段示意图；

图3为本发明的单一工作区域终采阶段示意图；

图4为本发明的多工作区域共采效果图。

图中：1-矿柱；2-矿房；3-采空区；4-采掘机；5-转载机；6-万向接长机；7-磁性可伸缩胶带输送机；8-电磁热化筒；9-电磁热化支管；10-集气罐；11-集气孔；12-密封套筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1、图2、图3、图4所示，一种钛铁矿和氦-3资源高效统一开采系统，包括统调机构、热化机构、集气机构、采运机构，通过热化机构中的电磁热化筒8进行以集气机构为中心的周边月壤的电磁辐射加热，集气机构中的集气罐10对产出气体进行负压收集，采运机构对钛铁矿进行回采输送，统调机构高效配合，最终形成一个高度机械化、无人化的完整开采系统，实现钛铁矿和氦-3资源高效统一开采。

统调机构中，所述矿柱1留设于所述矿房2两侧，所述采空区3位于所述矿房2和所述矿柱1后方，所述密封套筒12置于所述矿房2上方；

集气机构中，所述集气罐10置于所述密封套筒12中心处，所述集气孔11均匀布置在所述集气罐10表面；

热化机构中，所述电磁热化筒8位于所述密封套筒12内，均匀布置在以集气机构为中心的一定半径的圆周上，所述电磁热化支管9与所述电磁热化筒8连通；

采运机构中，所述采掘机4、转载机5、万向接长机6、磁性可伸缩胶带输送机7与所述矿房2平行布置，所述转载机5头部与所述采掘机4尾部搭接，所述万向接长机6头部与所述转载机5尾部搭接，所述磁性可伸缩胶带输送机7与所述万向接长机6尾部搭接。

结合图1、图2、图3、图4所示，首先进行地质工程勘察确定钛铁矿和氦-3资源赋存情况，根据技术政策确定矿柱1、矿房2、密封套筒12的具体尺寸和位置，然后建设密封套筒12、电磁热化筒8、电磁热化支管9、集气罐10、集气孔11，采运机构中的采掘机4、转载机5、万向接长机6、磁性可伸缩胶带输送机7进行矿房2的回采输送，待热化机构中的电磁热化筒8、电磁热化支管9加热月壤至一定温度后，利用集气机构中的集气罐10、集气孔11进行气体收集，直至这一工作区域钛铁矿和氦-3资源开采完毕。

其应用方法步骤大致如下：

a、以月球资源条件为依据，进行地质工程勘察，收集分析基础资料，确定钛铁矿和氦-3资源赋存情况；

b、根据资源需求量、开采技术水平以及技术政策确定矿房2、矿柱1和密封套筒12的尺寸大小及相对位置，并建设密封套筒12；

c、根据密封套筒12的尺寸位置，建设电磁热化筒8、电磁热化支管9、集气罐10、集气孔11；

d、根据矿房2、矿柱1的尺寸位置，建设采运机构，利用采掘机4进行钛铁矿回采，利用转载机5、万向接长机6和磁性可伸缩胶带输送机7对破碎矿石进行输送；

e、开启热化机构对月壤进行电磁辐射加热；

f、待月壤温度达到规定温度时，开启集气机构进行负压收集产出气体；

g、这一工作区域内的钛铁矿和氦-3资源开采完毕后，及时搬移采掘机4、转载机5、万向接长机6、磁性可伸缩胶带输送机7、电磁热化筒8、电磁热化支管9、集气罐10及密封套筒12；

h、移至下一工作区域，按序重复a-g步骤进行钛铁矿和氦-3资源高效统一开采。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替换、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (1)

1.一种钛铁矿和氦-3资源高效统一开采系统应用方法，其特征在于：采用钛铁矿和氦-3资源高效统一开采系统，包括如下步骤：

a、以月球资源条件为依据，进行地质工程勘察，收集分析基础资料，确定钛铁矿和氦-3资源赋存情况；

b、根据资源需求量、开采技术水平以及技术政策确定矿房、矿柱和密封套筒的尺寸大小及相对位置，并建设密封套筒；

c、根据密封套筒的尺寸位置，建设电磁热化筒、电磁热化支管、集气罐、集气孔；

d、根据矿房、矿柱的尺寸位置，建设采运机构，利用采掘机进行钛铁矿回采，利用转载机、万向接长机和磁性可伸缩胶带输送机对破碎矿石进行输送；

e、开启热化机构对月壤进行电磁辐射加热；

f、待月壤温度达到规定温度时，开启集气机构进行负压收集产出气体；

g、这一工作区域内的钛铁矿和氦-3资源开采完毕后，及时搬移采掘机、转载机、万向接长机、磁性可伸缩胶带输送机、电磁热化筒、电磁热化支管、集气罐及密封套筒；

h、移至下一工作区域，按序重复a-g步骤进行钛铁矿和氦-3资源高效统一开采；

所述钛铁矿和氦-3资源高效统一开采系统包括：

统调机构，包括矿房、矿柱、采空区、密封套筒，所述矿柱留设于所述矿房两侧，所述采空区位于所述矿房和所述矿柱后方，所述密封套筒置于所述矿房上方；

集气机构，包括集气罐、集气孔，所述集气罐置于所述密封套筒中心处，所述集气罐位于所述密封套筒之内，所述集气孔均匀布置在所述集气罐外侧表面；

热化机构，包括电磁热化筒、电磁热化支管，所述电磁热化筒位于所述密封套筒内，均匀布置在以集气机构为中心的一定半径的圆周上，所述电磁热化支管与所述电磁热化筒连通；

采运机构，包括采掘机、转载机、万向接长机、磁性可伸缩胶带输送机，所述采掘机、转载机、万向接长机、磁性可伸缩胶带输送机与所述矿房平行布置，所述转载机头部与所述采掘机尾部搭接，所述万向接长机头部与所述转载机尾部搭接，所述磁性可伸缩胶带输送机与所述万向接长机尾部搭接。