CN108412497B - 一种海底硫化物采矿试验系统及其布放回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底硫化物采矿试验系统，包括采矿试验母船、采矿车、软管以及连接采矿试验母船和采矿车的脐带缆，还包括承重缆和用于盛装并运送采矿车所采集矿物的矿物提升仓，所述矿物提升仓通过承重缆和采矿试验母船连接，矿物提升仓和采矿车之间通过软管连接。本发明的海底硫化物采矿试验系统具有可适应海底崎岖地形、风险较低和成本较低等优点；本发明还公开了海底硫化物采矿试验系统的布放回收方法，该布放回收方法具有操作简单和快捷高效等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种海底采矿系统，尤其是涉及一种海底硫化物采矿试验系统；还涉及了一种海底硫化物采矿试验系统的布放回收方法。
背景技术
海底热液硫化物，亦称多金属硫化物，是指海底热液作用形成的一种矿物资源，一般富含铜、铅、锌、金和银等金属，同时副产物有钴、锡、硫、硒、锰、铟、铋、镓与锗等，且其主要组份为结晶矿物，冶炼工艺相对简单，因此具有很高的开采价值。
目前各国大多采用的硬管与软管相结合的采矿输送工艺，但首先，此系统一般适用于地势平坦的海底进行矿物采集，难以适用于硫化物生成的地形崎岖的海山等环境；其次，海流对长达千米以上的硬管输送有着很大的影响，不仅整套系统布放回收时间长，操作复杂，而且一旦管道堵塞，将对系统整体造成很大危险；而遇到恶劣的海上环境，整套系统将难以正常工作甚至产生严重后果。对于有着很高的开采价值的海底硫化物，其海上试验开采是必行的一步，但总体来说，现有的大型硬管输送海底采矿系统难以布设，对于船舶需求较高，如果将其用于试验开采，那么进行海上试验开采的成本不易控制，而适用于试验开采条件的装备一直未有研制成果。
发明内容
本发明所要解决的问题是，针对现有技术存在的问题，提供一种可适应海底崎岖地形、风险较低和成本较低的海底硫化物采矿试验系统，还相应提供一种快捷高效的海底硫化物采矿试验系统的布放回收方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种海底硫化物采矿试验系统，包括采矿试验母船、采矿车、软管以及连接采矿试验母船和采矿车的脐带缆，还包括承重缆和用于盛装并运送采矿车所采集矿物的矿物提升仓，所述矿物提升仓通过承重缆和采矿试验母船连接，矿物提升仓和采矿车之间通过软管连接。
作为上述海底硫化物采矿试验系统的进一步改进：
所述矿物提升仓包括料仓、外部支撑架和多个可调节支撑高度的支撑脚，所述外部支撑架套在料仓外部，所述支撑脚沿周向均匀连接于外部支撑架下方，并能使外部支撑架下表面达到水平位置。
所述支撑脚包括支撑板、伸缩驱动件和连接板，所述伸缩驱动件通过所述连接板与外部支撑架固定连接，伸缩驱动件的驱动端连接支撑板，所述支撑脚通过伸缩驱动件的驱动端的伸缩运动实现支撑高度的调节。
所述软管的一端连接于料仓顶部，所述料仓内设有料位计。
所述采矿车包括电控系统、行走系统和破碎采集系统，所述电控系统控制行走系统实现采矿车的位置移动，电控系统控制破碎采集系统实现采矿。
所述行走系统包括履带行走装置和液压站，液压站由电控系统控制驱动履带行走装置进行行走。
所述破碎采集系统包括破碎采集头和收集泵，电控系统控制破碎采集头进行破碎和采集，收集泵将采集到的矿物通过软管输送至矿物提升仓。
所述采矿车还包括有一摄像头，所述摄像头将采集情况图像传输回采矿试验母船。
上述海底硫化物采矿试验系统还包括综合导航定位系统，所述综合导航定位系统布设于海底、采矿试验母船、采矿车、软管和矿物提升仓上。
一种如上述海底硫化物采矿试验系统的布放回收方法，包括以下步骤：
(a)布放过程：采矿试验母船到达硫化物矿区采集点，先布放综合导航定位系统，之后通过脐带缆将采矿车缓慢放置海平面以下，随采矿车一同下放软管，待软管基本下放完成后，从船侧通过承重缆下放矿物提升仓，之后将采矿车和矿物提升仓均布放至海底相应位置；
(b)系统工作：采矿车利用履带行走装置行走，破碎采集头对硫化物进行破碎和收集，收集泵将破碎的硫化物通过软管输送至料仓，摄像头将采集的效果及海底环境传回采矿试验母船，用于工作人员进行观察，综合导航定位系统用于规划采矿车的采集路径、观察软管的输送形态等；
(c)回收过程：料位计测定料仓将满或摄像头观察到此矿点采集完成后，整套系统进行回收，先通过承重缆提升矿物提升仓，再通过脐带缆提升采矿车，二者回收完成后回收综合导航定位系统，然后采矿试验母船航行至下一矿点进行采集。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的海底硫化物采矿试验系统，包括用于盛装并运送采矿车所采集矿物的矿物提升仓，该矿物提升仓通过承重缆和采矿试验母船连接。在矿物采集过程中，所采集矿物运送至矿物提升仓中，待采集完成后，再由矿物提升仓提升至采矿试验母船，无需在采集前后布放和回收较长的刚性立管，节省了采集时间，提高了采集效率，节约大量成本，并且本发明规避了刚性立管受海流影响较大，一旦堵塞将会产生严重后果等风险，具备作为试验系统的采矿系统应具备的低风险、低成本、高效、便捷和快速等优点。
本发明的海底硫化物采矿试验系统的布放回收方法，在布放时依次布放综合导航定位系统、采矿车和矿物提升仓，采集完成后，依次回收矿物提升仓、采矿车和综合导航定位系统，布放和回收过程操作简单，进程较快，具备作为试验系统布放回收过程应有的简便、快速和高效等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的硫化物采矿试验系统的示意图。
图2为本发明中采矿车的结构示意图。
图3为本发明中矿物提升仓的结构示意图。
图4为本发明中支撑脚的结构示意图。
图例说明：1、采矿试验母船；2、采矿车；21、电控系统；22、行走系统；221、履带行走装置；222、液压站；23、破碎采集系统；231、破碎采集头；232、收集泵；24、摄像头；3、软管；4、脐带缆；5、承重缆；6、矿物提升仓；61、料仓；62、外部支撑架；63、支撑脚；631、支撑板；632、伸缩驱动件；633、连接板；7、综合导航定位系统。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
实施例：
如图1所示，本实施例的海底硫化物采矿试验系统，包括采矿试验母船1、采矿车2、软管3以及连接采矿试验母船1和采矿车2的脐带缆4，还包括承重缆5和用于盛装并运送采矿车2所采集矿物的矿物提升仓6，矿物提升仓6通过承重缆5和采矿试验母船1连接，矿物提升仓6和采矿车2之间通过软管3连接。在矿物采集过程中，所采集矿物运送至矿物提升仓6中，待采集完成后，再由矿物提升仓6提升至采矿试验母船1，无需布放和回收较长的刚性立管，节省了采集时间，提高了采集效率，节约大量成本，并且该海底硫化物采矿试验系统规避了刚性立管受海流影响较大，一旦堵塞将会产生严重后果等风险，具备作为试验系统的采矿系统应具备的低风险、低成本、高效、便捷和快速等优点。
本实施例中，如图3所示，矿物提升仓6包括料仓61、外部支撑架62和多个可调节支撑高度的支撑脚63，外部支撑架62套在料仓61外部，支撑脚63沿周向均匀连接于外部支撑架62下方，并能使外部支撑架62下表面达到水平位置。外部支撑架62套在料仓61外部对料仓61起到了保护作用，使其免受布放或者回收过程中的碰撞而造成损坏，并且支撑料仓61形状，使之容纳合理的矿料。在矿物提升仓6着地时，支撑脚63可以调节支撑高度使矿物提升仓6在崎岖的海底也可平稳着陆，还可以起到一定的缓冲作用；着地后，支撑脚63经过进一步调整支撑高度，使外部支撑架62的下表面达到水平位置，从而支撑料仓61更平稳的盛装矿物，不会因海底地面崎岖不平导致料仓61因矿物下落带来的震动轻易的倾斜甚至翻倒。
本实施例中，如图4所示，支撑脚63包括支撑板631、伸缩驱动件632和连接板633，伸缩驱动件632通过连接板633与外部支撑架62固定连接，伸缩驱动件632的驱动端连接支撑板631，支撑脚63通过伸缩驱动件632的驱动端的伸缩运动实现支撑高度的调节。伸缩驱动件632可以是液压缸、油缸或螺杆等。
本实施例中，软管3的一端连接于料仓61顶部，料仓61内设有料位计。料位计可以测定料仓61内的物料高度，当料仓61将满时可以发出信号，停止采集。
本实施例中，如图2所示，采矿车2包括电控系统21、行走系统22和破碎采集系统23，电控系统21控制行走系统22实现采矿车2的位置移动，电控系统21控制破碎采集系统23实现采矿。行走系统22包括履带行走装置221和液压站222，液压站222由电控系统21控制驱动履带行走装置221进行行走。破碎采集系统23包括破碎采集头231和收集泵232，电控系统21控制破碎采集头231进行破碎和采集，收集泵232将采集到的矿物通过软管3输送至矿物提升仓6。破碎采集头231为对辊式破碎头，其旋向为朝向收集矿料的集料罩内，当对辊式破碎头击碎物料后，由于其产生的力的方向和收集泵232的流场作用，使物料快速流入集料罩内，并通过软管3运送至料仓61内。
本实施例中，采矿车2还包括有一摄像头24，摄像头24将采集情况图像传输回采矿试验母船1。工作人员可通过传输回的图像决定采集路径、判定采集情况、矿物输送情况和该采集点硫化物是否已经采集完成。
本实施例中，还包括综合导航定位系统7，综合导航定位系统7包括布设于海底的长基线系统、布设于采矿车2和矿物提升仓6上的短基线系统，和布设于采矿试验母船1、采矿车2、软管3和矿物提升仓6上的超短基线系统。长基线系统定位精度高，采用浮筒单独布置，用于对硫化物矿区整体定位；短基线系统在布放前布设于采矿车2和矿物提升仓6上，进行两者相对位置的确定；超短基线系统同样为布放前布设于采矿试验母船1、采矿车2、软管3和矿物提升仓6上，其接收端主要布置于采矿试验母船1上，发射端分别安装于采矿车2、软管3和矿物提升仓6上，用于整体形态和相对位置的观察，其定位精度根据发射接收端的距离变化而变化。
本实施例的海底硫化物采矿试验系统的布放回收方法，包括以下步骤：
(a)布放过程：采矿试验母船1到达硫化物矿区采集点，先布放综合导航定位系统7，之后通过脐带缆4将采矿车2缓慢放置海平面以下，随采矿车2一同下放软管3，待软管3基本下放完成后，从船侧通过承重缆5下放矿物提升仓6，之后将采矿车2和矿物提升仓6均布放至海底相应位置；
(b)系统工作：采矿车2利用履带行走装置221行走，破碎采集头231对硫化物进行破碎和收集，收集泵232将破碎的硫化物通过软管3输送至料仓61，摄像头24将采集的效果及海底环境传回采矿试验母船1，用于工作人员进行观察，综合导航定位系统7用于规划采矿车2的采集路径、观察软管3的输送形态等；
(c)回收过程：料位计测定料仓61将满或摄像头24观察到此矿点采集完成后，整套系统进行回收，先通过承重缆5提升矿物提升仓6，再通过脐带缆4提升采矿车2，二者回收完成后回收综合导航定位系统7，然后采矿试验母船1航行至下一矿点进行采集。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种海底硫化物采矿试验系统，包括采矿试验母船（1）、采矿车（2）、软管（3）以及连接采矿试验母船（1）和采矿车（2）的脐带缆（4），其特征在于：还包括承重缆（5）和用于盛装并运送采矿车（2）所采集矿物的矿物提升仓（6），所述矿物提升仓（6）通过承重缆（5）和采矿试验母船（1）连接，矿物提升仓（6）和采矿车（2）之间通过软管（3）连接；所述矿物提升仓（6）包括料仓（61）、外部支撑架（62）和多个可调节支撑高度的支撑脚（63），所述外部支撑架（62）套在料仓（61）外部，所述支撑脚（63）沿周向均匀连接于外部支撑架（62）下方，并能使外部支撑架（62）下表面达到水平位置；所述支撑脚（63）包括支撑板（631）、伸缩驱动件（632）和连接板（633），所述伸缩驱动件（632）通过所述连接板（633）与外部支撑架（62）固定连接，伸缩驱动件（632）的驱动端连接支撑板（631），所述支撑脚（63）通过伸缩驱动件（632）的驱动端的伸缩运动实现支撑高度的调节；所述软管（3）的一端连接于料仓（61）顶部，所述料仓（61）内设有料位计；所述采矿车（2）包括电控系统（21）、行走系统（22）和破碎采集系统（23），所述电控系统（21）控制行走系统（22）实现采矿车（2）的位置移动，电控系统（21）控制破碎采集系统（23）实现采矿。
2.根据权利要求1所述的海底硫化物采矿试验系统，其特征在于：所述行走系统（22）包括履带行走装置（221）和液压站（222），液压站（222）由电控系统（21）控制驱动履带行走装置（221）进行行走。
3.根据权利要求1所述的海底硫化物采矿试验系统，其特征在于：所述破碎采集系统（23）包括破碎采集头（231）和收集泵（232），电控系统（21）控制破碎采集头（231）进行破碎和采集，收集泵（232）将采集到的矿物通过软管（3）输送至矿物提升仓（6）。
4.根据权利要求1所述的海底硫化物采矿试验系统，其特征在于：所述采矿车（2）还包括有一摄像头（24），所述摄像头（24）将采集情况图像传输回采矿试验母船（1）。
5.根据权利要求1所述的海底硫化物采矿试验系统，其特征在于：还包括综合导航定位系统（7），所述综合导航定位系统（7）布设于海底、采矿试验母船（1）、采矿车（2）、软管（3）和矿物提升仓（6）上。
6.一种海底硫化物采矿试验系统的布放回收方法，适用于权利要求1-5中任一项所述的一种海底硫化物采矿试验系统，包括以下步骤：
（a）布放过程：采矿试验母船（1）到达硫化物矿区采集点，先布放综合导航定位系统（7），之后通过脐带缆（4）将采矿车（2）缓慢放置海平面以下，随采矿车（2）一同下放软管（3），待软管（3）基本下放完成后，从船侧通过承重缆（5）下放矿物提升仓（6），之后将采矿车（2）和矿物提升仓（6）均布放至海底相应位置；
（b）系统工作：采矿车（2）利用履带行走装置（221）行走，破碎采集头（231）对硫化物进行破碎和收集，收集泵（232）将破碎的硫化物通过软管（3）输送至料仓（61），摄像头（24）将采集的效果及海底环境传回采矿试验母船（1），用于工作人员进行观察，综合导航定位系统（7）用于规划采矿车（2）的采集路径、观察软管（3）的输送形态；
（c）回收过程：料位计测定料仓（61）将满或摄像头（24）观察到此矿点采集完成后，整套系统进行回收，先通过承重缆（5）提升矿物提升仓（6），再通过脐带缆（4）提升采矿车（2），二者回收完成后回收综合导航定位系统（7），然后采矿试验母船（1）航行至下一矿点进行采集。
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