CN112041506A - 水下采挖设备和用于采挖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下采挖设备和一种用于采挖地面材料的方法，该水下采挖设备具有：可潜式工作平台，其能够被放置到水体的基床上；移除装置，其用于从水体的基床移除地面材料；调节装置，其用于调节移除装置并将其引入水体的基床中；以及输送管线，其用于将已移除的地面材料输送离开移除装置。根据本发明，在工作平台上形成用于输送容器的接受部，输送容器可脱开地安装并保持在该接受部中，输送管线通向输送容器，移除的地面材料能够容纳在输送容器中，并且在输送容器中设置分离装置。

Description

水下采挖设备和用于采挖的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的水下开采装置，该水下开采装置具有：可潜式工作平台，其能够被放置到水体的基床上；剥离器件，其用于从水体的基床剥离地面材料；调节器件，其用于调节剥离器件并将其引入水体的基床中；以及输送管线，其用于将已剥离的地面材料输送离开剥离器件。

本发明还涉及一种根据权利要求12的前序部分的用于利用水下开采装置在水体的基床上开采地面材料的方法，其中，水下开采装置被降低到水体的基床上，剥离器件借助于调节器件被引入水体的基床中，并且在这样做时，地面材料被剥离并且已剥离的地面材料借助于输送管线被输送离开。

背景技术

这种水下开采装置是未公开的欧洲申请第16 201 894.9号的主题。

从EP 2 562 346 A1中已知根据权利要求1的前序部分的水下开采装置以及根据权利要求12的前序部分的方法。具体地，从该文献中，能够采用具有可降低的工作平台的水下钻探布置。钻探工具布置在该工作平台上，能够借助于钻探驱动器来驱动该钻探工具以便在水体的基床中产生钻孔。钻探装置用于在水下产生基础元素（foundation elements）。在孔的产生期间出现的钻探切屑被向上引出并经由出口开口被排放到周围水体中，在周围水体中，这些钻探切屑通过水体的水流被输送离开并分散。

从WO 2015/178854 A1和WO 2015/178853 A1中，能够采用水下开采系统。在该系统中采用了若干移动开采单元，已开采的地面材料从这些移动开采单元被引出到浮动容器，这些浮动容器在水下布置在开采单元和供给船舶之间。

发明内容

本发明基于以下目的：提供一种水下开采装置以及一种用于在水体的基床上开采地面材料的方法，利用该水下开采装置和该方法能够以特别有效的方式在水下开采地面材料。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的水下开采装置以及相应地通过具有权利要求12的特征的用于在水体的基床上开采地面材料的方法实现。本发明的优选实施例在相应的从属权利要求中陈述。

根据本发明的水下开采装置的特征在于：在工作平台上设计有用于输送容器的接收部分，输送容器以可释放的方式被支撑并保持在接收部分中，输送管线通向输送容器，其中，已剥离的地面材料能够被接收在输送容器中，并且在输送容器中设置分离器件，该分离器件被设计成用于保持具有期望的颗粒尺寸的已剥离的地面材料以及用于分离液体和低于期望的颗粒尺寸的地面材料。

本发明的基本构思在于以下事实：直接在工作平台上接收并暂时存储已开采的地面材料。因此，已开采的地面材料未被转移到环境或者转移到远离工作平台定位的接收容器。通过接收和存储已开采的地面材料，已开采的地面材料的输送被证明是容易的。

本发明的另一方面在于以下事实：已开采的地面材料被接收在输送容器中，该输送容器以可释放的方式被支撑在水下开采装置的工作平台上。在达到预定的填充水平时，能够从工作平台释放输送容器并将其运输到移除或者清空位置。然后，能够将空的输送容器重新放置到工作平台上。以这种方式，能够以可靠的方式并且在不给环境造成巨大负担的情况下接收已开采的地面材料并且优选地将其朝向水表面输送离开。

最后，本发明的另一方面在于以下事实：当已开采的地面材料仍然位于输送容器中时，使用分离器件对其进行筛选，使得从输送容器中分离出细粒材料。这减少了待与输送容器一起被输送离开的地面材料的量。

基本上，剥离器件能够是钻探设备或者任何其他合适的剥离器件。根据本发明的实施例，特别优选的是，剥离器件是具有至少一个切割轮的切割器，其中所述至少一个切割轮以旋转的方式绕近似水平的旋转轴线被驱动。切割器优选地能够具有两对切割轮，这两对切割轮以旋转的方式被驱动。切割轮对优选地被驱动，使得它们朝向中心输送已切割的地面材料，通过抽吸泵将已切割的地面材料从该处输送出切割沟渠（cut trench）。切割器在结构上能够大致类似于已知的地下连续墙切割器（diaphragm wall cutter）。

本发明的另一实施例在于以下事实：调节器件具有引导件，沿着该引导件以可竖直调节的方式引导剥离器件。具体地，调节器件能够是具有一个或若干个导路的杆件。引导件优选地也能够是框架或者管状结构，在其中以可竖直移动的方式引导剥离器件。

切割器的下沉基本上能够是由于重力而发生的。此外，根据本发明的水下开采装置的优选实施例变型在于以下事实：调节器件具有用于提升和/或降低剥离器件的前进器件。以这种方式，能够选择性地施加前进力或者复位力。

尤其有利的是使前进器件具有至少一个定位缸体或者绞盘。优选地，该定位缸体是用于提升和/或也用于降低的液压缸。同样地，也能够通过绞盘布置来实现前进或者提升，其中该绞盘布置具有带有对应的偏转器件的一个或若干个绞盘索。

实现了本发明的特别权宜的实施例，因为引导件被设计为引导框架，在该引导框架的上端处设置用于输送容器的接收部分。在此，引导框架能够是具有内部自由空间的管状设计，在该内部自由空间中以可竖直移动的方式引导剥离器件。输送容器能够被放置和定位在引导框架的上侧上。

在这一点上，特别有利的是：接收部分具有漏斗形居中部段并且输送容器在其下侧上具有圆锥形插入部段，该圆锥形插入部段被设计成配合用于将输送容器插入接收部分的居中部段中。接收部分是漏斗形的，从而允许输送容器的下侧上的对应地配合的圆锥形插入部段通过降低被容易地接收并居中。当接收输送容器时，能够同时建立用于馈入已开采的地面材料的与输送管线的连接。

本发明的尤其有利的实施例在于以下事实：在用于输送容器的接收部分上设置输送管线的第一联接元件，并且第二联接元件布置在输送容器的下侧上，该第二联接元件能够连接到第一联接元件以建立管线连接。两个联接元件也能够是对应地配合的漏斗形和圆锥形设计以促进连接的建立。以这种方式，能够经由输送管线将已开采的地面材料从下方馈送到输送容器中。

本发明的优选的另外的发展在于以下事实：立管（riser）布置在输送容器内部，该立管沿向上的方向从第二联接器件延伸通过输送容器到达出口，通过该出口，所输送的已剥离的地面材料从上方馈送到输送容器中。因此，已开采的地面材料借助于输送容器中的立管而最初流过所述容器并且仅仅被分配在输送容器的上侧上。通过因此馈入已开采的地面材料（其通常与周围的水混合），沉降过程能够在输送容器内部发生。固体地面材料能够沉降在输送容器的底部区域上，同时因此澄清的水能够再次出现在输送容器的上侧上。结果，改进了用已剥离的地面材料作为实际有用的负载对输送容器的填充。

根据本发明的另外的发展，完成了特别环境友好地从工作平台拆卸输送容器，因为在第一联接器件和/或第二联接器件上布置有截止阀，为了填充输送容器，该截止阀打开，并且当从接收部分移除输送容器时，该截止阀关闭。所述一个或多个截止阀能够由合适的控制件致动。阀也能够被设计为具有机械元件的自动阀，使得其在输送容器被安装时自动地打开并且在输送容器被移除时自动地关闭。

根据本发明的实施例变型，此外有利的是：在接收部分上布置锁定器件，该锁定器件将所接收的输送容器锁定并固定在其位置中。这确保了输送容器即使在更强的水流的情况下也可靠地保持在其位置中。此外，输送容器也能够以这种方式被采用来运输水下开采装置。为此，输送容器优选地连接到提升器件（更具体地，提升绳索）。借助于提升绳索，能够将输送容器移动到清空位置，具体地移动到水上运载工具（尤其是船舶）。如果在该过程中输送容器被牢固地锁定到工作平台，则水下开采装置因此能够以其整体连同输送容器一起通过提升器件被运输。

优选地，设置泵器件以便将已剥离的地面材料从剥离器件输送到输送容器。泵器件能够被整合于剥离器件中或者布置为工作平台上的单独部件。

为了将水下开采装置精确地放置在水体的基床上，权宜的是在工作平台上设置可调节的支撑脚以便将工作平台在水体的基床上对齐。支撑脚能够设置有定位缸体或者其他定位器件以便补偿相对于彼此的高度失配。以这种方式，工作平台在非平坦地形上也能够水平地对齐。优选地布置了总共三个支撑脚，使得它们围绕工作平台的周边分布。

本发明的优选实施例在于以下事实：分离器件具有筛元件，该筛元件具有根据期望的颗粒尺寸设计的筛孔。液体和更小的颗粒因此能够穿过筛孔并被馈送出输送容器。根据期望的应用选择优选地为圆形的筛孔的直径，并且这些直径能够具有优选地范围在1 cm和5 cm之间的尺寸。

根据本发明的另外的发展，尤其有利的是：筛元件为套筒形设计并且布置在更大直径的输送容器内部，其中，形成分离空间以便接收已穿过筛元件的分离材料。套筒形的筛元件能够沿向下方向渐缩，并且优选地居中地布置在输送容器中。输送容器也能够被设计为套筒体，使得环形的分离空间被设计在筛元件和输送容器之间。

此外，有利的是：设置至少一条返回管线，出于返回分离材料的目的，所述至少一条返回管线从分离空间延伸到剥离器件。在分离空间的下底部区域中能够布置出口阀，该出口阀优选地是可关闭的，分离出的材料能够通过该出口阀从输送容器移位（shift）到返回管线中。通过泵或仅仅由于重力或施加的压力差，能够将分离出的材料通过返回管线馈送回到剥离器件的区域中。在剥离器件上，近似在切割轮附近，能够为材料提供一个或若干个出口开口，使得在水下开采装置的操作期间材料被馈送到水体的基床中的孔中。结果，有效地阻碍了周围的水的污染。

根据本发明的方法的特征在于，已剥离的地面材料被输送到输送容器，该输送容器以可释放的方式被支撑在水下开采装置的接收部分上，借助于分离器件，具有期望的颗粒尺寸的已剥离的地面材料被保持在输送容器中并且从输送容器中分离出液体和低于期望的颗粒尺寸的地面材料，并且在达到填充水平时从接收部分释放已填充的输送容器并且将其运输离开。

根据本发明的方法优选地能够使用先前描述的水下开采装置来实施。由此能够实现预先描述的优点。

根据本发明的方法的优选实施例变型在于以下事实：输送容器以可释放的方式紧固在水下开采装置的上侧上，提升器件接合在输送容器的上侧上，并且为了水下开采装置的运输将输送容器锁定在接收部分中。因此，提升器件能够用于在输送容器被解锁并且从水下开采装置释放的情况下利用所述输送容器单独地运输地面材料。如果输送容器被锁定在工作平台上的接收部分中，则能够通过提升器件以其整体输送并移动水下开采装置。

根据按照本发明的方法的另一个实施例变型，有利的是，分离出的地面材料从输送容器被馈送回到剥离器件。在操作期间，剥离器件位于地面中，使得分离出的材料能够被馈送回到地面区域中。结果，阻碍了由浑浊和微粒物质对水体的周围区域的过度污染。

附图说明

下文中将通过在附图中示意性地图示的优选实施例来进一步解释本发明，在附图中示出：

图1是根据本发明的水下开采装置的侧视图；

图2是用于水下开采装置的输送容器的放大侧视图；

图3是水下开采装置中的输送容器的接收部分的放大详细视图；

图4是根据本发明的水下开采装置的横截面视图；

图5是图4的装置的下部区域的放大横截面视图；以及

图6是以横截面示出的图4的输送容器的接收部分的放大详细视图。

具体实施方式

在按照本发明以及根据图1的水下开采装置10中，设置由多个梁构成的框架状工作平台12，能够借助于提升设备通过总共三个可竖直调节的支撑脚28从水上运载工具（具体地船舶）将该框架状工作平台12放置到水体的基床上。能够借助于支撑脚28使工作平台12水平地对齐。

杆件状引导框架14布置在工作平台12上以形成调节器件13。剥离器件30以可竖直调节的方式沿竖直引导件16被支撑在引导框架14内部。剥离器件30被设计为切割器，更具体地具有两对下切割轮32的地下连续墙切割器。切割轮32以旋转方式绕水平的旋转轴线被驱动，在这种情况下，切割轮32旋转，使得它们剥离地面材料并且将这输送到两对切割轮32之间的中央区域中。

为了竖直调节剥离器件30，设置具有侧向定位缸体22的前进器件20。借助于定位缸体22，能够逐步地提升或者降低剥离器件30。在这样做时，利用细长引导构架沿引导框架14中的竖直引导件16引导剥离器件30。剥离器件30的调节路径能够限于引导框架14的高度，使得总是在引导框架14内引导剥离器件30。替代地，也能够将剥离器件30以其整体移出引导框架14，在这种情况下，沿着剥离器件30的细长引导构架实现进一步引导。

由切割轮32剥离的地面材料经由中央输送管线18并且由泵器件24沿向上方向被输送到输送容器50，该输送容器50被支撑在引导框架14的上侧上的接收部分40中。

接收部分40具有漏斗形居中部段42以便以居中的方式接收输送容器50的下端。此外，带有各种单元以及操作器件的驱动模块26以可释放的方式布置在工作平台12上。驱动模块26经由供给管线（未更加详细地示出）连接到水体的上侧上的供给船舶。通过供给管线，也能够实现水下开采装置10的对应控制。

在图2中更加详细地图示了根据本发明的用于水下开采装置10的输送容器50。输送容器50具有大体圆筒形基体52，在该圆筒形基体的下端处设置圆锥形插入部段54，继之以锁定突部55。在中空输送容器50内部，立管58从下侧53向上延伸直到圆筒形基体52的上端并且超出该上端。已剥离的地面材料在下侧53上从水下开采装置10的输送管线18被转移到输送容器50中的立管58，其中，在上部区域中，立管58通过拱形弯曲部朝向输送容器50的内部重新定向。这些弯曲部通向圆筒形基体52的上部区域中，使得已剥离的地面材料与吸入的水一起从上方被馈送到输送容器50中。以这种方式，已剥离的地面材料中的固体成分能够沉降在输送容器50的下部区域中，同时液体能够出现在输送容器50的上侧上。

此外，紧固元件57布置在输送容器50的上侧上，未描绘的提升器件（具体地起重机吊索的挂钩）紧固在该紧固元件57上。

通过锁定器件70，输送容器50以可释放的方式紧固在引导框架14的接收部分40上，如图3中更加详细地图示的那样。从图3的图示中能够看到的是，输送容器50的圆锥形插入部段54被设计成配合接收部分40的漏斗形居中部段42。在插入位置中，能够通过致动机构74（其由未描绘的定位缸体致动）将楔形保持元件72从释放位置移动到图3中所示的锁定位置。在锁定位置中，径向向内移动的保持元件72接合在输送容器50的圆筒形端部部段上的更大直径的锁定突部55后方。在锁定位置中，输送容器50牢固地连接到引导框架14并且因此连接到工作平台12，使得然后能够连同输送容器50一起向上拉动水下开采装置10。

从图3中还能够概括地看到输送管线18和输送容器50之间的连接。在输送管线18的上端上设计有第一联接元件46，该第一联接元件46以配合的方式接合在输送容器50上的漏斗形第二联接元件56中。在第一联接元件46和第二联接元件56之间的联接位置中，在输送管线18和输送容器50内部的立管58之间建立管线连接。当输送容器50从接收部分40脱开时，通过示意性地指示的截止阀60关闭第一联接元件46和第二联接元件56上的开口。截止阀60优选地在输送容器50的击地或者释放期间被机械地致动。

提供根据本发明的水下开采装置10以便剥离水体的基床上的地面材料，具体地用于采集样本或者用于开采近地表的自然资源。

结合图4至图6图示根据本发明的开采装置10的修改的实施例。根据图4的水下开采装置10具有与根据图1至图3的水下开采装置10相同的基本构造，其具有工作平台12、支撑脚28、用于带有切割轮32的剥离器件30的引导框架14，以及以可释放的方式布置在顶部处的输送容器50。参考先前的解释。

根据图4，图示了穿过具有内部分离器件80的输送容器50的横截面。输送容器50具有大体圆筒形基体52，在该大体圆筒形基体52的下端处设置圆锥形插入部段54。这具有锁定突部（此处未更加详细地描绘）以便可释放地锁定到工作平台12，如结合先前的示例性实施例更加详细地陈述的那样。

由剥离器件30剥离的地面材料从水下开采装置10的输送管线18被转移到立管58并从上方馈送到输送容器50中。在这样做时，已剥离的地面材料初始地与吸入的水一起流入套筒形筛元件82中，该套筒形筛元件82是根据周围的输送容器50的形状同轴地设计的，但具有更小的直径。套筒形筛元件82具有多个筛孔84，所述多个筛孔84具有预定的直径使得具有比筛孔更大的颗粒尺寸的固体地面材料被保持在筛元件82中，同时液体和更小的地面材料能够大致径向向外穿过筛孔84进入输送容器50的环形的分离空间86中。

因此分离的地面材料从环形的分离空间86到达输送容器的下部区域，并且能够经由具有出口的一个或若干个出口开口68（未更加详细地描绘）被馈送出输送容器50到达若干条向下延伸的返回管线15。分离出的材料经由返回管线15再次返回剥离器件30的区域中，在该处，分离出的材料能够经由出口开口（未更加详细地描绘）被排放到地面区域中。

另外，在工作平台12的下端处，在剥离器件30的区域中，根据图4的水下开采装置10仍然具有折叠式引导壁38，通过所述折叠式引导壁38，得以履行用于剥离器件30的附加的引导功能以及保护功能。

如从图5的放大详细图中能够看到的，由剥离器件30的切割轮32剥离的地面材料由泵器件24经由近似中央地布置的抽吸开口17与周围液体一起被吸入，并且经由输送管线18沿向上方向被泵送到输送容器50。输送容器50的分离出的地面材料经由两条返回管线15沿向下方向被泵送回到剥离器件30的切割轮32。因此，分离出的材料连同液体一起能够经由未描绘的出口开口在切割沟渠的区域中再次进入地面。

以这种方式，减少了待在输送容器50中输送的量，借以相应地减少了输送容器50的提升过程的数量。此外，不需要的地面材料能够直接留在地面中。

根据图6，以放大图示更加详细地示出了输送容器50和工作平台12之间的连接。此处，在输送管线18的上端处设计有圆锥形居中部段42，该圆锥形居中部段42被设计成配合输送容器50上的插入部段54，该插入部段54具有对应的圆锥形设计。结果，在输送管线18和输送容器50中的立管58之间形成管线连接。

此外，从图6中能够看出，在输送容器50中的环形的分离空间86的下端处设计有出口开口68，该出口开口68优选地是可关闭的，输送容器50的环形的分离空间86通过该出口开口与两条返回管线15成管线连接，以便已通过分离器件80从输送容器50中分离出的具有过小颗粒尺寸的地面材料再次沿向下方向被馈送离开。

Claims (14)

1.一种水下开采装置，其具有：

- 可潜式工作平台（12），其能够被放置到水体的基床上，

- 剥离器件（30），其用于从所述水体的基床剥离地面材料，

- 调节器件（13），其用于调节所述剥离器件（30）并将其引入所述水体的基床中，以及

- 输送管线（18），其用于将已剥离的地面材料输送离开所述剥离器件（30），

其特征在于

- 在所述工作平台（12）上设计有用于输送容器（50）的接收部分（40），

- 所述输送容器（50）以可释放的方式被支撑并保持在所述接收部分（40）中，以及

- 所述输送管线（18）通向所述输送容器（50），其中，已剥离的地面材料能够被接收在所述输送容器（50）中，并且

- 在所述输送容器（50）中设置分离器件（80），所述分离器件（80）被设计成用于保持具有期望的颗粒尺寸的已剥离的地面材料以及用于分离出液体和低于所述期望的颗粒尺寸的地面材料。

2.根据权利要求1所述的水下开采装置，

其特征在于

所述剥离器件（30）是具有至少一个切割轮（32）的切割器，所述至少一个切割轮（32）以旋转的方式绕近似水平的旋转轴线被驱动。

3.根据权利要求1或2所述的水下开采装置，

其特征在于

所述调节器件（13）具有引导件（16），沿着所述引导件（16）以可竖直调节的方式引导所述剥离器件（30）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的水下开采装置，

其特征在于

所述调节器件（13）具有用于提升和/或降低所述剥离器件（30）的前进器件（20）。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的水下开采装置，

其特征在于

所述接收部分（40）具有漏斗形居中部段（42），以及

所述输送容器（50）在其下侧上具有圆锥形插入部段（54），所述圆锥形插入部段（54）被设计成配合以便将所述输送容器（50）插入所述接收部分（40）的居中部段（42）中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的水下开采装置，

其特征在于

在用于所述输送容器（50）的所述接收部分（40）上设置所述输送管线（18）的第一联接元件（46），并且

第二联接元件（56）布置在所述输送容器（50）的下侧（53）上，所述第二联接元件（56）能够连接到所述第一联接元件（46）以建立管线连接。

7.根据权利要求6所述的水下开采装置，

其特征在于

立管（58）布置在所述输送容器（50）内部，所述立管（58）沿向上方向从所述第二联接器件（56）延伸通过所述输送容器（50）到达出口，通过所述出口，所输送的已剥离的地面材料从上方被馈送到所述输送容器（50）中。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的水下开采装置，

其特征在于

在所述第一联接器件（46）和/或所述第二联接器件（56）上布置有截止阀（60），

为了填充所述输送容器（50），所述截止阀（60）打开，并且当从所述接收部分（40）移除所述输送容器（50）时，所述截止阀（60）关闭。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的水下开采装置，

其特征在于

所述分离器件（80）具有筛元件（82），所述筛元件（82）具有根据所述期望的颗粒尺寸设计的筛孔（84）。

10.根据权利要求9所述的水下开采装置，

其特征在于

所述筛元件（82）为套筒形设计并且布置在更大直径的所述输送容器（50）内部，其中，形成分离空间（86）以便接收已穿过所述筛元件（82）的分离材料。

11.根据权利要求10所述的水下开采装置，

其特征在于

设置至少一条返回管线（15），出于返回所述分离材料的目的，所述至少一条返回管线（15）从所述分离空间（86）延伸到所述剥离器件（30）。

12.一种用于利用水下开采装置（10），具体地根据权利要求1至11中任一项所述的水下开采装置（10）在水体的基床上开采地面材料的方法，在所述方法中：

- 所述水下开采装置（10）被降低到所述水体的基床上，

- 剥离器件（30）借助于调节器件（13）被引入所述水体的基床中，并且在这样做时，地面材料被剥离，以及

- 已剥离的地面材料借助于输送管线（18）被输送离开，

其特征在于

- 所述已剥离的地面材料被输送到输送容器（50），所述输送容器（50）以可释放的方式被支撑在所述水下开采装置（10）的接收部分（40）上，

- 借助于分离器件（80），具有期望的颗粒尺寸的已剥离的地面材料被保持在所述输送容器（50）中并且液体以及低于所述期望的颗粒尺寸的地面材料从所述输送容器（50）被分离出，并且

- 在达到填充水平时从所述接收部分（40）释放已填充的所述输送容器（50）并且将其运输离开。

13.根据权利要求12所述的方法，

其特征在于

所述输送容器（50）以可释放的方式紧固在所述水下开采装置（10）的上侧上，

提升器件接合在所述输送容器（50）的上侧上，并且为了运输所述水下开采装置（10），所述输送容器（50）被锁定在所述接收部分（40）中。

14.根据权利要求12或13所述的方法，

其特征在于

分离出的地面材料从所述输送容器（50）被馈送回到所述剥离器件（30）。

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