CN1125215C - 水力提升海底矿物方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水力提升海底矿物方法及装置。该方法是自水面到海底敷设底部相连通的输水管和提升管，开启设置在采矿船上的水泵向输水管和提升管送入高压水，提供扬矿的动力驱动，在提升管内形成扬矿的上升水流。控制设置在提升管下端的组合矿仓的计量仓与给矿仓之间的仓间导管上的阀门开关，使计量仓具有压力转换的功能，实现在等压条件下仓间放矿和连续均匀的给矿，从而实现水力连续提升矿物。本发明避免了通常水力提升所需要的深水电机和潜水泵等复杂昂贵的水下机电设备，大大简化了泵的安装和维修，降低了维护费用。

Description

水力提升海底矿物方法及装置

(一)技术领域

本发明涉及水力提升海底矿物方法及装置。

(二)背景技术

为了开发和利用深海丰富的矿产资源，人们早在二十世纪七十年代就开始研究深海采矿技术。各种深海采矿方法竞相提出，连续绳斗(CLB)法、流体提升采矿法、遥控潜浮式穿棱车法就是其中的典型。但CLB法由于采矿效率不高，且采矿时结核资源浪费严重，因而遭到淘汰。遥控潜浮式穿棱车采矿法因其设备开发难度大，终止了进一步的研究。而流体提升采矿方法受到了普遍重视，目前被人们认为是唯一比较适用，技术上较为成熟，应用潜力较大的一种采矿方法，因而得到了广泛的研究和开发。流体提升式采矿方法分气力提升和水力提升两种方式。气力提升的优点是技术结构相对简单，水下无复杂的机电设备。但能耗高，输送浓度低(＜10％)。气、液、固三相体的浓度难以控制，管体结构复杂。水力提升能耗低，输送浓度可达20％，易于实现商业化开采。但是需要有特殊的潜水泵，存在着潜水泵过流元件的磨损较大，对设备的无故障率和连续作业的时间要求高等问题，解决这些问题，目前还有一定的难度。

(三)发明内容

本发明的目的是针对上述技术的现状及存在的问题，而设计了具有节省投资，安装和维修简便，维护费用低，采用水面水泵驱动，实现连续提升海底矿物方法及装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下方案。

实现水力提升海底矿物方法的装置，其特征在于该装置包括：

水泵—该水泵设置在采矿船上；

输水管—该管敷设在海水中，其上端与设置在采矿船上的水泵出口相连通；

提升管—该管敷设在海水中，其上端与采矿船集矿处相连接，其底部与输水管底部采用U型管相连通；

组合矿仓—该组合矿仓固装在提升管下端，它由矿仓、计量仓、给矿仓、仓间导管组成，其中：

矿仓—位于组合矿仓最上部与提升管相固接，其下部为漏斗型，在出矿口处设有矿仓闸门；

计量仓—位于矿仓的下部与提升管相固接，其上部与矿仓闸门相固接，其下部为漏斗型，在出口处设有计量仓闸门；

给矿仓—位于计量仓的下部与提升管相固接，其上部与计量仓闸门相固接；

仓间导管—设置在计量仓与给矿仓外壁之间，其上端与计量仓内相通，其下端与给矿仓内相通，其中部设有阀门：

造浆室—其位于组合矿仓的下部，其上部与给矿仓下部相连通，其出口与提升管相连通；

调速泵—其位于造浆室外侧；

连通管—其一端与输水管的下部相连通，另一端与调速泵进口相连通。

使用如上述所述装置的水力提升海底矿物方法，其特征在于采用以下步骤：

a.开启设置在采矿船上的水泵，向敷设在海水中与水泵出水口相连通的输水管和与输水管底部相连通的提升管送入高压水，并使其流速大于矿物的沉降速度；

b.控制设置在提升管下端的组合矿仓的计量仓与给矿仓之间的仓间导管上的阀门开关，使计量仓具有压力转换功能，并使其压力交替等于矿仓的静水压力和给矿仓的压力，在等压条件下来开启或关闭矿仓下部的矿仓闸门和关闭或开启计量仓下部的计量仓闸门，实现连续均匀地向造浆室给入矿物；

c.通过调速泵向造浆室送入水与组合矿仓给入的矿物混合造浆，借助提升管内的上升水流在造浆室出口处形成的负压，其矿浆被带入到提升管内形成扬矿的上升两相流，从而实现连续提升矿物。

由于上述技术方案，本发明具有节省投资，安装和维修简便，维护费用低的优点。

(四)附图说明

附图是本发明提升海底矿物方法及装置示意图。

(五)具体实施方式

结合附图对本发明进一步描述如下：

实现水力提升海底矿物方法的装置，其特征在于该装置包括：水泵—该水泵设置在采矿船上；输水管1-该管敷设在海水中，其上端与设置在采矿船上的水泵出口相连通；提升管3-该管敷设在海水中，其上端与采矿船集矿处相连接，其底部与输水管底部采用U型管相连通；组合矿仓—该组合矿仓固装在提升管下端，它由矿仓2、计量仓6、给矿仓11、仓间导管7组成，其中：矿仓—位于组合矿仓最上部与提升管相固接，其下部为漏斗型，在出矿口处设有矿仓闸门4；计量仓—位于矿仓的下部与提升管相固接，其上部与矿仓闸门相固接，其下部为漏斗型，在出口处设有计量仓闸门9；给矿仓—位于计量仓的下部与提升管相固接，其上部与计量仓闸门相固接；仓间导管—设置在计量仓与给矿仓间外壁之间，其上端与计量仓内相通，其下端与给矿仓内相通，其中部设有阀门8；造浆室13-其位于组合矿仓的下部，其上部与给矿仓下部相连通，其出口与提升管相连通；调速泵14-其位于造浆室外侧；连通管12-其一端与输水管的下部相连通，另一端与调速泵进口相连通。

水力提升海底矿物方法，其特征在于采用以下步骤：a开启设置在采矿船上的水泵，向敷设在海水中与水泵出水口相连通的输水管和与输水管底部相连通的提升管送入高压水，使其流速大于矿物的沉降速度，形成提升海底矿物的动力；b控制设置在提升管下端的组合矿仓的计量仓与给矿仓之间的仓间导管上的阀门开关，使计量仓具有压力转换功能，并使其压力交替等于矿仓的静水压力和给矿仓的压力，在等压条件下来开启或关闭矿仓下部的矿仓闸门和关闭或开启计量仓下部的计量仓闸门，实现连续均匀地向造浆室给入矿物；

c通过调速泵向造浆室送入水与组合矿仓给入的矿物混合造浆，借助提升管内的上升水流在造浆室出口处形成的负压，其矿浆被带入到提升管内形成扬矿的上升两相流，从而实现连续提升矿物。在提升海底矿物过程中，给矿仓及其下部的造浆室与提升管始终处于等压状态，在设计上使给矿仓的体积适当大于计量仓的体积，保证给矿仓始终处于有矿状态，实现不间断的连续向造浆室给矿和向提升管提供矿浆。可以通过调速泵控制造浆水流参数，给矿速度和扬矿两相流的固体百分比，来调节提升矿物的速度。

Claims (2)

1.实现水力提升海底矿物方法的装置，其特征在于该装置包括：

水泵—该水泵设置在采矿船上；

输水管—该管敷设在海水中，其上端与设置在采矿船上的水泵出口相连通；

提升管—该管敷设在海水中，  其上端与采矿船集矿处相连接，其底部与输水管底部采用U型管相连通；

组合矿仓—该组合矿仓固装在提升管下端，  它由矿仓、计量仓、给矿仓、仓间导管组成，其中：

矿仓—位于组合矿仓最上部与提升管相固接，其下部为漏斗型，在出矿口处设有矿仓闸门；

计量仓—位于矿仓的下部与提升管相固接，其上部与矿仓闸门相固接，其下部为漏斗型，在出口处设有计量仓闸门；

给矿仓—位于计量仓的下部与提升管相固接，其上部与计量仓闸门相固接；

仓间导管—设置在计量仓与给矿仓外壁之间，其上端与计量仓内相通，其下端与给矿仓内相通，其中部设有阀门；

造浆室—其位于组合矿仓的下部，其上部与给矿仓下部相连通，其出口与提升管相连通；

调速泵—其位于造浆室外侧；

连通管—其一端与输水管的下部相连通，另一端与调速泵进口相连通。

2.使用如权利要求1所述装置的水力提升海底矿物方法，其特征在于采用以下步骤：

a.开启设置在采矿船上的水泵，向敷设在海水中与水泵出水口相连通的输水管和与输水管底部相连通的提升管送入高压水，并使其流速大于矿物的沉降速度；

b.控制设置在提升管下端的组合矿仓的计量仓与给矿仓之间的仓间导管上的阀门开关，使计量仓具有压力转换功能，并使其压力交替等于矿仓的静水压力和给矿仓的压力，在等压条件下来开启或关闭矿仓下部的矿仓闸门和关闭或开启计量仓下部的计量仓闸门，实现连续均匀地向造浆室给入矿物；

c.通过调速泵向造浆室送入水与组合矿仓给入的矿物混合造浆，借助提升管内的上升水流在造浆室出口处形成的负压，其矿浆被带入到提升管内形成扬矿的上升两相流，从而实现连续提升矿物。