CN114458313A - 一种海底多金属硫化物低扰动采矿装备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底多金属硫化物低扰动采矿装备，包括钻裂装置、收集装置、破碎装置及行走装置；所述的钻裂装置和收集装置安装在行走装置的前端；破碎装置安装在行走装置的后端，破碎装置的后端与矿物管道输送装置相连。本发明作业范围大，开采扰动小，有效地减少了装备行走和破碎对海底环境的破坏。
Description
技术领域
本发明属于海底采矿装备技术领域，特别涉及一种海底多金属硫化物开采装备。
背景技术
随着海底勘探技术的发展，人们在浩瀚的海洋底部发现了丰富的矿产资源，其贵金属和稀有元素储量极具有开发前景。已探明的具有商业开采前景的固体矿产资源主要包括富钴结壳、多金属结核和多金属硫化物，目前国内外已有组织机构针对富钴结壳和多金属结核采矿车进行了海试测试，海底矿产资源开发权争夺和相关技术的发展愈演愈烈。
多金属硫化物是由海底热液喷发之后冷却堆积的产物，其成形形状多为块状，但其厚度高达十几米或数十米，大量赋存在2500m水深附近。国内学者通过对海底多金属硫化物样品进行力学性能测试，在文献（李艳,等.深海多金属硫化物开采技术[J].中国有色金属学报,2021,31(10):2889-2901.）中指出海底多金属硫化物的破碎性能类似于煤，提出了镐形截齿切削刀具的破碎方式；国外鹦鹉螺矿业公司则验证了旋轮式切削刀盘采集多金属硫化物的可行性。目前已公开的装备技术多是利用切削的破碎方式。
切削装备在推进作业过程中，作业扰动大，对海底环境和生物的栖息地造成了难以修复的破坏。海底多金属硫化物因其堆积形成的烟囱状的赋存状态，为本发明的设计提供了客观条件，通过钻裂、收集、再破碎的开采方式，本发明在开采多金属硫化物矿物过程中，能有效地降低对环境的扰动。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种通过钻裂、收集、再破碎的方式，有效降低在采矿过程中对海底环境的扰动的海底多金属硫化物的采矿设备。
本发明采用的技术方案是：一种海底多金属硫化物低扰动采矿装备，包括钻裂装置、收集装置、破碎装置及行走装置；钻裂装置和收集装置安装在行走装置的前端；破碎装置安装在行走装置上。
上述的海底多金属硫化物低扰动采矿装备中，所述钻裂装置包括钻机和/或劈裂机、导轨架、大臂Ⅰ、小臂Ⅰ、液压油缸Ⅰ、液压油缸Ⅱ、支座和相机Ⅰ；支座固定安装在行走装置前端；大臂Ⅰ一端与支座进行铰接，另一端与小臂Ⅰ铰接；液压油缸Ⅰ一端与支座铰接，另一端与大臂Ⅰ铰接；液压油缸Ⅱ一端与大臂Ⅰ中部铰接，另一端与小臂Ⅰ的尾端铰接；导轨架固定地安装在小臂Ⅰ上，钻机和/或劈裂机固定安装在导轨架上，钻机和/或劈裂机能沿各导轨架移动；相机Ⅰ固定安装在小臂Ⅰ的上。
上述的海底多金属硫化物低扰动采矿装备中，所述的导轨架包括导轨、滑块、支撑板Ⅰ、支撑板Ⅱ、固定板、液压油缸Ⅲ及导杆；滑块设置在导轨上，能沿着导轨滑动；支撑板Ⅰ、支撑板Ⅱ分别固定安装在导轨两端，支撑板Ⅰ、支撑板Ⅱ安装在小臂Ⅰ上；液压油缸Ⅲ置于导轨下方，液压油缸缸体固定地安装在支撑板上，液压油缸活塞杆固定地安装在固定板上；导杆一端固定连接在滑块上，另一端穿过支撑板Ⅱ固定安装在固定板上；所述的钻机和/或劈裂机安装在滑块上。
上述的海底多金属硫化物低扰动采矿装备中，所述的支撑板Ⅰ上设有一圆孔I，用于钻机的钻杆或劈裂机的劈裂头定位；所述的支撑板Ⅱ上设有一U型槽和两个圆孔Ⅱ，两个圆孔Ⅱ对称设置在U型槽两侧，U型槽用于液压油缸Ⅲ的定位，两个圆孔Ⅱ分别与两个导杆间隙配合。
上述的海底多金属硫化物低扰动采矿装备中，所述的收集装置包括回转支撑座、基座、大臂Ⅱ、小臂Ⅱ、液压油缸Ⅳ、液压油缸Ⅴ、液压油缸Ⅵ、连杆Ⅰ、连杆Ⅱ、机械爪回转座、机械爪安装基座、机械爪Ⅰ、机械爪Ⅱ和相机Ⅱ；所述的回转支撑座固定安装在行走装置上，所述的回转支撑座上安装有液压马达Ⅰ，液压马达Ⅰ的输出端与基座固定连接；大臂Ⅱ一端与基座铰接连接，另一端与小臂Ⅱ的尾端铰接连接；液压油缸Ⅳ两端分别于基座和大臂Ⅱ铰接；液压油缸Ⅴ两端分别与大臂Ⅱ中部和小臂Ⅱ的尾端铰接；液压油缸Ⅵ两端分别与小臂Ⅱ的尾端和连杆Ⅰ铰接，连杆Ⅰ的另一端铰接在小臂Ⅱ上；连杆Ⅱ一端与机械爪回转座铰接连接，另一端与连杆Ⅰ和液压油缸Ⅵ铰接的铰接轴铰接；机械爪回转座与小臂Ⅱ的前端铰接，所述机械爪回转座上安装有液压马达Ⅱ，液压马达Ⅱ的输出端与机械爪安装基座固定连接，驱动马达、机械爪Ⅰ固定安装在机械爪安装基座上，机械爪Ⅱ与机械爪安装基座铰接，驱动马达输出轴与机械爪铰接轴固定连接；相机Ⅱ固定安装在小臂Ⅱ上。
上述的海底多金属硫化物低扰动采矿装备中，破碎装置后方设有矿物出口，与矿物输送管道相连接。
上述的海底多金属硫化物低扰动采矿装备中，所述的行走装置包括底盘、车体和照明灯；底盘两侧分别设有一履带，底盘上有回转支撑座；车体通过回转支撑座与底盘铰接，车体可沿回转支撑座轴线周向转动；照明灯固定的安装在车体上。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明针对海底多金属硫化物提出了一种钻裂—收集—再破碎的采矿方式。
2、本发明车架与收集装置均可进行360°的转动，显著地提高了作业范围。
3、与现有的切削的采掘方式相比，本发明能较好地降低对海底环境的扰动，保护海底生物的栖息地。
附图说明
图1为本发明的立体图。
图2为本发明的主视图。
图3为本发明的钻裂装置的立体图。
图4为本发明的钻裂装置的左视图。
图5为本发明的导轨的结构示意图。
图6为本发明的收集装置的结构示意图。
图中：1—钻裂装置；101—大臂Ⅰ；102—液压油缸Ⅰ；103—钻机；104—小臂Ⅰ；105—劈裂机；106—导轨架；1061—支撑板Ⅰ；1062—导轨；1063—滑块；1064—液压油缸Ⅲ，1065—导杆；1066—支撑板Ⅱ；1067—固定板；107—液压油缸Ⅱ；108—支座；109—相机Ⅰ；2—收集装置；201—液压油缸Ⅴ；202—大臂Ⅱ；203—小臂Ⅱ；204—液压油缸Ⅵ；205—连杆Ⅰ；206—连杆Ⅱ；207—机械爪回转座；208—机械爪安装基座；209—机械爪Ⅰ；210—机械爪Ⅱ；211—液压油缸Ⅳ；212—基座；213—回转支撑座；214—相机Ⅱ；3—破碎装置；4—行走装置；401—底盘；402—车体；403—照明灯。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-6所示，本发明包括钻裂装置1、收集装置2、破碎装置3、行走装置4。钻裂装置1和破碎装置2安装于行走装置4的前端，破碎装置3安装于行走装置4的后端，实现整个装置的重心平衡。
所述的钻裂装置1包括大臂Ⅰ101、液压油缸Ⅰ102、钻机103、小臂Ⅰ104、劈裂机105、导轨架106、液压油缸Ⅱ107、支座108、相机Ⅰ109。支座108固定的安装在行走装置4上，大臂Ⅰ101一端与支座铰接，另一端与小臂Ⅰ104铰接。液压油缸Ⅰ102共有两根，对称安装在大臂101两侧，液压油缸Ⅰ102的两端分别与支座108和大臂Ⅰ101的中部铰接，在液压油缸102的推动下，大臂Ⅰ101可绕其与支座108的铰接点转动。液压油缸Ⅱ107的一端铰接在大臂Ⅰ101的中部上方，另一端铰接在小臂Ⅰ104末端，在液压油缸Ⅱ107的推动下，小臂Ⅰ104可沿其与大臂Ⅰ101的铰接点进行转动。相机Ⅰ109固定地安装在小臂Ⅰ104的上表面。两个导轨架106固定地安装在小臂Ⅰ的左右两侧。
所述的导轨架106包括支撑板Ⅰ1061、导轨1062、滑块1063、液压油缸Ⅲ1064、导杆1065、支撑板Ⅱ1066、固定板1067。支撑板Ⅰ1061中心上方开有圆孔I，用于钻机的钻杆或劈裂机的劈裂头定位。支撑板Ⅱ1066中部设有U形槽，便于液压油缸Ⅲ的安装。支撑板Ⅱ1066上设有两个圆孔Ⅱ，两个圆孔Ⅱ内设有导杆1065，圆孔Ⅱ与导杆1065间隙配合。滑块1063设置于导轨之上且能沿着导轨移动，所述滑块1063用于安装钻机103或劈裂机105。所述钻机103和劈裂机105上均有固定的安装板，钻机103和劈裂机105上的安装板与滑块1063上的耳片进行固定连接。滑轨1062两端分别与支撑板Ⅰ1061和支撑板Ⅱ1066固定连接，支撑板Ⅰ1061和支撑板Ⅱ1066固定在小臂Ⅰ104上。导杆1065共有两根，一端固定在滑块底部的耳片，一端穿过支撑板Ⅱ上的圆孔Ⅱ，固定安装在固定板1067上。液压油缸Ⅲ1064安装于导轨1062下方，一端固定安装在支撑板Ⅰ1061上，另一端固定安装在固定板1067上。在液压油缸Ⅲ1064的推动下，固定板1067会随着活塞杆运动，与固定板1067固连的导杆1065会是滑块1063沿导轨1062进行滑动，来实现钻机103和劈裂机105的推进与后退。
所述收集装置2包括液压油缸Ⅴ201、大臂Ⅱ202、小臂Ⅱ203、液压油缸Ⅵ204、连杆Ⅰ205、连杆Ⅱ206、机械爪回转座207、机械爪安装基座208、机械爪Ⅰ209、机械爪Ⅱ210、液压油缸Ⅳ211、基座212、回转支撑座213。回转支撑座213固定的安装在行走装置4上，基座212可旋转地安装在回转支撑座213上，旋转的动力来源为液压马达Ⅰ，其固定的安装在回转支撑座213上，液压马达Ⅰ的输出轴与基座212连接。大臂Ⅱ202的一端与基座212铰接，另一端与小臂Ⅱ203铰接。大臂Ⅱ202的俯仰角度通过液压油缸Ⅳ211的伸缩来调节，液压油缸Ⅳ204的一端与基座212铰接，液压油缸Ⅳ204的另一端与大臂Ⅱ202的中部铰接。液压油缸Ⅴ201用来调节小臂Ⅱ203的俯仰角度，其两端分别与大臂Ⅱ202和小臂Ⅱ203铰接。连杆Ⅰ205有两个，两连杆Ⅰ205一端分别与小臂Ⅱ203的两侧壁铰接，两连杆Ⅰ205的另一端与液压油缸Ⅵ204的一端铰接。连杆Ⅱ206的一端与连杆Ⅰ205和液压油缸Ⅵ204铰接的铰接轴铰接。液压油缸Ⅵ204另一端与小臂Ⅱ203铰接，连杆Ⅱ206的另一端与机械爪回转支座207铰接。机械爪回转支座207与小臂Ⅱ203进行铰接，机械爪回转支座207上固定有液压马达Ⅱ，机械爪回转支座207在连杆Ⅱ206的推动下可沿其与小臂Ⅱ203的铰接点进行转动。机械爪安装基座208与机械爪回转支座207上的液压马达Ⅱ的输出轴连接，在液压马达Ⅱ的驱动下，机械爪安装基座208可绕机械爪回转支座207的轴线转动。驱动马达、机械爪Ⅰ209固定安装在机械爪安装基座208上，在进行矿石抓取时，其具有更好的刚性和稳定性。机械爪Ⅱ210与械爪安装基座208进行铰接连接，铰接轴与驱动马达的输出轴进行连接，机械爪Ⅱ210与机械爪Ⅰ209相对设置，机械爪Ⅱ210在驱动马达的驱动下，可绕铰接轴进行转动。相机Ⅱ214固定地安装在小臂Ⅱ203的右侧。
所述破碎装置3固定地安装在行走装置后端，破碎装置3的进料口为敞口状，便于矿石进入，在其后方设有矿料出口，连接管道输送装置。
所述行走装置4包括底盘401、车体402、照明灯403。所述照明灯403固定地安装在车体上表面；车体402旋转地安装在底盘401上，旋转的动力来源于液压马达。底盘401是整个装备的承载平台，底盘401的两侧分别设有一履带，利用履带进行行走，履带包裹有主动轮、从动轮和承重轮，主动轮与液压马达Ⅲ的输出轴相连。车体402内部安装有液压泵站、数据控制平台，液压泵站是上述所有液压油缸（液压油缸Ⅰ102、液压油缸Ⅱ107、液压油缸Ⅲ1064、液压油缸Ⅴ201、液压油缸Ⅵ204、液压油缸Ⅳ211）和液压马达（液压马达Ⅰ、液压马达Ⅱ、液压马达Ⅲ和驱动马达）的动力来源，数据控制平台是数据收集、分析与控制的平台，各个执行元件（包括但不限于液压马达、照明灯403、相机Ⅰ、相机Ⅱ等）均有数据传输线路与数据控制平台相连。
本发明工作过程如下：
本发明行驶到预定采矿地点，通过相机Ⅰ109的画面，选取合适的钻裂点，钻裂装置1开始工作，钻机103沿导轨1062推进钻孔，钻孔完成后，钻机103退出，劈裂机105进行劈裂作业，当矿石被劈裂成合适体积时，收集装置2利用机械爪Ⅰ210与机械爪Ⅱ209进行抓取，将其放进后方的破碎装置3中，破碎成合适大小的矿石颗粒经由出口进入矿石输送管道。当一定范围内的矿物采掘完之后，车体402进行转动调整开采方向或者整个装备移动前往下个开采点。
Claims (7)
1.一种海底多金属硫化物低扰动采矿装备，其特征在于：包括钻裂装置、收集装置、破碎装置及行走装置；钻裂装置和收集装置安装在行走装置的前端；破碎装置安装在行走装置上。
2.根据权利要求1所述的海底多金属硫化物低扰动采矿装备，其特征在于：所述钻裂装置包括钻机和/或劈裂机、导轨架、大臂Ⅰ、小臂Ⅰ、液压油缸Ⅰ、液压油缸Ⅱ、支座和相机Ⅰ；支座固定安装在行走装置前端；大臂Ⅰ一端与支座进行铰接，另一端与小臂Ⅰ铰接；液压油缸Ⅰ一端与支座铰接，另一端与大臂Ⅰ铰接；液压油缸Ⅱ一端与大臂Ⅰ中部铰接，另一端与小臂Ⅰ的尾端铰接；导轨架固定地安装在小臂Ⅰ上，钻机和/或劈裂机固定安装在导轨架上，钻机和/或劈裂机能沿各导轨架移动；相机Ⅰ固定安装在小臂Ⅰ的上。
3.根据权利要求2所述的海底多金属硫化物低扰动采矿装备，其特征在于：所述的导轨架包括导轨、滑块、支撑板Ⅰ、支撑板Ⅱ、固定板、液压油缸Ⅲ及导杆；滑块设置在导轨上，能沿着导轨滑动；支撑板Ⅰ、支撑板Ⅱ分别固定安装在导轨两端，支撑板Ⅰ、支撑板Ⅱ安装在小臂Ⅰ上；液压油缸Ⅲ置于导轨下方，液压油缸缸体固定地安装在支撑板上，液压油缸活塞杆固定地安装在固定板上；导杆一端固定连接在滑块上，另一端穿过支撑板Ⅱ固定安装在固定板上；所述的钻机和/或劈裂机安装在滑块上。
4.根据权利要求3所述的海底多金属硫化物低扰动采矿装备，其特征在于：所述的支撑板Ⅰ上设有一圆孔Ⅰ，用于钻机的钻杆或劈裂机的劈裂头定位；所述的支撑板Ⅱ上设有一U型槽和两个圆孔Ⅱ，两个圆孔Ⅱ对称设置在U型槽两侧，U型槽用于液压油缸Ⅲ的定位，两个圆孔Ⅱ分别与两个导杆间隙配合。
5.根据权利要求1所述的海底多金属硫化物低扰动采矿装备，其特征在于：所述的收集装置包括回转支撑座、基座、大臂Ⅱ、小臂Ⅱ、液压油缸Ⅳ、液压油缸Ⅴ、液压油缸Ⅵ、连杆Ⅰ、连杆Ⅱ、机械爪回转座、机械爪安装基座、机械爪Ⅰ、机械爪Ⅱ和相机Ⅱ；所述的回转支撑座固定安装在行走装置上，所述的回转支撑座上安装有液压马达Ⅰ，液压马达Ⅰ的输出端与基座固定连接；大臂Ⅱ一端与基座铰接连接，另一端与小臂Ⅱ的尾端铰接连接；液压油缸Ⅳ两端分别于基座和大臂Ⅱ铰接；液压油缸Ⅴ两端分别与大臂Ⅱ中部和小臂Ⅱ的尾端铰接；液压油缸Ⅵ两端分别与小臂Ⅱ的尾端和连杆Ⅰ铰接，连杆Ⅰ的另一端铰接在小臂Ⅱ上；连杆Ⅱ一端与机械爪回转座铰接连接，另一端与连杆Ⅰ和液压油缸Ⅵ铰接的铰接轴铰接；机械爪回转座与小臂Ⅱ的前端铰接，所述机械爪回转座上安装有液压马达Ⅱ，液压马达Ⅱ的输出端与机械爪安装基座固定连接，驱动马达、机械爪Ⅰ固定安装在机械爪安装基座上，机械爪Ⅱ与机械爪安装基座铰接，驱动马达输出轴与机械爪铰接轴固定连接；相机Ⅱ固定安装在小臂Ⅱ上。
6.根据权利要求1所述的海底多金属硫化物低扰动采矿装备，其特征在于：破碎装置后方设有矿物出口，与矿物输送管道相连接。
7.根据权利要求1所述的海底多金属硫化物低扰动采矿装备，其特征在于：所述的行走装置包括底盘、车体和照明灯；底盘两侧分别设有一履带，底盘上有回转支撑座；车体通过回转支撑座与底盘铰接，车体可沿回转支撑座轴线周向转动；照明灯固定的安装在车体上。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20220510 |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |