CN115355006A - 一种深海智能多机协同采矿系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深海智能多机协同采矿系统，包括位于海面上的水面母船支持系统、位于海底的海底采矿系统以及分别连接水面母船支持系统、海底采矿系统的柔性软管提升系统，柔性软管提升系统包括紧急撤离装置，紧急撤离装置内设有与水面母船支持系统连接的通讯装置；海底采矿系统包括中继混输装置、转运软管以及与中继混输装置连接的多台采矿车；中继混输装置包括中转料仓、采集转运泵、混输泵、混料站、给料机，通过采集转运泵将采矿车采集的矿物运转至中转料仓，通过给料机将中转料仓内的矿物输送至混料站，通过混输泵将混料站内的矿物沿柔性软管提升系统输送至水面母船支持系统。
Description
技术领域
本发明涉及水下采矿设备的技术领域，尤其涉及一种深海智能多机协同采矿系统。
背景技术
多金属结核是当前最有可能率先实现商业开采的深海矿种，针对该种矿产出现了多种不同的采矿模式和工艺，主要包括拖斗式、链斗式、穿梭舱式、泵管水力提升式、泵管气力提升式等。其中，采用“海底集矿车-提升泵-提升管道-水面支持系统”模式的采矿方案逐渐得到认可，成为当前技术成熟度最高的采矿方法。
然而考虑未来商业化开采的实际需求，这种方案在安全性、高效性、环保性、经济性等方面依然存在诸多问题，比如一个采矿车只能支持一套采矿系统，采集效率低，且易发生运转混乱的现象，导致运转效率低；况且，在恶劣海况下无法快速撤离，灵活度低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种采矿效率高、运转有序且高效，灵活度高的深海智能多机协同采矿系统。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种深海智能多机协同采矿系统，包括位于海面上的水面母船支持系统、位于海底的海底采矿系统以及分别连接所述水面母船支持系统、所述海底采矿系统的柔性软管提升系统，所述柔性软管提升系统包括紧急撤离装置，所述紧急撤离装置内设有与所述水面母船支持系统连接的通讯装置；
所述海底采矿系统包括中继混输装置、转运软管以及与所述中继混输装置连接的多台采矿车；所述中继混输装置包括中转料仓、采集转运泵、混输泵、混料站、给料机，通过所述采集转运泵将所述采矿车采集的矿物运转至所述中转料仓，通过所述给料机将所述中转料仓内的矿物输送至所述混料站，通过所述混输泵将所述混料站内的矿物沿所述柔性软管提升系统输送至所述水面母船支持系统。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述紧急撤离装置设于所述柔性软管提升系统的上端，所述柔性软管提升系统的上端设有浮体材料。
所述柔性软管提升系统包括柔性提升软管，所述柔性提升软管内布有动力电缆和光纤通讯缆；通过所述柔性软管连接所述水面母船支持系统、所述中继混输装置。
所述中继混输装置将矿物输送至所述柔性提升软管，通过所述柔性提升软管将矿物输送至所述水面母船支持系统。
所述柔性提升软管上设有用于监测软管形态的光纤传感器。
所述采矿车与所述中继混输装置通过声学信标进行定位。
所述采矿车通过转运软管和脐带缆连接所述中继混输装置，所述脐带缆上设有浮球。
所述海底采矿系统包括行走底盘，所述中继混输装置设于所述行走底盘上。
所述水面母船支持系统包括水面支持船舶、船载软管及绞车布放系统、脱水及储存系统；所述船载软管及绞车布放系统、所述脱水及储存系统设于所述水面支持船舶上，所述船载软管及绞车布放系统包括船舶软管，所述船舶软管的一端连通所述柔性提升软管，所述船舶软管的另一端连接至所述脱水及储存系统。
所述水面支持船舶设有超短极限定位系统，通过所述超短基线定位系统与所述声学信标对所述采矿车、所述中继混输装置进行定位和路径规划。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的一种深海智能多机协同采矿系统，操作时，通过采矿车在海底进行采矿，并将矿物收集至采矿车内，再由中继混输装置内的采集转运泵将矿物转运至中转料仓内，中转料仓内的矿物通过给料机逐步输送至混料站内，再通过混输泵将矿物沿柔性软管提升系统输送至水面母船支持系统储存，有序、高效转运，通过一台中继混输装置协同多台采矿车同时进行采矿作业，实现高效率的矿物采集与储存，并根据与水面母船支持系统的状态，将矿物输送至水面；在恶劣海况或其它紧急情况下，紧急撤离装置断开与水面母船支持系统之间的连接，而其内置的通讯装置与水面母船支持系统保持实时通讯状态，从而不影响整套系统的持续采矿作业，整套系统相比传统的硬管-软管采矿系统，灵活性更高，且布放回收方便，作业方便，安全性高。
附图说明
图1是本发明的深海智能多机协同采矿系统的平面结构示意图。
图2是本发明的水面母船支持系统的平面结构示意图。
图3是本发明的柔性软管提升系统平面结构示意图。
图4是本发明的海底采矿系统平面结构示意图。
图中各标号表示：
1、水面母船支持系统；2、柔性软管提升系统；3、海底采矿系统；101、尾水系统；102、船舶布放塔架；103、滑道；104、船舶软管；105、软管布放架体；106、软管绞车；107、脱水及储存系统；201、紧急撤离装置；202、柔性提升软管；203、光纤传感器；301、行走底盘；302、中继混输装置；303、采集转运泵；304、中转料仓；305、第一安置仓；306、第二安置仓；307、混输泵；308、输送管道；4、采矿车；401、脐带缆；402、浮球。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1至图4示出了本发明深海智能多机协同采矿系统的一种实施例，包括位于海面上的水面母船支持系统1、位于海底的海底采矿系统3以及分别连接水面母船支持系统1、海底采矿系统3的柔性软管提升系统2，柔性软管提升系统2包括紧急撤离装置201，所述紧急撤离装置201内设有与所述水面母船支持系统1连接的通讯装置；
海底采矿系统3包括中继混输装置302、转运软管以及与中继混输装置302连接的多台采矿车4；中继混输装置302包括中转料仓304、采集转运泵303、混输泵307、混料站、给料机，通过采集转运泵303将采矿车4采集的矿物运转至中转料仓304，通过给料机将中转料仓304内的矿物输送至混料站，通过混输泵307将混料站内的矿物沿柔性软管提升系统2输送至水面母船支持系统1；该深海智能多机协同采矿系统，操作时，通过采矿车4在海底进行采矿，并将矿物收集至采矿车4内，再由中继混输装置302内的采集转运泵303将矿物转运至中转料仓304内，中转料仓304内的矿物通过给料机逐步输送至混料站内，再通过混输泵307将矿物沿柔性软管提升系统2输送至水面母船支持系统1储存，有序、高效转运，通过一台中继混输装置302协同多台采矿车4同时进行采矿作业，实现高效率的矿物采集与储存，并根据与水面母船支持系统1的状态，将矿物输送至水面；在恶劣海况或其它紧急情况下，紧急撤离装置201断开与水面母船支持系统1之间的连接，而其内置的通讯装置与水面母船支持系统1保持实时通讯状态，从而不影响整套系统的持续采矿作业，整套系统相比传统的硬管-软管采矿系统，灵活性更高，且布放回收方便，作业方便，安全性高。
本实施例中，从上至下，中转料仓304的直径逐渐减小，且呈漏斗状，便于矿物滑入中转料仓304的底部，中转料仓304的底部连接有输送管道308，输送管道308连通至混料站，通过给料机将中转料仓304内的矿物输送至混料站内，混料站包括两个呈一上一下布置的第一安置仓305和第二安置仓306，从上至下，所述第一安置仓305的直径与所述第二安置仓306的直径均逐渐减小，且呈漏斗状，输送管道308延伸至第一安置仓305的上部并与司仪安置仓的内部相连通，所述第一安置仓305的下部延伸至第二安置仓306的上部，第一安置仓305与第二安置仓306相连通，混输泵307通过输送管道308连接第二安置仓306的下部，这样，从中转料仓304输送过来的矿物首先进入第一安置仓305，而后落入到第二安置仓306，直到将第二安置仓306装满，混输泵307从第二安置仓306抽取矿物输送至柔性软管提升系统2，随后通过柔性软管提升系统2将矿物输送至水面母船支持系统1。
本实施例中，紧急撤离装置201设于柔性软管提升系统2的上端，柔性软管提升系统2的上端设有浮体材料，柔性软管提升系统2的上端通过浮体材料保持在水面，在紧急情况下，当水面母船支持系统1与柔性软管提升系统2断开连接时，紧急撤离装置201内置的通讯装置可以与水面母船支持系统1保持实时通讯状态，从而不影响采矿作业的进行。
本实施例中，柔性软管提升系统2包括柔性提升软管202，柔性提升软管202内布有动力电缆和光纤通讯缆，用于动力和信号的传输，可实现动力传输和物料输送多种功能，且便于布放回收；通过柔性提升软管202连接水面母船支持系统1、中继混输装置302，通过柔性提升软管202对所采集的矿物进行输送，并且监测输送状态。
本实施例中，柔性提升软管202上设有用于监测软管形态的光纤传感器203，且沿柔性提升软管202的长度方向设有多个光纤传感器203，通过光纤传感器203对柔性提升软管202形态进行确定，实时对柔性提升软管202的姿态进行监测，确保矿物输送的高效性。
本实施例中，采矿车4通过转运软管和脐带缆401连接中继混输装置302，脐带缆401上设有浮球402，采矿车4与中继混输装置302通过声学信标进行定位。
本实施例中，海底采矿系统3包括行走底盘301，中继混输装置302设于行走底盘301上，形成移动式中继混输装置302，协同采矿车4进行作业，采集矿物进行运转与储存，并根据柔性软管提升系统2与水面母船支持系统1的连接状态，进行矿物的输送。
本实施例中，水面支持船舶系统具有布放回收，补给，动力供应，矿物脱水处理和储存等功能；水面母船支持系统1包括水面支持船舶、船载软管及绞车布放系统、甲板布放系统、脱水及储存系统107以及超短基线定位系统；在水面支持船舶到达海上矿区作业点，再完成声学信标的布放后，通过船舶布放塔架102依次将海底采矿系统3、柔性软管提升系统2以及潜没浮体材料下放。
船载软管及绞车布放系统、甲板布放系统、脱水及储存系统107以及超短基线定位系统设置在水面支持船舶上，船载软管及绞车布放系统包括软管布放架体105和软管绞车106，软管布放架体105上设有滑道103，用于输送矿物的船舶软管104的一端连接柔性提升软管202，另一端连接至脱水及储存系统107，船舶软管104置于滑道103内，并延伸至软管绞车106，矿物从柔性提升软管202进入船舶软管104内，沿船舶软管104输送至脱水及储存系统107进行脱水及储存，处理的尾水通过尾水系统101管道排至海面。
本实施例中，软管布放架体105与软管绞车106并排布置，滑道103朝向软管绞车106的方向弯曲延伸呈圆弧状布置，软管绞车106的一侧是脱水及储存系统107。
本实施例中，通过超短基线定位系统和声学信标对采矿车4和中继混输装置302进行设备的定位和路径规划，柔性软管提升系统2中的光纤传感器203分别对软管形态进行确定，实时对软管的姿态进行监测，确保矿物输送的高效性。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种深海智能多机协同采矿系统，其特征在于：包括位于海面上的水面母船支持系统(1)、位于海底的海底采矿系统(3)以及分别连接所述水面母船支持系统(1)、所述海底采矿系统(3)的柔性软管提升系统(2)，所述柔性软管提升系统(2)包括紧急撤离装置(201)，所述紧急撤离装置(201)内设有与所述水面母船支持系统(1)连接的通讯装置；
所述海底采矿系统(3)包括中继混输装置(302)、转运软管以及与所述中继混输装置(302)连接的多台采矿车(4)；所述中继混输装置(302)包括中转料仓(304)、采集转运泵(303)、混输泵(307)、混料站、给料机，通过所述采集转运泵(303)将所述采矿车(4)采集的矿物运转至所述中转料仓(304)，通过所述给料机将所述中转料仓(304)内的矿物输送至所述混料站，通过所述混输泵(307)将所述混料站内的矿物沿所述柔性软管提升系统(2)输送至所述水面母船支持系统(1)。
2.根据权利要求1所述的一种深海智能多机协同采矿系统，其特征在于：所述紧急撤离装置(201)设于所述柔性软管提升系统(2)的上端，所述柔性软管提升系统(2)的上端设有浮体材料。
3.根据权利要求1所述的一种深海智能多机协同采矿系统，其特征在于：所述柔性软管提升系统(2)包括柔性提升软管(202)，所述柔性提升软管(202)内布有动力电缆和光纤通讯缆；通过所述柔性软管连接所述水面母船支持系统(1)、所述中继混输装置(302)。
4.根据权利要求3所述的一种深海智能多机协同采矿系统，其特征在于：所述中继混输装置(302)将矿物输送至所述柔性提升软管(202)，通过所述柔性提升软管(202)将矿物输送至所述水面母船支持系统(1)。
5.根据权利要求3所述的一种深海智能多机协同采矿系统，其特征在于：所述柔性提升软管(202)上设有用于监测软管形态的光纤传感器(203)。
6.根据权利要求1所述的一种深海智能多机协同采矿系统，其特征在于：所述采矿车(4)与所述中继混输装置(302)通过声学信标进行定位。
7.根据权利要求1所述的一种深海智能多机协同采矿系统，其特征在于：所述采矿车(4)通过转运软管和脐带缆(401)连接所述中继混输装置(302)，所述脐带缆(401)上设有浮球(402)。
8.根据权利要求1所述的一种深海智能多机协同采矿系统，其特征在于：所述海底采矿系统(3)包括行走底盘(301)，所述中继混输装置(302)设于所述行走底盘(301)上。
9.根据权利要求1所述的一种深海智能多机协同采矿系统，其特征在于：所述水面母船支持系统(1)包括水面支持船舶、船载软管及绞车布放系统、脱水及储存系统(107)；所述船载软管及绞车布放系统、所述脱水及储存系统(107)设于所述水面支持船舶上，所述船载软管及绞车布放系统包括船舶软管(104)，所述船舶软管(104)的一端连通所述柔性提升软管(202)，所述船舶软管(104)的另一端连接至所述脱水及储存系统(107)。
10.根据权利要求9所述的一种深海智能多机协同采矿系统，其特征在于：所述水面支持船舶设有超短极限定位系统，通过所述超短基线定位系统与所述声学信标对所述采矿车(4)、所述中继混输装置(302)进行定位和路径规划。
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Cited By (2)
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| CN116575918A (zh) * | 2023-05-30 | 2023-08-11 | 中国船舶科学研究中心 | 深海采矿方法及该方法所用的采矿系统 |
| CN116575918B (zh) * | 2023-05-30 | 2024-02-02 | 中国船舶科学研究中心 | 深海采矿方法及该方法所用的采矿系统 |
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