CN207278260U - 一种深海矿产资源开发系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种深海矿产资源开发系统，包括水下矿物采集子系统、矿物转运子系统、水面支持子系统、水下控制子系统和配套保障子系统，水下矿物采集子系统包括采矿潜水器群；矿物转运子系统包括提升潜水器；水下控制子系统包括深潜器，深潜器内设有核电站；配套保障子系统包括维护保障潜水器和通信导航定位装置；深潜器通过脐带缆分别与采矿潜水器群、维护保障潜水器连接，深潜器为采矿潜水器群、维护保障潜水器提供能源和控制信号。本实用新型的在水下的子系统不需要由在水上的子系统提供能量，工作时若遇到大风浪等海上恶劣天气，可将在水上的子系统移动到别处躲避风浪，而在水下的子系统可继续正常作业，作业要求不高，对海上风浪天气不敏感。

Description

一种深海矿产资源开发系统

技术领域

本实用新型涉及海洋矿产资源开采装备的技术领域，特别涉及一种深海矿产资源开发系统。

背景技术

深海底蕴藏着极为丰富的矿产资源，其中最具开发价值的有多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等。近年来，随着我国经济的迅速发展，对资源的需求也越来越大，伴随着经济实力的显著提升，海洋产业发展迅速，为深海采矿的发展提供了良好的基础。

自上世纪中叶开始，国际上针对深海采矿技术开展了广泛的研究，提出了以“水面浮式平台”为基地的拖斗式、连续链斗式、管道提升式、穿梭运载式等多种技术途径，研制了相关设备和装置，开展了陆上、湖泊或海上试验。中国实用新型专利CN 203594452 U公开了一种海洋矿产资源开采装置，请参阅图1，包括水面采矿船1，与水面采矿船1连接的提升管(2、3)，串接在提升管3下端的提升电泵站(4、5)，连接在提升电泵吸入端的软管7，与软管7的吸入端连接的矿物料破碎机构18，铰接在矿物破碎机构18上的采矿机构；所述采矿机构上装有多个扰动射流喷嘴(23、24)、多个上升射流喷嘴(22、25)和与所述矿物破碎机构18的进料口连通的导流管21；所述提升管(2、3)、提升电泵站(4、5)、软管7、矿物破碎机构18和导流管21依次串联形成矿浆提升通道，所述导流管21的进料口朝向海底以吸取海底矿物；所述软管7固定在一潜游ROV 8上，该潜游ROV 8通过连接装置与所述采矿机构相连。该实用新型提出的海洋矿产资源开采装置具有简单合理、可靠性高、采矿效率高、不受海底复杂地形和复杂地质条件影响以及对海底扰动小等优点，为锰结核、富钴结壳、海底硫化物和多金属软泥等深海底矿物资源提供一种安全性好、环境友好的开采方法。但是，存在以下缺陷：

作业时，水面采矿船拖曳水下系统进行水下矿产资源的采集，遇到大风浪等海上恶劣天气时，水面采矿船需拖曳整个系统躲避风浪，作业要求较高且对海上风浪天气敏感。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种深海矿产资源开发系统，以解决现有的海洋矿产资源开采装置的水面采矿船拖曳水下系统进行水下矿产资源的采集，遇到大风浪等海上恶劣天气时，水面采矿船需拖曳整个系统躲避风浪，作业要求较高且对海上风浪天气敏感的技术性问题。

本实用新型目的通过以下的技术方案实现：

一种深海矿产资源开发系统，包括水下矿物采集子系统、矿物转运子系统、水面支持子系统、水下控制子系统和配套保障子系统，其中，

所述水下矿物采集子系统包括采矿潜水器群；

所述矿物转运子系统包括提升潜水器；

所述水面支持子系统包括水面支持装置；

所述水下控制子系统包括深潜器，所述深潜器内设有核电站；

所述配套保障子系统包括维护保障潜水器和通信导航定位装置；

所述深潜器通过脐带缆分别与所述采矿潜水器群、所述维护保障潜水器连接，所述深潜器为所述采矿潜水器群、所述维护保障潜水器提供能源和控制信号；

所述通信导航定位装置布置在所述采矿潜水器群、所述深潜器、所述水面支持装置和所述维护保障潜水器上，所述通信导航定位装置通过信息的传输和交换来控制和获知所述采矿潜水器群、所述深潜器、所述水面支持装置和所述维护保障潜水器所处的位置和工作状态。

优选地，还包括水下勘探子系统，所述水下勘探子系统包括用于勘探的无缆水下机器人，所述通信导航定位装置布置在所述无缆水下机器人上。

优选地，所述采矿潜水器群包括配有切割头的采矿潜水器、配有破碎头的采矿潜水器和配有收集头的采矿潜水器。

优选地，所述深潜器通过集成软管与所述配有收集头的采矿潜水器连接，所述集成软管上设有浮力材料。

优选地，所述提升潜水器为无人无缆潜水器。

优选地，所述提升潜水器可通过水下对接装置分别与所述水面支持装置和所述深潜器连接。

优选地，所述提升潜水器为若干个。

优选地，所述水面支持装置为水面支持船或平台。

优选地，所述水面支持子系统还包括矿物运输船。

优选地，所述深潜器内设有矿物初提取装置。

优选地，所述深潜器内设有矿物存储空间。

优选地，所述通信导航定位装置包括两个声学接收换能器和四个声信标，所述两个声学接收换能器分别设置在所述深潜器、所述水面支持装置中。

与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果：

1、本实用新型的深海矿产资源开发系统将在水上的子系统和在水下的子系统完全隔开，在水下的子系统不需要由在水上的子系统提供能量，在水上的子系统和在水下的子系统不相连，工作时若遇到大风浪等海上恶劣天气，可将在水上的子系统移动到别处躲避风浪，而在水下的子系统可继续正常作业，作业要求不高，对海上风浪天气不敏感。

2、本实用新型的深海矿产资源开发系统具有勘探、开采、收集、运输、转运和保障等各项功能，可以长周期、高效率的进行深海矿产资源开发。

3、本实用新型的深海矿产资源开发系统的应用及服务的范围包括深海矿产资源的勘探、开采、转运和保障等各环节，可与以“水面浮式平台”为基地的水下生产系统配套使用，形成互补，可合理、高效、经济地开发和利用深海资源。

4、本实用新型的深潜器将能量供给从水上移到水下，减少了输送过程中的能量损失，并进一步保证了信号传输过程中的稳定性，且相对于水面供能，可避免出现缆绳管道缠绕的现象。

5、本实用新型采用多个提升潜水器作为矿物的提升工具，各个提升潜水器相互独立工作，相互之间没有影响，不会因为一个提升潜水器出问题而影响整个系统的运行，相对于传统的串联管道运输系统故障率低、维修成本低、效率高。

6、本实用新型的水面支持装置主要用于临时存储矿物，没有复杂的管道连接处、升沉补偿装置和设备的布放回收，大大减少了水面支持装置所需的功能，结构简单，从而降低了制造成本。

7、本实用新型将水下设备的控制系统、能源供给从海面转移到海底，大大降低了对水面设备的要求，提高了水下系统的生存能力和抗破坏能力。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为现有技术的海洋矿产资源开采装置的结构示意图。

图2为本实用新型的深海矿产资源开发系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本实用新型。为了使本领域的技术人员能够清楚、完整的知晓本实用新型的内容并可以实施本实用新型的技术方案，实施例中公开了大量的细节。但是，很显然地，没有这些细节本领域的技术人员也能够实施本实用新型的技术方案，达到本实用新型的目的，实现本实用新型的效果。这些细节是实用新型人经过大量的实验而选择的最优的实施方式，并不用来限制本实用新型的保护范围。本实用新型的保护范围以权利要求书的内容为准，本领域的技术人员根据本申请文件公开的内容无需创造性劳动而得到的技术方案也在本实用新型的保护范围内。

实施例1

请参阅图2，一种深海矿产资源开发系统，包括水下矿物采集子系统、矿物转运子系统、水面支持子系统、水下勘探子系统、水下控制子系统和配套保障子系统，其中，

所述水下勘探子系统包括用于勘探的无缆水下机器人1；

所述水下矿物采集子系统包括采矿潜水器群2；

所述矿物转运子系统包括提升潜水器7；

所述水面支持子系统包括水面支持装置；

所述水下控制子系统包括深潜器5，所述深潜器5内设有小型核电站；

所述配套保障子系统包括维护保障潜水器10和通信导航定位装置；

所述深潜器5通过脐带缆6分别与所述采矿潜水器群2、所述维护保障潜水器10连接，所述深潜器5为所述采矿潜水器群2、所述维护保障潜水器10提供能源和控制信号；

所述通信导航定位装置布置在所述采矿潜水器群2、所述深潜器5、所述无缆水下机器人1、所述水面支持装置和所述维护保障潜水器10上，所述通信导航定位装置通过信息的传输和交换来控制和获知所述采矿潜水器群2、所述深潜器5、所述水面支持装置和所述维护保障潜水器10所处的位置和工作状态。

本实用新型的深海矿产资源开发系统将在水上的子系统和在水下的子系统完全隔开，在水下的子系统不需要由在水上的子系统提供能量，在水上的子系统和在水下的子系统不相连，工作时若遇到大风浪等海上恶劣天气，可将在水上的子系统移动到别处躲避风浪，而在水下的子系统可继续正常作业，作业要求不高，对海上风浪天气不敏感。

其中，深潜器5为大型深潜器。所述无缆水下机器人1配有机械手，主要负责深海矿产资源的调查与快速勘探、海底钻探与取样、矿区地质和水体环境条件的详细勘察、现场环评等工作。

所述采矿潜水器群2包括配有切割头的采矿潜水器、配有破碎头的采矿潜水器和配有收集头的采矿潜水器。本实用新型的采矿潜水器群2通过装配不同的采矿头来满足切割、破碎、收集等不同工序的需要。采矿潜水器群2可采用履带行走方式，可以防止陷入松软的泥沙中。采矿潜水器群2还可自带走形机构并配有惯性导航来定位，可以实现走形、爬坡、越障、越沟等功能。所述采矿潜水器群2可以满足多种矿物的开采，可以实现海底平面的预处理、矿物的破碎和收集。

所述深潜器5通过集成软管3与所述配有收集头的采矿潜水器连接，所述集成软管3上设有浮力材料4。

所述提升潜水器7为无人无缆潜水器，所述提升潜水器7为若干个。所述提升潜水器7的个数可依据需要而定。所述提升潜水器7可通过水下对接装置分别与所述水面支持装置和所述深潜器5连接。配有收集头的采矿潜水器通过集成软管3将矿物运输至所述深潜器5内，然后通过水下对接装置由所述深潜器5输送到所述提升潜水器7，由所述提升潜水器7将矿物输送至水面支持装置。

所述水面支持装置为水面支持船8或平台。所述水面支持子系统还可包括矿物运输船9。水面支持船8或平台用于暂时存储矿物。矿物运输船9用于将水面支持船8或平台上的矿物运输至码头。

所述深潜器5内可设置矿物初提取装置。所述矿物初提取装置用于将暂时存储在所述深潜器5内的矿物中的泥沙预先剔除，可减少所述提升潜水器7在提升过程中所做的无用功。

所述深潜器5内设有矿物存储空间，该矿物存储空间用于临时存储矿物。

所述通信导航定位装置包括两个声学接收换能器和四个声信标11，所述两个声学接收换能器分别设置在所述深潜器5、所述水面支持装置中。四个声信标固定设置在海底。水面支持装置上的声学接收换能器可以接收到声信标11发射的信号，通过分析信号，可以计算出水面支持装置与声信标的距离和方位角，进而计算出声信标在水下的位置。深潜器5和声信标11进行信号相互传输，来确定声信标11与深潜器5的距离，再通过计算来确定深潜器5的位置。深潜器5通过信息的传输和交换来控制和获知所述采矿潜水器群2和所述维护保障潜水器10所处的位置和工作状态。

下面对本实用新型的深海矿产资源开发系统的工作过程进行描述。

工作时，先由无缆水下机器人1进行深海矿产资源的调查与快速勘探、海底钻探与取样、矿区地质和水体环境条件的详细勘察、现场环评等工作。之后，由深潜器5携带采矿潜水器群2、集成软管3、浮力材料4、脐带缆6、提升潜水器7、维护保障潜水器10等设备下潜到海底，找到合适地形坐底。利用维护保障潜水器10将集成软管3的两端分别连接到深潜器5和配有收集头的采矿潜水器上，并在集成软管3的合适位置装上浮力材料4。深潜器5内部配有小型核电站，通过脐带缆6连接到采矿潜水器群2和维护保障潜水器10上，深潜器5为采矿潜水器群2和维护保障潜水器10提供能源和控制信号。然后，配有收集头的采矿潜水器将矿区表面的沉积物移到矿区外，再用配有切割头的采矿潜水器预清理矿区表面来获得平坦的表面，随后用配有破碎头的采矿潜水器由上至下破碎矿物，最后用配有收集头的采矿潜水器来收集已经被破碎的细小矿物，通过泵将矿物输送到深潜器5临时存储起来。深潜器5将收集到的矿物通过矿物初提取装置进行初步提取，剔除矿物中的泥沙杂物，从而减少提升矿物的成本。之后，提升潜水器7通过水下对接装置与深潜器5连接，并将矿物从深潜器5转移到提升潜水器7。提升潜水器7通过螺旋桨和自身的升沉装置运动到海面上与水面支持船8或平台进行对接，将矿物导出到水面支持船8或平台，然后再返回海底。提升至水面支持船8或平台的矿物，再转移到矿物运输船9上，由矿物运输船9运至码头上进行进一步的加工处理。

实施例2

本实施例提供一种深海矿产资源开发系统，本实施例与实施例1的区别为：

本实施例不包括水下勘探子系统。

具体可以参考实施例1。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (12)

1.一种深海矿产资源开发系统，其特征在于，包括水下矿物采集子系统、矿物转运子系统、水面支持子系统、水下控制子系统和配套保障子系统，其中，

所述水下矿物采集子系统包括采矿潜水器群；

所述矿物转运子系统包括提升潜水器；

所述水面支持子系统包括水面支持装置；

所述水下控制子系统包括深潜器，所述深潜器内设有核电站；

所述配套保障子系统包括维护保障潜水器和通信导航定位装置；

所述深潜器通过脐带缆分别与所述采矿潜水器群、所述维护保障潜水器连接，所述深潜器为所述采矿潜水器群、所述维护保障潜水器提供能源和控制信号；

所述通信导航定位装置布置在所述采矿潜水器群、所述深潜器、所述水面支持装置和所述维护保障潜水器上，所述通信导航定位装置通过信息的传输和交换来控制和获知所述采矿潜水器群、所述深潜器、所述水面支持装置和所述维护保障潜水器所处的位置和工作状态。

2.如权利要求1所述的深海矿产资源开发系统，其特征在于，还包括水下勘探子系统，所述水下勘探子系统包括用于勘探的无缆水下机器人，所述无缆水下机器人上布置有所述通信导航定位装置。

3.如权利要求1所述的深海矿产资源开发系统，其特征在于，所述采矿潜水器群包括配有切割头的采矿潜水器、配有破碎头的采矿潜水器和配有收集头的采矿潜水器。

4.如权利要求3所述的深海矿产资源开发系统，其特征在于，所述深潜器通过集成软管与所述配有收集头的采矿潜水器连接，所述集成软管上设有浮力材料。

5.如权利要求1所述的深海矿产资源开发系统，其特征在于，所述提升潜水器为无人无缆潜水器。

6.如权利要求1所述的深海矿产资源开发系统，其特征在于，所述提升潜水器通过水下对接装置分别与所述水面支持装置和所述深潜器连接。

7.如权利要求1所述的深海矿产资源开发系统，其特征在于，所述提升潜水器为若干个。

8.如权利要求1所述的深海矿产资源开发系统，其特征在于，所述水面支持装置为水面支持船或平台。

9.如权利要求1或8所述的深海矿产资源开发系统，其特征在于，所述水面支持子系统还包括矿物运输船。

10.如权利要求1所述的深海矿产资源开发系统，其特征在于，所述深潜器内设有矿物初提取装置。

11.如权利要求1所述的深海矿产资源开发系统，其特征在于，所述深潜器内设有矿物存储空间。

12.如权利要求1所述的深海矿产资源开发系统，其特征在于，所述通信导航定位装置包括两个声学接收换能器和四个声信标，所述两个声学接收换能器分别设置在所述深潜器、所述水面支持装置中。