CN212272198U - 自平衡易转场的矿石混输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自平衡易转场的矿石混输系统，包括上部运输软管、下部运输管、浮筒、底部结构，上部运输软管一端连接水面采矿辅助船，另一端连接水中浮筒，下部运输管一端连接浮筒，另一端连接底部结构，浮筒与底部结构之间设有高强度缆线，底部结构包括水下提升泵、集控中心、压舱物，水面采矿辅助船、浮筒与底部结构之间连接有脐带缆，脐带缆绑于上部运输软管、下部运输管上，底部结构通过副脐带缆连接在海底的采矿机，本实用新型实现更快的系统整体转场，大大降低混输系统对水面采矿辅助船的负载要求，实现了水面采矿辅助船与下部浮筒结构的运动分离，保证浮筒浮力有一定偏差时不会直接冲到水面上，大幅降低开发成本，经济性好。

Description

自平衡易转场的矿石混输系统

技术领域

本实用新型涉及一种适用于深海采矿中的矿石混输系统，特别涉及一种自平衡易转场的矿石混输系统。

背景技术

深海中蕴藏丰富的品位极高的矿藏资源。但深海矿藏一般分布在水深极深的海域，扬矿系统是深海采矿系统中至为重要的一个子系统。扬矿系统一般由提升泵以及运输立管组成。首先，由于矿区的特性不同，如矿区集中矿层厚或者矿区分散矿层薄等，前者可以长期固定在同一地点开采，而后者需要考虑一定周期的转场生产。长期固定在同一地点开采的方式可以直接使用提升泵和运输立管体系。但是对于需要一定转场周期的矿区，且转场时间周期小于一年的情况，需要发明一种简单易行，转场时间短、风险小的矿石混输系统。其次，深海采矿水深大，钢悬链线式（SCR）的立管传输系统对水面采矿辅助船的承载能力及动态定位能力要求很高，且纯钢立管悬链线型式不适合超过3000米水深的矿区，因此需要一种能够减少对水面船只要求，又能够适用于超过3000米水深的矿区的矿石混输系统。最后，大部分开采深海矿区位于飓风区域，在一定转场周期的矿区，不能大量使用锚线来抵抗飓风，需要考虑一种易解脱的混输系统，这样水面采矿辅助船可以开走降低生产风险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种自平衡易转场的矿石混输系统。

本实用新型采用的技术方案是：

自平衡易转场的矿石混输系统，其特征在于：包括上部运输软管、下部运输管、浮筒、底部结构，所述上部运输软管一端连接水面采矿辅助船，另一端连接水中浮筒，所述下部运输管一端连接浮筒，另一端连接底部结构，所述浮筒与底部结构之间设有高强度缆线，底部结构包括水下提升泵、集控中心、压舱物，所述水面采矿辅助船、浮筒与底部结构之间连接有脐带缆，脐带缆绑于上部运输软管、下部运输管上，所述底部结构通过副脐带缆连接设于海底的采矿机。

所述上部运输软管为带浮子的陡波型式或为简单悬链线的型式。

所述高强度缆线设置4根，对称设于浮筒底部与底部结构之间。

所述水面采矿辅助船通过牵引索连接水中注气后的浮筒带动整个自平衡的系统实现移动转场。

本实用新型的优点：设置中部浮筒和下部结构物，实现更快的系统整体转场，满足运行周期小于一年的矿区需要，同时中部浮筒承担了下部系统的自重，大大降低了混输系统对水面采矿辅助船的负载要求；设置悬链线型式或者陡波/陡 S型式的上部软管（束）结构，实现了水面采矿辅助船与下部浮筒结构的运动分离；允许一定范围内的船漂移，减少了对船只动态定位系统的要求；同时此部分软管是整体系统转场的重要自平衡结构，保证浮筒浮力有一定偏差时不会直接冲到水面上；设置上下两级立管设计，且易（磨损）损坏的立管是非竖直段的立管，上部软管相对较小的长度和水深都使得维修替换比整个水深长度的立管容易；设置中部浮筒和下部立管结构，这样的连接型式更容易通过增加立管数目达到扩大产量的目的；通过水面辅助船连接顶部立管处的紧急脱离装置，可以在飓风来时将立管束与船上生产系统脱离开，连接在一个独立浮子置于海面以下一定距离，避开飓风引起的巨浪；与此同时，辅助船开走，避免人员伤亡和经济损失；采用上部软管型式，避免水面作业船/平台采用昂贵的垂荡补偿装置、中心井等设计，大幅降低开发成本，经济性好。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细叙述。

图1为本实用新型在定位生产状态下上部运输软管采用陡波型式连接的立面整体示意图；

图2为本实用新型在转场移动状态下上部运输软管采用陡波型式连接的立面整体示意图；

图3为本实用新型在定位生产状态下上部运输软管采用悬链线的型式连接的立面整体示意图；

图4为本实用新型在转场移动状态下上部运输软管采用悬链线的型式连接的立面整体示意图。

其中：1、水面采矿辅助船；2、下部运输管；3、上部运输软管；4、浮筒；5、高强度缆线；6、脐带缆；7、底部结构；8、副脐带缆；9、采矿机；10、牵引索。

具体实施方式

如图1-4所示，自平衡易转场的矿石混输系统，包括上部运输软管3、下部运输管2、浮筒4、底部结构7，上部运输软管3一端连接水面采矿辅助船1，另一端连接水中浮筒4，下部运输管2一端连接浮筒4，另一端连接底部结构7，浮筒4与底部结构7之间设有高强度缆线5，底部结构7包括水下提升泵、集控中心、压舱物，底部结构提供可调节水平的固定基础，放置提升泵，集控中心和压舱物；同时提供高强度缆端部连接结构以及保护/固定泵机和集控中心的框架结构。

水面采矿辅助船1、浮筒4与底部结构7之间连接有脐带缆6，脐带缆6绑于上部运输软管3、下部运输管2上，底部结构7通过副脐带缆8连接设于海底的采矿机9。

上部运输软管3为带浮子的陡波型式或为简单悬链线的型式，上部运输软管具有耐磨，防冲击，重量轻，柔性好的特点, 有效的隔离了水面采矿辅助船的运动对下部直立浮筒拉伸结构的影响。

浮筒为多舱式钢制浮筒结构，可以通过注入高压气体或者注水来调节浮力，以实现整体结构在移场时自平衡于海底以上100m~200m处。

高强度缆线5设置4根，对称设于浮筒底部与底部结构之间，承担浮筒产生的拉力，保证整个下部立式结构在浮筒拉力作用下不破坏，同时至少4根均布的情况下，一根失效不会导致整个系统失衡停产，并提供水平和扭转方向的回复力。

水面采矿辅助船1通过牵引索10连接水中注气后的浮筒4带动整个自平衡的系统实现移动转场。

脐带缆6同时提供电力，通讯，控制和数据传输的功能；其通过固定装置与立管连接，直通水面采矿辅助船和底部结构，脐带缆和立管间的固定装置型式可选：钢制或者复合材料，卡箍型式，或者多孔管卡的型式。

本装置，在正常工作时，底部结构7以重力基础型式提供锚定的力量，采矿车/收集车通过底部结构中的副脐带缆提供动力并工作。在矿石混输提升系统整体转场时，首先通过加压注气排水增大浮筒浮力使整个系统悬浮于距海底100m~200m之间的位置，接着船通过悬链线型式的牵引索10拉动整个自平衡的系统移动转场到另一个固定采矿点，最后减压注水，锚定整个系统开始新一轮的正常开采。此自平衡转场系统省去了传统设计转场方式多次提升水下泵、水下机器人、集控中心和立管等，以及给锚线重新打桩的步骤与成本，直接整体迁移，可以将多达几个星期的转场减少至最少一天以内，大大降低了转场的风险和成本，也大大地提升了每年的有效工作日，增加了收益。

在飓风即将来临的情况下，上部软管上端和采矿辅助船可以分离，并连接上一个预设的浮子，将其放入水中使整个上部软管悬浮于水面下一定距离以避开飓风引起的洋流的影响；与此同时，采矿辅助船开走，避开飓风。整个紧急脱离系统的设计能够最大程度上避免飓风造成的人员伤亡和系统损失，且减少恢复生产的时间，大大降低了停止生产造成的经济损失。

本实用新型设置中部浮筒和下部结构物，实现更快的系统整体转场，满足运行周期小于一年的矿区需要，同时中部浮筒承担了下部系统的自重，大大降低了混输系统对水面采矿辅助船的负载要求；设置悬链线型式或者陡波/陡 S型式的上部软管（束）结构，实现了水面采矿辅助船与下部浮筒结构的运动分离；允许一定范围内的船漂移，减少了对船只动态定位系统的要求；同时此部分软管是整体系统转场的重要自平衡结构，保证浮筒浮力有一定偏差时不会直接冲到水面上；设置上下两级立管设计，且易（磨损）损坏的立管是非竖直段的立管，上部软管相对较小的长度和水深都使得维修替换比整个水深长度的立管容易；设置中部浮筒和下部立管结构，这样的连接型式更容易通过增加立管数目达到扩大产量的目的；通过水面辅助船连接顶部立管处的紧急脱离装置，可以在飓风来时将立管束与船上生产系统脱离开，连接在一个独立浮子置于海面以下一定距离，避开飓风引起的巨浪；与此同时，辅助船开走，避免人员伤亡和经济损失；采用上部软管型式，避免水面作业船/平台采用昂贵的垂荡补偿装置、中心井等设计，大幅降低开发成本，经济性好。

Claims (4)

1.自平衡易转场的矿石混输系统，其特征在于：包括上部运输软管、下部运输管、浮筒、底部结构，所述上部运输软管一端连接水面采矿辅助船，另一端连接水中浮筒，所述下部运输管一端连接浮筒，另一端连接底部结构，所述浮筒与底部结构之间设有高强度缆线，底部结构包括水下提升泵、集控中心、压舱物，所述水面采矿辅助船、浮筒与底部结构之间连接有脐带缆，脐带缆绑于上部运输软管、下部运输管上，所述底部结构通过副脐带缆连接设于海底的采矿机。

2.根据权利要求1所述的自平衡易转场的矿石混输系统，其特征在于：所述上部运输软管为带浮子的陡波型式或为简单悬链线的型式。

3.根据权利要求1所述的自平衡易转场的矿石混输系统，其特征在于：所述高强度缆线设置4根，对称设于浮筒底部与底部结构之间。

4.根据权利要求1所述的自平衡易转场的矿石混输系统，其特征在于：所述水面采矿辅助船通过牵引索连接水中注气后的浮筒带动整个自平衡的系统实现移动转场。

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