EP2885466A1 - Einrichtung und verfahren zum abbau von feststoffen am meeresgrund - Google Patents

Einrichtung und verfahren zum abbau von feststoffen am meeresgrund

Info

Publication number
EP2885466A1
EP2885466A1 EP13748262.6A EP13748262A EP2885466A1 EP 2885466 A1 EP2885466 A1 EP 2885466A1 EP 13748262 A EP13748262 A EP 13748262A EP 2885466 A1 EP2885466 A1 EP 2885466A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mining
data
vehicle
seabed
plant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13748262.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Kalwa
Arne Kraft
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Atlas Elektronik GmbH
Original Assignee
Atlas Elektronik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Atlas Elektronik GmbH filed Critical Atlas Elektronik GmbH
Publication of EP2885466A1 publication Critical patent/EP2885466A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C50/00—Obtaining minerals from underwater, not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/001—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F5/00—Dredgers or soil-shifting machines for special purposes
    • E02F5/006—Dredgers or soil-shifting machines for special purposes adapted for working ground under water not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/001—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations
    • B63G2008/002—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations unmanned
    • B63G2008/005—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations unmanned remotely controlled

Definitions

  • the invention relates to a device for maritime degradation of solids, in particular minerals or metal-containing rocks, such as manganese nodules or manganese crusts, on the seabed according to the preamble of claim 1 and a corresponding method for mining of solids on the seabed according to the preamble of claim 11.
  • manganese nodules are usually located in the deep sea, i. in water depths of 3,000 to 6,000 m.
  • Manganese crusts are predominantly found on undersea ridges and mountains in water depths between 800 and 2,400 m.
  • DE 28 47 325 A1 shows a device with the solids are absorbed by a suction device and pumped with a large amount of seawater upwards. Due to the large amounts of seawater and sediments, which are pumped together with the solids to be conveyed on a delivery ship, such a mining process is uneconomical.
  • DE 29 50 922 A1 shows a further method and a device for manganese nodule removal on the seabed.
  • the overall system is subdivided into an overwater subsystem and an underwater subsystem.
  • the underwater subsystem has a mobile, controllable vehicle for picking up, washing and crushing manganese nodules.
  • the underwater subsystem has a buffer for temporarily storing the collected, crushed and sediment-solubilized manganese nodules, which are transported from here to the water surface.
  • the upper water subsystem has a ship that receives the manganese nodules and from where the operational control and maintenance of the submarine subsystem takes place.
  • the underwater subsystem has cameras with which an operator on the surface ship can detect the environment and control the mining vehicle accordingly.
  • the disadvantage here however, that agitated sand or mud obstruct the view considerably and a large-scale monitoring of the mining area by means of the cameras carried on the mining vehicle is not possible.
  • the invention addresses the problem of improving the apparatus and method for decomposing solids so that the degradation of solids at the seabed is more efficient.
  • the invention solves this problem by the features of a device for the degradation of solids at the seabed according to claim 1 and a corresponding method for the removal of solids with the features of claim 11.
  • the device according to the invention has a surface installation, in particular a surface ship or a surface platform, on the water surface.
  • the device according to the invention has a mobile mining plant, in particular a suction system, a sweeper or a drilling and excavating system, on the seabed, which has means for decomposing solids, in particular manganese nodules or manganese crusts.
  • solids are meant any solids which can be extracted as raw materials on the seabed. These include, in addition to minerals, inclusion compounds, so-called gas hydrates, which are degradable in the solid state and can be used as an energy source.
  • the degradation of such solids takes place within a predetermined mining area on the seabed. The degradation is not limited to only on the seabed solids but also on solids that lie below the seabed, for example, in deeper rock formations.
  • the surface installation and the mining system are connected to each other via fastening devices, data lines and / or conveyor lines, whereby a permanent tracking of the surface system is necessary.
  • the mining plant preferably means for washing and / or crushing of the solids, so that as little unwanted parts of the seabed, such as mud, sand or the like, through the delivery lines from the mining plant to the Surface system to be transported.
  • the device according to the invention also has a separate reconnaissance vehicle which has means for controlling the mining plant and / or means for monitoring the mining area and / or the mining operation.
  • taxes is meant the directional influence of the movement of the mining plant.
  • the device thus has the advantage that a control of the mining process over the entire mining area is possible by such a reconnaissance vehicle, which advantageously allows at any time a corrective intervention in the mining process.
  • Direct control of the mining plant advantageously makes it possible to manage the entire mining process, which makes it possible to carry out the degradation of solids in a particularly efficient manner.
  • the reconnaissance vehicle is an unmanned underwater vehicle, which is controllable by means of a control device according to specifiable control information and is optionally operable in an autonomous mode or a remote controlled mode by the design of the reconnaissance vehicle as an unmanned underwater vehicle advantageous access to marine regions allows not directly accessible to humans, such as deep-sea regions.
  • the unmanned underwater vehicle can be controlled either in an autonomous operating mode or in a remote-controlled operating mode, both underwater tasks with large-scale reconnaissance requirements and also punctual examinations can be carried out by a single unmanned underwater vehicle.
  • the autonomous mode of operation advantageously allows the control of the mining plant and an autonomous removal of solids to the seabed.
  • the reconnaissance vehicle has means, in particular at least one sonar installation, for ascertaining surface data of the seabed.
  • This can be, for example, a side view sonar or a fan slot system, possibly supported by a video system.
  • a detailed relief and soil map of the seabed and / or a three-dimensional model of the environment which is required for the degradation of massive sulphides or manganese crusts.
  • the detection of the surface data of the seabed within a mining area from the surface plant from the water surface is carried out before the commencement of mining.
  • the detection of the surface data from a separate reconnaissance vehicle has the advantage that such an investigation is also possible during the dismantling.
  • the surface data contained in the area of the deep sea when recording from the water surface to a low resolution.
  • An exploration vehicle as an unmanned underwater vehicle advantageously allows a higher-quality detection of surface data, since such a reconnaissance vehicle can move at low altitude on the seabed.
  • a further preferred embodiment of the invention also has means for classifying the seabed based on the collected surface data.
  • means for exploration for example, means such as image analysis or evaluation of specific reverberation of the echo sounder systems are suitable.
  • the use of special neuroprocessors for exploration is also conceivable. Based on the classification, it can be advantageously determined whether mining in the investigated area is economically worthwhile. Since a reduction of solids is regarded as economically viable only from a certain mass per m 2 , it is advantageous to first determine the amount of degradable solids on the seabed.
  • a further preferred embodiment of the invention also has means for determining position data and / or data of a route of the mining plant on the basis of the collected surface data.
  • the mining facility and the reconnaissance vehicle each have a docking device which is designed to allow underwater coupling and uncoupling of the reconnaissance vehicle at the mining facility.
  • the arrival or decoupling of the reconnaissance vehicle is done automatically and is also possible during an ongoing mining operation.
  • Such a docking device advantageously allows direct control or guidance of the mining plant by the reconnaissance vehicle.
  • the docking device has means for exchanging data and / or controlling the mining plant.
  • the docking device preferably has a separable data transmission interface in order to establish a signal connection between the reconnaissance vehicle and the mining plant.
  • Such a docking device which allows the exchange of data between the reconnaissance vehicle and the mining plant, advantageously forms an autonomously operating system which performs the degradation of solids on the seabed independently of a surface ship or a surface platform on the water surface.
  • the docking device has means for receiving energy.
  • the reconnaissance vehicle is powered by the docking device of the mining plant with energy or recharged, which advantageously increases the range of the reconnaissance vehicle under water.
  • the energy transfer via such a power transmission interface of the docking device is carried out, for example, galvanically, ie via one or more galvanic contacts.
  • the energy transfer can also be made contactless, in particular by induction.
  • the energy transfer interface has inductively operating energy transfer means.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that the mining facility and / or the exploration vehicle have a navigation system for generating navigation data.
  • the mining plant Ober has its own navigation system, it can advantageously automatically transfer its location position to the surface installation at predetermined time intervals so that it can follow the cultivation plant.
  • the reconnaissance vehicle has its own navigation system, this can advantageously act autonomously.
  • the navigation data can be collected, for example, using special terrain mapping methods for representing terrain contours, by comparing the surface data of the seabed determined by the reconnaissance vehicle with an entrained map for orientation purposes.
  • the navigation data may also be collected through the use of beacons placed at predetermined positions.
  • the beacons also called beacons, are dropped off to mark a specific area.
  • the device according to the invention comprises means for synchronizing the navigation data of the mining plant with the navigation data of the reconnaissance vehicle, in the event that both the mining plant and the reconnaissance vehicle have their own navigation system. Synchronization advantageously allows accurate cooperation of the individual components of the device according to the invention for the reduction of solids on the seabed, namely the reconnaissance vehicle, the mining plant and the surface installation.
  • the mining plant has its own drive. It thus provides an advantageous on the Seabed mobile vehicle or one. is about the seabed floating vehicle and is able to move according to specifiable or determined position data and / or data of a route accordingly.
  • the invention solves the o. G. A further problem with a method for the removal of solids at the seabed by means of a surface treatment on the water surface and a mining plant on the seabed.
  • the inventive method also has an exploration vehicle, which controls the mining plant and / or monitors the mining area. Conducting exploration and degradation of the solids within a system ensures that the process of the present invention is particularly effective. Furthermore, the monitoring of the mining area or the mining process preferably allows a timely intervention to correct the degradation process.
  • the method according to the invention for monitoring the mining area comprises a first sensor on the reconnaissance vehicle, which metrologically detects the unprocessed mining area and a second sensor on the reconnaissance vehicle, which metrologically detects the already processed mining area.
  • a direct comparison of the surface data collected by the two sensors advantageously provides information as to whether the mining plant has repeatedly processed or omitted an area at the bottom of the sea, and advantageously enables efficient mining, since a corrective influence on the mining plant can be taken immediately, in particular by a correction the route.
  • a new exploration of a subsequent mining area for determining new position data and / or new route data for the mining plant during an ongoing mining operation by means of the reconnaissance vehicle is performed.
  • This has the advantage that without loss of time the mining can be set directly from a mining area in a next mining area and a forward-looking planning of the mining process is made possible.
  • the surface system is indirectly guided by the reconnaissance vehicle by the mining plant is led by the reconnaissance vehicle and current position data of the mining plant are transmitted to the surface facility.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a device for the degradation of
  • Fig. 2 is a schematic representation of a device for the degradation of
  • FIG. 3 shows a reconnaissance vehicle according to an embodiment of the invention
  • Fig. 4 is a schematic representation for explaining the method according to the invention.
  • the devices shown in FIG. 1 and FIG. 2 for the reduction of solids, in particular minerals or metal-containing rocks, within a mining area each have a surface installation 2 on the water surface 4 and a mining installation 6 on the seabed 8.
  • the surface system 2 and the mining plant 6 are connected to each other via a pipe string 10.
  • the tubing string 10 has a conveyor system, in particular an air lifting system or pump system, for transporting the mined solids through the water column as well as special cables for power supply, data transmission and remote control.
  • the mining plant 6 represents a collector system for mining manganese nodules 12.
  • the mining plant 6 is a tracked vehicle with its own drive, which has flexible delivery hoses 14 for connection to the pipe string 10. But also floating mining facilities 6, which tap the manganese nodules 12 without touching the seabed 8 or collect are conceivable.
  • the mining plant 6 according to FIG. 2 shows, by way of example, the dismantling of massive sulfides or manganese crusts 16 by means of a detachment system, in particular a drilling and suction dredger system. It is also conceivable to use a cutter with a milling head on the head of a suction line.
  • the mining plant according to the invention is a system which controls both mining mines according to FIG. 1 and FIG. 2 and can collect both manganese nodules 12 and also can liberate massive ores 16 from the seabed 8. It has its own drive system and possibly its own navigation system, which is advantageously able to determine the current position of the mining plant 6 in order to transfer it to the surface installation 2 so that it can follow the mining installation 6.
  • the reconnaissance vehicle 20 is an unmanned underwater vehicle.
  • the reconnaissance vehicle 20 has a high-resolution camera 22 and its own light sources 24.
  • the reconnaissance vehicle 20 has a Voraussonar 26 for the location of obstacles, one issichtsonar 28 on both sides of the reconnaissance vehicle 20 and possibly a fan slot, which in FIG. 3 is indicated by indicated, fan-shaped solder blasting 34.
  • a separate drive system 36 with a controller allows maneuvering under water. So that the reconnaissance vehicle 20 can also act autonomously, the reconnaissance vehicle 20 has its own navigation system.
  • the exploration vehicle 20 according to the invention and the mining installation 6 according to the invention each have a docking device 38 for coupling the exploration vehicle 20 to the mining facility 6.
  • the docking device 38 is either attached to the reconnaissance vehicle 20 or to the mining plant 6 or part of the reconnaissance vehicle 20 or part of the mining plant 6.
  • the coupling is used primarily for data exchange and power supply.
  • docking device 38 has a data transmission interface and an energy transmission interface.
  • the power transmission interface automatically establishes an electrical connection between the docking device 38 on the reconnaissance vehicle 20 and the docking device on the mining facility 6 when coupled together.
  • the reconnaissance vehicle 20 can thus be supplied via the docking device 38 of the mining plant 6 with electrical energy, for example, to recharge the batteries of the reconnaissance vehicle 20.
  • the mining plant 6 is electrically connected via the special cable in the tubing string 10 with the surface system 2.
  • the communication interface establishes a signal connection between the reconnaissance vehicle 20 and the mining facility 6 when coupled together.
  • the mining plant 6 can be directly supplied with exploration data and, consequently, data on route changes.
  • the mining plant 6 can be controlled by the docking device 38 of the reconnaissance vehicle 20.
  • the invention is not limited to data transfer via a data transfer interface of the docking device 38. Rather, any transmission techniques are suitable for data transmission between the reconnaissance vehicle 20 and the mining plant 6, which are suitable for underwater operation.
  • the docking device 38 of the reconnaissance vehicle 20 illustrated in FIG. 3 forms the active part of a coupling system.
  • the mining plant 6 provides the associated passive part of the coupling system, so that the coupling or decoupling act much like plug and socket.
  • the coupling takes place automatically, preferably purely mechanically, for example by means of a snap closure.
  • the uncoupling takes place by means of a release mechanism, in that the locking device for coupling, for example, is released electromagnetically or electromotively in response to control commands or electrical signals.
  • the invention is not limited to the embodiment of the docking device 38 shown in FIG.
  • any designs are conceivable which make it possible to connect or uncouple the exploration vehicle 20 to the mining installation 6 underwater, in particular in the deep sea.
  • the reconnaissance vehicle 20 has corresponding means for this purpose, for example means for detecting the backscatter characteristics of the echosounding system, for frequent, often considerable fluctuations in the occupancy density of the manganese nodules to record and identify corresponding zones in the mining area, where mining seems less rewarding.
  • the measurement of the crust thickness for the effective determination of the degradable amount is carried out for example by means of gamma rays or ultrasound.
  • the device according to the invention has means for determining position data and / or data of a route of travel of the mining installation 6. Such a device is used for planning the mining operation. On the basis of the determined surface data as well as the data of the classification position data can be determined which characterize the starting position of the mining plant 6.
  • Fig. 4 shows a block diagram for explaining the method according to the invention for the removal of solids on the seabed [Exploration 40 by means of the sensors carried on the reconnaissance vehicle 20, in particular sosichtsonar 28 and / or fan slot 29, and possibly existing camera 22.
  • a classification for example by image analysis or by measuring the backscatter of Echosound signals for detecting the ore and metal content and thus for the detection of abbau Regenen zones on the seabed 8.
  • a classification of the area to be examined is also conceivable by using neuroprocessors for the realization of artificial neural networks.
  • Exploration 40 also advantageously serves to map topography and surface texture, as well as to provide information about tuber population density or manganese scale density.
  • fan slot signals are preferably processed together with video signals to form a corresponding 3D model.
  • exploration data 42 includes population density, tuber size, metal hardship, soil relief and soil texture, water depth, and the like.
  • such a module 44 is preferably for planning within the reconnaissance vehicle 20. However, it is nevertheless possible to transfer the exploration data 42 to the mining facility 6 or the surface facility 2 if they have a corresponding module 44 for planning the mining operation.
  • the exact position data 46 for the mining plant 6 are then determined and determined according to the exploration data 42 a route 48 for the mining plant 6.
  • a next process step for the removal of solids includes a control 50 or control 50 of the mining plant 6.
  • the lead 50 of the mining plant 6 can be made from the surface ship 2 after it has the exploration data 42 or the position data 46 and the data of the travel route 48 received from the reconnaissance vehicle 20.
  • the guiding 50 of the mining installation 6 takes place directly from the exploration vehicle 20.
  • the control process results in a directed influencing of the movement of the mining plant 6.
  • the position data 46 and the data of the travel route 48 are transferred directly to the mining plant 6 as information necessary for the control process.
  • the data 46, 48 are transmitted wirelessly or via the data transmission interface of the docking device 38.
  • the mining plant 6 Due to its own drive and its own navigation system, the mining plant 6 is advantageously able to assume its position on the seabed 8 in accordance with the position data 46 and to carry out the mining operation along the determined travel route 48. For correct implementation, however, a synchronization of the navigation system of the mining plant 6 with the navigation system of the reconnaissance vehicle 20 is necessary.
  • the guiding 50 of the mining installation 6 is effected via the docking device 38, it is possible to use the navigation system of the exploration vehicle 20 from the mining installation 6. This has the advantage that no synchronization of the navigation systems is necessary.
  • the mining plant 6 is guided directly by the exploration vehicle 20, the current location position data of the mining plant 6 are transferred via the existing data lines in the pipe string 10 to the surface plant 2, so that they can follow the mining plant 6 according to the predetermined route 48.
  • the mining installation 6 it is advantageous not only the mining installation 6 to be part of the controlled vehicle 20, but also the surface system 2.
  • the mining operation is carried out completely autonomous.
  • the degradation is checked 52.
  • the check 52 is usually carried out in predetermined recurring time periods. If it is a mobile degradation of the mining plant 6, for example by means of a mining suction or sweeper, the reconnaissance vehicle 20 follows the mining plant 6 to verify the degradation.
  • the checking 52 preferably takes place by means of a first sensor and a second sensor.
  • these may each be one side of a side view sonar 28 on the reconnaissance vehicle 20.
  • the reconnaissance vehicle 20 moves in such a way that the first sensor detects the unprocessed excavation area and the second sensor detects the excavated excavation area.
  • a comparison of the two surface data of the seabed 8 determined using the sensors provides information as to whether the excavation process took place according to plan .
  • route optimization is carried out, which is represented by a branch 54 in the block diagram in FIG. 4.
  • the mining facility 6 receives corrected position 46 and route data 48 in order to optimally continue its dismantling.
  • the entire environment is detected by the reconnaissance vehicle 20 to check 52 of the degradation.
  • the detection takes place by means of sonar data, in particular side view sensor 28, fan slot 29 and video data 22.
  • the video and sonar data are georeferenced and separated into small subunits.
  • the reconnaissance vehicle 20 In addition to the survey 52 of the mining operation, the reconnaissance vehicle 20 also performs new exploration 56 to develop new mining areas in the vicinity. Thus, it is advantageous to find new " worthwhile" sites for further mining during the mining process.
  • the new exploration data 58 are also transferred to the mining operation planning module 44, which determines therefrom corresponding position data 46 and route data 48 for the next mining area.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abbau von Feststoffen, insbesondere Mineralstoffen oder metallhaltigen Gesteinen, am Meeresgrund (8). Dazu weist die Einrichtung eine Oberflächenanlage (2) an der Wasseroberfläche (4) sowie eine Abbauanlage (6) mit Mitteln zum Abbauen der Feststoffe innerhalb eines Abbaugebietes auf dem Meeresgrund (8) auf. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Einrichtung ein Erkundungsfahrzeug (20) auf, welches Mittel zum Steuern der Abbauanlage (6) sowie Mittel zum Überwachen des Abbaugebietes aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Abbauen von Feststoffen am Meeresgrund mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Description

Einrichtung und Verfahren zum Abbau von Feststoffen am
Meeresgrund
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum maritimen Abbau von Feststoffen, insbesondere Mineralstoffen oder metallhaltigen Gesteinen, wie beispielsweise Manganknollen oder Mangankrusten, am Meeresgrund gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein entsprechendes Verfahren zum Abbauen von Feststoffen am Meeresgrund gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 11.
Am Meeresgrund finden sich diverse Rohstoffe, deren Förderung, insbesondere aufgrund steigender Rohstoffpreise, lohnenswert geworden ist. Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Geräten zum Aufnehmen der Feststoffe vom Meeresgrund bekannt. Beispielsweise sind Schiffe mit aus dem Bergbau bekannten Baggereinrichtungen versehen, welche vom Schiff aus den Boden bearbeiten. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass lediglich der Meeresgrund in einer geringen Tiefe bearbeitet werden kann.
Üblicherweise liegen bspw. Manganknollen jedoch in der Tiefsee, d.h. in Wassertiefen von 3.000 bis 6.000 m. Mangankrusten hingegen findet man vorwiegend auf unterseeischen Rücken und Bergen in Wassertiefen zwischen 800 und 2.400 m.
DE 28 47 325 A1 zeigt eine Einrichtung mit der Feststoffe mittels einer Saugvorrichtung aufgenommen werden und mit einer großen Menge Seewasser nach oben gepumpt werden. Durch die großen Mengen an Seewasser und Sedimenten, welche zusammen mit den zu fördernden Feststoffen auf ein Förderschiff gepumpt werden, ist ein derartiges Abbauverfahren jedoch unwirtschaftlich. DE 29 50 922 A1 zeigt ein weiteres Verfahren sowie eine Einrichtung zum Manganknollenabbau am Meeresgrund. Das Gesamtsystem ist unterteilt in ein Überwasserteilsystem und ein Unterwasserteilsystem. Das Unterwasserteilsystem weist ein mobiles, steuerbares Fahrzeug auf zum Aufnehmen, Waschen und Zerkleinern der Manganknollen. Ferner weist das Unterwasserteilsystem einen Puffer zum Zwischenspeichern der gesammelten, zerkleinerten und von Sedimenten gelösten Manganknollen auf, welche von hier aus an die Wasseroberfläche befördert werden. Das Oberwasserteilsystem weist ein Schiff auf, welches die Manganknollen aufnimmt und von wo aus die operative Kontrolle und Instandhaltung des Unterwasserteilsystems erfolgt. Zur Überwachung des Abbauvorgangs weist das Unterwasserteilsystem Kameras auf, mit denen eine Bedienperson auf dem Oberflächenschiff die Umgebung erfassen kann und das Abbaufahrzeug entsprechend steuern kann. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass aufgewühlter Sand oder Schlamm die Sicht erheblich behindern und eine großflächige Überwachung des Abbaugebietes mittels der an dem Abbaufahrzeug mitgeführten Kameras nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt nach alledem das Problem zugrunde, die Einrichtung und das Verfahren zum Abbauen von Feststoffen dahingehend zu verbessern, dass der Abbau von Feststoffen am Meeresgrund effizienter durchführbar ist.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Merkmale einer Einrichtung zum Abbau von Feststoffen am Meeresgrund gemäß Anspruch 1 sowie eines entsprechenden Verfahrens zum Abbauen von Feststoffen mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
Dabei weist die erfindungsgemäße Einrichtung eine Oberflächenanlage, insbesondere ein Oberflächenschiff oder eine Oberflächenplattform, an der Wasseroberfläche auf. Ferner weist die erfindungsgemäße Einrichtung eine mobile Abbauanlage, insbesondere eine Absauganlage, eine Kehrmaschine oder ein Bohr- und Baggersystem, auf dem Meeresgrund auf, welche über Mittel zum Abbauen von Feststoffen, insbesondere Manganknollen oder Mangankrusten, verfügt. Unter Feststoffen werden jedwede Feststoffe verstanden, welche als Rohstoffe am Meeresgrund gefördert werden können. Darunter fallen neben den Mineralstoffen auch am Meeresgrund vorkommende Einschlussverbindungen, so genannte Gashydrate, welche im festen Zustand abbaubar sind und als Energiequelle genutzt werden können. Der Abbau derartiger Feststoffe erfolgt dabei innerhalb eines vorbestimmten Abbaugebietes am Meeresgrund. Dabei beschränkt sich der Abbau nicht nur auf auf dem Meeresgrund befindliche Feststoffe sondern ebenso auf Feststoffe, die unterhalb des Meeresgrundes, beispielsweise in tieferen Gesteinsschichen, liegen.
Die Oberflächenanlage und die Abbauanlage sind über Befestigungseinrichtungen, Datenleitungen und/oder Förderleitungen miteinander verbunden, wodurch ein permanentes Nachführen der Oberflächenanlage notwendig ist. Um einen möglichst effizienten Abbau der Feststoffe zu ermöglichen, weist die Abbauanlage bevorzugt Mittel zum Waschen und/oder Zerkleinern der Feststoffe auf, so dass möglichst wenig unerwünschte Anteile vom Meeresgrund, wie beispielsweise Schlamm, Sand oder ähnliches, durch die Förderleitungen von der Abbauanlage zu der Oberflächenanlage transportiert werden.
Die erfindungsgemäße Einrichtung verfügt ferner über ein separates Erkundungsfahrzeug, welches Mittel zum Steuern der Abbauanlage und/oder Mittel zum Überwachen des Abbaugebietes und/oder des Abbauvorgangs aufweist. Unter Steuern wird die gerichtete .Beeinflussung der Bewegung der Abbauanlage verstanden.
Die Einrichtung hat somit den Vorteil, dass durch ein derartiges Erkundungsfahrzeug eine Kontrolle des Abbauvorgangs über das gesamte Abbaugebiet möglich ist, welche vorteilhaft jederzeit einen korrigierenden Eingriff in den Abbauvorgang erlaubt. Durch eine direkte Steuerung der Abbauanlage ist vorteilhaft eine Führung des gesamten Abbauvorgangs möglich, wodurch der Abbau von Feststoffen besonders effizient durchführbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Erkundungsfahrzeug ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug, welches mittels einer Steuereinrichtung nach vorgebbaren Steuerinformationen steuerbar ist und wahlweise in einer autonomen Betriebsart oder einer ferngelenkten Betriebsart betreibbar ist Durch die Ausgestaltung des Erkundungsfahrzeugs als unbemanntes Unterwasserfahrzeug wird vorteilhaft der Zugang zu Meeresregionen ermöglicht, die für den Menschen nicht direkt zugänglich sind, wie beispielsweise Tiefseeregionen.
Dadurch, dass das unbemannte Unterwasserfahrzeug wahlweise in einer autonomen Betriebsart oder einer ferngelenkten Betriebsart steuerbar ist, können sowohl Unterwasseraufgaben mit großräumigem Aufklärungsbedarf als auch punktuelle Untersuchungen durch ein einzelnes unbemanntes Unterwasserfahrzeug durchgeführt werden. Die autonome Betriebsart ermöglicht vorteilhaft über die Steuerung der Abbauanlage auch einen autonomen Abbau von Feststoffen auf den Meeresgrund.
Gemäß einer werteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Erkundungsfahrzeug Mittel, insbesondere wenigstens eine Sonaranlage, zum Erheben von Oberflächendaten des Meeresgrunds auf. Das kann beispielsweise ein Seitensichtsonar oder ein Fächerlotsystem, evtl. unterstützt durch ein Videosystem, sein. Bevorzugt iässt sich anhand dieser Oberflächendaten eine detaillierte Relief- und Bodenkarte des Meeresgrundes und/oder ein dreidimensionales Modell der Umgebung erstellen, welches für den Abbau von Massivsulfiden oder Mangankrusten benötigt wird.
Üblicherweise wird die Erfassung der Oberflächendaten des Meeresgrunds innerhalb eines Abbaugebietes von der Oberflächenanlage von der Wasseroberfläche aus vor Abbaubeginn durchgeführt. Die Erfassung der Oberflächendaten von einem separaten Erkundungsfahrzeug aus hat jedoch den Vorteil, dass eine derartige Untersuchung auch während des Abbaus möglich ist. So lassen sich vorteilhaft bereits während des Abbaus neue Abbaugebiete bestimmen und/oder der laufende Abbau überwachen. Ferner enthalten die Oberflächendaten bei einer Erfassung von der Wasseroberfläche aus im Bereich der Tiefsee eine zu geringe Auflösung. Ein Erkundungsfahrzeug als unbemanntes Unterwasserfahrzeug hingegen ermöglicht vorteilhaft eine qualitativ hochwertigere Erfassung von Oberflächendaten, da sich ein derartiges Erkundungsfahrzeug in geringer Höhe über den Meeresgrund bewegen kann.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist zudem Mittel zur Klassifizierung des Meeresgrunds anhand der erhobenen Oberflächendaten auf. Für die Exploration eignen sich beispielsweise Mittel wie Bildanalyse oder Auswertung spezifischer Rückstrahlung der Echolotsysteme. Auch der Einsatz spezieller Neuroprozessoren für die Exploration ist denkbar. Anhand der Klassifizierung lässt sich vorteilhaft feststellen, ob sich ein Abbau in dem untersuchten Gebiet wirtschaftlich lohnt. Da ein Abbau von Feststoffen erst ab einer bestimmten Masse pro m2 als wirtschaftlich rentabel angesehen wird, ist es vorteilhaft zunächst die Menge an abbaufähigen Feststoffen auf dem Meeresgrund zu bestimmen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist zudem Mittel zur Festlegung von Positionsdaten und/oder Daten einer Fahrtroute der Abbauanlage anhand der erhobenen Oberflächendaten auf. Durch die Festlegung der Fahrtroute der Abbauanlage anhand der Oberflächendaten ist vorteilhaft ein effizienter Abbau von Feststoffen möglich, da nur an den Stellen auf dem Meeresgrund ein Abbau durchgeführt wird, an denen eine vorbestimmte Menge an abbaufähigen Feststoffen vorliegt und sich ein Abbau auch wirtschaftlich lohnt. Das Erkundungsfahrzeug ist somit vorteilhaft in der Lage mittels mitgeführter Sonare das Abbaugebiet zu überwachen und/oder neue lohnende Abbaugebiete zu finden.
Wird die Fahrtroute auch während des Abbaus anhand von erhobenen Oberflächendaten des Meeresgrundes ermittelt, kann vorteilhaft eine Korrektur der Fahrtroute im laufenden Abbaubetrieb erfolgen, wodurch ebenfalls die Effizienz des Abbaus gesteigert wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Abbauanlage und das Erkundungsfahrzeug jeweils eine Andockvorrichtung auf, welche derart ausgestaltet ist, um ein Ankoppeln und ein Abkoppeln des Erkundungsfahrzeugs an der Abbauanlage Unterwasser zu ermöglichen. Bevorzugt erfolgt das An- bzw. Abkoppeln des Erkundungsfahrzeugs selbsttätig und ist auch während eines laufenden Abbauvorgangs möglich. Eine derartige Andockvorrichtung ermöglicht vorteilhaft eine direkte Steuerung bzw. Führung der Abbauanlage durch das Erkundungsfahrzeug.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verfügt die Andockvorrichtung über Mittel zum Austausch von Daten und/oder zum Steuern der Abbauanlage. Dazu weist die Andockvorrichtung bevorzugt eine trennbare Datenübertragungsschnittstelle auf, um eine Signalverbindung zwischen dem Erkundungsfahrzeug und der Abbauanlage herzustellen. Eine derartige Andockvorrichtung, welche den Austausch von Daten zwischen dem Erkundungsfahrzeug und der Abbauanlage ermöglicht, bildet vorteilhaft ein autonom arbeitendes System, welches unabhängig von einem Oberflächenschiff oder einer Oberflächenplattform an der Wasseroberfläche den Abbau von Feststoffen am Meeresgrund durchführt.
Femer verfügt die erfindungsgemäße Andockvorrichtung über Mittel zum Empfangen von Energie. Das Erkundungsfahrzeug wird über die Andockvorrichtung von der Abbauanlage mit Energie versorgt bzw. wieder aufgeladen, wodurch sich vorteilhaft die Reichweite des Erkundungsfahrzeugs unter Wasser erhöht. Die Energieübertragung über eine derartige Energieübertragungsschnittstelle der Andockvorrichtung erfolgt beispielsweise galvanisch, d.h. über einen oder mehrere galvanische Kontakte. Die Energieübertragung kann jedoch auch kontaktlos erfolgen, insbesondere mittels Induktion. Dazu weist die Energieübertragungsschnittstelle induktiv arbeitende Energieübertragungsmittel auf. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Abbauanlage und/oder das Erkundungsfahrzeug ein Navigationssystem zum Erzeugen von Navigationsdaten aufweisen.
Verfügt die Abbauanlage Ober ein eigenes Navigationssystem, kann diese vorteilhaft selbsttätig in vorbestimmten Zeitabständen ihre Standortposition an die Oberflächenanlage übergeben, so dass diese der Anbauanlage folgen kann.
Verfügt das Erkundungsfahrzeug über ein eigenes Navigationssystem, kann dieses vorteilhaft autonom agieren.
Die Navigationsdaten können beispielsweise Ober spezielle Terrain-Mapping- Verfahren zum Darstellen von Geländekonturen erhoben werden, indem zur Orientierung die vom Erkundungsfahrzeug ermittelten Oberflächendaten des Meeresgrundes mit einer mitgeführten Karte verglichen werden.
Die Navigationsdaten können jedoch auch durch den Einsatz von Signalfeuern, die an vorbestimmten Positionen abgesetzt sind, erhoben werden. Dazu werden die Signalfeuer, auch Beacons genannt, abgesetzt, um ein bestimmtes Gebiet zu markieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die erfindungsgemäße Einrichtung Mittel zur Synchronisierung der Navigationsdaten der Abbauanlage mit den Navigationsdaten des Erkundungsfahrzeugs auf, und zwar für den Fall, dass sowohl die Abbauanlage als auch das Erkundungsfahrzeug über ein eigenes Navigationssystem verfügen. Eine Synchronisierung ermöglicht vorteilhaft eine genaue Zusammenarbeit der einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Abbau von Feststoffen am Meeresgrund, nämlich des Erkundungsfahrzeugs, der Abbauanlage und der Oberflächenanlage.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verfügt die Abbauanlage über einen eigenen Antrieb. Sie stellt somit vorteilhaft ein auf dem Meeresgrund fahrbares Fahrzeug oder ein. über den Meeresgrund schwebendes Fahrzeug dar und ist in der Lage sich nach vorgebbaren bzw. ermittelten Positionsdaten und/oder Daten einer Fahrtroute entsprechend zu bewegen.
Die Erfindung löst das o. g. Problem ferner mit einem Verfahren zum Abbauen von Feststoffen am Meeresgrund mittels einer Oberflächenanlage an der Wasseroberfläche und einer Abbauanlage auf dem Meeresgrund. Das erfindungsgemäße Verfahren weist zudem ein Erkundungsfahrzeug auf, welches die Abbauanlage steuert und/oder das Abbaugebiet überwacht. Die Durchführung von Exploration und Abbau der Feststoffe innerhalb eines Systems sorgt dafür, dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders effektiv durchführbar ist. Femer ermöglicht die Überwachung des Abbaugebietes bzw. des Abbauvorgangs bevorzugt einen zeitnahen Eingriff zur Korrektur des Abbauvorgangs.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erfindungsgemäße Verfahren zum Überwachen des Abbaugebietes einen ersten Sensor an dem Erkundungsfahrzeug auf, welcher das noch nicht bearbeitete Abbaugebiet messtechnisch erfasst und einen zweiten Sensor an dem Erkundungsfahrzeug, welcher das bereits bearbeitete Abbaugebiet messtechnisch erfasst. Ein direkter Vergleich der von beiden Sensoren erhobenen Oberflächendaten liefert vorteilhaft Auskunft darüber, ob die Abbauanlage einen Bereich am Meeresgrund mehrfach bearbeitet hat bzw. ausgelassen hat und ermöglicht vorteilhaft einen effizienten Abbau, da sofort korrigierend Einfluss auf die Abbauanlage genommen werden kann, insbesondere durch eine Korrektur der Fahrtroute.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine neue Exploration eines nachfolgenden Abbaugebietes zum Ermitteln neuer Positionsdaten und/oder neuer Fahrtroutendaten für die Abbauanlage während eines laufenden Abbauvorgangs mittels des Erkundungsfahrzeugs durchgeführt. Das hat den Vorteil, dass ohne Zeitverlust der Abbau direkt von einem Abbaugebiet in einem nächsten Abbaugebiet vorgesetzt werden kann und eine vorausschauende Planung des Abbauvorgangs ermöglicht wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die O- berflächenanlage indirekt von dem Erkundungsfahrzeug geführt, indem die Abbauanlage von dem Erkundungsfahrzeug geführt wird und aktuelle Positionsdaten der Abbauanlage an die Oberflächenanlage übermittelt werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den anhand der Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Abbau von
Manganknollen gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Abbau von
Mangankrusten gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 3 ein Erkundungsfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Einrichtungen zum Abbau von Feststoffen, insbesondere Mineralstoffen oder metallhaltigen Gesteinen, innerhalb eines Abbaugebiets weisen jeweils eine Oberflächenanlage 2 an der Wasseroberfläche 4 und eine Abbauanlage 6 auf dem Meeresgrund 8 auf. Die Oberflächenanlage 2 und die Abbauanlage 6 sind über einen Rohrstrang 10 miteinander verbunden.
Der Rohrstrang 10 weist ein Fördersystem, insbesondere ein Lufthebesystem oder Pumpensystem, zum Transport der abgebauten Feststoffe durch die Wassersäule sowie Spezialkabel zur Energieversorgung, Datenübertragung und Fernsteuerung auf. Die Abbauanlage 6 gemäß Fig. 1 stellt ein Kollektorsystem zum Abbau von Manganknollen 12 dar. .Bevorzugt handelt es sich bei der Abbauanlage 6 um ein Raupenfahrzeug mit eigenem Antrieb, welches über flexible Förderschläuche 14 zur Verbindung mit dem Rohrstrang 10 verfügt. Aber auch schwimmende Abbauanlagen 6, welche die Manganknollen 12 ohne Berührung des Meeresgrunds 8 abgreifen oder einsammeln sind denkbar.
Die Abbauanlage 6 gemäß Fig. 2 zeigt beispielhaft den Abbau von Massivsulfiden oder Mangankrusten 16 mithilfe eines Ablösesystems, insbesondere eines Bohr- und Saugbaggersystems. Denkbar ist auch die Verwendung eines Cutterbaggers mit einem Fräskopf am Kopf einer Saugleitung.
Bevorzugt handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Abbauanlage um ein System, welches beide Abbauverrahren gemäß Fig. 1 und Fig. 2 beherrscht und sowohl Manganknollen 12 einsammeln kann als auch massive Erze 16 aus dem Meeresgrund 8 herauslösen kann. Es verfügt über ein eigenes Antriebssystem und evtl. über ein eigenes Navigationssystem, welches vorteilhaft in der Lage ist, die aktuelle Position der Abbauanlage 6 zu bestimmen, um diese an die Oberflächenanlage 2 zu übergeben, damit diese der Abbauanlage 6 folgen kann.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Abbau von Feststoffen am Meeresgrund 8 weist neben einer Oberflächenanlage 2 an der Wasseroberfläche 4 und einer Abbauanlage 6 am Meeresgrund 8, wie es der Stand der Technik vorsieht, zusätzlich ein Erkundungsfahrzeug 20 auf, welches über Mittel zum Steuern der Abbauanlage 6 und/oder Überwachen des Abbaugebietes verfügt.
In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Erkundungsfahrzeug 20 ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug. Im Frontbereich verfügt das Erkundungsfahrzeug 20 über eine hochauflösende Kamera 22 und eigene Lichtquellen 24. Ferner verfügt das Erkundungsfahrzeug 20 über ein Voraussonar 26 zur Femortung von Hindernissen, jeweils ein Seitensichtsonar 28 auf beiden Seiten des Erkundungsfahrzeugs 20 und evtl. ein Fächerlot, welches in Fig. 3 durch angedeutete, fächerartige Lotstrahlen 34 dargestellt ist. Ein Akustikmodem 30 und/oder ein VHF-Transponder 32 sowie weitere Datenübertragungssysteme, wie beispielsweise Funk und WLAN, dienen dazu die gewonnenen Informationen im aufgetauchten Zustand an die Oberflächenanlage 2 zu übermitteln. Ein eigenes Antriebssystem 36 mit einer Steuereinrichtung ermöglicht ein Manövrieren unter Wasser. Damit das Erkundungsfahrzeug 20 auch autonom agieren kann, verfügt das Erkundungsfahrzeug 20 über ein eigenes Navigationssystem.
Des Weiteren weisen das erfindungsgemäße Erkundungsfahrzeug 20 sowie die erfindungsgemäße Abbauanlage 6 jeweils eine Andockvorrichtung 38 zur An- kopplung des Erkundungsfahrzeugs 20 an die Abbauanlage 6 auf. Die Andockvorrichtung 38 ist entweder an dem Erkundungsfahrzeug 20 bzw. an der Abbauanlage 6 befestigt oder aber Teil des Erkundungsfahrzeugs 20 bzw. Teil der Abbauanlage 6. Dabei dient die Ankopplung in erster Linie zum Datenaustausch und zur Stromversorgung. Dazu weist die Andockvorrichtung 38 eine Datenübertragungsschnittstelle und eine Energieübertragungsschnittstelle auf.
Die Energieübertragungsschnittstelle stellt automatisch eine elektrische Verbindung zwischen der Andockvorrichtung 38 am Erkundungsfahrzeug 20 und der Andockvorrichtung an der Abbauanlage 6 her, wenn diese aneinander gekoppelt werden. Das Erkundungsfahrzeug 20 kann somit über die Andockvorrichtung 38 der Abbauanlage 6 mit elektrischer Energie versorgt werden, um beispielsweise die Batterien des Erkundungsfahrzeugs 20 wieder aufzuladen. Die Abbauanlage 6 ist dabei über die Spezialkabel im Rohrstrang 10 mit der Oberflächenanlage 2 elektrisch verbunden.
Die Datenübertragungsschnittstelle stellt eine Signalverbindung bzw. Datenverbindung zwischen dem Erkundungsfahrzeug 20 und der Abbauanlage 6 her, wenn diese aneinander gekoppelt werden. Somit kann die Abbauanlage 6 direkt mit Explorationsdaten und damit zusammenhängend mit Daten über Fahrtroutenänderungen versorgt werden. Die Abbauanlage 6 ist über die Andockvorrichtung 38 von dem Erkundungsfahrzeug 20 steuerbar. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Datenübertragung Ober eine Datenübertragungsschnittstelle der Andockvorrichtung 38 beschränkt. Vielmehr sind jedwede Übertragungstechniken zur Datenübertragung zwischen dem Erkundungsfahrzeug 20 und der Abbauanlage 6 verwendbar, die sich für den Unterwasserbetrieb eignen.
Die in Fig. 3 dargestellte Andockvorrichtung 38 des Erkundungsfahrzeugs 20 bildet den aktiven Teil eines Kopplungssystems. Die Abbauanlage 6 stellt den zugehörigen passiven Teil des Kopplungssystems, so dass die Ankopplung bzw. Abkopplung ähnlich wie Stecker und Steckdose wirken. Das Ankoppeln erfolgt dabei automatisch vorzugsweise rein mechanisch, zum Beispiel mittels eines Schnappverschlusses. Das Abkoppeln hingegen erfolgt mittels eines Lösemechanismus, indem die Arretierung zum Koppeln beispielsweise elektromagnetisch oder elektromotorisch in Erwiderung auf Steuerbefehle bzw. elektrische Signale gelöst wird.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die in Fig. 3 dargestellte Ausgestaltung der Andockvorrichtung 38 beschränkt. Vielmehr sind jedwede Ausgestaltungen denkbar, die ein An- bzw. Abkoppeln des Erkundungsfahrzeugs 20 an die Abbauanlage 6 unterWasser, insbesondere in der Tiefsee, ermöglichen.
Um einen effektiven Abbau von Feststoffen zu erzielen, ist es notwendig den Abbau zu überwachen. Über die am Erkundungsfahrzeug 20 mitgefühlten Sensoren und evtl. Kameras ist vorteilhaft eine Erfassung des gesamten Abbaugebietes zusammen mit der Erfassung des Erz- und Metallgehaltes und somit eine Erfassung von abbauwürdigen Zonen möglich. Anhand der messtechnisch er- fassten Oberflächendaten des Meeresgrundes 8 ist eine entsprechende Klassifizierung möglich.
Das Erkundungsfahrzeug 20 weist dazu entsprechende Mittel auf, beispielsweise Mittel zur Erfassung der Rückstreueigenschaften des Echolotsystems, um häufige, oft beträchtliche Schwankungen in der Belegungsdichte der Manganknollen festzuhalten und entsprechend Zonen im Abbaugebiet zu kennzeichnen, in denen ein Abbau wenig lohnend erscheint.
Gleiches gilt für die Erfassung des Metallgehaltes der metallhaltigen Gesteine, wie beispielsweise der Mangankrusten. Die Messung der Krustendicke zur effektiven Bestimmung der abbaufähigen Menge erfolgt beispielsweise mittels Gammastrahlen oder Ultraschall.
Ferner verfügt die erfindungsgemäße Einrichtung Ober Mittel zum Festlegen von Positionsdaten und/oder Daten einer Fahrtroute der Abbauanlage 6. Ein derartiges Mittel dient zur Planung des Abbauvorgangs. Anhand der ermittelten Oberflächendaten sowie der Daten der Klassifizierung lassen sich Positionsdaten ermitteln, die die Startposition der Abbauanlage 6 kennzeichnen.
Ferner werden anhand der ermittelten Oberflächendaten und der Daten der Klassifizierung entsprechende Daten für die Fahrtroute der Abbauanlage 6 ermittelt, wodurch ein Abbau nur in den Zonen erfolgt, die abbaufähige Feststoffe in ausreichender Menge aufweisen, um besonders wirtschaftlich zu arbeiten.
Nach der Erfassung der für den Abbau notwendigen Daten werden diese entweder Ober die Oberflächenanlage 2 an die Abbauanlage 6 übertragen, nachdem das Erkundungsfahrzeug 20 die Daten an die Oberflächenanlage 2 übergeben hat oder das Erkundungsfahrzeug 20 überträgt die für den Abbau notwendigen Daten direkt an die Abbauanlage 6. Die Übertragung kann dabei über die Andockvorrichtung 38 oder aber drahtlos erfolgen.
Für einen besonders effektiven Abbau von Feststoffen am Meeresgrund 8 erfolgt bereits während des Abbauvorgangs innerhalb eines Abbaugebietes die Erfassung weiterer für den Abbau notweniger Explorationsdaten innerhalb eines weiteren potentiellen Abbaugebietes.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abbauen von Feststoffen am Meeresgrund 8. Zunächst erfolgt eine [Exploration 40 mittels der am Erkundungsfahrzeug 20 mitgeführten Sensoren, insbesondere Seitensichtsonar 28 und/oder Fächerlot 29, und evtl. vorhandener Kamera 22. Anhand der mittels der Sensoren erhobenen Oberflächendaten des Meeresgrundes 8 erfolgt eine Klassifizierung, beispielsweise mittels Bildanalyse oder durch Messung des Rückstreuverhaltens der Echolotsignale zur Erfassung des Erz- und Metallgehaltes und somit zur Erfassung von abbauwürdigen Zonen auf dem Meeresgrund 8. Eine Klassifizierung des zu untersuchenden Gebietes ist ebenso durch eine Verwendung von Neuroprozessoren zur Realisierung künstlicher neuronaler Netzwerke denkbar. Die Exploration 40 dient ferner vorteilhaft dazu, eine Kartierung von Topographie und Oberflächenbeschaffenheit durchzuführen sowie eine Aussage über die Knollenbelegungsdichte oder Mangankrustendichte zu machen.
Für den Abbau von Massivsulfiden oder Mangankrusten ist eine Erfassung der Oberfläche des Meeresgrundes 8 als dreidimensionales Modell notwendig. Dazu werden bevorzugt Fächerlotsignale zusammen mit Videosignalen zu einem entsprechenden 3D-Modell verarbeitet.
Die Oberflächendaten des vermessenden Meeresgrundes 8 werden zusammen mit den Klassifizierungsergebnissen als Explorationsdaten 42 einem Modul 44 zur Planung des Abbauvorgangs übergeben. Zu den Explorationsdaten 42 zählen beispielsweise die Belegungsdichte, die Knollengröße, der Metallgehart, die Bodenrelief- und Bodenbeschaffenheit, die Wassertiefe und ähnliches.
Bevorzugt befindet sich ein derartiges Modul 44 für die Planung innerhalb des Erkundungsfahrzeugs 20. Es ist jedoch gleichwohl möglich, die Explorationsdaten 42 der Abbauanlage 6 oder der Oberflächenanlage 2 zu übergeben, wenn diese über ein entsprechendes Modul 44 für die Planung des Abbauvorgangs verfügen.
Innerhalb des Moduls 44 werden dann die genauen Positionsdaten 46 für die Abbauanlage 6 ermittelt und entsprechend der Explorationsdaten 42 eine Fahrtroute 48 für die Abbauanlage 6 festgelegt. Ein nächster Verfahrensschritt zum Abbauen von Feststoffen beinhaltet ein Führen 50 bzw. Steuern 50 der Abbauanlage 6. Dabei kann das Führen 50 der Abbauanlage 6 vom Oberflächenschiff 2 aus erfolgen, nachdem dieses die Explora- tionsdaten 42 oder die Positionsdaten 46 und die Daten der Fahrtroute 48 von dem Erkundungsfahrzeug 20 erhalten hat.
Bevorzugt erfolgt das Führen 50 der Abbauanlage 6 jedoch direkt vom Erkundungsfahrzeug 20 aus. Durch den Steuervorgang erfolgt eine gerichtete Beeinflussung der Bewegung der Abbauanlage 6. Die Positionsdaten 46 und die Daten der Fahrtroute 48 werden als für den Steuervorgang notwendige Informationen direkt der Abbauanlage 6 übergeben. Dazu werden die Daten 46, 48 drahtlos oder über die Datenübertragungsschnittstelle der Andockvorrichtung 38 übertragen.
Aufgrund des eigenen Antriebs sowie des eigenen Navigationssystems Ist die Abbauanlage 6 vorteilhaft in der Lage, entsprechend der Positionsdaten 46 ihre Position auf dem Meeresgrund 8 einzunehmen und den Abbauvorgang entlang der ermittelten Fahrtroute 48 durchzuführen. Zur korrekten Umsetzung ist jedoch eine Synchronisierung des Navigationssystems der Abbauanlage 6 mit dem Navigationssystem des Erkundungsfahrzeugs 20 notwendig.
Erfolgt hingegen das Führen 50 der Abbauanlage 6 über die Andockvorrichtung 38, ist es möglich, das Navigationssystem des Erkundungsfahrzeugs 20 von der Abbauanlage 6 aus mitzunutzen. Das hat den Vorteil, dass keine Synchronisierung der Navigationssysteme notwendig ist.
Wird die Abbauanlage 6 von dem Erkundungsfahrzeug 20 direkt geführt, werden die aktuellen Standortpositionsdaten der Abbauanlage 6 über die vorhandenen Datenleitungen im Rohrstrang 10 an die Oberflächenanlage 2 übergeben, damit diese der Abbauanlage 6 entsprechend der vorgegebenen Fahrtroute 48 folgen kann. Dadurch wird vorteilhaft nicht nur die Abbauanlage 6 von dem Erkun- dungsfahrzeug 20 gesteuert, sondern ebenso die Oberflächenanlage 2. Der Abbauvorgang wird vollständig autonom durchgeführt.
In einem nächsten Verfahrensschritt entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Abbau überprüft 52. Die Überprüfung 52 erfolgt in der Regel in vorbestimmten wiederkehrenden Zeitabschnitten. Handelt es sich um einen mobilen Abbau der Abbauanlage 6, beispielsweise mittels einer Abbausauganlage oder Kehrmaschine, folgt das Erkundungsfahrzeug 20 der Abbauanlage 6, um den Abbau zu überprüfen.
Bevorzugt erfolgt das Überprüfen 52 mittels eines ersten Sensors und eines zweiten Sensors. Dies können beispielsweise jeweils eine Seite eines Seiten- sichtsonars 28 an dem Erkundungsfahrzeug 20 sein. Dabei bewegt sich das Erkundungsfahrzeug 20 derart, dass der erste Sensor, das noch nicht bearbeitete Abbaugebiet erfasst und der zweite Sensor das bereits abgearbeitete Abbaugebiet erfasst Ein Vergleich der beiden anhand der Sensoren ermittelten Oberflächendaten des Meeresgrundes 8 gibt Aufschluss darüber, ob der Abbauvorgang planmäßig erfolgt ist. Für den Fall, dass von der Abbauanlage 6 Bereiche am Meeresgrund 8 doppelt bearbeitet werden und/oder ausgelassen werden, erfolgt eine Fahrtroutenoptimierung, welche durch einen Zweig 54 in dem Blockschaltbild in Fig. 4 dargestellt ist. Ober die Fahrtroutenoptimierung 54 erhält die Abbauanlage 6 korrigierte Positions- 46 und Fahrtroutendaten 48, um ihren Abbau optimiert fortzusetzen.
Handelt es sich hingegen um einen stationären Abbau, beispielsweise durch ein Baggersystem für den Abbau von Mangankrusten, wird zum Überprüfen 52 des Abbaus von dem Erkundungsfahrzeug 20 die ganze Umgebung erfasst. Bevorzugt erfolgt die Erfassung mittels Sonardaten, insbesondere Seitensichtsensor 28, Fächerlot 29 und Videodaten 22. Dazu werden die Video- und Sonardaten georeferenziert und in kleine Teileinheiten zerlegt. Anhand dieser Daten kann korrigierend in den Abbau eingegriffen werden, indem über den Zweig 54 des Blockschaltbildes in Fig. 4 korrigierte Positions- 46 und Abbaudaten 48 an die Abbauanlage 6 übergeben werden. Diese ist somit vorteilhaft in der Lage, den Abbau optimiert fortzusetzen.
Neben der Übeiprüfung 52 des Abbauvorgangs führt das Erkundungsfahrzeug 20 ebenso neue Explorationen 56 zur Erschließung neuer Abbaugebiete in der näheren Umgebung durch. Somit lassen sich vorteilhaft neue, für den Abbau "lohnende" Stellen für den weiteren Abbau bereits während des Abbauvorgangs finden. Die neuen Explorationsdaten 58 werden ebenfalls dem Modul 44 für die Planung des Abbauvorgangs übergeben, welches daraus entsprechende Positionsdaten 46 sowie Fahrtroutendaten 48 für das nächste Abbaugebiet ermittelt.
Sämtliche in der vorstehenden [Beschreibung sowie in den Ansprüchen genannten Merkmale sind erfindungsgemäß sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Offenbarung der Erfindung ist daher nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind alle Kombinationen von Einzelmerkmalen als offenbart zu betrachten.

Claims

Ansprüche 1. Einrichtung zum Abbau von Feststoffen, insbesondere Mineralstoffen oder metallhaltigen Gesteinen, am Meeresgrund (8) aufweisend eine Oberflächenanlage (2) an der Wasseroberfläche (4) und eine Abbauanlage (6) mit Mitteln zum Abbauen der Feststoffe innerhalb eines Abbaugebietes auf dem Meeresgrund (8), wobei die Oberflächenanlage (2) und die Abbauanlage (6) Ober Befestigungseinrichtungen, Datenleitungen und/oder Förder- leitungen miteinander (10) verbunden sind,
gekennzeichnet durch
ein Erkundungsfahrzeug (20), welches Mittel zum Steuern der Abbauanlage (6) und/oder Mittel zum Überwachen des Abbaugebietes aufweist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Erkundungsfahrzeug (20) ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug ist, welches mittels einer Steuereinrichtung nach vorgebbaren Steuerinformationen steuerbar ist und
wahlweise in einer autonomen [Betriebsart oder einer ferngelenkten Betriebsart steuerbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Erkundungsfahrzeug (20) Mittel aufweist, insbesondere wenigstens eine Sonaranlage, zum Erheben von Oberflächendaten des Meeresgrunds (8).
4. Einrichtung nach Anspruch 3,
gekennzeichnet durch
Mittel zum Klassifizieren des Meeresgrunds (8) anhand der erhobenen O- berflächendaten.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
gekennzeichnet durch
Mittel zum Festlegen von Positionsdaten (46) und/oder Daten (48) einer Fahrtroute der Abbauanlage (6) anhand der erhobenen Oberflächendaten.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine Andockvorrichtung (38) an der Abbauanlage (6) und dem Erkundungsfahrzeug (20), welche derart ausgestaltet ist, um ein Ankoppeln und ein Abkoppeln des Erkundungsfahrzeugs (20) an der Abbauanlage (6) Unterwasser zu ermöglichen.
7. Einrichtung nach einem Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Andockvorrichtung (38) Mittel zum Austausch von Daten, zum Empfangen von Energie und/oder zum Steuern der Abbauanlage (6) aufweist.
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
das Erkundungsfahrzeug (20) und/oder die Abbauanlage (6) ein Navigationssystem zum Erzeugen von Navigationsdaten aufweisen.
9. Einrichtung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch
Mittel zur Synchronisation der Navigationsdaten der Abbauanlage (6) und des Erkundungsfahrzeugs (20) für den Fall, dass sowohl die Abbauanlage (6) als auch das Erkundungsfahrzeug (20) über ein eigenes Navigationssystem verfügen.
10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass die Abbauanlage (6) über einen eigenen Antrieb verfügt und ein auf dem Meeresgrund (8) fahrbares Fahrzeug oder ein über dem Meeresgrund (8) schwebendes Fahrzeug ist.
11. Verfahren zum Abbauen von Feststoffen, insbesondere Mineralstoffen oder metallhaltigen Gesteinen, am Meeresgrund (8) mittels einer Oberflächenanlage (2) an der Wasseroberfläche (4) und einer Abbauanlage (6) auf dem Meeresgrund (8), welche die Feststoffe innerhalb eines Abbaugebietes abbaut, wobei die Oberfiächenanlage (2) und die Abbauanlage (6) über Befestigungseinrichtungen, Datenleitungen und/der Förderleitungen (10) miteinander verbunden sich,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abbauanlage (6) mittels eines Erkundungsfahrzeugs (20) gesteuert wird und
das Abbaugebiet mittels des Erkundungsfahrzeugs (20) überwacht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Überwachen des Abbaugebietes ein erster Sensor des Erkundungsfahrzeug (20) das noch nicht bearbeitete Abbaugebiet erfasst und ein zweiter Sensor des Erkundungsfahrzeugs (20) das bereits abgearbeitete Abbaugebiet erfasst.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine neue Exploration (56) zum Ermitteln neuer Positionsdaten (46) und/oder Fahrtroutendaten (48) eines nachfolgenden Abbaugebietes während eines laufenden Abbauvorgangs mittels des Erkundungsfahrzeugs (20) durchgeführt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenanlage (2) indirekt von dem Erkundungsfahrzeug (20) geführt wird, indem die Abbauanlage (6) von dem Erkundungsfahrzeug (20) geführt wird und aktuelle Standortpositionsdaten der Abbauanlage (6) an die Oberflächenanlage (2) übermittelt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Erkundungsfahrzeug (20) über eine Andockvorrichtung (38) zum Austausch von Daten, zum Empfangen von Energie und/oder zum Steuern der Abbauanlage (6) an die Abbauanlage (6) angekoppelt wird und wieder abgekoppelt wird.
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