KR20130050341A - 보조 해저 채광을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20130050341A
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글렌 로버트 존스
안토니 엘리엇 잉글리스
앤쏘니 폴 오'설리번
마이클 호위트
글렌 마틴데일 스미스
롤랜드 건터 번트
다알 할램 재펄스
니콜라스 윌리엄 라이들리
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쏘일 머신 다이나믹스 엘티디
노틸러스 미네랄즈 퍼시픽 피티 리미티드
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Abstract

본 발명은 해저 채광 시스템에 사용하기 위한 해저 보조 채광 툴에 관한 것이다. 상기 해저 보조 채광 툴은, 해저에서의 주행을 가능하게 하는 해저 이동 시스템을 가진다. 엄빌리컬 연결부는 표면 소스로부터 파워 및 제어 신호를 수용한다. 붐에 장착된 보조 절단 툴은 해저 퇴적물의 말단을 절단하도록 구성된다. 상기 보조 절단 툴에 의해 생산된 절단물은, 그러한 절단물이 필요한 사이즈보다 크지 않은 것을 확실하게 하기 위해, 사이즈 조정 수단에 의해 사이즈를 맞춘다.

Description

보조 해저 채광을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR AUXILARY SEAFLOOR MINING}
본 발명은 일반적으로 수중 채광에 관한 것으로서, 특히 다른 해저 툴과 협동하여 해저 채광을 수행하기 위한 툴에 관한 것이다.
해저 굴착은, 예를 들면 값진 충적 사광상을 탐색하고 수로를 항해 가능한 상태로 유지하기 위해, 종종 준설에 의해 수행된다. 흡입 준설은, 굴착되어야 할 해저 재료에 가까이 파이프 또는 튜브의 수집 단부를 위치시키고, 물 및 인근 가동성 해저 퇴적물을 파이프를 따라 흡입하기 위해 음의 차압(negative differential pressure)을 발생시키기 위해 표면 펌프를 사용하는 것을 포함한다. 커터 흡입 준설은 또한, 튜브를 통해 흡입되어야 할 밀집된 흙, 자갈 또는 견고한 바위를 릴리스하기 위해 흡입 입구에 또는 근처에 커터 헤드를 제공한다. 대형 커터 흡입 준설기는 수만 킬로와트의 절단 파워를 인가할 수 있다. 다른 해저 준설 기술은 오거 흡입, 제트 리프트, 공기 리프트 및 버킷 준설을 포함한다.
대부분의 준설 장비는 통상적으로 수십 미터의 깊이까지만 작동되며, 매우 대형인 준설기도 100 미터보다 약간 큰 최대 준설 깊이를 가진다. 따라서, 준설은 통상적으로 비교적 얕은 천수에 제한된다.
오일 웰과 같은 수중 시추공은 수천 미터에 달하는 깊은 물에서 작동할 수 있다. 그러나, 수중 시추공 채광 기술은 해저 채광을 가능하게 하지 못한다.
본 명세서에 포함된 문헌, 조항, 재료, 디바이스, 논문 등의 임의의 논의는 순전히 본 발명의 내용을 제공하는 목적을 위한 것이다. 이들 중 어떤 것 또는 모든 것이 본 출원의 각각의 청구항의 우선일 전에 존재하였기 때문에 종래기술의 베이스의 일부를 형성하거나 본 발명의 관련 분야에서 공통적 일반적 지식이라는 것은 인정되어서는 않 된다.
본 명세서를 통해서, "포함한다" 또는 "포함하는"이라는 용어는, 서술된 요소, 정수 또는 스텝, 또는 요소, 정수 또는 스텝의 그룹을 포함하는 것으로 이해되어야 하며, 임의의 다른 요소, 정수 또는 스텝, 또는 요소, 정수 또는 스텝의 그룹을 제외하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
본 발명의 목적은, 깊은 물에서의 해저 채광을 가능하게 하며, 다른 해저 툴과 협동하여 해저 채광을 수행하기 위한 해저 보조 채광 툴을 제공하는 것이다.
제1 광범위한 특징에 따라, 본 발명은, 해저 채광 시스템에 사용하기 위한 해저 보조 채광 툴에 있어서,
해저에서의 주행을 가능하게 하는 해저 이동 시스템,
표면 소스로부터 파워 및 제어 신호를 수용하기 위한 엄빌리컬(umbilical) 연결부,
해저 퇴적물의 말단을 절단하기 위해 붐에 장착된 보조 절단 툴, 및
그러한 절단물이 필요한 사이즈보다 크지 않은 것을 확실하게 하기 위해 보조 절단 툴에 의해 생산된 절단물의 사이즈를 조정하는 수단
을 포함하는 해저 보조 채광 툴을 제공한다.
제1 특징에 따라, 본 발명은, 해저 채광 시스템에서 해저 보조 채광을 위한 방법에 있어서,
해저 보조 채광 툴이 해저 이동 시스템을 사용하여 해저에서 주행하는 단계,
상기 툴이 엄빌리컬 연결부를 통해 표면 소스로부터 파워 및 제어 신호를 수신하는 단계,
붐에 장착된 보조 절단 툴이 해저 퇴적물의 말단을 절단하는 단계, 및
사이즈 조정 수단이, 그러한 절단물이 필요한 사이즈보다 크지 않은 것을 확실하게 하기 위해, 상기 보조 절단 툴에 의해 생산된 상기 절단물의 사이즈를 조정하는 단계
를 포함하는, 해저 보조 채광을 위한 방법을 제공한다.
상기 절단물의 사이즈를 조정하기 위한 상기 수단은, 상기 보조 절단 툴을 형성한 하나 이상의 쌍의 절단 헤드를 포함할 수 있으며, 상기 절단 헤드는 바람직하게 상기 쌍의 절단 헤드들 사이에서 상기 절단물을 당기도록 구성되어 있고, 상기 쌍의 절단 헤드는 필요한 절단 사이즈에 대응하는 거리만큼 이격되어 있다. 그러한 실시예에서, 상기 쌍의 절단 헤드들 사이에서 당겨진 필요한 절단 사이즈보다 큰 절단물은 필요한 절단 사이즈보다 작도록 추가로 절단 및/또는 분쇄될 것이다. 상기 쌍의 절단 헤드들 사이의 간격은, 채광되는 광석, 및 추출될 필요가 있는 입자의 사이즈에 따라, 소정 간격으로 고정될 수 있다. 또는, 상기 쌍의 절단 헤드들 사이의 간격은 몇몇 실시예에서 채광 작동 동안에 조절될 수 있다. 또는, 상기 절단물의 사이즈를 조정하기 위한 상기 수단은, 상기 보조 절단 툴에 인접한, 예를 들면 상기 헤드와 상기 붐 사이에서 상기 절단 헤드 위에 위치되고 및/또는 상기 절단 헤드의 뒤에 위치된, 사이즈 조정 그릴을 포함할 수 있다. 또는, 상기 절단물의 사이즈를 조정하기 위한 상기 수단은, 고정되거나 조절될 수 있는 다른 적절한 사이즈 조정 디바이스를 포함할 수 있다. 상기 쌍의 절단 헤드는 바람직하게 상기 절단물의 사이즈를 조정하기 위해 상기 절단 헤드들 사이에서 상기 절단물을 당기도록 역회전한다.
상기 보조 채광 툴에 보조 절단 툴을 구비하고, 별도의 해저 툴을 위한 벌크 채광을 남김으로써, 본 발명은, 이동성을 강화하여 복잡한 지형의 해저 영역에서의 작동을 가능하게 하고 일련의 절단 작업을 신축성 있게 수행할 수 있는 비교적 민첩한 해저 절단 툴을 제공한다. 따라서, 보조 절단 툴은, 별도의 벌크 채광 툴에 적절한 비교적 평평한 수평 벤치를 제공하기 위해, 복잡한 해저 형상의 둘레를 절단하기 위해 벌크 채광을 위한 준비에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은, 복잡한 해저 지형에서 단독으로 작용할 수 있으며, 복잡한 해저 지형에서 해저 재료를 탐색하기 위해 다른 해저 채광 툴과 협동하여 작용할 수 있는 보조 툴을 제공한다. 어떤 사이트에서, 보조 채광 툴의 민첩성으로 인해, 해저 재료의 탐색을 위해 다른 툴이 필요하지 않을 수 있다.
해저 보조 채광 툴은 불균일한 땅 및 경사에서 주행할 수 있으며, 그러한 능력은 해저 이동 시스템에 의해 이루어진다. 해저 이동 시스템은 임의의 적절한 이동 부재, 예를 들면 휠, 연속적 트랙, 다리부 등을 포함할 수 있다. 이동 시스템은 바람직하게 상기 보조 채광 툴이 약 10도까지, 더 바람직하게 약 20도까지, 더 바람직하게 약 25도까지 경사진 해저 땅에서 주행할 수 있게 한다.
바람직한 실시예에서의 보조 채광 툴은 벌크 채광을 위한 벤치를 준비하기 위해 해저 사이트를 처리하기 위해 작동될 수 있다. 바람직한 실시예에서의 보조 채광 툴은 또한 벌크 채광기에 의해 남겨진 잔여 에지를 처리하기 위해 작동될 수 있다. 상기 보조 절단 툴을 장착하기 위한 상기 붐은 바람직하게 유압식 작동 관절형 암을 포함할 수 있다. 한 가지 형태에서, 상기 붐은, 상기 보조 채광 툴의 중심 라인에 대해 선회할 수 있는 상부 캐리지 조립체에 장착될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 해저 보조 채광 툴은 착탈 가능 윈치 케이블 부착 지점을 포함할 수 있어, 툴이 해저와 표면 사이에서 권양되고, 윈치 케이블로부터 분리되며, 일단 해저에 있을 때에는 자체 추진될 수 있게 한다.
또한, 본 발명은, 몇몇 실시예에서 상당한 물 깊이에 배치되기에 적합한 해저 보조 채광 툴을 제공한다. 예를 들면, 몇몇 실시예는 약 400 미터보다 큰 깊이, 바람직하게 1000 미터보다 큰 깊이, 더 바람직하게 1500 미터보다 큰 깊이에서 작동될 수 있다. 그러나, 본 발명의 보조 채광 툴은 또한 약 100 미터의 얕은 물에서 또는 비교적 얕은 잠수식 응용에서 유용한 해저 채광 옵션을 제공할 수 있다. 따라서, 해저라는 것은, 소금, 담함수, 담수 등의, 호수 바닥, 하구 바닥, 협만 바닥, 해협 바닥, 만의 바닥, 항구 바닥 등에 대한 채광 또는 굴착에 본 발명을 적용하는 것을 배제하는 것을 의도하는 것이 아니고, 그러한 응용이 본 명세서의 범위에 포함되는 것을 이해하여야 한다.
복잡한 지형의 해저 사이트에 배치되는 본 발명의 실시예에서, 해저 보조 채광 툴은 바람직하게 사이트 굴착을 시작하기 위해 사용된다. 예를 들면, 해저 보조 채광 툴은 다른 해저 툴을 위한 착륙 영역을 준비할 수 있고, 벌크 채광을 위한 제1 벤치를 준비하기 위해 사이트의 말단을 굴착할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 흡입 공급 라인을 더 포함하며, 상기 흡입 공급 라인은, 상기 보조 절단 툴에 인접한 슬러리 입구, 및 상기 보조 채광 툴로부터 이격된 출구를 가지고 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 보조 채광 툴은, 절단 헤드에 인접하고 슬러리 형태의 절단물을 포착하도록 구성된 슬러리 펌프 시스템 및 슬러리 입구를 포함한다. 슬러리는, 해저 보조 채광 툴로부터, 예를 들면 단순히 툴이 취하는 통로의 한쪽까지의 짧은 거리 펌핑될 수 있다. 또는, 슬러리는, 적절한 이송 파이프를 통해, 해저 보조 채광 툴로부터 어느 정도의 거리 떨어진 해저 스톡파일 위치로 펌핑될 수 있다. 슬러리 입구 또는 흡입 입구는 절단 헤드의 바로 뒤에 위치될 수 있다. 2개 이상의 절단 헤드를 포함하는 실시예에서, 흡입 입구는 절단 헤드들 사이에 위치될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 수집 보호판은 상기 슬러리 펌프 시스템에 의한 상기 절단물의 포착 및 수집을 최적화하기 위해 상기 절단 헤드를 부분적으로 둘러싼다. 해저 보조 채광 툴은 바람직하게 블레이드를 포함하며, 상기 블레이드는 절단물이 차량의 앞에 있도록 유지하는 것을 보조하고, 또한 바람직하게 절단물을 절단 헤드 근처에 유지함으로써 절단 툴을 보호하며, 과도한 사이즈의 절단물의 재처리를 보조하도록 구성된다. 상기 블레이드는 상기 절단 툴의 여러 가지 다른 선회 위치에서 실질적으로 동일하게 보호하도록 원호형 형상을 가지고 있다. 블레이드는 바람직하게, 절단 헤드에 의해 발생되는 절단물을 제거함에 있어서 툴의 흡입 입구를 보조한다. 블레이드는 또한 바람직하게 , 상기 기계가 전방으로 주행할 때 부시 블레이드로서 작용함으로써 보조 채광 툴의 앞의 통로를 청소하도록 구성된다.
해저 보조 채광 툴은 구속되지 않은 원격 작동 차량(ROV)이거나, 표면에 연결하는 엄빌리컬에 의해 작동되는 구속된 차량일 수 있다.
해저 보조 채광 툴은 바람직하게, 해저 보조 채광 툴이 작동할 때 지형을 통해 전진할 수 있게 하기 위해 자체 절단물을 덤프 사이트에 있는 이격된 출구로 제거한다. 예를 들면, 보조 채광 툴은 그 절단물을 슬러리 형태로 툴의 주행 통로에 대해 측 방향에 있는 위치로 펌핑할 수 있다.
해저 보조 채광 툴의 중량은 바람직하게, 보조 채광 작업을 위해 필요한 힘을 인가하기 위해 선택된다. 보조 채광 툴을 더 안정화하기 위해, 가동성 앵커링 스퍼드가 구비될 수 있다.
벤치는, 탐색되어야 할 귀한 광석의 광석 벤치를 포함하거나, 다른 목적을 위해 제거되어야 할 견고한 바위 또는 다른 해저 재료의 벤치를 포함할 수 있다. 광석은 해저의 대량의 황화물을 포함할 수 있다.
상기 시스템의 다른 실시예에서, 보조 채광기는, 절단물을 툴로부터 슬러리 형태로 툴의 절단 위치로부터 이격된 스톡파일 사이트로 공급하도록 배치된 슬러리 이송 파이프로 구성된다.
이제 본 발명의 예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보조 채광 툴을 통합한 해저 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 보조 채광 툴의 측면도이다.
도 3은 도 2의 보조 채광 툴의 절단 및 흡입 프로세스를 도시한다.
도 4는 전체 보조 채광 툴 시스템을 도시한다.
도 5는 보조 채광 툴의 붐 장착 절단 헤드의 사시도이다.
도 6은 작동 상태에 있는 보조 채광 툴의 붐 장착 절단 헤드의 단면도이다.
도 7a는 사이트 준비를 수행하는 보조 채광 툴을 도시한다.
도 7b는 광석 벤치의 잔여 에지를 고르는 보조 채광 툴을 도시한다.
도 8은, 가동 앵커링/안정화 스퍼드 시스템을 가진 보조 채광 툴의 추가적 실시예를 도시한다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보조 커터를 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보조 커터를 도시한다.
도 1은, 본 발명의 일실시예에 따른 보조 채광 툴(AUX)(116)을 통합하는 수중 시스템(100)의 개략도이다. 데릭(102) 및 탈수 플랜트(104)는 해양 생산 지원 선박(PSV)(106)에 장착된다. PSV(106)는 탐색된 광석을 바지(108)에 로딩하기 위한 광석 이송 설비를 가진다. 본 실시예는 약 2500 미터 깊이까지 작동할 수 있는 툴(116)을 제공하지만, 약 3000 미터 이상의 깊이까지의 작동을 위해 다른 실시예가 디자인될 수 있다. 생산 작동 동안에, 해저 채광 툴(SMTs)은 해저(110)로부터 광석을 굴착하기 위해 사용될 것이다. SMT는, 해저 벌크 채광기(112), 해저 수집기(GM)(114), 해저 보조 채광기(116) 및 스톡파일링 시스템(124)을 포함한다. 벌크 채광기(BM)(112) 및 수집기(114)는 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 보조 채광기(116) 및 벌크 채광기(112)에 의해 채광된 광석은, 슬러리 형태로 각각의 기계에 의해 예를 들면 스톡파일 이송 파이프(126)(간결성을 위해 도 1에서 절단된 상태로 도시됨)를 통해 스톡파일 시스템(124)으로 수집되고 펌핑된다.
스톡파일링된 광석은 슬러리 형태로 라이저 이송 파이프(RTP)(120)를 통해 수중 리프트 펌프(118)로 수집 및 펌핑되며, 수중 리프트 펌프는 슬러리를 강성 라이저(122)(도 1에 절단된 상태로 도시되며, 이러한 실시예에서 약 2500 미터 길이까지 달할 수 있음)를 통해 리프팅한다. 슬러리는 표면 지원 선박(106)으로 이동되고, 표면 지원 선박에서 플랜트(104)에 의해 탈수된다. 폐수는 수중 리프트 펌프(118)를 위한 충전 압력을 제공하기 위해 압력 하에 해저로 복귀된다. 탈수된 광석은 프로세싱 사이트로 운반되기 전에 스톡파일 설비로 운반되기 위해 운반 바지(108)로 하역된다.
이러한 실시예의 해저 보조 채광 툴(116)은 절단, 및 필요에 따라 재료를 작업 위치로부터 멀리 펌핑하기 위해 제공된다. 해저 보조 채광 툴(116)은, 약 2500 미터의 수심까지 작동할 수 있는 원격 작동 차량이고, PSV(106) 선상으로부터 작동된다. 보조 채광 툴(116)의 작동은 광석 등급, 총생산율, 및 보수유지 제한에 따라 제어된다. 굴착된 입자 사이즈는 보조 채광 툴(116) 커터 형태, 커터 회전 속도, 커터 헤드의 전진 속도, 절단의 깊이, 커터 픽 간격(cutter pick spacing) 및 각도, 및 커터 헤드 간격에 의해 제어된다.
벌크 채광 및 수집은 임의의 적절한 수단에 의해 수행될 수 있다.
보조 채광 툴(116)은 임의의 적절한 채광 프로세스에서 사용될 수 있으며, 도 1에 도시된 실시예에서, 광석 회수 시켄스는 다음과 같다. 먼저, 임의의 분해된 퇴적물은 수집기(GM)를 사용하여 제거되고, 광산의 일부를 형성할 수도 있고 형성하지 않을 수도 있는 사전 정의된 영역에 저장된다. 그러면, 장애물은, BM(112) 및 GM(114)을 위한 평탄한 착륙 영역을 준비하기 위해, 이러한 실시예에서 AUX(116)를 사용하여 절단된다. 보조 채광기(116)에 의한 이러한 사이트 준비는 도 7a에 도시되어 있다.
다음에, 보조 채광 툴(116)에 의해 남겨진 광석은 GM(114)에 의해 수집된다. 벤치는 BM(112)을 사용하여 절단되고, 절단 및 사이즈가 조정된 광석은 GM(114)을 사용하여 수집되며, 이것은 잔여 에지가 약 4 미터 높이가 될 때까지 반복된다. 그러면, 잔여 에지는, 도 7b에 도시되었듯이, 이러한 실시예의 AUX(116)를 사용하여 고르게 된다.
따라서, AUX(116)는 해저 채광 작동을 시작하고, 다른 해저 툴을 위한 적절한 착륙 영역을 준비하며, 필요시에는, 스톡파일링 디바이스와 같은 다른 해저 디바이스를 위한 적절한 착륙 영역을 준비한다. AUX(116)는 또한, 벌크 채광기에 의해 접근할 수 없거나 효율적으로 채광할 수 없는 광석 벤치의 에지 섹션을 제거하기 위해 사용된다.
도 2는 본 발명의 이러한 실시예에 따른 보조 채광 툴(116)의 측면도이다. 도 2는 이러한 실시예의 AUX(116)의 사이즈를 도시하며, 그 기능을 보여준다. AUX(116)는 슬러리 준설 펌프 시스템(202)을 사용하여 광석을 해저 스톡파일 영역으로 펌핑하고, 광석은 후에 적절한 해저 수집기(GM)(114)에 의해 수집된다. 연속적 트랙(204)은 복잡한 해저 지형에서도 툴(116)의 해저 이동을 가능하게 한다. 윈치 케이블 부착 지점(206)은 표면과 해저 사이에서 툴(116)을 권양할 수 있게 하기 위해 윈치 케이블에 대한 툴(116)의 착탈 가능한 부착을 가능하게 한다. 절단 헤드(210)는 붐(208)에 장착되어, 다양한 범위의 위치, 높이 및 각도에서 절단 헤드(210)의 사용을 가능하게 한다.
도 3은 보조 채광 툴(116)의 절단 및 흡입 프로세스를 도시하고 있다. 알 수 있듯이, AUX(116)는 트랙(204) 및 커터 흡입 붐 조립체(208)를 가진 차량이며, 커터 흡입 붐 조립체는 관절형이며, 기계의 중심선에 대해 측 방향으로 약 +/- 40도로 붐이 선회할 수 있고, 커터 흡입 붐 조립체는 기계의 위로 상승 및 아래로 하강할 수 있다. 도 5에서 알 수 있듯이, 절단 헤드(210)는, 광석을 절단하고, 역회전 커터 헤드(212)들 사이에 위치되는 중앙 위치 흡입 헤드(214) 형태의 입구로 절단물을 공급하기 위해, 엄빌리컬(umbilical) 파워 서플라이를 통해 전기식 또는 유압식으로 구동되는 2 쌍의 역회전 커터 헤드(212)를 포함한다. 흡입 헤드(214)는, 절단 및 추출되는 재료의 사이즈 및 형태에 적합하도록, 여러 가지 형상 및 사이즈일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 버킷/블레이드(216)는 또한 재료 제거를 보조하고 커터(212)의 효율에 더하기 위해 구비된다. 버킷/블레이드(216)는 또한 절단물의 흡입 제거를 보조하기 위해 커터를 위한 보호판으로서 작용한다. 도 2의 보호판(218)은 또한 도 5의 흡입 헤드(214)의 효율을 보조하고, 절단물의 사이즈를 맞추며, 절단물의 사이즈를 제어하기 위해 구비된다.
툴(116)은 또한, 절단된 재료를 펌핑하고, 도 1의 스톡파일 호스(126), 연결기 시스템, 및 스톡파일 시스템(124)을 통해 해저 스톡파일 존으로 절단된 재료를 운반하기 위해, 흡입 준설 펌프 시스템을 사용하는, 커터 헤드(210)로의 고압 물 분사를 위한 물 분사 시스템(도시되지 않음) 및 슬러리/광석 흡입/공급 라인(202)을 포함한다. 다른 실시예에서, 도 2의 상부 캐리지 조립체(220)는 보조 채광 차량의 절단 헤드를 선회시키는 능력을 제공한다. 또 다른 실시예에서, 커터 헤드 상의 추가적 조립체(유압 실린더(222))는, 절단 효율 및 절단물 추출 효율을 향상시키고 절단물의 사이즈를 조정하여 절단물의 사이즈를 제어하기 위해, 커터 헤드의 간격이 작동 동안에 조절될 수 있게 한다.
이러한 실시예에서, 툴(116)은 약 200 내지 250 톤의 건조 육상 중량(dry land weight), 이러한 형태의 기계에 적합한 툴 중량 대 절단 파워 비, 복수의 주요 기능을 가진다. 툴(116)은, 도 7a에 도시되었듯이, 장애물 및 높은 점을 제거하고, 절단 작업을 시작하도록 다른 툴을 위한 깨끗한 착륙 영역을 준비한다. 툴(116)은, 도 7b에 도시되었듯이, 덜 민첩한 벌크 채광기가 접근할 수 없는 벤치의 영역을 절단 및 제거한다. 툴(116)은 절단된 재료를 해저 스톡파일 영역으로 펌핑하고 해저의 굴뚝 모양의 물건을 정지하고 갈아없애는 것을 보조한다. 툴(116)의 붐 작용(boom action)은 경사에서도 약 4 미터까지의 벤치 높이의 절단을 가능하게 하고, 덜 민첩한 해저 툴이 용이하게 접근할 수 없는 벤치 에지 및/또는 풋월(footwall) 인터페이스를 툴(116)이 제거할 수 있게 한다.
보조 채광 툴(116)은 또한 채광의 완료시에 광산 사이트를 청소하기 위해 절단물을 정리하는 것을 수행할 수 있고, 또한 광산의 높은 지점에 대한 다른 해저 툴의 접근을 위한 접근 램프를 절단할 수 있고, 및/또는 피크 영역까지의 램프를 절단하여 피크 자체에 대한 자체 접근로를 발생할 수 있다.
툴(116)은 해저에서 크롤러 트랙(204)에 의해 조정된다. 툴은 바위가 많은 땅 및 거친 땅을 다룰 수 있고, 경사진 곳에서 작동 및 조정하는 능력을 가진다. 툴(116)은 또한 사이트 주위에 위치되기 위해 주 윈치 와이어(402)를 사용해 지지 선박으로부터 인양 및 착륙될 수 있다.
AUX(116)는 광석을 절단 및 수집하고, 광석을 차량의 바로 뒤 또는 옆의 스톡파일 또는 측부 캐스트 존(cast zone)으로 펌핑하도록 디자인된다. AUX(116)는 광석을 효율적으로 절단하고 필요시에는 광석을 이격된 위치에 있는 스톡파일로 공급하도록 역회전 커터 헤드(210) 및 중앙 흡입 헤드(214)를 가지도록 디자인된다.
커터/흡입 헤드(210)는 관절식 붐(208)에 장착되며, 관절식 붐(208)은 커터 흡입 헤드(210)를 선회, 상승 및 하강시킬 수 있고, 수직 평면에서 커터 흡입 헤드(21)의 각도 위치를 변경할 수 있다. 커터 헤드의 전방 및 후방 간격은, 작동시에 절단 및 흡입 효율을 조절 및 증가시키고, 절단물의 사이즈를 맞추며, 절단물의 사이즈를 제어하기 위해, 기구(222)에 의해 변경될 수 있다.
전체 보조 채광 기계 시스템은 도 4에 개략적으로 도시되어 있다. 생산 지원 선박(PSV)은 컨트롤 룸을 주관하며, 컨트롤 룸으로부터, AUX(116)는, 엄빌리컬과 인양 와이어를 위한 윈치, 및 AUX(116)의 전개 및 회수를 위한 A 프레임과 함께 작동된다. AUX(116)는 엄빌리컬 케이블(404) 및 주 호이스트 와이어(402)에 의해 상기 선박에 연결된다.
엄빌리컬 케이블(404)은, 트랙 구동 모터, 유압 시스템 구동 모터, 준설 시스템 펌프 모터, 및 커터 구동 시스템과 같은 AUX(116)의 주요 컴포넌트를 구동하기 위해 필요한 모터 및 펌프를 구동하기 위해 전력을 공급한다.
엄빌리컬 케이블(404)은 또한 AUX(116)와 PSV(106) 상의 작동 컨트롤 사이의 다중 섬유 광통신 링크 형태의 컨트롤 라인을 제공한다.
AUX(116)는 주 호이스트 와이어(402)를 통해 PSV(106)로부터 해저로 하강된다. AUX(116)가 해저에 착륙되면, 호이스트 와이어(402)는 분리되고 PSV(106)로 E또는 안전한 높이로 되돌려 회수될 수 있어, 호이스트 와이어는 채광 작동 동안에 엄빌리컬(404)과 엉키지 않을 것이다.
AUX(116)는 스톡파일 호스 커넥터를 탐색, 결합, 고정 및 분리시키기 위한 시스템을 섀시 내에 합체한다(또한, 커플링, 비상 분리 시스템 및 스위블도 합체함). 필요시에는, 스톡파일 호스는 와인드 아웃 릴과 같은 저장 장치상의 AUX 섀시 내에 저장될 수 있다. AUX(116)가 일단 해저 상에 놓이면, 스톡파일 호스가 연결되고(스톡파일 채광 작동을 위해 필요하면), 그러면 AUX(116)는 절단 및 스톡파일링 작동을 할 준비가 된다.
AUX(116)가 PSV(106)로 회수될 준비가 되면, 호이스트 와이어(402)는 다시 연결되고, 스톡파일 호스는 분리된다. 커터 붐(208)은 0도, 완전 연장되고 상승된 위치로 선회된다. 그러면 툴(116)은 해저로부터 인양되고 PSV(106)로 회수될 수 있다.
상술한 바와 같이, AUX는 광석 배치를 위해 두 가지 다른 방법을 포함하는데, 즉 차량 후방 또는 측부 캐스트 방법, 및 스톡파일 이송 방법이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 적절한 밸브의 제어에 의해, 흡입 헤드(214)로부터 오는 슬러리는 스톡파일 호스 커넥터 시스템(302) 또는 후방/측부 캐스트 레이 다운 아웃렛(304)으로 선택적으로 향할 수 있게 된다. 후방 또는 측부 캐스트 방법은, 수집기(114)가 용이하고 효율적으로 접근하는 영역에서 사용된다(재료의 세척 및 회수를 위함). 스톡파일 방법은 GM(114)이 광석을 회수할 사전 정의된 스톡파일 위치로 광석을 이송하기 위해 제한된 액세스 영역에 사용된다. 적절한 채광 계획에서, 어떤 위치에 어떤 광석 배치 방법을 채택할 것인가를 정의할 수 있다.
도 5 및 도 6에 개략적으로 도시된 이중 역회전 드럼 커터(210)가 주 절단 헤드를 위해 사용된다. 커터(210)는, 수평 축에서 상승 및 하강하고 수직 축 주위로 선회할 수 있는 2-기능 유압 붐(208)에 장착된다. 붐(208)은 커터 조립체(210)를 위한 다양한 장착을 제공하고, 차량 자체를 이동시키지 않고 큰 바위를 절단할 수 있게 한다. 이러한 다양성으로 인해, 예를 들면 광산에서 발견할 수 있는 고립된 타워와 같은 스텝 또는 다른 불연속물을 암(208) 및 커터(210)가 처리하는 것을 목표로 할 수 있게 한다. 바위 커터 헤드(210)는 관절식 암(208) 상에서 약 600 kW이며, 그것은 커터를 위한 다양한 장착을 제공하며, 보조 채광기 자체를 이동시키지 않고도 큰 바위를 절단할 수 있게 한다.
붐(208)은, 약 1 미터의 섬핑 깊이(sumping depth)로 광산 면(mine face)의 전체 섬프 깊이 전체 폭 절단을 완료하기 위해, 연속적 하향/측 방향 절단하도록 작동한다. 그러면, 붐 및 커터 각도 위치는, 차량을 전방에 재위치 시키는 것이 필요하기 전에, 추가 1 미터 섬핑 깊이 절단을 수행하도록 조절될 수 있다.
굴착된 재료는, 도 5 및 도 6에 상세히 도시된 흡입 노즐(214)을 통해, 고 유량 준설 펌프 시스템에 의해 작업 영역으로부터 멀리 이동될 수 있다. 슬러리 흐름 회로는 도 3에 더 상세히 도시되어 있다. 희석 시스템은 막힐 가능성을 감소시키고 흡입 및 공급 라인 내의 슬러리 밀도를 제어하기 위해 사용된다. 밀도계 및 유량계는 슬러리 회로를 통해 농도 및 속도 구배를 지속적으로 모니터링하기 위해 사용된다.
다른 실시예의 AUX(116)는 트랙 부착 차량이다. 채광하는 동안에, 안정화 스퍼드의 형태를 취하는 가동 앵커링 시스템은, 도 7a 및 도 7b에 도시되었듯이, 광산을 더 적극적으로 제어하기 위해, 해저 표면층과 맞물리고 관통한다. 도 8에 추가로 도시되었듯이, 차량 앵커링/안정화 시스템의 각각의 가동 스퍼드(802)는 독립적으로 구동되어, 차량을 불균일한 땅에 수평으로 유지하기에 제한된 능력을 가능하게 한다. 스퍼드는 양호한 품질의 땅을 찾기 위해 임의의 느슨한 표면 재료를 관통하도록 디자인된다. 연약 지반(soft groune)을 위해서, 면적이 큰 슈(shoes)를 스퍼드에 장착할 수 있다. 스퍼드는 또한 각각 블레이드의 형태를 가질 수 있다. 그러면, 블레이드는 스퍼드의 기능을 가능하게 하고, 기계의 전방 및 후방 이동 동안에 재료를 이동시키는 능력을 가능하게 한다.
제트 워터 시스템(306)은 막힘이 있는 경우에 흡입 노즐(214)의 틈새를 제공하고, 필요시에는 절단되는 재료를 교반하기 위해 설치된다. 제트 시스템(306)은 막힘의 경우에 커터 헤드(210) 또는 트랙(204)을 세척할 수 있다. 제트 시스템은 또한 슬러리 라인 막힘 방지/제거를 보조할 수 있다.
AUX(116)는 두 가지 방식 중 하나로 해저의 하나의 영역으로부터 다른 영역으로 이동할 수 있다. AUX(116)는 약 10도보다 작은 해저 지형에서 약 600 m/시간보다 큰 속도로 트랙킹할 수 있다. 또는, 차량(116)은 주 호이스트 와이어(402)를 사용하여 해저로부터 인양되고 다음 사이트로 조종될 수 있다.
근거리(locality)에서 조종될 때, 강력한 트랙 조립체(204)는 최대 작업 생산 용량을 위해 차량(116)의 효율적인 재 위치 설정을 가능하게 한다. AUX(116)는 따라서 굴착된 재료의 더 효율적인 절단 및 스톡파일링을 제공한다.
도 9a 내지 도 9d는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 보조 커터(900)를 도시하고 있으며, 절단 툴 지지 붐(902), 수직 잭킹을 가진 전방 스윙 아웃 안정화 다리부(904), 사이트 주행을 위한 트랙(906), 후방 음향탐지기 어레이(908), 전자 컨트롤 포드(910), 후방 안정화 앵커/블레이드(912), 주 절단 툴(914), 붐(902)의 하면에 장착되는 크라운 커터 스톡파일 수집 시스템(916), 2개의 스러스터(918), 20도 경사 회수를 위한 상승 지점 및 포착 보울(922), 스톡파일 호스 인터페이스(924), 및 슬러리 이송 펌프 및 모터(926)를 포함한다.
도 10a 및 도 10b는, 보조 채광기(1000)가 절단물을 섀시 앞으로 밀고, 절단물을 툴(1000) 아래를 통과하는 것을 최소화 또는 피하기 위해 블레이드(1010)를 가지는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 블레이드(1010)는, 후방 절단 헤드가 도 10b에 도시된 바와 같이 방위각이 이동될 때 블레이드로부터 실질적으로 일정한 거리에 유지되도록, 반원형으로 구부러진다. 이러한 배치는 도 10b에서 볼 수 있듯이 절단 헤드에 인접한 흡입 입구에 의한 수집의 향상된 효율에 영향을 주며, 또한 스트레이 절단물을 툴의 통로로부터 제거한다.
여기에 사용된 특정 용어는, 본 발명을 동일하게 기술하는 다른 용어와 유사할 수 있으며, 본 출원의 범위는 따라서 어떠한 그러한 동의어에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들면, 해저 채광 툴은 또한 해저 기계로 지칭될 수 있고, 생산 지원 선박은 표면 선박 및/또는 표면 설비로 지칭될 수 있으며, 광석은 동일하게 또는 바위, 결합된 퇴적물, 분해된 퇴적물, 흙, 및 해저 재료로 지칭될 수 있고, 채광은 절단, 준설 또는 다르게 재료를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 제공된 특정 값은 기술된 실시예에서 스케일을 설명하지만, 응용의 환경에 맞추기 위해 다른 실시예에서 사용될 수 있는 값의 스케일 또는 범위에 관해 제한하는 것으로 간주되어서는 않 된다.
여러 가지 변경 및/또는 수정이, 광범위하게 기술된 본 발명의 정신 및 범위를 이탈함이 없이 특정 실시예에서 보여진 본 발명에 대해 이루어질 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 본 실시예는 모든 점에서 설명을 위한 것이지 제한을 위한 것이 아닌 것으로 간주되어야 한다.

Claims (25)

  1. 해저 채광 시스템에 사용하기 위한 해저 보조 채광 툴에 있어서,
    해저에서의 주행을 가능하게 하는 해저 이동 시스템,
    표면 소스로부터 파워 및 제어 신호를 수용하기 위한 엄빌리컬(umbilical) 연결부,
    해저 퇴적물의 말단을 절단하기 위해 붐에 장착된 보조 절단 툴, 및
    상기 보조 절단 툴에 의해 생산된 절단물이 필요한 사이즈보다 크지 않도록 상기 보조 절단 툴에 의해 생산된 절단물의 사이즈를 조정하는 수단
    을 포함하는 해저 보조 채광 툴.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절단물의 사이즈를 조정하는 상기 수단은, 상기 보조 절단 툴을 형성한 하나 이상의 쌍의 절단 헤드를 포함하며,
    상기 절단 헤드는 바람직하게는 상기 쌍의 절단 헤드들 사이에서 상기 절단물을 인입하도록 구성되어 있고,
    상기 쌍의 절단 헤드는 필요한 절단 사이즈에 대응하는 거리만큼 이격되어 있는,
    해저 보조 채광 툴.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 쌍의 절단 헤드들 사이의 간격은 소정 간격으로 고정되어 있는, 해저 보조 채광 툴.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 쌍의 절단 헤드들 사이의 간격은 채광 작동 동안에 조절될 수 있는, 해저 보조 채광 툴.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절단물의 사이즈를 조정하는 상기 수단은 상기 보조 절단 툴에 인접한 사이즈 조정 그릴을 포함하는, 해저 보조 채광 툴.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 시스템은 상기 보조 채광 툴이 약 10도까지 경사진 해저 땅에서 주행할 수 있게 하는, 해저 보조 채광 툴.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이동 시스템은 상기 보조 채광 툴이 최대 약 20도 경사진 해저 땅에서 주행할 수 있게 하는, 해저 보조 채광 툴.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이동 시스템은 상기 보조 채광 툴이 최대 약 25도 경사진 해저 땅에서 주행할 수 있게 하는, 해저 보조 채광 툴.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 절단 툴을 장착하기 위한 상기 붐은, 상기 보조 채광 툴의 중심 라인에 대해 선회할 수 있는 상부 캐리지 조립체에 장착된 유압식 작동 관절형 암을 포함하는, 해저 보조 채광 툴.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 해저 보조 채광 툴은 약 400 미터보다 큰 깊이에서 작동될 수 있는, 해저 보조 채광 툴.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 해저 보조 채광 툴은 약 1000 미터보다 큰 깊이에서 작동될 수 있는, 해저 보조 채광 툴.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 해저 보조 채광 툴은 약 1500 미터보다 큰 깊이에서 작동될 수 있는, 해저 보조 채광 툴.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    흡입 공급 라인을 더 포함하며,
    상기 흡입 공급 라인은 상기 보조 절단 툴에 인접한 슬러리 입구를 가지고 있고, 상기 보조 채광 툴로부터 이격된 출구로 공급하기 위해 슬러리 형태의 상기 절단물을 포착하도록 구성되어 있는,
    해저 보조 채광 툴.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 슬러리 입구는 상기 절단 헤드에 인접하여 또한 상기 절단 헤드의 뒤에 위치되어 있는, 해저 보조 채광 툴.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 슬러리 입구는 상기 절단 툴의 상기 절단 헤드들 사이에 위치되어 있는, 해저 보조 채광 툴.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬러리 입구에 의한 상기 절단물의 포착 및 수집을 최적화하기 위해 상기 절단 툴을 부분적으로 둘러싼 수집 보호판을 더 포함하는, 해저 보조 채광 툴.
  17. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    블레이드를 더 포함하며,
    상기 블레이드는 상기 절단 툴을 덮고, 상기 기계가 전방으로 주행할 때 푸시 블레이드(push blade)로서 작용함으로써 상기 보조 채광 툴 앞의 통로를 청소하도록 디자인되어 있는, 해저 보조 채광 툴.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 블레이드는 상기 절단 툴의 여러 가지 다른 선회 위치에서 실질적으로 동일하게 덮도록 원호형 형상을 가지고 있는, 해저 보조 채광 툴.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    배치되었을 때 상기 툴을 안정화시키도록 구성된 가동 앵커링 스퍼드를 더 포함하는, 해저 보조 채광 툴.
  20. 해저 채광 시스템에서 해저 보조 채광을 위한 방법에 있어서,
    해저 보조 채광 툴이 해저 이동 시스템을 사용하여 해저에서 주행하는 단계,
    상기 툴이 엄빌리컬 연결부를 통해 표면 소스로부터 파워 및 제어 신호를 수신하는 단계,
    붐에 장착된 보조 절단 툴이 해저 퇴적물의 말단을 절단하는 단계, 및
    사이즈 조정 수단이, 상기 보조 절단 툴에 의해 생산된 절단물이 필요한 사이즈보다 크지 않도록 하기 위해 상기 보조 절단 툴에 의해 생산된 상기 절단물의 사이즈를 조정하는 단계
    를 포함하는, 해저 보조 채광을 위한 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 보조 절단 툴은, 별도의 벌크 채광 툴에 적합한 비교적 평평한 수평 벤치를 제공하기 위해, 복잡한 해저 형상의 둘레를 절단하기 위해 벌크 채광을 위한 준비에 사용되는, 해저 보조 채광을 위한 방법.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 보조 절단 툴은 벌크 채광을 위해 벤치를 준비하기 위해 해저 사이트를 처리하도록 사용되는, 해저 보조 채광을 위한 방법.
  23. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 절단 툴은, 벌크 채광기에 의해 남겨진 잔여 에지를 처리하도록 사용되는, 해저 보조 채광을 위한 방법.
  24. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절단물은 슬러리 형태로 포착되며,
    상기 슬러리는, 상기 툴이 취하는 통로의 한쪽으로 펌핑되는,
    해저 보조 채광을 위한 방법.
  25. 제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절단물은 슬러리 형태로 포착되며,
    상기 슬러리는, 적절한 이송 파이프를 통해, 상기 해저 보조 채광 툴로부터 떨어져 있는 해저 스톡파일 위치로 펌핑되는,
    해저 보조 채광을 위한 방법.
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