本发明专利技术公开了一种海洋矿产资源开采装置及开采方法。针对现有海底采矿车加管道水力提升开采系统目前存在的技术难点，所述开采装置包括水面采矿船，提升管，提升电泵站，软管，矿物破碎机构，采矿机构；所述采矿机构上装有多个扰动射流喷嘴、多个上升射流喷嘴和与所述矿物破碎机构的进料口连通的导流管；所述提升管、提升电泵站、软管、矿物破碎机构和导流管依次串联形成矿浆提升通道，所述软管固定在一潜游ROV上，该潜游ROV通过连接装置与所述采矿机构相连。本发明专利技术不受海底复杂地形和坡度的限制，避免了海底采矿车底盘在沉积层上的打滑、沉陷，将大大降低矿物采集对海底沉积物的扰动；亦解决了采矿机构离地高度难以控制的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋矿产资源开采方法和相关装备领域，具体为，用于采集深海底矿物，并将海底矿物输送至水面采矿船上。技术背景海洋矿产资源开采作为21世纪最有前景的新兴产业，为世界各国所普遍重视。占地球表面49%的国际海底区域蕴藏着锰结核、富钴结壳、热液硫化物、多金属软泥等丰富的金属矿产资源，是地球上尚未被人类充分认识和利用的最大的潜在战略资源基地，其开采方法引起各国高度重视和极大研究热情，目前国内外已进行了连续绳斗开采系统、自动穿梭采矿车开采系统、海底采矿车加管道提升开采系统三种采矿方法的研究开发。连续绳斗采矿系统的原理是在一根缆索上每隔25至50米吊挂一个链斗，通过采矿船船首和船尾(单船式)或两条船上(双船式)安装的缆索导引轮形成无极循环运转，链斗从海底将结核铲起并提升到海面，其优点是系统设备简单、维修方便、投资小，但存在采矿效率和资源回收率低，要求海底地形平坦、缆绳容易缠绕等问题。自动穿梭采矿车开采系统的采矿车靠自身重量和压舱物下潜，压舱物存放在结核存储舱内，当采矿车到达海底后，采矿车利用阿基米德螺旋推进器在海底行走，一边排出压舱物一边采集等效重量的结核，当最后一块压舱物被排出，储舱装满结核时，采矿作业结束，采矿车在潜浮推进器的推动下返回海面进入半潜式水下平台卸矿，然后重新装上压舱物再下潜入海底，如此往复循环实现海底结核的开采，其优点是设备独立、灵活性好，单台设备故障对开采系统影响不大；缺点是采矿过程间断性作业、潜浮辅助时间长、单机生产力低，需要高性能的蓄电池，需要用压舱物置换结核，采矿车制造工艺和遥控技术要求高，造价昂贵。海底采矿车加管道水力提升开采系统由主要由海底采矿车、中间舱和由提升管道与提升电泵组成的水力提升系统组成，采矿车采集的海底矿石，通过提升管道由提升电泵将矿石从海底提升到水面采矿船上，该开采系统中海底采矿车又分为海底拖曳式采矿车和海底自行式采矿车。海底拖曳式采矿车一般采用滑板结构，靠水面采矿船借助扬矿管道拖曳在海底滑行，具有结构简单和良好的抗沉降能力，但没有避免海底障碍物和控制其滑移采集路线的能力，海底采矿效率低。由于海底沉积物的承载能力低，目前海底自行式采矿车的行走机构主要有渐开线履齿橡胶履带式行走机构和阿基米德螺旋线行走机构。由于海底沉积物含水率高，极为松软，为降低集矿机的接地比压，履带式行走机构必须选用较宽的履带来提供足够的支撑力，国内外的试验研究结果均表明，履带式行走集矿机存在打滑、转弯半径大、沉陷严重，甚至陷死在沉积物中，同时出现无法控制安装在采矿车上的采矿机构离底高度的问题而大大降低采矿机构的采集效率。尽管阿基米德螺旋线行走机构行走平稳，但仍存在转弯半径大、容易打滑和对海底扰动大的缺点。因此现研制的海底自行式采矿车均没有解决好海底行走机构的问题。
技术实现思路
针对现有海底采矿车加管道水力提升开采系统目前存在的技术难点，本专利技术旨在提供，采用潜游ROV (Remotely OperatedUnderwater Vehicle)型采矿车和提升管道与提升电泵组成海底矿产资源开采系统,其特点是综合了海底拖曳式采矿车和海底自行式采矿车的优点，不再受海底复杂地形和坡度的限制，避免了海底采矿车底盘在沉积层上的打滑、沉陷，将大大降低采矿对海底沉积物的扰动；亦解决了采矿机构离地高度难以控制的问题。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是: 一种海洋矿产资源开采装置，其结构特点是，包括水面采矿船，与水面采矿船联接的提升管，串接在提升管下端的提升电泵站，联接在提升电泵吸入端的软管，与软管的吸入端联接的矿物料破碎机构，铰接在矿物破碎机构上的采矿机构；所述采矿机构上装有多个扰动射流喷嘴、多个上升射流喷嘴和与所述矿物破碎机构的进料口连通的导流管；所述提升管、提升电泵站、软管、矿物破碎机构和导流管依次串联形成矿浆提升通道，所述导流管的进料口朝向海底以吸取海底矿物；所述软管固定在一潜游ROV上，该潜游ROV通过连接装置与所述采矿机构相连。以下为本专利技术优选的技术方案: 进一步地，所述潜游ROV上装有侧向推力器、垂向推力器、尾部推力器和测定潜游ROV相对于水面船空间位置的ROV测控系统；所述潜游ROV通过铰接式柔性钢架与所述采矿机构相连；所述潜游ROV距离海底高度为4nTl0m。由此，带有侧向、垂向和尾部推力器的潜游ROV可在离海底一定高度的工作面拖曳海底采矿装置在海底沉积物表面滑行。同时，由潜游ROV上的测控系统测定潜游ROV相对于水面船的空间位置，控制ROV在采矿船允许的范围内潜游，拖曳采矿装置按照采矿模式与路线在海底滑移采矿，协调采矿船、潜游ROV和海底采矿装置的和谐运动。所述采矿机构包括海底滑体，装在海底滑体上的射流水泵和液压站；所述射流水泵分别与所述扰动射流喷嘴、上升射流喷嘴相连。所述提升管包括上部提升钢管和串接在上部提升钢管底端的下部提升钢管；所述提升电泵站包括上部多级提升电泵和串接在上部多级提升电泵底端的下部多级提升电泵；所述上部多级提升电泵串接在下部提升钢管底端；所述提升电泵站距离海底高度为120nTl80m。由此，由两台可通过固体粗大颗粒的多级提升电泵组成的提升电泵站，离海底高度150米左右，并可对提升钢管起到配重的作用。为了调整导流管的角度和离地高度，便于更好地采集，所述采矿机构与导流管之间连接有伸缩杆，更优选为液压支杆。所述软管上安装有由浮力材料制成的浮体一；所述采矿机构上装有由浮力材料制成的浮体二。由此，所述提升软管在适当位置设置有浮力材料制成的浮体，浮力材料的适当作用使软管呈“S型”，以补偿海底高度变化对提升电泵站离地高度变化的影响。所述上部提升钢管的出口处设置有在线测量管道提升流量的流量计。所述下部提升钢管的入口处设置有在线测量管道阻力损失的差压计，由此，可通过该差压计的测量结果，计算出提升管道中的矿石提升浓度。优选地，所述矿物破碎机构为齿辊破碎机构。进一步地，本专利技术的另一个技术方案是:一种利用上述海洋矿产资源开采装置进行海底采矿的方法，其特点是，包括如下步骤: 1)、按照海底开采模式，由潜游ROV在距离海底面一定高度的工作面上拖曳海底采矿机构在海底面上按照预定的线路滑移； 2)、所述采矿机构的扰动射流喷嘴喷出的扰动射流将海底矿物松动，海底矿物在扰动射流形成的上升涡旋作用下离开海底上升一定高度并浮起，在采矿机构的上升射流喷嘴喷出的上升射流的作用下通过导流管进入矿物破碎机构中破碎； 3)、破碎后的矿物由提升电泵从软管的入口吸入，经提升管提升至水面采矿船。以下结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。如图1所示，潜游ROV型采矿车由潜游ROV和拖曳式的海底采矿装置组成，海底采矿装置通过铰接式柔性刚架与潜游ROV联接，由潜游ROV拖曳海底采矿装置按照海底采矿模式在海底表面滑行，控制采矿装置的接地比压，使其小于海底沉积物的承载能力，可确保采矿装置在海底表面滑行不沉陷，从而保持采矿装置的采矿机构的离地高度恒定，使采矿机构装置获得高的采矿效率。海底采矿装置由海底滑体、采矿机构和破碎机构组成。海底滑体呈流线型，通过铰接式柔性刚架13由潜游ROV拖曳在海底滑行，滑体安装有用于射流的水泵17、液压站16和由浮力材料制成的浮体二 26等。采矿机构由入口为扁形出口收缩为圆形的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种海洋矿产资源开采装置，其特征是，包括水面采矿船（1），与水面采矿船（1）联接的提升管（2，3），串接在提升管（3）下端的提升电泵站（4,5），联接在提升电泵吸入端的软管（7），与软管（7）的吸入端联接的矿物破碎机构（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。
【技术特征摘要】
1.一种海洋矿产资源开采装置，其特征是，包括水面采矿船(I)，与水面采矿船(I)联接的提升管(2，3)，串接在提升管(3)下端的提升电泵站(4，5)，联接在提升电泵吸入端的软管(7)，与软管(7)的吸入端联接的矿物破碎机构(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。2.根据权利要求1所述的海洋矿产资源开采装置，其特征是，所述潜游ROV(8)上装有侧向推力器(9)、垂向推力器(10)、尾部推力器(11)和测定潜游ROV相对于水面船空间位置的ROV测控系统(12);所述潜游ROV (8)通过铰接式柔性钢架与所述采矿机构相连；所述潜游ROV (8)距离海底高度为4nTl0m。3.根据权利要求1所述的海洋矿产资源开采装置，其特征是，所述采矿机构包括海底滑体(15)，装在海底滑体(15)上的射流水泵(17)和液压站(16);所述射流水泵(17)分别与所述扰动射流喷嘴(23，24)、上升射流喷嘴(22，25)相连。4.根据权利要求1所述的海洋矿产资源开采装置，其特征是，所述提升管包括上部提升钢管(2)和串接在上部提升钢管(2)底端的下部提升钢管(3);所述提升电泵站包括上部...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹伟生，孙亚川，董文杰，卢勇，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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