[發明專利]一種海洋礦產資源開采裝置及開采方法

有效

• 申請號: 201310640663.5
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN103628881A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 鄒偉生;孫亞川;董文杰;盧勇
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: E21C50/00
• 分類號: E21C50/00;E21B43/01
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強;李發軍

技術領域

本發明涉及海洋礦產資源開采方法和相關裝備領域，具體為一種海洋礦產資源開采裝置及開采方法，用于采集深海底礦物，并將海底礦物輸送至水面采礦船上。

技術背景

海洋礦產資源開采作為21世紀最有前景的新興產業，為世界各國所普遍重視。占地球表面49%的國際海底區域蘊藏著錳結核、富鈷結殼、熱液硫化物、多金屬軟泥等豐富的金屬礦產資源，是地球上尚未被人類充分認識和利用的最大的潛在戰略資源基地，其開采方法引起各國高度重視和極大研究熱情，目前國內外已進行了連續繩斗開采系統、自動穿梭采礦車開采系統、海底采礦車加管道提升開采系統三種采礦方法的研究開發。

連續繩斗采礦系統的原理是在一根纜索上每隔?25至50?米吊掛一個鏈斗，通過采礦船船首和船尾（單船式）或兩條船上（雙船式）安裝的纜索導引輪形成無極循環運轉，鏈斗從海底將結核鏟起并提升到海面，其優點是系統設備簡單、維修方便、投資小，但存在采礦效率和資源回收率低，要求海底地形平坦、纜繩容易纏繞等問題。

自動穿梭采礦車開采系統的采礦車靠自身重量和壓艙物下潛，壓艙物存放在結核存儲艙內，當采礦車到達海底后，采礦車利用阿基米德螺旋推進器在海底行走，一邊排出壓艙物一邊采集等效重量的結核，當最后一塊壓艙物被排出，儲艙裝滿結核時，采礦作業結束，采礦車在潛浮推進器的推動下返回海面進入半潛式水下平臺卸礦，然后重新裝上壓艙物再下潛入海底，如此往復循環實現海底結核的開采，其優點是設備獨立、靈活性好，單臺設備故障對開采系統影響不大；缺點是采礦過程間斷性作業、潛浮輔助時間長、單機生產力低，需要高性能的蓄電池，需要用壓艙物置換結核，采礦車制造工藝和遙控技術要求高，造價昂貴。

海底采礦車加管道水力提升開采系統由主要由海底采礦車、中間艙和由提升管道與提升電泵組成的水力提升系統組成，采礦車采集的海底礦石，通過提升管道由提升電泵將礦石從海底提升到水面采礦船上，該開采系統中海底采礦車又分為海底拖曳式采礦車和海底自行式采礦車。海底拖曳式采礦車一般采用滑板結構，靠水面采礦船借助揚礦管道拖曳在海底滑行，具有結構簡單和良好的抗沉降能力，但沒有避免海底障礙物和控制其滑移采集路線的能力，海底采礦效率低。

由于海底沉積物的承載能力低，目前海底自行式采礦車的行走機構主要有漸開線履齒橡膠履帶式行走機構和阿基米德螺旋線行走機構。由于海底沉積物含水率高，極為松軟，為降低集礦機的接地比壓，履帶式行走機構必須選用較寬的履帶來提供足夠的支撐力，國內外的試驗研究結果均表明，履帶式行走集礦機存在打滑、轉彎半徑大、沉陷嚴重，甚至陷死在沉積物中，同時出現無法控制安裝在采礦車上的采礦機構離底高度的問題而大大降低采礦機構的采集效率。盡管阿基米德螺旋線行走機構行走平穩，但仍存在轉彎半徑大、容易打滑和對海底擾動大的缺點。因此現研制的海底自行式采礦車均沒有解決好海底行走機構的問題。

發明內容

針對現有海底采礦車加管道水力提升開采系統目前存在的技術難點，本發明旨在提供一種海洋礦產資源開采裝置及開采方法，采用潛游ROV（Remotely?Operated?Underwater?Vehicle）型采礦車和提升管道與提升電泵組成海底礦產資源開采系統，其特點是綜合了海底拖曳式采礦車和海底自行式采礦車的優點，不再受海底復雜地形和坡度的限制，避免了海底采礦車底盤在沉積層上的打滑、沉陷，將大大降低采礦對海底沉積物的擾動；亦解決了采礦機構離地高度難以控制的問題。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種海洋礦產資源開采裝置，其結構特點是，包括水面采礦船，與水面采礦船聯接的提升管，串接在提升管下端的提升電泵站，聯接在提升電泵吸入端的軟管，與軟管的吸入端聯接的礦物料破碎機構，鉸接在礦物破碎機構上的采礦機構；所述采礦機構上裝有多個擾動射流噴嘴、多個上升射流噴嘴和與所述礦物破碎機構的進料口連通的導流管；所述提升管、提升電泵站、軟管、礦物破碎機構和導流管依次串聯形成礦漿提升通道，所述導流管的進料口朝向海底以吸取海底礦物；所述軟管固定在一潛游ROV上，該潛游ROV通過連接裝置與所述采礦機構相連。

以下為本發明優選的技術方案：