[發(fā)明專利]一種利用脈沖功率技術(shù)開采海底富鈷結(jié)殼的裝備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710584076.7
• 申請(qǐng)日: 2017-07-18
• 公開（公告）號(hào): CN107178369B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡瓊;張瑞強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué);中南大學(xué)深圳研究院
• 主分類號(hào): E21C50/00
• 分類號(hào): E21C50/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙歐諾專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43234
• 代理人: 歐穎

一種利用脈沖功率技術(shù)開采海底富鈷結(jié)殼的裝備，包括懸浮艙、脈沖功率電源、破碎頭、機(jī)械手以及集礦管道，所述破碎頭與懸浮艙通過所述機(jī)械手連接，所述破碎頭一側(cè)設(shè)有脈沖電極，另一側(cè)安裝有集礦管道，所述脈沖功率電源放置在所述懸浮艙中。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理、操作方便、開采效率高，呈正方形交叉排列的正、負(fù)電極，脈沖作用后，任意兩個(gè)異性電極之間形成強(qiáng)電場(chǎng)并破碎富鈷結(jié)殼；正、負(fù)電極可沿破碎頭軸向移動(dòng)，更好的適應(yīng)海底復(fù)雜的礦山地形；懸浮艙使整個(gè)設(shè)備懸浮在深海海底，便于在開采過程中移動(dòng)，破碎頭與懸浮艙通過機(jī)械手連接，可使破碎頭多自由度移動(dòng)，使其進(jìn)一步適應(yīng)海底復(fù)雜的礦山地形，進(jìn)一步提高富鈷結(jié)殼的開采效率。適于工業(yè)化應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用脈沖功率技術(shù)開采海底富鈷結(jié)殼的裝備，屬于深海采礦技術(shù)與裝備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著人類對(duì)礦產(chǎn)資源需求的增加以及陸地礦產(chǎn)資源的減少，海底礦產(chǎn)資源已經(jīng)被認(rèn)為未來礦產(chǎn)資源的主要來源，如海底富鈷結(jié)殼等。然而，海底富鈷結(jié)殼所處地理環(huán)境極其惡劣，如海底礦床深度深、光線暗、圍壓高以及洋流沖擊作用強(qiáng)等，給海底富鈷結(jié)殼的開采及運(yùn)輸帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

從現(xiàn)有的資料來看，開采海底富鈷結(jié)殼較成熟的方法主要是機(jī)械力破碎，例如螺旋滾筒式切削、盤刀式扎削以及水射流切削等。機(jī)械力破碎方法利用破碎頭對(duì)富鈷結(jié)殼的沖擊和剪切作用產(chǎn)生應(yīng)力破壞，該方法有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。然而，機(jī)械力破碎方法也存在很多缺點(diǎn)，首先該方法開采效率非常底，通常不到20％；另外該方法開采的海底富鈷結(jié)殼由于混入較多的基巖，其貧化率較高；最后由于海底礦床表面復(fù)雜的環(huán)境和地形，進(jìn)一步增加了相應(yīng)的機(jī)械裝備開采海底富鈷結(jié)殼的難度。

上世紀(jì)末，利用高壓脈沖在巖石內(nèi)部放電破碎巖石的技術(shù)由于其效率高、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用。2013年國(guó)內(nèi)學(xué)者提出利用該技術(shù)開采海底富鈷結(jié)殼的方法以及相應(yīng)的裝備，該方法不僅能夠提高海底富鈷結(jié)殼的開采效率，也能降低其貧化率。但由于該裝備配置的破碎頭為同軸電極，因此破碎范圍僅僅為單個(gè)同軸電極中正、負(fù)電極之間的部分區(qū)域；另外整個(gè)破碎裝置沿用了傳統(tǒng)的機(jī)械力破碎裝置結(jié)構(gòu)，如履帶式行走等，因此同樣有其在海底礦床表面附著差和行走困難等缺點(diǎn)。為此，有必要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上對(duì)上述采礦裝備進(jìn)行改進(jìn)，得到一種既能增加海底富鈷結(jié)殼的開采效率，又能克服海底礦床表面的復(fù)雜地形對(duì)采礦裝備的不利。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)合理、操作方便、開采海底富鈷結(jié)殼效率高，并且可在海底礦山附近自由移動(dòng)的利用脈沖功率技術(shù)開采海底富鈷結(jié)殼的裝備。

為解決上述問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種利用脈沖功率技術(shù)開采海底富鈷結(jié)殼的裝備，包括懸浮艙(1)、脈沖功率電源、破碎頭(6)、機(jī)械手以及集礦管道(3)，其特征在于：所述破碎頭(6)與所述懸浮艙(1)通過所述機(jī)械手連接，所述破碎頭(6)一側(cè)設(shè)有脈沖電極，另一側(cè)安裝有集礦管道(3)，所述脈沖功率電源放置在所述懸浮艙(1)中；

本發(fā)明中，所述機(jī)械手包括旋轉(zhuǎn)臂(2)、搖臂(4)，所述搖臂(4)的一端與所述旋轉(zhuǎn)臂(2)的一端鉸接，另一端與破碎頭(6)鉸接；所述旋轉(zhuǎn)臂(2)的另一端與所述懸浮艙(1)鉸接，所述旋轉(zhuǎn)臂(2)可在與所述懸浮艙(1)鉸接點(diǎn)所處的水平面內(nèi)360°自由旋轉(zhuǎn)；所述搖臂(4)可在鉸接點(diǎn)所處的水平面的垂直方向作180°上下擺動(dòng)；

在所述搖臂(4)與破碎頭(6)之間設(shè)有搖桿(5)，搖桿(5)與搖臂(4)及破碎頭(6)之間的連接為鉸接結(jié)構(gòu)；

本發(fā)明中，所述破碎頭(6)上設(shè)有正電極(9)和負(fù)電極(10)，所述正電極(9)、負(fù)電極(10)均勻分布、交叉排列；

所述正電極(9)、負(fù)電極(10)交叉排列、均勻分布在設(shè)于破碎頭(6)端面的正方形網(wǎng)格的交叉點(diǎn)；在正方形網(wǎng)格的每一個(gè)正方形中設(shè)有一個(gè)貫穿破碎頭(6)上下端面的通孔(11)；