[發明專利]一種基于高壓水射流的海底多金屬硫化物采礦裝置

在審

• 申請號: 201711248382.X
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN107701190A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 黃中華;謝雅
• 申請（專利權）人: 湖南工程學院
• 主分類號: E21C50/00
• 分類號: E21C50/00
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙)43108
• 代理人: 顏昌偉

技術領域

本發明涉及海底采礦設備領域，特別涉及一種基于高壓水射流的海底多金屬硫化物采礦裝置。

背景技術

海底多金屬硫化物是繼海底多金屬結核、富鈷結殼之后被發現和認識的一種新的海底礦產資源，其富含銅、鋅、金、銀等金屬。海底多金屬硫化物賦存水深淺、距離陸地較近，經濟價值高，具有較好的商業開采價值。根據相關的國際公約，商業開采海底多金屬硫化物需要將切削過程和集礦過程中對海底環境造成的擾動控制在一定的范圍，盡可能減小采礦過程對海底環境造成的影響。采礦過程中有兩個環節容易對海底環境造成影響，一是切削過程，切削過程中多金屬硫化物顆粒的運動方向具有隨機性，如果不能采取有效的控制方法，切削過程中產生的多金屬硫化物顆粒將擴散到海水中，對海底環境造成污染；二是集礦過程，集礦過程中如果不能控制多金屬硫化物顆粒的流動方向，會導致多金屬硫化物顆粒擴散到海水中，對海底環境造成污染。

海底多金屬硫化物是賦存在海底的大塊固體礦物，其采礦過程涉及切削過程和集礦過程，切削過程的任務是從多金屬硫化物礦床上切出多金屬硫化物顆粒，集礦過程的任務是將多金屬硫化物顆粒收集起來并送入提升管。現有海底礦物采礦裝備將海底礦物的切削過程和集礦過程視為兩個單獨的過程，切削過程研究注重提高切削效率，集礦過程研究注重提高集礦效率，沒有綜合考慮采礦效率和采礦過程對海底環境造成的擾動。

專利CN 205172582 U發明了一種海底集礦車，采用水射流松動海底顆粒礦物，采用礦漿泵提升顆粒礦物，減小了集礦過程對海底環境造成的影響，同時還降低了集礦過程的能耗。但是該專利只涉及集礦過程，沒有給出海底固體礦物切削過程的技術方案和切削過程中如何減小多金屬硫化物顆粒擴散的技術方案。由此可見，有必要研制一種能同時減小采礦過程和集礦過程對海底環境造成影響的采礦裝置。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種結構簡單、操作方便、對海底環境污染小的基于高壓水射流的海底多金屬硫化物采礦裝置。

本發明解決上述問題的技術方案是：一種基于高壓水射流的海底多金屬硫化物采礦裝置，包括切削噴嘴、集礦罩、提升管、提升噴嘴、高壓水泵、單向閥、高壓艙、切削噴嘴支座、提升噴嘴支座，所述提升管豎直設置，提升管底部設有集礦罩，集礦罩下部設有切削噴嘴支座，切削噴嘴支座中間設有孔，切削噴嘴支座周向均勻設有多個切削噴嘴，切削噴嘴的出口朝下并正對多金屬硫化物礦體，所述提升管中部設有提升噴嘴支座，提升噴嘴支座上設多個提升噴嘴，提升噴嘴的出口伸入提升管內部且方向朝上；所述高壓水泵經單向閥與高壓艙的入口相連，高壓艙的出口分別與切削噴嘴、提升噴嘴相連，提升噴嘴射出的高壓水流進入提升管，在提升管中產生垂直向上運動的提升流場，同時在集礦罩下方形成從四周向中心匯聚的收集流場。

上述基于高壓水射流的海底多金屬硫化物采礦裝置，所述切削噴嘴出口朝內側傾斜，切削噴嘴中心線與提升管中心線的夾角為30°~45°。

上述基于高壓水射流的海底多金屬硫化物采礦裝置，所述提升噴嘴中心線與提升管中心線的夾角為25°~30°。

上述基于高壓水射流的海底多金屬硫化物采礦裝置，所述集礦罩為上端小、下端大的中空圓錐臺。

上述基于高壓水射流的海底多金屬硫化物采礦裝置，所述切削噴嘴的數量為6個，且呈環形分布在切削噴嘴支座上。

上述基于高壓水射流的海底多金屬硫化物采礦裝置，所述提升噴嘴的數量為2個，且對稱分布在提升噴嘴支座上。

本發明的有益效果在于：

1、本發明集成了切削功能和集礦功能，工作時切削過程和集礦過程是同時進行的，切削過程和集礦過程無縫連接；降低了切削過程和集礦過程不同步導致多金屬硫化物顆粒向海水擴散的可能，最大限度減小了采礦過程對海底環境的污染。

2、本發明的切削噴嘴和提升噴嘴共用高壓水泵作為動力源，簡化了采礦裝置的結構，降低了裝置的成本。

3、本發明的切削噴嘴的出口正對多金屬硫化物礦體并向內側傾斜，通過控制切削噴嘴中心線與提升管中心線的夾角，將切削過程中產生的多金屬硫化物顆粒的運動方向朝向集礦罩內部；降低了多金屬硫化物顆粒向海水擴散的可能。

4、本發明提升噴嘴的出口伸入提升管內部且方向朝上，提升噴嘴射出的高壓水流進入提升管，在提升管中產生垂直向上運動的提升流場，同時在集礦罩下方形成從四周向中心匯聚的收集流場；降低了多金屬硫化物顆粒向海水擴散的可能。

附圖說明

圖1為本發明的整體結構示意圖。