[發明專利]一種用于深海采礦的有纜穿梭運礦潛水器及作業方法

有效

• 申請號: 202010031725.2
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111236946B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 楊青松;曹俊;楊申申;王磊;杜新光;陳小平
• 申請（專利權）人: 中國船舶科學研究中心（中國船舶重工集團公司第七0二研究所）
• 主分類號: E21C50/02
• 分類號: E21C50/02;B63C11/34
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 聶啟新

本發明涉及一種深海采礦的有纜穿梭運礦潛水器及作業方法，潛水器包括載體框架，其內劃分有浮力材布置區、可調壓載水艙布置區、設備布置區和貨艙區，載體框架艏前部安裝礦漿絞吸機械臂；礦漿絞吸機械臂的泵吸頭通過礦漿泵將礦漿送入貨艙區。作業時穿梭運礦潛水器為有纜模式，避免使用管道提升系統硬管對作業母船與采礦機器人的影響；解決電力與控制問題，提高潛水器作業能力；采用絞吸機械臂自吸礦物至礦艙，取消穿梭運礦器與中繼站的水下對接作業，降低水下作業難度；采用大容量壓載水艙與大流量海水泵，對礦物重量的代換，實現穿梭運礦潛水器的無動力上浮下潛；半潛卸礦母船可避免使用大噸位起吊裝置，有效提高水面卸礦的可行性與效率。

技術領域

本發明涉及深海礦產資源開采裝備技術領域，尤其是一種用于深海采礦的有纜穿梭運礦潛水器及作業方法。

背景技術

深海采礦的模式主要有：拖斗式、連續繩斗式、穿梭艇式、采礦車加管道提升式。其中，采礦車加管道輸送式采礦系統由海底采礦車、采礦船和管道提升系統組成，目前大多數國家都從事此種采礦系統的研究。管道提升模式理論上能邊采集、邊輸送礦物，產能大、流程簡單。然而，該模式面臨的技術挑戰也較多，特別是來自于提升管道系統的限制，如：采用多臺礦漿泵對礦石與海水的混合流體接力輸送，輸送泵容易磨損破壞，使用壽命短，維修時會導致整個系統停工，且不便于維修；礦漿提升泵的功率大，輸送系統復雜；整個輸送系統的管路在海水流作用下，母船運動作用下，會產生復雜載荷問題，使上端鉸接的管路在采礦工作中擺動幅度很大，對海底中繼站有很大影響；在母船遭遇惡劣海況情況，母船不能及時與管路系統脫開，將對母船與海底采礦系統帶來極大的作業不安全性。

因此，采用提升潛水器提升礦物是一種可行的采礦方向，專利CN100523434C“分散式深海局部試采礦系統”，采用提升潛水器穿梭于采礦潛水器和母船之間輸送采集的礦樣。系統包括：水面母船、采礦潛水器和多臺提升潛水器組成，提升潛水器為無人無纜潛水器，采礦潛水器為無人有纜潛水器，通過臍帶與母船連接，進行電力與控制信號傳輸。該系統中，采礦潛水器牽引機構與提升潛水器的牽引樁需在機械手協助下進行連接，然后采礦潛水器的送礦管連接器與提升潛水器的受礦頭在機械手協助下進行連接，完成采礦潛水器與提升潛水器對接作業后，采礦潛水器在海底采集礦物并同步將礦物輸送至提升潛水器的貨艙中，待貨艙裝滿后，脫離連接，提升潛水器調整浮力上浮至水面與母船對接，卸載礦物。該模式中，最大的困難在于需要將采礦潛水器與提升潛水器進行水下對接，在深海條件下，水下對接實際上非常難以實現的。同時在完成對接后，采礦機器人需要拖曳提升潛水器進行采集作業，拖曳過程中采礦機器人受到起伏海底地形及軟質海底影響會很大，極大影響礦物的采集效率。在采礦機器人與提升機器人脫離后，采礦機器人的采礦作業也需要停止，只有再連接下一臺提升機器人后方能再次采集作業。

專利CN 106761762A“一種間斷式深海礦產資源開采系統及開采方法”，也提出了使用穿梭提升艙來提升礦物，該系統由母船、具有儲料艙的水下作業平臺、與作業平臺連接的集礦車，與數個穿梭提升艙組成。與專利CN100523434C相比，該方案采用具有儲料艙的水下作業平臺作為礦物的中轉艙，其為固定不動的，集礦車圍繞作業平臺周圍作業，并將采集的礦物輸送至作業平臺的儲料艙中，穿梭提升艙與作業平臺對接后，將礦物輸送至穿梭提升艙，由穿梭提升艙自航上浮至水面，完成礦物提升。該系統中穿梭提升艙與集礦車之間是獨立的，集礦車可以連續作業不受穿梭提升艙的影響。與CN 100523434C類似，穿梭提升艙與作業平臺在輸送礦物時，也需要穿梭提升艙與作業平臺進行對接，對接過程依靠機械手來協助完成。

專利CN 107120118A“一種深海礦產資源開發系統”與專利CN 106761762A“一種間斷式深海礦產資源開采系統及開采方法”類似，區別在于將水下作業平臺更換為無纜潛水器方案，這樣避免了母船與水下之間的電纜連接。同樣的，提升潛水器需要與儲礦深潛器進行對接作業后，方能實現礦物的傳輸，再利用提升潛水器的自身浮力提升礦物至水面母船。