[發明專利]一種深海多金屬結核近底拖曳采礦系統及方法

在審

• 申請號: 202010637866.9
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111577288A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 夏建新;李琦;劉永升;呂士輝;曹華德;張健松
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: E21C50/02
• 分類號: E21C50/02;B63B27/25
• 代理公司: 北京天江律師事務所 11537
• 代理人: 朱紅來

本發明公開了一種深海多金屬結核近底拖曳采礦系統及方法，本系統包括水面支持船舶、水下近底采礦平臺、海底采集系統；水面支持船舶上的塔吊吊裝有主揚礦管道，主揚礦管道的下端與水下近底采礦平臺相接，水下近底采礦平臺通過拖拽管道與海底采集系統相連接，海底采集系統包括多組相互鉸接的水力式采集單元，多組水力式采集單元組成寬幅采集頭；本方法為：由水下近底采礦平臺將高壓水送到海底采集系統內，進行高壓水射流式采集礦石，并由水下近底采礦平臺將礦石抽吸回，再將礦石送到主揚礦管道內，使礦石被提升至海面的水面支持船舶上。本發明解決采集系統動力不足問題和微地形適應能力基礎上，可以大幅提升采集頭的寬度，提高采礦效率。

技術領域

本發明涉及一種系統及方法，尤其涉及一種深海多金屬結核近底拖曳采礦系統及方法，屬于深海多金屬結核開采技術與設備領域。

背景技術

深海蘊藏著豐富的礦產資源，特別是蘊藏有一些陸地比較稀有的金屬資源。隨著陸地資源逐漸枯竭和海洋技術的高速發展，越來越多的國家將資源開發的方向轉向了深海，特別是近年來部分國家加快了深海多金屬結核資源商業開發技術研發進度，制定了2035年進行商業開發的目標，使得深海多金屬結核開采受到廣大的關注。

深海多金屬結核資源開采系統的核心問題是如何最高效率地將賦存在海底稀軟沉積物上的礦石采集、提升到海面。目前已有的深海多金屬結核采礦方案基本形式是海面有采礦支持母船，采礦支持母船布放一臺履帶式或雪橇自行式采礦機到海底，在采礦機和海面支持母船之間通過泵和管道組成的揚礦系統連接，采集的礦物通過揚礦系統輸送到海面的母船。然而，該方案對于深海多金屬結核開采的不利之處有，主要表現在：

(1)稀軟沉積物抗剪強度低，自行式采礦車牽引力受限，動力不足而不利于行走，尤其是坡度較大的地形不利于自行式采礦車工作，使回采區域受到較大限制；

(2)多金屬結核屬于面礦類型，豐度較低，每平米僅有10-20公斤，現有自行式采礦車由于動力問題單次采礦寬度有限，采礦能力和規模很難大幅提升，因而采礦效率較低；

(3)現有采集頭采用一字排開布局形式，對于采礦寬度內微地形的變化適應能力不足，可能降低回采率。

發明內容

為了解決上述技術所存在的不足之處，本發明提供了一種深海多金屬結核近底拖曳采礦系統及方法。

為了解決以上技術問題，本發明采用的技術方案是：一種深海多金屬結核近底拖曳采礦系統，包括水面支持船舶，它還包括水下近底采礦平臺、海底采集系統；水面支持船舶的月池位置處設有塔吊，塔吊吊裝有主揚礦管道，主揚礦管道的下端與水下近底采礦平臺相接，水下近底采礦平臺通過拖拽管道與海底采集系統相連接，海底采集系統包括多組相互鉸接的水力式采集單元，多組水力式采集單元組成寬幅采集頭；

由水下近底采礦平臺將高壓水送到海底采集系統的水力式采集單元內，進行高壓水射流式采集礦石，并由水下近底采礦平臺將礦石抽吸回，再由水下近底采礦平臺將礦石送到主揚礦管道內，使礦石被提升至海面的水面支持船舶上。

進一步地，水下近底采礦平臺包括采礦平臺本體、動力系統、高壓水系統、泵吸系統、儲料給料系統、通訊定位系統、監測系統；

采礦平臺本體上設置有上連接頭及下連接頭，上連接頭用于連接主揚礦管道，下連接頭用于連接海底采集系統；動力系統安裝在采礦平臺本體上，驅動水下近底采礦平臺前進及轉動；高壓水系統通過高壓水管連通海底采集系統，為海底采集系統供給高壓水；泵吸系統通過輸送管道連通海底采集系統，從海底采集系統處抽吸礦石；儲料給料系統包括儲料罐、位于儲料罐下方并與儲料罐相連通的給料機，所述儲料罐與泵吸系統相連通，接收泵吸系統送來的礦石，給料機連接主揚礦管道，將礦石送到主揚礦管道中；通訊定位系統為水下平臺通訊和超基線定位系統，用于確定水面支持船舶、水下近底采礦平臺以及海底采集系統的相對位置及其姿態；監測系統監測海底微地形和礦石賦予條件。