一種深海多金屬結核的開采系統及開采工藝的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種深海多金屬結核的開采系統，其包括集礦子系統、揚礦子系統以及對所述集礦子系統進行操作控制的控制系統，其中，所述集礦子系統包括海底采礦機器人、臍帶纜和集礦槽，所述揚礦子系統包括潛污泵、揚礦軟管、開采平臺以及位于開采平臺上的至少一臺分離器，所述揚礦軟管的兩端分別與所述集礦子系統和所述潛污泵相連，所述潛污泵通過管道與所述分離器的液相出口相連；其中，所述潛污泵位于水深160?300米處。本發明利用連通器原理，通過潛污泵的抽排水產生高度壓差，將海底采礦機器人采集分選的海底多金屬結核，通過揚礦軟管而無需經過泵的葉輪直接輸送到浮箱式開采平臺，并經分離器分選過濾，從而實現集礦、選礦、揚礦和儲礦的連續作業。
【專利說明】
一種深海多金屬結核的開采系統及開采工藝
技術領域
[0001]本發明涉及一種海底表面礦產資源開采技術，具體涉及一種深海多金屬結核的開采系統及開采工藝。
【背景技術】
[0002]多金屬結核主要賦存在3000-6000米的海底沉積物表層，初步估計具有開采價值的約為700億噸，集礦和揚礦是開采過程中最核心的技術和組成部分。目前，國內外多金屬結核開采方法主要有連續鏈斗法、砂漿栗水力管道提升法和空氣升舉法等。連續鏈斗式開采是利用絞車帶動掛有許多戽斗的繩鏈不斷地把海底多金屬結核采到工作船上來，但是此法存在采礦效率和資源回收率低、海底地形要求平坦、纜繩易纏繞等缺點。而砂漿栗水力管道提升法是將栗安裝在水深1000米左右的揚礦管道上，借助海水的位能進行提升，其優勢是工藝簡單、效率高，但該工藝的缺陷在于結核通過栗造成葉輪的磨損和結核的破碎與分化。空氣升舉式開采是通過輸礦管道，利用高壓空氣靶多金屬結核連泥帶水地從海底運至地表，而當海水深度大于3000米時，則需要配置大風量高風壓空壓機，下入的雙壁鉆桿深度大于1000米，存在攜礦速度低、能量消耗大、開采成本高等缺點。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種開采能力強、結核粒徑大、壽命長、檢修方便、可進行連續開采的深海多金屬結核開采系統及相應的開采工藝。
[0004]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0005]—種深海多金屬結核的開采系統，其包括集礦子系統、揚礦子系統以及對所述集礦子系統進行操作控制的控制系統，其中，所述集礦子系統包括海底采礦機器人、臍帶纜和集礦槽，所述揚礦子系統包括潛污栗、揚礦軟管、開采平臺以及位于開采平臺上的至少一臺分離器，所述揚礦軟管的兩端分別與所述集礦子系統和所述潛污栗相連，所述潛污栗通過管道與所述分離器的液相出口相連。
[0006]優選的是:所述潛污栗位于水深160-300米處。
[0007]優選的是:所述集礦槽內設有機械攪拌裝置。
[0008]優選的是:所述集礦槽內設有射流脫泥裝置。
[0009]優選的是:所述海底采礦機器人采用四輪履帶式獨立懸掛。
[0010]優選的是:所述分離器中設有旋流篩和濾網。
[0011]優選的是:所述濾網的過濾精度小于1_。
[0012]優選的是:所述開采平臺為浮箱式開采平臺。
[0013]優選的是:所述開采系統還包括開采船以及用于將分離器的固相出口的多金屬結核輸送至所述開采船上的傳送帶。
[0014]本發明的另一目的，一種利用如上所述的開采系統對深海多金屬結核進行開采的開采工藝，其包括以下步驟
[0015]I)將海底采礦機器人通過臍帶纜和揚礦軟管下放至海底3000-6000米處，在控制系統的作用下，海底機器人在海底進行多金屬結核采集，并將采集到的多金屬結核的泥水混合物經過機械攪拌和射流脫泥后送入揚礦軟管中；
[0016]2)對揚礦軟管中的多金屬結核進行固液分離，分離出的低固相海水經位于水深160-300米處的潛污栗循環后返排至大海，并儲存分離出的固相多金屬結核
[0017]本發明的有益效果在于，本發明的開采系統，對海底地形無特殊要求，可基本實現全地形作業。多金屬結核能夠在不經過栗的條件下實現連續開采，可大幅度提高栗的壽命，減少葉輪對結核的磨損和破壞，同時，結核的粒徑不受到潛污栗管徑的限制。
【附圖說明】
[0018]圖1示出了本發明所述的開采系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做進一步說明。
[0020]如圖1所示，本發明所述的深海多金屬結核的開采系統包括:集礦子系統、揚礦子系統以及控制系統。其中，所述集礦子系統包括海底采礦機器人1、臍帶纜和集礦槽，所述臍帶纜可為所述海底采礦機器人I提供下放、動力運輸、指令控制傳輸、視頻信號傳輸等，所述海底采礦機器人I則可通過地毯式絞吸作用將所采集的礦體連泥帶水一并送入集礦槽。在本發明中，所述海底采礦機器人I可采用四輪履帶式獨立懸掛，每一履帶輪都能提供驅動，具有良好的越障、越溝性能，使得開采作業不受海底地形的限制，基本實現在海底全地形的自由行走。進一步地，所述集礦槽中設有機械攪拌裝置以及射流脫泥裝置，集礦槽中的礦體泥水混合物經機械攪拌和射流脫泥處理后送入揚礦子系統。
[0021]所述揚礦子系統包括潛污栗2、揚礦軟管3、開采平臺4以及位于開采平臺4上的至少一臺分離器6，其中，所述揚礦軟管3的底部與海底米礦機器人I相連，為海底多金屬結核上返提供穩定的通道，并具有一定的柔性和伸縮量，可隨海底采礦機器人I 一起在海底行走，所述揚礦軟管3采用短接式鋼絲繩承重，軟管之間采用法蘭連接;所述分離器6與所述揚礦軟管3的另一端相連，用于將揚礦軟管3中輸送的固液混合物中的多金屬結核和海水進行分離，在本發明中，所述分離器6中包括旋流篩和濾網61，其中，所述濾網61的過濾精度小于1_。所述旋流篩將粒徑較大的礦體進行篩分后留在底部，隨后通過濾網61將粒徑較小的礦體過濾后沉淀至分離器6底部以對礦體和海水進行分離。分離器6分離出的低固相海水通過管道被吸入潛污栗2中進行循環。分離器6分離出的固相多金屬結核則可通過傳送帶5運送至開采船7進行儲存。在本發明中，所述開采平臺4采用浮箱式設計，具有定位聯動與波浪補償功能，而通過設置在開采平臺上的至少一臺分離器6，可實現但分離器6中多金屬結核收集滿或分離器6出現故障時，能夠在不停栗的情況下切換至另一套分離器6，進而實現開采的連續性。特別地，在本發明中，所述潛污栗2被安放于水深160-300米處，利用連通器原理，通過潛污栗2的抽排水產生一定的高度壓差，海水的重力勢能克服管理沿程壓力損失和揚礦軟管3內外密度壓力差，將海底采礦機器人I采集分選的海底多金屬結核，通過揚礦軟管3而不經過栗的葉輪直接輸送到浮箱式開采平臺4，減少了多金屬結核對葉輪的破壞。
[0022]此外，所述開采系統中的控制系統，其可控制海底采礦機器人I按照預定的路徑行走并進行集礦，而開采船7則具有為水下設備提供存放、布放/回收、作業支承和維修、儲存礦石等功能。
[0023]利用本發明如上所述的開采系統對海底多金屬結核進行開采的步驟包括:
[0024]I)將海底采礦機器人I通過臍帶纜和揚礦軟管3下放至海底3000-6000米處，在控制系統的作用下，海底機器人I在海底進行多金屬結核采集，并將采集到的多金屬結核的泥水混合物經過機械攪拌和射流脫泥后送入揚礦軟管3中；
[0025]2)揚礦軟管3中的多金屬結核送入到分離器6中，依次經過旋流篩、濾網61進行固液分離，分離出的低固相海水被送入到潛污栗2中進行循環后返排至大海，分離出的固相多金屬結核經可經傳送帶5送入到開采船7上進行儲存。
[0026]進一步地，所述潛污栗2位于水深160-300米處。
[0027]本發明如上所述的開采系統及開采工藝，利用連通器原理，通過安放在水深160-300米處的潛污栗2的抽排水產生一定的高度壓差，將海底采礦機器人I采集分選的海底多金屬結核，通過揚礦軟管3而無需經過栗的葉輪直接輸送到浮箱式開采平臺4，并經分離器6分選過濾，分選出的多金屬結核可通過傳送帶運送至開采船7進行儲存，從而實現集礦、選礦、揚礦和儲礦的連續作業。
[0028]本發明已通過優選的實施方式進行了詳盡的說明。然而，通過對前文的研讀，對各實施方式的變化和增加也是本領域的一般技術人員所顯而易見的。
【申請人】的意圖是所有這些變化和增加落在了本發明權利要求的保護范圍中。本文中使用的術語僅為對具體的實施例加以說明，其并非意在對發明進行限制。除非另有定義，本文中使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)均與本發明所屬領域的一般技術人員的理解相同。公知的功能或結構出于簡要和清楚的考慮或不再贅述。
【主權項】
1.一種深海多金屬結核的開采系統，其特征在于:包括集礦子系統、揚礦子系統以及對所述集礦子系統進行操作控制的控制系統，其中，所述集礦子系統包括海底采礦機器人、臍帶纜和集礦槽，所述揚礦子系統包括潛污栗、揚礦軟管、開采平臺以及位于開采平臺上的至少一臺分離器，所述揚礦軟管的兩端分別與所述集礦子系統和所述潛污栗相連，所述潛污栗通過管道與所述分離器的液相出口相連。2.根據權利要求1所述的開采系統，其特征在于:所述潛污栗位于水深160-300米處。3.根據權利要求1所述的開采系統，其特征在于:所述集礦槽內設有機械攪拌裝置。4.根據權利要求1所述的開采系統，其特征在于:所述集礦槽內設有射流脫泥裝置。5.根據權利要求1所述的開采系統，其特征在于:所述海底采礦機器人采用四輪履帶式獨立懸掛。6.根據權利要求1所述的開采系統，其特征在于:所述分離器中設有旋流篩和濾網。7.根據權利要求6所述的開采系統，其特征在于:所述濾網的過濾精度小于1mm。8.根據權利要求1所述的開采系統，其特征在于:所述開采平臺為浮箱式開采平臺。9.根據權利要求1-8中任意一項所述的開采系統，其特征在于:所述開采系統還包括開采船以及用于將分離器的固相出口的多金屬結核輸送至所述開采船上的傳送帶。10.—種利用如權利要求1-9中任意一項所述的開采系統對深海多金屬結核進行開采的開采工藝，其特征在于:包括以下步驟 1)將海底采礦機器人通過臍帶纜和揚礦軟管下放至海底3000-6000米處，在控制系統的作用下，海底機器人在海底進行多金屬結核采集，并將采集到的多金屬結核的泥水混合物經過機械攪拌和射流脫泥后送入揚礦軟管中； 2)對揚礦軟管中的多金屬結核進行固液分離，分離出的低固相海水經位于水深160-300米處的潛污栗循環后返排至大海，并儲存分離出的固相多金屬結核。
【文檔編號】E21C50/00GK105840197SQ201610180025
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月25日
【發明人】王漢寶, 張永勤, 李寬, 李鑫淼, 梁健, 尹浩
【申請人】中國地質科學院勘探技術研究所