专利名称：一种海底钴结壳开采新方法与装备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种海底矿产资源的开采新方法与装备，尤其是涉及深海钴结壳开采 新方法与装备。
背景技术：
随着陆地矿产资源的日趋减少，开发国际海底矿产资源是大势所趋。占世界海洋 面积65%的国家海底蕴藏着丰富的矿产资源，它含有30多种金属元素，其中最有商业开发 价值的金属有锰、钴、镍、铜等。随着对深海采矿技术的逐渐了解和掌握，以及钴价格上扬趋 势等利好因素影响，钴结壳作为一种具有战略意义的海底矿产资源，在不久的将来会进入 商业性开采阶段。目前研究中的海洋矿产资源开采方法主要有两种CLB (连续绳斗法)，海底采矿 车+管道提升输送系统+水面支持船。CLB法是通过安装在链上的铲斗，集采、集、输送于 一斗，与海底矿物拖削进行资源开采。但CLB法无法有效控制桶斗的运行轨迹，适应海底 地貌能力差，会丢失大量的资源；还可能出现空斗或浅斗，使生产能力波动及无法保证达到 设计能力，采集效率低。海底采矿车+管道提升输送系统+水面支持船的方案最早由美国 提出，目前各国提出的采矿车多采用履带式行走方式，破碎头形式分螺旋滚筒切削式、水力 吸扬式、电耙式等，但采用采矿车的方案存在以下几个问题采矿车在海底作业及行走的情 况很难估计准确，而且在复杂地形上需要避障和绕障，行进中遇到的陷坑、壕沟、大陡坡等 障碍物难以预料，采矿车无法克服这些障碍，有可能陷进去；连接采矿车与中间仓的输送软 管磨损将非常严重，很难保证系统长期无故障工作；软管在海流作用下水作用力、惯性力的 大小、方向难以估计和控制，影响采矿车的正常工作，甚至造成采矿车倾翻；系统结构复杂， 车、软管和硬管输送等环节中任何一个出了故障都会造成系统瘫痪；采矿车控制复杂，其与 船舶的匹配、定位也是一个难题。
发明内容
本发明的目的，是提供一种成本低，效率高，结构简单，可靠性高，适用于大规模开 采海底钴结壳的新方法与装置。本发明的目的是通过以下技术方案实现的本发明之开采海底钴结壳的新方法包括以下步骤(1)将采集平台从水面支持船 放至海底；(2)启动采集平台，将液压支撑脚伸出调平，由提升液压缸将整个系统压紧，保 证整体工作的平稳；(3)伸出3根折叠式支臂，支臂打开后，通过每条支臂上面的探测头探 测海底到支臂的距离，调整支臂的高度确定支臂的位置，就可以初步确定采集机构的高度， 并固定支撑腿；(4)启动安装在采集平台上的采集机构驱动装置，操作采集机构进行破碎 作业，被破碎后的钴结壳通过采集机构收集并送至扬矿矿仓；(5)采完相应的扇形面积后， 通过回转机构对3个支臂进行角度调整，直到采完直径IOOm的圆形矿区；(6)由扬矿装置 将采集的钴结壳输送至水面支持船。
所述的海底钴结壳开采的新方法，采集机构采用机械冲击+高压水射流辅助的破 碎剥离方式，采集机构沿支臂前后运动，纵向采集矿料，采完一个扇形面积后，3个支臂转动 一个角度，直到把整个直径IOOm的圆形矿区采完。采集头可更换，以适应不同的生产需要。本发明之海底钴结壳开采装备，包括水面工作船、采集平台，所述采集平台，其特 征在于，由矿仓和扬矿装置、提升油缸、动力及控制部分、支臂(共3根，每根工作120度)、 回转机构、液压支腿、地形高度探测头、采集机构、支撑脚等部分组成。所述动力部分采用电液比例控制技术实现各运动部件无级调速。所述采集平台无采矿定位问题，船的位置就是采集平台的位置。 本发明之开采海底钴结壳的新方法与装置较好地克服了 CLB法和海底采矿车+管 道提升输送系统+水面支持船方案的难题。本发明的优越性主要表现在以下几个方面1)采集效率高。以50米的支臂为例，一次性扫过的面积达7850平方米，若转速为 1转/分钟，四分之一转需要时间15秒时间，油缸提升采集系统时间不超过20秒，采矿船移 动到下个区域以及定位、布放、采集系统一般不超过20分钟，总共也就是半个小时。而2米 宽的自行式采矿车，一般速度在0. 5m/s 1. 5m/s之间，以最高速度计算采集完7850平方 米的区域矿石，采矿车需要行走3925米的距离，需要时间43. 6分钟。这还没有考虑开采方 式的问题，只考虑直行的情况，否则花费时间可能更长；2)采集质量高。采用机械冲击+水射流技术辅助破碎钴结壳，减少破碎能耗、延长 刀具寿命，避免矿岩过粉碎。3)避障能力强。整个采矿系统由支腿和提升油缸共同支撑，不存在陷入沉积物或 者掉入海沟的问题，也不需要海底提供强大的牵引力；4)适应海底微地形能力提高。每根支臂有三节构成(如竹节虫)，节与节之间有 一定的相对运动，在工作过程中就象人手臂抱大树一般赋着在海底面上；5)对深海环境影响相对较小。由于采矿系统的移动不是靠剪切沉积物提供动力， 而是通过采矿船的悬挂完成，从而对深海环境影响较小，是一种比较环保的采矿法。
图1为采集平台结构2为采集平台支臂在海底展开示意图
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明。参照图1，采集平台由矿仓和扬矿装置1、提升油缸2、动力及控制部分3、支臂 4 (共3根，每根工作120度)、回转机构5、液压支腿6、地形高度探测头7、采集机构8、支撑 腿9等部分组成。如图1、2所示，支撑腿9伸出调平后，由提升液压缸2将整个系统压紧，保证整体 工作的平稳，接着伸出3根支臂，支臂4打开后，通过每条支臂上面的地形高度探测头7探 测海底到支臂4的距离，调整支臂4的高度确定支臂4的位置，就可以初步确定采集机构8 的高度。采集机构8通过液压缸控制对其高度和角度进行补偿，实现更精确的定位以便得 到合适的开采高度和角度，满足实际生产需要。
使用所述装置开采海底钴结壳的方法包括以下步骤(1)将采集平台从水面支持 船放至海底；(2)启动采集平台，将液压支撑脚4伸出调平，由提升液压缸2将整个系统压 紧，保证整体工作的平稳；(3)伸出折叠式支臂4，初步确定采集机构的高度，并固定支撑腿 9； (4)启动安装在采集平台上的采集机构驱动装置，操作采集机构8进行破碎作业，被破碎 后的钴结壳通过采集机构收集并送至扬矿矿仓1 ;(5)采完相应的扇形面积后，通过回转机 构5对3个支臂进行角度调整，直到采完直径IOOm的圆形矿区；(6)启动扬矿装置1和提 升液压缸2，将扬矿矿仓中的钴结壳输送至水面支持船。
权利要求
一种海底钴结壳开采的新方法，其特征在于，包括以下步骤(1)将采集平台从水面支持船放至海底；(2)启动采集平台，将液压支撑脚伸出调平，由提升液压缸将整个系统压紧，保证整体工作的平稳；(3)伸出3根折叠式支臂，支臂打开后，通过每条支臂上面的探测头探测海底到支臂的距离，调整支臂的高度确定支臂的位置，就可以初步确定采集机构的高度，并固定支撑腿；(4)启动安装在采集平台上的采集机构驱动装置，操作采集机构进行破碎作业，被破碎后的钴结壳通过采集机构收集并送至扬矿矿仓；(5)采完相应的扇形面积后，通过回转机构对3个支臂进行角度调整，直到采完直径100m的圆形矿区；(6)由扬矿装置将采集的钴结壳输送至水面支持船。
2.如权利要求1所述的海底钴结壳开采的新方法，其特征在于，所述采集机构采用机 械冲击+高压水射流辅助的破碎剥离方式，采集机构沿支臂前后运动，纵向采集矿料，采完 一个扇形面积后，3个支臂转动一个角度，直到把整个直径IOOm的圆形矿区采完。采集头可 更换，以适应不同的生产需要。
3.一种海底钴结壳开采装备，包括水面工作船、采集平台，所述采集平台，其特征在于， 由矿仓和扬矿装置、提升油缸、动力及控制部分、支臂(共3根，每根工作120度)、回转机 构、液压支腿、地形高度探测头、采集机构、支撑脚等部分组成。
4.如权利要求3所述的海底钴结壳开采装备，其特征在于，所述动力部分采用电液比 例控制技术实现各运动部件无级调速。
5.如权利要求3所述的海底钴结壳开采装备，其特征在于，所述采集平台无采矿定位 问题，船的位置就是采集平台的位置。
全文摘要
一种海底钴结壳开采新方法与装备，本发明方法包括以下步骤(1)将采集平台从水面支持船放至海底；(2)启动采集平台，将液压支撑脚伸出调平，由提升液压缸将整个系统压紧，保证整体工作的平稳；(3)伸出3根折叠式支臂，初步确定采集机构的高度，并固定支撑腿；(4)启动安装在采集平台上的采集机构驱动装置，操作采集机构进行破碎作业，被破碎后的钴结壳通过采集机构收集并送至扬矿矿仓；(5)采完相应的扇形面积后，通过回转机构对3个支臂进行角度调整，直到采完直径100m的圆形矿区；(6)由扬矿装置将采集的钴结壳输送至水面支持船。本发明还包括相应装置。本发明开采成本低，效率高，设备简单，可靠性高，适用于大规模开采海底钴结壳。
文档编号E21C50/02GK101906971SQ20101019729
公开日2010年12月8日 申请日期2010年6月11日 优先权日2010年6月11日
发明者刘文华, 卜英勇, 吴峰, 夏毅敏, 赵海鸣 申请人:中南大学