一种深海多金属结核集矿作业方法及集矿系统与流程

本发明涉及深海多金属结核的集矿和采集技术领域，具体而言，涉及一种深海多金属结核集矿作业方法及集矿系统。

背景技术：

在目前的深海采矿系统中，常用的采矿方法为通过深海采矿车与几百米的输送软管相连，输送软管与几千米长的输送硬管之间由中继站进行连接，硬管与船舶之间通常为铰接形式。

由于海底多金属结核矿区的面积一般很大，现有的采矿方法通常需要海底多金属结核收集车在较大的采矿范围内进行多金属结核的采集，海底多金属结核收集车采矿时相对于集矿料斗之间的移动距离较远，导致收集车采集时与集矿料斗之间的相对移动幅度加大，很难保持一个稳定的矿物输送状态。

此外，现有的采矿方法由于海底多金属结核收集车行走路线规划的原因，很难完全覆盖采集区域，容易出现漏采的情况，而且采集效率也不高。

再者，由于海底多金属结核呈颗粒状赋存在海底表面，收集车在矿物采集过程中需不断进行移动，随着收集车移动，整套系统也必须随之缓慢移动。因此，这种作业模式对船舶的定位和移动性能要求很高，在实际的商业开采过程中可能存在较大的风险。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种深海多金属结核集矿作业方法及集矿系统，以至少解决现有的集矿作业方法收集车采集时与集矿料斗之间的相对移动幅度加大，难以保持稳定的矿物输送状态的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种深海多金属结核集矿作业方法，包括以下步骤：

步骤s1：将待采集的多金属结核矿区按照多金属结核分布情况和/或海底地形划分为若干个小区块；

步骤s2：在小区块的中部放置海底集矿料斗，将海底集矿料斗的进料口通过输送软管与海底多金属结核收集车相连接，通过海底多金属结核收集车在相应的小区块范围内进行多金属结核的采集，同时通过输送软管将多金属结核输送至海底集矿料斗；

步骤s3：一个小区块内的多金属结核采集完成后，重复步骤s2，直至完成多金属结核矿区中小区块内多金属结核的采集。

进一步地，

步骤s1中，将待采集的多金属结核矿区按照多金属结核分布情况和/或海底地形划分为若干个小区块之后，再将每个小区块按照多金属结核分布情况和/或海底地形划分为若干个子区块；

步骤s2中，通过海底多金属结核收集车在相应的小区块范围内进行多金属结核的采集，具体是指：在每个小区块内对若干个子区块依次进行多金属结核的采集。

进一步地，在子区块内，海底多金属结核收集车按照“之”字形的行走路线进行多金属结核的采集。

进一步地，在步骤s3完成之后，该方法还包括：

步骤s4：通过输送管道将海底集矿料斗的出料口与采矿船相连接，将海底集矿料斗内的多金属结核输送至采矿船上，输送管道与出料口之间通过一连接软管相连接。

进一步地，在海底多金属结核收集车采集多金属结核的过程中，连接软管与海底集矿料斗的出料口断开；在多金属结核由海底集矿料斗输送至采矿船的过程中，输送软管与海底集矿料斗的进料口断开。

进一步地，连接软管通过rov或auv辅助与海底集矿料斗的出料口连接或断开；输送软管通过rov或auv辅助与海底集矿料斗的进料口连接或断开。

根据本发明的另一方面，提供了一种上述的深海多金属结核集矿作业方法所采用的深海多金属结核集矿系统，该深海多金属结核集矿系统包括：

采矿船；

海底集矿料斗，海底集矿料斗上设有进料口和出料口，出料口与采矿船之间通过输送管道可拆卸地连接；

海底多金属结核收集车，海底多金属结核收集车通过输送软管与进料口可拆卸地连接。

进一步地，输送管道为一硬管，输送管道的一端与采矿船相连接，另一端与一连接软管相连接，连接软管的另一端与海底集矿料斗的出料口可拆卸地连接。

进一步地，连接软管上设有一第一水下自动接头，第一水下自动接头通过rov或auv辅助与海底集矿料斗的出料口进行自动对接或自动断开；输送软管上设有一第二水下自动接头，第二水下自动接头通过rov或auv辅助与海底集矿料斗的进料口进行自动对接或自动断开。

进一步地，海底多金属结核收集车包括车体，车体的顶部设有与输送软管相连接的输送软管连接头，车体的前端设有采集机构，车体内设有浮力调节装置、动力电池和定位导航装置，车体上还设有行走机构和用于将多金属结核从采集机构输送至海底集矿料斗的输送泵。

应用本发明的技术方案，先将待采集的多金属结核矿区按照多金属结核分布情况和/或海底地形划分为若干个小区块；在小区块的中部放置海底集矿料斗，将海底集矿料斗通过输送软管与海底多金属结核收集车相连，海底多金属结核收集车在相应的小区块范围内进行多金属结核的采集，同步将多金属结核输送至海底集矿料斗；一个小区块采集完成后，重复采集其他小区块，直至完成矿区中所有小区块的采集；该集矿作业方法可使海底多金属结核收集车在较小的采矿范围内进行多金属结核的采集，减小了收集车采矿时相对于集矿料斗之间的移动距离，使收集车采集时与集矿料斗之间的相对移动幅度减小，有利于保持矿物输送状态的稳定。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为将多金属结核矿区划分为若干个小区块的示意图(图中a表示海底集矿料斗放置位置)。

图2为将多金属结核矿区划分为若干个小区块后，再将小区块划分为若干子区块的示意图。

图3为一个小区块中划分若干子区块的示意图。

图4为海底多金属结核收集车在子区块内按“之”字形行走路径集矿的示意图。

图5为深海多金属结核集矿系统中海底集矿料斗与采矿船连接时的结构示意图。

图6为深海多金属结核集矿系统中海底集矿料斗与海底多金属结核收集车连接时的结构示意图。

图7为深海多金属结核集矿系统中海底多金属结核收集车的主视结构示意图。

图8为深海多金属结核集矿系统中海底多金属结核收集车的俯视结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、海底集矿料斗；2、输送软管；3、海底多金属结核收集车；4、输送管道；5、采矿船；6、连接软管；7、第一水下自动接头；8、第二水下自动接头；11、进料口；12、出料口；31、车体；32、输送软管连接头；33、采集机构；34、浮力调节装置；35、动力电池；36、定位导航装置；37、行走机构；38、输送泵；100、多金属结核矿区；101、小区块；102、子区块。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于直接的连接，而是可以通过其他中间连接件间接的连接。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

实施例1：

参见图1至图4，一种本发明实施例的深海多金属结核集矿作业方法，包括以下步骤：

步骤s1：将待采集的多金属结核矿区100按照多金属结核分布情况和/或海底地形划分为若干个小区块101；

步骤s2：在上述划分后的小区块101的中部放置海底集矿料斗1，将该海底集矿料斗1的进料口11通过输送软管2与海底多金属结核收集车3的输送软管连接头32相连接，通过海底多金属结核收集车3在相应的小区块101范围内进行多金属结核的采集，同时通过输送软管2将多金属结核输送至海底集矿料斗1；

步骤s3：一个小区块101内的多金属结核采集完成后，重复步骤s2，直至完成多金属结核矿区100中所有小区块101内多金属结核的采集。

上述的深海多金属结核集矿作业方法，通过将待采集的多金属结核矿区100划分为若干个小区块101，在小区块101的中部放置海底集矿料斗1，通过海底多金属结核收集车3对各个小区块101进行多金属结核的采集；可使海底多金属结核收集车3在较小的采矿范围内进行多金属结核的采集，减小了海底多金属结核收集车3采矿时相对于海底集矿料斗1之间的移动距离，使海底多金属结核收集车3采集时与海底集矿料斗1之间的相对移动幅度减小，有利于保持矿物输送状态的稳定。

进一步地，参见图2和图3，在本实施例中，上述步骤s1中，将待采集的多金属结核矿区100按照多金属结核分布情况和/或海底地形划分为若干个小区块101之后，再将每个小区块101按照多金属结核分布情况和/或海底地形划分为若干个子区块102；上述步骤s2中，通过海底多金属结核收集车3在相应的小区块101范围内进行多金属结核的采集，具体是指：在每个小区块101内对若干个子区块102依次进行多金属结核的采集。

由于多金属结核矿区100一般面积很大，而将其按多金属结核分布情况和/或海底地形划分为若干个小区块101之后，其小区块101的面积也可能比较大，而且在小区块101内也可能存在分布情况、地形不相同的情况；因此，本发明在将多金属结核矿区100分成若干个小区块101后，再将各个小区块101按照多金属结核分布情况和/或海底地形划分为若干个子区块102，并且在每一个小区块101内对若干个子区块102依次进行多金属结核的采集。

在深海采矿中，图3所示的小区块101亦可能是很大一块区域，可能是需要一个月甚至几个月才能完成一个小区块101的多金属结核的采集；本发明通过将每个小区块101再划分为若干个子区块102，在每一个小区块101内对若干个子区块102依次进行多金属结核的采集；从系统整体大的角度来看，海底多金属结核收集车3在子区块102内采集可看成是在一个点采集，有利于进一步减少收集车至集矿料斗之间输送管道的移动，保持较好的稳定的输送状态。其中，图2和图3中所示的16个子区块102的划分只是示意，不一定是16份或者规则的正方形，一般需根据具体海底地形地质情况、结核分布情况等进行具体划分，针对性的对采集路径进行规划。

进一步地，参见图4，在本实施例中，在每个子区块102内，海底多金属结核收集车3按照“之”字形的行走路线进行多金属结核的采集。海底多金属结核收集车3在每个子区块102内，按照“之”字形的采集路径行走，有利于提高集矿作业效率，使得海底多金属结核收集车3的行走路线能够完全覆盖采集区域，不漏采。

具体地，可以在每一个小区块101的中部位置放置一个海底集矿料斗1分别对相应小区块101内的多金属结合进行收集；也可以至设置一个海底集矿料斗1，一个小区块101采集完成后，将该海底集矿料斗1移动至下一个小区块101的集矿料斗放置位置继续收集多金属结合。

进一步地，在本实施例中，在步骤s3完成之后，即所有小区块101内的多金属结合采集完成后，通过输送管道4将海底集矿料斗1的出料口12与采矿船5相连接，将海底集矿料斗1内的多金属结核输送至采矿船5上。并且，该输送管道4与海底集矿料斗1的出料口12之间通过一根连接软管6相连接，避免采矿船5在海面上的波动对物料输送造成影响。

作为优选地，在海底多金属结核收集车3采集多金属结核的过程中，连接软管6与海底集矿料斗1的出料口12之间处于断开状态；在多金属结核由海底集矿料斗1输送至采矿船5的过程中，输送软管2与海底集矿料斗1的进料口11之间处于断开状态。在收集车采集多金属结核的过程中输，将输送软管2与海底多金属结核收集车3及海底集矿料斗1的进料口11之间处于连接状态；这时，采矿船5与海底集矿料斗1之间处于断开状态，采矿船5无需停留在作业矿区海面上，可以驶离执行其他任务。这种工作方式尤其适用于海况恶劣，海面风浪较大，船舶无法正常停靠在海面上的工况、采矿船5需要执行其他任务的工况和海底集矿料斗1需要频繁移动的情况。当海况较好时，也可以将连接软管6和输送软管2同时与海底集矿料斗1连接，同时进行多金属结合收集和矿物输送上船。

具体地，连接软管6通过rov(remotelyoperatedunderwatervehicle)或auv(autonomousunderwatervehicle)辅助与海底集矿料斗1的出料口12进行自动连接或断开；同样地，输送软管2通过rov或auv辅助与海底集矿料斗1的进料口11进行自动连接或断开。

实施例2：

参见图5至图8，一种本发明的深海多金属结核集矿作业方法所采用的深海多金属结核集矿系统，该深海多金属结核集矿系统主要包括采矿船5、海底集矿料斗1和海底多金属结核收集车3。其中，在海底集矿料斗1上设置有一个进料口11和一个出料口12，采矿船5通过一根输送管道4与该出料口12可拆卸地连接；海底多金属结核收集车3通过一根输送软管2与该进料口11可拆卸地连接。

上述的深海多金属结核集矿系统，通过输送管道4将采矿船5与海底集矿料斗1的出料口12可拆卸地连接，通过输送软管2将海底多金属结核收集车3与海底集矿料斗1的进料口11可拆卸地连接；在收集多金属结核时，将输送管道4与出料口12之间断开，将输送软管2与进料口11之间连接，通过海底多金属结核收集车3在矿区内行走将多金属结核收集到海底集矿料斗1内；收集完成后断开输送软管2连接输送管道4，将海底集矿料斗1内的多金属结核输送至采矿船5。

进一步地，参见图5，输送管道4为一根硬管，输送管道4的一端与采矿船5相连接，另一端与一根连接软管6相连接，该连接软管6的另一端与海底集矿料斗1的出料口12可拆卸地连接。

在连接软管6的端部设置有一个第一水下自动接头7，连接软管6通过该第一水下自动接头7与出料口12之间进行自动对接或自动拆卸。当采矿船5与海底集矿料斗1连接时，只需通过该第一水下自动接头7将连接软管6与出料口12进行自动对接；当采矿船5与海底集矿料斗1断开时，只需将该第一水下自动接头7从出料口12上自动拆卸下来即可。

同样地，在输送软管2的端部设置有一个第二水下自动接头8，输送软管2通过该第二水下自动接头8与海底集矿料斗1的进料口11之间进行自动对接或自动拆卸。当海底多金属结核收集车3与海底集矿料斗1连接进行多金属结核矿收集时，只需通过该第二水下自动接头8将输送软管2与进料口11进行自动对接；当海底多金属结核收集车3与海底集矿料斗1断开时，只需将该第二水下自动接头8从进料口11上自动拆卸下来即可。具体来说，可通过rov或auv辅助在水下将第一水下自动接头7与出料口12以及第二水下自动接头8与进料口11进行自动对接或拆卸。

参见图7和图8，海底多金属结核收集车3包括车体31，在该车体31的顶部设置有与输送软管2相连接的输送软管连接头32；在车体31的前端设置有一个采集机构33；在车体31内设置有一个浮力调节装置34、动力电池35和定位导航装置36；在车体31上还设置有行走机构37和输送泵38。其中，采集机构33用于收集多金属结核矿，收集的多金属结核通过输送泵38经输送软管2输送至海底集矿料斗1内；浮力调节装置34用于调节调节海底多金属结核收集车3的浮力，使海底多金属结核收集车3下沉或者浮出水面；动力电池35用于为海底多金属结核收集车3的水下作业提供动力；定位导航装置36用于海底多金属结核收集车3的导航和定位；行走机构37用于海底多金属结核收集车3在海底的行进。海底多金属结核收集车3采用无线通讯的方式，由采矿船5进行布放和回收。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。