一种深海多金属结核的开采系统及开采工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种深海多金属结核的开采系统，其包括集矿子系统、扬矿子系统以及对所述集矿子系统进行操作控制的控制系统，其中，所述集矿子系统包括海底采矿机器人、脐带缆和集矿槽，所述扬矿子系统包括潜污泵、扬矿软管、开采平台以及位于开采平台上的至少一台分离器，所述扬矿软管的两端分别与所述集矿子系统和所述潜污泵相连，所述潜污泵通过管道与所述分离器的液相出口相连；其中，所述潜污泵位于水深160?300米处。本发明利用连通器原理，通过潜污泵的抽排水产生高度压差，将海底采矿机器人采集分选的海底多金属结核，通过扬矿软管而无需经过泵的叶轮直接输送到浮箱式开采平台，并经分离器分选过滤，从而实现集矿、选矿、扬矿和储矿的连续作业。
【专利说明】
一种深海多金属结核的开采系统及开采工艺
技术领域
[0001]本发明涉及一种海底表面矿产资源开采技术，具体涉及一种深海多金属结核的开采系统及开采工艺。
【背景技术】
[0002]多金属结核主要赋存在3000-6000米的海底沉积物表层，初步估计具有开采价值的约为700亿吨，集矿和扬矿是开采过程中最核心的技术和组成部分。目前，国内外多金属结核开采方法主要有连续链斗法、砂浆栗水力管道提升法和空气升举法等。连续链斗式开采是利用绞车带动挂有许多戽斗的绳链不断地把海底多金属结核采到工作船上来，但是此法存在采矿效率和资源回收率低、海底地形要求平坦、缆绳易缠绕等缺点。而砂浆栗水力管道提升法是将栗安装在水深1000米左右的扬矿管道上，借助海水的位能进行提升，其优势是工艺简单、效率高，但该工艺的缺陷在于结核通过栗造成叶轮的磨损和结核的破碎与分化。空气升举式开采是通过输矿管道，利用高压空气靶多金属结核连泥带水地从海底运至地表，而当海水深度大于3000米时，则需要配置大风量高风压空压机，下入的双壁钻杆深度大于1000米，存在携矿速度低、能量消耗大、开采成本高等缺点。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种开采能力强、结核粒径大、寿命长、检修方便、可进行连续开采的深海多金属结核开采系统及相应的开采工艺。
[0004]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0005]—种深海多金属结核的开采系统，其包括集矿子系统、扬矿子系统以及对所述集矿子系统进行操作控制的控制系统，其中，所述集矿子系统包括海底采矿机器人、脐带缆和集矿槽，所述扬矿子系统包括潜污栗、扬矿软管、开采平台以及位于开采平台上的至少一台分离器，所述扬矿软管的两端分别与所述集矿子系统和所述潜污栗相连，所述潜污栗通过管道与所述分离器的液相出口相连。
[0006]优选的是:所述潜污栗位于水深160-300米处。
[0007]优选的是:所述集矿槽内设有机械搅拌装置。
[0008]优选的是:所述集矿槽内设有射流脱泥装置。
[0009]优选的是:所述海底采矿机器人采用四轮履带式独立悬挂。
[0010]优选的是:所述分离器中设有旋流筛和滤网。
[0011]优选的是:所述滤网的过滤精度小于1_。
[0012]优选的是:所述开采平台为浮箱式开采平台。
[0013]优选的是:所述开采系统还包括开采船以及用于将分离器的固相出口的多金属结核输送至所述开采船上的传送带。
[0014]本发明的另一目的，一种利用如上所述的开采系统对深海多金属结核进行开采的开采工艺，其包括以下步骤
[0015]I)将海底采矿机器人通过脐带缆和扬矿软管下放至海底3000-6000米处，在控制系统的作用下，海底机器人在海底进行多金属结核采集，并将采集到的多金属结核的泥水混合物经过机械搅拌和射流脱泥后送入扬矿软管中；
[0016]2)对扬矿软管中的多金属结核进行固液分离，分离出的低固相海水经位于水深160-300米处的潜污栗循环后返排至大海，并储存分离出的固相多金属结核
[0017]本发明的有益效果在于，本发明的开采系统，对海底地形无特殊要求，可基本实现全地形作业。多金属结核能够在不经过栗的条件下实现连续开采，可大幅度提高栗的寿命，减少叶轮对结核的磨损和破坏，同时，结核的粒径不受到潜污栗管径的限制。
【附图说明】
[0018]图1示出了本发明所述的开采系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步说明。
[0020]如图1所示，本发明所述的深海多金属结核的开采系统包括:集矿子系统、扬矿子系统以及控制系统。其中，所述集矿子系统包括海底采矿机器人1、脐带缆和集矿槽，所述脐带缆可为所述海底采矿机器人I提供下放、动力运输、指令控制传输、视频信号传输等，所述海底采矿机器人I则可通过地毯式绞吸作用将所采集的矿体连泥带水一并送入集矿槽。在本发明中，所述海底采矿机器人I可采用四轮履带式独立悬挂，每一履带轮都能提供驱动，具有良好的越障、越沟性能，使得开采作业不受海底地形的限制，基本实现在海底全地形的自由行走。进一步地，所述集矿槽中设有机械搅拌装置以及射流脱泥装置，集矿槽中的矿体泥水混合物经机械搅拌和射流脱泥处理后送入扬矿子系统。
[0021]所述扬矿子系统包括潜污栗2、扬矿软管3、开采平台4以及位于开采平台4上的至少一台分离器6，其中，所述扬矿软管3的底部与海底米矿机器人I相连，为海底多金属结核上返提供稳定的通道，并具有一定的柔性和伸缩量，可随海底采矿机器人I 一起在海底行走，所述扬矿软管3采用短接式钢丝绳承重，软管之间采用法兰连接;所述分离器6与所述扬矿软管3的另一端相连，用于将扬矿软管3中输送的固液混合物中的多金属结核和海水进行分离，在本发明中，所述分离器6中包括旋流筛和滤网61，其中，所述滤网61的过滤精度小于1_。所述旋流筛将粒径较大的矿体进行筛分后留在底部，随后通过滤网61将粒径较小的矿体过滤后沉淀至分离器6底部以对矿体和海水进行分离。分离器6分离出的低固相海水通过管道被吸入潜污栗2中进行循环。分离器6分离出的固相多金属结核则可通过传送带5运送至开采船7进行储存。在本发明中，所述开采平台4采用浮箱式设计，具有定位联动与波浪补偿功能，而通过设置在开采平台上的至少一台分离器6，可实现但分离器6中多金属结核收集满或分离器6出现故障时，能够在不停栗的情况下切换至另一套分离器6，进而实现开采的连续性。特别地，在本发明中，所述潜污栗2被安放于水深160-300米处，利用连通器原理，通过潜污栗2的抽排水产生一定的高度压差，海水的重力势能克服管理沿程压力损失和扬矿软管3内外密度压力差，将海底采矿机器人I采集分选的海底多金属结核，通过扬矿软管3而不经过栗的叶轮直接输送到浮箱式开采平台4，减少了多金属结核对叶轮的破坏。
[0022]此外，所述开采系统中的控制系统，其可控制海底采矿机器人I按照预定的路径行走并进行集矿，而开采船7则具有为水下设备提供存放、布放/回收、作业支承和维修、储存矿石等功能。
[0023]利用本发明如上所述的开采系统对海底多金属结核进行开采的步骤包括:
[0024]I)将海底采矿机器人I通过脐带缆和扬矿软管3下放至海底3000-6000米处，在控制系统的作用下，海底机器人I在海底进行多金属结核采集，并将采集到的多金属结核的泥水混合物经过机械搅拌和射流脱泥后送入扬矿软管3中；
[0025]2)扬矿软管3中的多金属结核送入到分离器6中，依次经过旋流筛、滤网61进行固液分离，分离出的低固相海水被送入到潜污栗2中进行循环后返排至大海，分离出的固相多金属结核经可经传送带5送入到开采船7上进行储存。
[0026]进一步地，所述潜污栗2位于水深160-300米处。
[0027]本发明如上所述的开采系统及开采工艺，利用连通器原理，通过安放在水深160-300米处的潜污栗2的抽排水产生一定的高度压差，将海底采矿机器人I采集分选的海底多金属结核，通过扬矿软管3而无需经过栗的叶轮直接输送到浮箱式开采平台4，并经分离器6分选过滤，分选出的多金属结核可通过传送带运送至开采船7进行储存，从而实现集矿、选矿、扬矿和储矿的连续作业。
[0028]本发明已通过优选的实施方式进行了详尽的说明。然而，通过对前文的研读，对各实施方式的变化和增加也是本领域的一般技术人员所显而易见的。
【申请人】的意图是所有这些变化和增加落在了本发明权利要求的保护范围中。本文中使用的术语仅为对具体的实施例加以说明，其并非意在对发明进行限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均与本发明所属领域的一般技术人员的理解相同。公知的功能或结构出于简要和清楚的考虑或不再赘述。
【主权项】
1.一种深海多金属结核的开采系统，其特征在于:包括集矿子系统、扬矿子系统以及对所述集矿子系统进行操作控制的控制系统，其中，所述集矿子系统包括海底采矿机器人、脐带缆和集矿槽，所述扬矿子系统包括潜污栗、扬矿软管、开采平台以及位于开采平台上的至少一台分离器，所述扬矿软管的两端分别与所述集矿子系统和所述潜污栗相连，所述潜污栗通过管道与所述分离器的液相出口相连。2.根据权利要求1所述的开采系统，其特征在于:所述潜污栗位于水深160-300米处。3.根据权利要求1所述的开采系统，其特征在于:所述集矿槽内设有机械搅拌装置。4.根据权利要求1所述的开采系统，其特征在于:所述集矿槽内设有射流脱泥装置。5.根据权利要求1所述的开采系统，其特征在于:所述海底采矿机器人采用四轮履带式独立悬挂。6.根据权利要求1所述的开采系统，其特征在于:所述分离器中设有旋流筛和滤网。7.根据权利要求6所述的开采系统，其特征在于:所述滤网的过滤精度小于1mm。8.根据权利要求1所述的开采系统，其特征在于:所述开采平台为浮箱式开采平台。9.根据权利要求1-8中任意一项所述的开采系统，其特征在于:所述开采系统还包括开采船以及用于将分离器的固相出口的多金属结核输送至所述开采船上的传送带。10.—种利用如权利要求1-9中任意一项所述的开采系统对深海多金属结核进行开采的开采工艺，其特征在于:包括以下步骤 1)将海底采矿机器人通过脐带缆和扬矿软管下放至海底3000-6000米处，在控制系统的作用下，海底机器人在海底进行多金属结核采集，并将采集到的多金属结核的泥水混合物经过机械搅拌和射流脱泥后送入扬矿软管中； 2)对扬矿软管中的多金属结核进行固液分离，分离出的低固相海水经位于水深160-300米处的潜污栗循环后返排至大海，并储存分离出的固相多金属结核。
【文档编号】E21C50/00GK105840197SQ201610180025
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】王汉宝, 张永勤, 李宽, 李鑫淼, 梁健, 尹浩
【申请人】中国地质科学院勘探技术研究所