分布式全天候深海采矿系统的制作方法

本发明涉及水下采矿设备技术领域，具体涉及一种分布式全天候深海采矿系统和方法。

背景技术：

海洋蕴藏着丰富的矿物资源。随着陆地资源不断被开发，越来越多的国家将资源的开发转向了深海。深海矿藏资源开采系统的核心问题是如何最高效率地将海底的矿石采集、提升到海面、经脱水后运输到港口。

目前已有的深海采矿方案基本形式是海面有采矿支持母船，采矿支持母船布放一台履带式或滑靴自行式采矿机到海底，在采矿机和海面支持母船之间通过泵还管道组成的扬矿系统连接，采集的矿物通过扬矿系统输送到海面的母船。

现有方案缺点有：(1)海上生产受海况影响，恶劣海况时需要撤离；(2)海上风暴时难以做到快速撤离；(3)1个采矿船支持一套采矿系统以致效率低。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种可以全天候连续工作、不受海况影响的面向多矿种的分布式全天候深海采矿系统。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种分布式全天候深海采矿系统，包括：中央支持平台和卫星采矿提升系统，一个所述中央支持平台与多个所述卫星采矿提升系统组合协同工作，所述中央支持平台包括用于海况恶劣时的水下工作模式和用于海况良好时的水面工作模式，每个所述卫星采矿提升系统将采集到的矿砂输送至所述中央支持平台。

优选地，所述中央支持平台包括：中央平台结构；主能源供给系统，与所述中央平台结构连接，用于向所述卫星采矿提升系统提供动力；临时矿砂存储装置，设置于所述中央平台结构内，用于临时存储来自所述卫星采矿提升系统的矿砂；中央支持平台浮力调节装置，与所述中央平台结构连接，用于控制所述中央支持平台的水下工作深度。

优选地，所述中央支持平台还包括：中央支持平台水平推进系统，与所述中央平台结构连接，用于驱动所述中央支持平台按照预定轨迹航行或按照人员操纵指令航行；和/或中央支持平台垂直推进系统，与所述中央平台结构连接，用于控制所述中央支持平台的水下工作深度。

优选地，所述中央支持平台通过矿砂转运输送管系、脐带缆与所述卫星采矿提升系统连接。

优选地，所述矿砂转运输送管系和脐带缆包括多个子段，相邻两个所述子段通过用于中转传输能量和矿砂的中央支持平台中继连接装置连接。

优选地，所述分布式全天候深海采矿系统还包括第一无线和卫星通信装置，设置于漂浮于水面上的第一浮体上，用于与岸基或船舶之间通讯以实现对所述中央支持平台的远程控制；所述第一无线和卫星通信装置通过脐带缆与所述中央支持平台连接。

优选地，所述分布式全天候深海采矿系统还包括漂浮式管道，所述漂浮式管道的一端与所述中央支持平台连接的，所述漂浮式管道的另一端漂浮在海面上，用于与水面运输船对接从而使所述中央支持平台将其临时矿砂存储装置内的矿砂转运至所述水面运输船。

优选地，所述卫星采矿提升系统包括浮力平台、提升管系、垂直缆系和集矿机，所述浮力平台通过所述提升管系、垂直缆系与一个或多个所述集矿机连接。

优选地，所述卫星采矿提升系统还包括浮力调节装置、和/或垂直推进系统、和/或水平推进系统、和/或应急能源供给系统、和/或海底中继站、和/或第二无线和卫星通信装置、和/或usbl超短基线定位信标，其中：所述浮力调节装置安装在所述浮力平台上，用于控制所述浮力平台水下工作深度；所述垂直推进系统安装在所述浮力平台上，用于调节所述浮力平台水下工作深度；所述水平推进系统安装在所述浮力平台上，用于驱动浮力平台按照预定轨迹航行或按照人员操纵指令航行；所述应急能源供给系统安装在所述浮力平台上，用于在无法从所述中央支持平台获取能源时向卫星采矿提升系统提供能源；所述海底中继站用于实现所述提升管系及垂直缆系的延伸，优选地所述海底中继站配置有海底中继站水平推进系统以控制所述海底中继站的首向和轨迹与浮力平台同步；所述第二无线和卫星通信装置安装在水面浮块上，用于与岸基或船舶之间通讯，实现对卫星采矿提升系统的远程控制；所述usbl超短基线定位信标安装在所述浮力平台上，用于供中央支持平台上的usbl超短基线定位基阵根据所述usbl超短基线定位信标的信标信号计算卫星采矿提升系统的空间位置。

优选地，所述提升管系由多组管道和水泵串联而成的管系并联组成、或由多组提升链斗组成，用于矿砂的提升；和/或所述垂直缆系的中部与所述提升管系上的水泵连接。

由于采用了上述技术方案，本发明所述采矿系统可以潜入水下工作，解决了躲避风暴和恶劣天气下连续开展生产的问题，此外，分布式集群作业模式实现了一个中央支持平台配套多台集矿机同时作业，作业效率高。

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。下面将对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本发明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是本发明的整体结构示意图；

图2是中央支持平台与卫星采矿提升系统的连接示意图；

图3是卫星采矿提升系统的结构示意图。

图中附图标记：1、中央支持平台；2、卫星采矿提升系统；3、中央平台结构；4、主能源供给系统；5、临时矿砂存储装置；6、中央支持平台浮力调节装置；7、中央支持平台水平推进系统；8、中央支持平台垂直推进系统；9、矿砂转运输送管系；10、脐带缆；11、中央支持平台中继连接装置；12、第一无线和卫星通信装置；13、第一浮体；14、漂浮式管道；15、浮力平台；16、提升管系；17、垂直缆系；18、集矿机；19、浮力调节装置；20、垂直推进系统；21、水平推进系统；22、应急能源供给系统；23、海底中继站；24、第二无线和卫星通信装置；25、usbl超短基线定位信标；26、水面浮块；27、usbl超短基线定位基阵。

具体实施方式

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。下面结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种分布式全天候深海采矿系统，包括：中央支持平台1和卫星采矿提升系统2。

其中，一个所述中央支持平台1与多个所述卫星采矿提升系统2组合协同工作。每个所述中央支持平台1包括用于海况恶劣时的水下工作模式和用于海况良好时的水面工作模式。每个所述卫星采矿提升系统2将采集到的矿砂输送至所述中央支持平台1。

在上述技术方案中，本发明包括一套中央支持平台1和若干套卫星采矿提升系统2，中央支持平台1和若干套卫星采矿提升系统2形成分布式拓扑结构。中央支持平台1和卫星采矿提升系统2均为高度自治的系统，可工作在无人自动模式，也可以由人员操纵控制。

按照预定规划，中央支持平台1协调若干(例如1-8套)卫星采矿提升系统2在水下以合理的组合协同工作，每个卫星采矿提升系统2又分别管理若干集矿机18以合理的组合协同工作，因此采用了本发明中的分布式深海采矿系统可实现高效率对一片矿区较高覆盖率的规模化采集。

为了特别的是，本发明中的中央支持平台1有两种工作模式：水下工作模式和水面工作模式。当海况良好时，中央支持平台1主体工作在海面；当海况恶劣时中央支持平台1主体下潜到海面以下不超过500m深度，躲避风浪对中央支持平台1的影响。

由于采用了上述技术方案，本发明所述采矿系统可以潜入水下工作，解决了躲避风暴和恶劣天气下连续开展生产的问题，此外，分布式集群作业模式实现了一个中央支持平台配套多台集矿机同时作业，作业效率高。

优选地，所述中央支持平台1包括：中央平台结构3、主能源供给系统4、临时矿砂存储装置5和中央支持平台浮力调节装置6。其中：

中央平台结构是中央支持平台1的基础结构，是其他设备安装的载体。主能源供给系统4与所述中央平台结构3连接，可采用核动力发电装置、或者aip系统、或者其它可以在水下长期供能的动力装置，其作用是产生中央支持平台1自身工作所需能源，同时为卫星采矿提升系统2工作提供能源。

临时矿砂存储装置5设置于所述中央平台结构3内，用于临时存储来自所述卫星采矿提升系统2的矿砂，当矿砂量达到一定量时，可安排其他水面运输船舶与中央支持平台1对接转移矿砂，临时矿砂存储装置可使水面运输船舶不必24小时停在海面配合收集海底输送上来的矿砂。

中央支持平台浮力调节装置6(例如水泵等)与所述中央平台结构3连接，用于中央支持平台1的浮力调整，例如可通过排水方法实现浮力调整，以控制所述中央支持平台1的水下工作深度。通过中央支持平台浮力调节装置6可控制中央支持平台浮出水面或悬浮于海面下500米以内的深度。

优选地，所述中央支持平台1还包括：中央支持平台水平推进系统7和/或中央支持平台垂直推进系统8。其中，中央支持平台水平推进系统7与所述中央平台结构3连接，用于平台自身的水平面内位置控制，以驱动所述中央支持平台1按照预定轨迹航行或按照人员操纵指令航行。中央支持平台垂直推进系统8与所述中央平台结构3连接，用于控制所述中央支持平台1的水下工作深度，以提供另外一种控制中央支持平台1水下工作深度的手段，例如进行精确的微调时可使用中央支持平台垂直推进系统8。当中央支持平台工作于水下时，中央支持平台垂直推进系统8提供浮力微调能力。

优选地，所述中央支持平台1通过矿砂转运输送管系9、脐带缆10与所述卫星采矿提升系统2连接。卫星采矿提升系统2通过软管(矿砂转运输送管系9)与中央支持平台1中继连接装置连接，实现卫星采矿提升系统2向中央支持平台1输送矿砂；卫星采矿提升系统2通过脐带缆与中央支持平台1中继连接装置连接，实现卫星采矿提升系统2从中央支持平台1获取能源。

优选地，所述矿砂转运输送管系9和脐带缆10包括多个子段，相邻两个所述子段通过中央支持平台中继连接装置11连接，中央支持平台中继连接装置11用于和卫星采矿提升系统2的矿砂及能源交互连接。

优选地，所述分布式全天候深海采矿系统还包括第一无线和卫星通信装置12，设置于漂浮于水面上的第一浮体13上，用于与岸基或船舶之间通讯以实现对所述中央支持平台1的远程控制；所述第一无线和卫星通信装置12通过脐带缆10与所述中央支持平台1连接。在此实施例中，第一无线和卫星通信装置12用于和岸基或船舶之间通讯，实现对中央支持平台1的远程控制，第一无线和卫星通信装置12通过脐带缆连接至中央支持平台1，末端是第一浮体13。第一浮体13使第一无线和卫星通信装置12的天线保持在水面以上空气环境中，是无线和卫星通信装置能正常工作。当中央支持平台工作于水下时，第一浮体13提供浮力微调能力。优选地，连接第一浮体13和中央支持平台的张力缆配置绞车装置，通过绞车装置控制张力缆长度，实现对中央支持平台的下潜深度控制。岸基系统可通过第一无线和卫星通信装置12实现对中央支持平台的远程控制。

优选地，所述分布式全天候深海采矿系统还包括漂浮式管道14，所述漂浮式管道的一端与所述中央支持平台1连接的，所述漂浮式管道的另一端漂浮在海面上，用于与水面运输船对接从而使所述中央支持平台1将其临时矿砂存储装置5内的矿砂转运至所述水面运输船。由于中央支持平台1可能工作在水下，当水面运输船到达时，将漂浮式管道14的末端打捞并固定在船舱入口，中央支持平台1根据操作指令将临时矿砂存储装置内的矿砂经漂浮式管道14输送到运输船上。

卫星采矿提升系统2是能高度自治的能独立开展集矿、提升作业的采矿提升单元。卫星采矿提升系统2通过脐带缆从中央支持平台1获取能源，通过软管向中央支持平台1输送矿砂。优选地，所述卫星采矿提升系统包括浮力平台15、提升管系16、垂直缆系17和至少一个集矿机18(例如1-8套)，所述浮力平台15通过所述提升管系16、垂直缆系17与一个或多个所述集矿机18连接。

优选地，所述卫星采矿提升系统还包括浮力调节装置19、和/或垂直推进系统20、和/或水平推进系统21、和/或应急能源供给系统22、和/或海底中继站23、和/或第二无线和卫星通信装置24、和/或usbl超短基线定位信标25，其中：

所述浮力调节装置19安装在所述浮力平台15上，用于浮力平台15的浮力调整，例如可通过排水方法实现浮力调整，以控制所述浮力平台15水下工作深度；通过浮力调节装置19可控制浮力平台浮出水面或悬浮于海面下500米以内的深度。

所述垂直推进系统20安装在所述浮力平台15上，用于调节所述浮力平台15水下工作深度，以提供另外一种实现浮力平台水下工作深度调整的手段，例如，可用于需要精确高调整的场合；当浮力平台工作于水下时，提供浮力微调能力。

所述水平推进系统21安装在所述浮力平台15上，用于平台自身的水平面内位置控制，以驱动浮力平台15按照预定轨迹航行或按照人员操纵指令航行；

所述应急能源供给系统22安装在所述浮力平台15上，用于在无法从所述中央支持平台1获取能源时向卫星采矿提升系统2提供能源。在一个实施例中，应急能源供给系统22布置在浮力平台15内部，在主能源供给系统故障或其他原因导致卫星采矿提升系统2无法从中央支持平台1获取能源时，可由应急能源22提供卫星采矿提升系统2工作所需能源。

所述海底中继站23用于实现所述提升管系16及垂直缆系17的延伸，优选地所述海底中继站23配置有海底中继站水平推进系统21以控制所述海底中继站23的首向和轨迹与浮力平台15同步；

所述第二无线和卫星通信装置24安装在水面浮块26上，用于与岸基或船舶之间通讯，实现对卫星采矿提升系统2的远程控制；当浮力平台悬浮于水下时，水面浮块26提供浮力微调能力。优选地，连接水面浮块和浮力平台的张力缆配置有绞车装置，通过绞车装置控制张力缆长度，实现对浮力平台的下潜深度控制。岸基系统可通过第二无线和卫星通信装置24实现对卫星采矿提升系统的远程控制。

所述usbl超短基线定位信标25安装在所述浮力平台15上，用于供中央支持平台1上的usbl超短基线定位基阵27根据所述usbl超短基线定位信标25的信标信号计算卫星采矿提升系统2的空间位置。

优选地，所述提升管系16由多组管道和水泵串联而成的管系并联组成、或由多组提升链斗组成，用于矿砂的提升；和/或所述垂直缆系17的中部与所述提升管系16上的水泵连接。垂直缆系17上端连接浮力平台15，下端连接海底中继器，中间连接提升管系16上的水泵。浮力平台15从中央支持平台1获取能源后通过垂直缆系17向海底中继站23和中间提升管系16上的水泵提供能源。提升管系16和垂直缆系17的上端搭载于浮力平台，下端连接海底中继站23，海底中继,23位于距海底500米以内的高度。

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。