本發(fā)明屬深海礦產(chǎn)開采，尤其涉及一種深海采集礦車及開采方法。

背景技術(shù)：

1、深海海底是地球上尚未被開發(fā)的最大礦產(chǎn)資源寶庫。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)有經(jīng)濟價值的深海礦產(chǎn)資源主要有：含鎳、銅、鈷和錳的多金屬結(jié)核、富含鈷、鎳、銅、錳的鈷結(jié)殼、富含銅、鉛、鋅、金和銀的海底多金屬硫化物礦床和稀土元素含量較高的深海富稀土沉積物（簡稱深海稀土）。深海稀土廣泛分布在西太平洋、東太平洋、東南太平洋、印度洋等地區(qū)。深海稀土資源是未來人類發(fā)展重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，開發(fā)深海資源是未來的必然選擇。

2、目前對于深海海底的礦產(chǎn)資源的開采，大多集中于金屬結(jié)核等以固態(tài)礦石形式存在的開采，多數(shù)開采裝置在集礦頭處增加噴水頭產(chǎn)生旋流效果，從而增加抽吸力，以提高采集效率。該種開采裝置并不適用于深海稀土的開采，因為深海稀土的存在形態(tài)與傳統(tǒng)的金屬結(jié)核存在區(qū)別，深海稀土并不是以固態(tài)礦石形式存在，而是以泥漿的形式存在，利用傳統(tǒng)開采裝置采集深海稀土?xí)r，噴水頭會將深海稀土泥漿沖散沖走，難以高效的采集深海稀土。此外，傳統(tǒng)的開采裝置在海底行走，存在行駛阻力大，能源消耗大的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種動力能耗小、深海稀土采集效率高的離心式深海稀土采集礦車、深海稀土采集系統(tǒng)及開采方法。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

3、一種離心式深海稀土采集礦車，包括采礦車本體，所述深海稀土以泥漿的形式存在，所述采礦車本體上設(shè)有用于深海稀土采集的離心式采集機構(gòu)，所述離心式采集機構(gòu)包括第一環(huán)形流道和用于吸入海水到所述第一環(huán)形流道并使海水從所述第一環(huán)形流道內(nèi)圈噴出在所述第一環(huán)形流道內(nèi)圈形成負(fù)壓的第一驅(qū)動機構(gòu)，所述第一驅(qū)動機構(gòu)與所述第一環(huán)形流道相連。

4、深海稀土不同于傳統(tǒng)的海底礦石，深海稀土以泥漿的形式存在，傳統(tǒng)的采礦車不適用于該種類型的深海稀土采集。本發(fā)明中，針對深海稀土的特點，通過一離心式采集機構(gòu)用于采集深海稀土泥漿，主要工作原理如下：當(dāng)離心式采集機構(gòu)調(diào)整到合適高度后，其開口朝下，開啟第一驅(qū)動機構(gòu)，第一驅(qū)動機構(gòu)對海水增壓，使海水以高壓狀態(tài)進(jìn)入第一環(huán)形流道內(nèi)，第一環(huán)形流道的內(nèi)圈設(shè)有開口朝上（離心式采集機構(gòu)開口朝下這一狀態(tài)時）的海水噴出口，海水從海水噴出口高速向上噴出，根據(jù)伯努利原理，流速越大，壓強越小，因此會在第一環(huán)形流道的內(nèi)圈處會形成一個負(fù)壓區(qū)，深海稀土和海水的混合物只能流入，不會流出，深海稀土和海水會被抽吸至稀土儲存?zhèn)}內(nèi)。在抽吸過程中，深海稀土和海水充分混合，減少了海水的粘性，也便于后續(xù)的運輸。上述第一環(huán)形流道的內(nèi)圈開口的兩側(cè)即相當(dāng)于離心式采集機構(gòu)的出口和入口，上述第一驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式可不限，比如包括水泵和葉輪。

5、上述離心式深海稀土采集礦車中，優(yōu)選地，所述離心式采集機構(gòu)通過一用于調(diào)整其位置以改變所述第一環(huán)形流道朝向的迎流阻力調(diào)節(jié)裝置與所述采礦車本體相連，當(dāng)所述采礦車本體在采集深海稀土?xí)r，所述迎流阻力調(diào)節(jié)裝置使所述第一環(huán)形流道朝下設(shè)置，當(dāng)所述采礦車本體在水中行走時，所述迎流阻力調(diào)節(jié)裝置使所述第一環(huán)形流道朝向所述采礦車本體的行進(jìn)方向。離心式采集機構(gòu)通過一用于改變第一環(huán)形流道朝向的迎流阻力調(diào)節(jié)裝置和采礦車本體相連，可根據(jù)采集礦車的工作狀態(tài)靈活地調(diào)整離心式采集機構(gòu)的位置，優(yōu)化其性能，提高采集效率，減少能源的消耗。具體地，采集深海稀土?xí)r，調(diào)整第一環(huán)形流道朝下設(shè)置，有利于直接從海底吸取含有稀土的沉積物，提高深海稀土的采集效率；而在采集礦車行走時，調(diào)整第一環(huán)形流道與采礦車本體的行進(jìn)方向一致，第一環(huán)形流道入口處形成的負(fù)壓有利于抵消采集礦車行駛過程中水流對其的行走阻力，減小迎流阻力對采集礦車前進(jìn)的影響，確保其能夠在復(fù)雜海況下穩(wěn)定運行，減少因振動和沖擊造成的設(shè)備損壞，提高采集效率，動力消耗小，提高能源利用效率。上述迎流阻力調(diào)節(jié)裝置的具體結(jié)構(gòu)形式可不限，比如可采用適用于深海環(huán)境的液壓驅(qū)動缸等部件。

6、上述離心式深海稀土采集礦車中，優(yōu)選地，所述采礦車本體上設(shè)有用于存儲深海稀土的稀土存儲倉，所述離心式采集機構(gòu)通過輸送管道與所述稀土存儲倉相連，所述輸送管道靠近所述離心式采集機構(gòu)的一端為方向可調(diào)節(jié)的軟管。離心式采集機構(gòu)與稀土存儲倉通過輸送管道直接相連，可以實現(xiàn)連續(xù)采集和存儲，提高了作業(yè)效率；軟管允許輸送管道在不同作業(yè)條件下進(jìn)行調(diào)整方向，以適應(yīng)海底地形和作業(yè)需求。

7、上述離心式深海稀土采集礦車中，優(yōu)選地，所述輸送管道靠近所述稀土存儲倉的一端通過第一三通閥設(shè)有支路管道，當(dāng)所述采礦車本體在采集深海稀土?xí)r，所述第一三通閥控制所述支路管道關(guān)閉而所述輸送管道與所述稀土存儲倉之間的通道連通，使采集到的深海稀土順利進(jìn)入稀土存儲倉，當(dāng)所述采礦車本體在水中行走時，所述第一三通閥控制所述支路管道開啟而所述輸送管道與所述稀土存儲倉之間的通道關(guān)閉，使離心式采集機構(gòu)吸入的海水通過支路管道排出。通過第一三通閥的調(diào)控，可以根據(jù)采集礦車的工作狀態(tài)（采集或行走）靈活切換輸送管道與稀土存儲倉之間的連通狀態(tài)，確保采集時深海稀土能夠通過輸送管道進(jìn)入稀土存儲倉，避免采集礦車行走時過多的海水通過輸送管道進(jìn)入稀土存儲倉，提高稀土存儲倉的利用率。上述第一三通閥可采用現(xiàn)有常規(guī)設(shè)備。

8、上述離心式深海稀土采集礦車中，優(yōu)選地，所述稀土存儲倉內(nèi)設(shè)有攪拌裝置，所述稀土存儲倉內(nèi)設(shè)有泥漿濃度檢測裝置，所述支路管道的出口通過第二三通閥分支成第一分支和第二分支，所述第一分支與所述稀土存儲倉相連，所述第二分支水平設(shè)置，出口朝向為所述采礦車本體的行進(jìn)方向的相反方向；當(dāng)所述采礦車本體在水中行走時，所述第二三通閥依據(jù)所述泥漿濃度檢測裝置的檢測信息控制第一分支和第二分支的啟閉情況，當(dāng)所述泥漿濃度檢測裝置檢測到所述稀土存儲倉內(nèi)泥漿濃度高于設(shè)定閾值時，所述第一分支開啟（第二分支可開啟或關(guān)閉均可），當(dāng)所述泥漿濃度檢測裝置檢測到所述稀土存儲倉內(nèi)泥漿濃度不高于設(shè)定閾值時，所述第一分支關(guān)閉，所述第二分支開啟。稀土存儲倉內(nèi)設(shè)有攪拌裝置，可確保稀土存儲倉內(nèi)的稀土泥漿均勻混合，避免稀土元素沉積或分布不均，影響后續(xù)的深海稀土泵送工作；稀土存儲倉內(nèi)設(shè)有泥漿濃度檢測裝置，能夠?qū)崟r檢測稀土存儲倉內(nèi)泥漿的濃度；第二三通閥能夠依據(jù)泥漿濃度檢測裝置的檢測信息控制第一分支和第二分支的啟閉情況，具體地，當(dāng)泥漿的檢測濃度高于設(shè)定的閾值時，此時稀土存儲倉內(nèi)泥漿的濃度太高不滿足泵送要求，無法很好的將稀土通過泵送裝置送至海面上的采礦船，第二三通閥控制第一分支開啟（第二分支開啟或關(guān)閉），以向稀土存儲倉內(nèi)輸送海水，降低稀土存儲倉內(nèi)的泥漿濃度，以便于泵送裝置的輸送；當(dāng)稀土存儲倉內(nèi)的泥漿濃度不高于設(shè)定的閾值時，此時稀土存儲倉內(nèi)泥漿的濃度滿足泵送要求，第二三通閥控制第一分支關(guān)閉、第二分支開啟，控制輸送管道內(nèi)的海水水平向外排，外排方向與行進(jìn)方向相反，也利于采集礦車向前行駛。上述設(shè)置結(jié)構(gòu)簡單，能夠調(diào)節(jié)稀土存儲倉內(nèi)的泥漿濃度，防止稀土沉積或分布不均，更有利于后續(xù)稀土的泵送工作。上述閾值可以根據(jù)泵送裝置對泥漿濃度的要求來調(diào)整，滿足泵送裝置要求的同時，最大化的保證稀土存儲倉存儲的稀土量。上述泥漿濃度檢測裝置和第二三通閥可采用現(xiàn)有常規(guī)設(shè)備，其二者信號聯(lián)鎖，上述泵送裝置和攪拌裝置也可采用現(xiàn)有常規(guī)設(shè)備。

9、本發(fā)明中，可以通過支路管道靈活的調(diào)整稀土存儲倉內(nèi)泥漿的濃度，還能減少采集礦車的行駛阻力。在調(diào)整稀土存儲倉內(nèi)泥漿的濃度時，還可配合后續(xù)的流體加速機構(gòu)來調(diào)整，如果稀土存儲倉內(nèi)泥漿的濃度偏低時，可不啟動后續(xù)的流體加速機構(gòu)，以免吸入過多的海水。

10、上述離心式深海稀土采集礦車中，優(yōu)選地，所述輸送管道上還設(shè)有用于增加所述輸送管道內(nèi)流體流速的流體加速機構(gòu)，所述流體加速機構(gòu)包括第二環(huán)形流道和用于吸入海水到所述第二環(huán)形流道并使海水從所述第二環(huán)形流道內(nèi)圈噴出在所述第二環(huán)形流道內(nèi)圈形成負(fù)壓的第二驅(qū)動機構(gòu)，所述第二驅(qū)動機構(gòu)與所述第二環(huán)形流道相連。上述流體加速機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式可與離心式采集機構(gòu)相同，作用原理均是在環(huán)形流道內(nèi)圈形成負(fù)壓，以促進(jìn)輸送管道內(nèi)的流體加速向前運動。利用第二環(huán)形流道和第二驅(qū)動機構(gòu)吸入并噴出海水形成負(fù)壓，能夠優(yōu)化流體動力學(xué)性能，提高管道內(nèi)稀土混合物的流速，增強稀土采集效率，同時減少輸送過程中的能量損失，提高整個深海稀土采集系統(tǒng)的工作效率和經(jīng)濟性。上述第二環(huán)形流道相當(dāng)于裝設(shè)方式相當(dāng)于在輸送管道上開設(shè)一個開口，再將第二環(huán)形流道裝設(shè)在開口處，第二環(huán)形流道的內(nèi)圈進(jìn)口和出口分別對接開口的兩側(cè)，上述第二環(huán)形流道的內(nèi)圈設(shè)有開口朝向稀土存儲倉的海水噴出口，使第二環(huán)形流道內(nèi)的海水快速噴出以形負(fù)壓，上述第二環(huán)形流道內(nèi)圈的海水噴出口噴出海水的噴出方向是指輸送管道內(nèi)流體的流動方向，即由第二環(huán)形流道內(nèi)圈噴向稀土存儲倉該方向。上述第二環(huán)形流道和第二驅(qū)動機構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)形式可與第一環(huán)形流道和第一驅(qū)動機構(gòu)類似。

11、上述離心式深海稀土采集礦車中，優(yōu)選地，所述第一環(huán)形流道的內(nèi)圈入口處設(shè)有篩網(wǎng)。篩網(wǎng)可以有效地篩除深海稀土軟泥外的粒徑較大的固體雜質(zhì)，防止它們進(jìn)入輸送管道，提高采集效率和深海稀土的采集純度。

12、上述離心式深海稀土采集礦車中，優(yōu)選地，所述采礦車本體包括車架、用于驅(qū)動采礦車行走的履帶行走機構(gòu)和用于調(diào)節(jié)離心式采集機構(gòu)采集高度的伸縮式調(diào)節(jié)裝置，所述車架通過所述伸縮式調(diào)節(jié)裝置安裝在所述履帶行走機構(gòu)上。履帶行走驅(qū)動機構(gòu)為采礦車提供驅(qū)動力，確保采礦車能夠在在松軟、不平坦的深海地形上行駛；伸縮式調(diào)節(jié)裝置可以根據(jù)不同海域的稀土資源分布和采集需求，調(diào)節(jié)離心式采集機構(gòu)的采集高度以適應(yīng)不同的工作環(huán)境和采集需求，增強離心式采集機構(gòu)的可靠性，確保采礦車前進(jìn)方向的礦石能夠悉數(shù)開采。

13、作為一個總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種深海稀土采集系統(tǒng)，包括采礦船、泵送裝置和上述的離心式深海稀土采集礦車，所述采礦船通過所述泵送裝置與所述離心式深海稀土采集礦車相連。泵送裝置可以直接將離心式稀土采集礦車采集的深海稀土泵送到采礦船上，起一個中轉(zhuǎn)的作用，增加了作業(yè)的連續(xù)性，提高了采集效率。

14、作為一個總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種利用上述的離心式深海稀土采集礦車進(jìn)行深海稀土采集的開采方法，包括以下步驟：

15、s1：使所述采礦車本體到達(dá)指定開采區(qū)域，通過所述迎流阻力調(diào)節(jié)裝置使所述第一環(huán)形流道朝下設(shè)置，開啟所述離心式采集機構(gòu)采集深海稀土；

16、s2：當(dāng)前開采區(qū)域開采完成后，移動所述采礦車本體到達(dá)下一塊開采區(qū)域，所述采礦車本體移動過程中，通過所述迎流阻力調(diào)節(jié)裝置使所述第一環(huán)形流道朝向所述采礦車本體的行進(jìn)方向，以減緩迎流阻力，直至到達(dá)下一塊開采區(qū)域；

17、s3：重復(fù)步驟s1-s2，完成所有開采區(qū)域的開采。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

19、本發(fā)明的離心式深海稀土采集礦車，采用離心式采集機構(gòu)進(jìn)行深海稀土采集，利用第一環(huán)形流道形成負(fù)壓，深海稀土和海水會被向上吸引而被采集，能夠高效地采集深海稀土泥漿，提高采集效率，該種采集方式特別適用于深海稀土的采集，克服了傳統(tǒng)采礦車不能用于深海稀土采集的缺陷，有利于深海稀土采集行業(yè)的發(fā)展。