一種海底集礦車及其集礦方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海底浮式集礦裝置及其集礦方法，特別是涉及一種環(huán)保高效節(jié)能的海底集礦車及其集礦方法。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋是地球上尚未被人類充分認識和利用的最大潛在資源基地。除海洋石油氣資源和海濱礦砂外，海底目前已知有商業(yè)開采價值的還有多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼和多金屬硫化物等金屬礦產(chǎn)資源。這些礦物中富含鎳、鈷、銅、錳及金、銀金屬等，總儲量分別高出陸上相應(yīng)儲量的幾十倍到幾千倍。2013年我國又正式獲得一塊太平洋富鈷結(jié)殼礦區(qū)。顯然，深海礦產(chǎn)資源的開發(fā)必須依賴深海集礦裝備進行。2015年5月110日公布的《中國制造2025》為“制造強國”戰(zhàn)略指明了方向，把“海洋工程裝備及高科技船舶”歸為重點突破的十大戰(zhàn)略領(lǐng)域之一，著重進行先進海洋工程裝備的研發(fā)和國有化。
[0003]現(xiàn)在國際普遍的集礦技術(shù)可分為兩種:一是機械式開采，它利用長的鏈斗或海底機器人把海底表面的礦石收集起來，然后運用傳送帶提上來。由于的深海地形，深海動力、深海通信等，該方式工作范圍，工作效率受到嚴重的限制；二是浮式開采，它利用高速對射水流把海底礦石吹起，通過栗和管道以水力或氣力方式將礦石從海底提升，該方式受深海環(huán)境影響較小，但耗能大，采集的礦石中泥漿多，對深海生態(tài)造成的影響較大。
[0004]綜上所述，為改善原有海底集礦裝備的生產(chǎn)效率低、耗能大、對海床生態(tài)破壞嚴重等不足，本發(fā)明提出一種海底集礦車及其集礦方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之目的在于提供一種海底集礦車及其集礦方法，相比于原有海底集礦裝備，其更環(huán)保、高效、節(jié)能、可靠。
[0006]為達上述及其它目的，本發(fā)明提出一種海底集礦車，該海底集礦車包括水射流噴嘴(1)、吸礦罩⑵、螺旋導(dǎo)流板(3)、礦漿栗(4)、承壓貯礦箱(5)、中繼艙輸送管道(9)、集礦車箱體(10)，所述水射流噴嘴(1)位于集礦車下部，所述吸礦罩(2)、螺旋導(dǎo)流板(3)、礦漿栗(4)、承壓貯礦箱(5)位于所述集礦車箱體(10)內(nèi)緊密布置，所述水射流噴嘴(1)呈一定縱向和橫向的傾斜角度沿吸礦罩(2)底部緊密布置若干組以噴射出最利于礦物提升的螺旋流，所述螺旋導(dǎo)流板(3)沿著螺旋線鑲嵌于所述吸礦罩(2)內(nèi)側(cè)，所述礦漿栗(4)通過礦漿栗管道連至所述吸礦罩(2)，以在吸礦罩(2)內(nèi)形成局部負壓、在螺旋導(dǎo)流板(3)的導(dǎo)流作用下形成向上流動的豎軸漩渦，所述礦漿栗(4)通過所述中繼艙輸送管道(9)將所集礦物輸送至中繼艙，所述礦漿栗(4)還連接所述承壓貯礦箱(5)。
[0007]進一步地，所述承壓貯礦箱(5)內(nèi)部布置有防止礦物顆粒以及較大粒徑泥沙顆粒通過的過濾網(wǎng)(6)和防止箱內(nèi)壓力過大或過小的壓力閥門(7)，所述承壓貯礦箱(5)通過一增壓栗(8)連至吸礦罩(2)，通過過濾網(wǎng)(6)的海水以及少量小于水射流噴嘴口徑的固態(tài)顆粒從所述承壓貯礦箱(5)內(nèi)流入增壓栗(8)，并最終通過水射流噴嘴(1)噴射出去用于對礦物顆粒的提升。
[0008]進一步地，所述壓力閥門(7)在承壓貯礦箱(5)壓力過大或者過小時開啟，實現(xiàn)管道排水泄壓或者抽水升壓的功能。
[0009]進一步地，所述水射流噴嘴(1)呈一定縱向和橫向的傾斜角度沿吸礦罩(2)底部緊密圓周對稱布置若干組。
[0010]進一步地，布置有水射流噴嘴(1)的吸礦罩(2)可實現(xiàn)上升下降、各個角度的傾斜。
[0011]為達到上述目的，本發(fā)明還提供一種海底集礦車的集礦方法，包括如下步驟:
[0012]步驟一，將水射流噴嘴(1)呈一定縱向和橫向的傾斜角度沿吸礦罩(2)底部緊密布置若干組，采用連續(xù)射流或脈沖射流的方式將海床上的錳結(jié)核或富鈷結(jié)殼顆粒吹起一定高度；
[0013]步驟二，將螺旋導(dǎo)流板(3)沿著螺旋線鑲嵌于吸礦罩(2)內(nèi)側(cè)，礦漿栗⑷在吸礦罩(2)內(nèi)形成局部負壓，在螺旋導(dǎo)流板(3)的導(dǎo)流作用下形成向上流動的豎軸漩渦，在吸礦罩(2)內(nèi)形成的龍卷風(fēng)式渦流，壓強由四周向中間，由下向上逐漸變小，錳結(jié)核或富鈷結(jié)殼顆粒在壓力差作用下向心集聚并旋升，從而實現(xiàn)集礦；
[0014]步驟三，承壓貯礦箱(5)逆時針轉(zhuǎn)動，囤礦一側(cè)抬高向礦漿栗管道傾斜，增壓栗(8)處管道口關(guān)閉后礦漿栗(4)反向啟動，箱內(nèi)壓力逐漸減小至壓力閥門(7)開啟，集礦車箱外部的水通過管道流入承壓貯礦箱(5)內(nèi)進行升壓補償同時攜帶高密度礦物顆粒通過礦漿栗(4)最終由中繼艙輸送管道(9)全部輸送至中繼艙。
[0015]進一步地，于步驟三中，于承壓貯礦箱(5)內(nèi)部布置防止礦物顆粒以及較大粒徑泥沙顆粒通過的過濾網(wǎng)出)，通過過濾網(wǎng)出)的海水以及少量小于水射流噴嘴口徑的固態(tài)顆粒從承壓貯礦箱(5)內(nèi)流入增壓栗(8)，最終通過水射流噴嘴(1)噴射出去用于對礦物顆粒的提升。
[0016]進一步地，于步驟三中，若承壓貯礦箱(5)內(nèi)的壓力滿足水射流噴嘴⑴噴射速度要求，則增壓栗(8)不工作；若承壓貯礦箱(5)內(nèi)的壓力小于水射流噴嘴(1)噴射速度要求，增壓栗(8)啟動保證水射流噴嘴(1)噴射速度適宜。
[0017]進一步地，若過濾網(wǎng)(6)出現(xiàn)堵塞情況，貫通的承壓貯礦箱(5)內(nèi)壓強會逐漸下降直到壓力閥門(7)啟動，海水通過管道流入保證水射流噴嘴(1)正常工作的同時，位于過濾網(wǎng)(6)內(nèi)的礦物顆粒游不會從承壓貯礦箱(5)內(nèi)溢出。
[0018]進一步地，于步驟一中，所述水射流噴嘴(1)呈一定縱向和橫向的傾斜角度沿吸礦罩(2)底部緊密圓周對稱布置若干組。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種海底集礦車及其集礦方法，采用低強度大流量水射流技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)工業(yè)的高強度水射流，可減少集礦過程中對海床表面的沖刷擾動，水射流噴嘴群噴射形成的環(huán)形水鏈可有效減弱集礦過程中揚起的泥沙的擴散，集礦效率獲得了極大的提高，并為海底集礦節(jié)約了成本。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明一種海底集礦車的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明一種海底集礦車的集礦方法的步驟流程圖。
【具體實施方式】
[0022]以下通過特定的具體實例并結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)亦可基于不同觀點與應(yīng)用，在不背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾與變更。
[0023]圖1為本發(fā)明一種海底集礦車的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明一種海底集礦車，包括:水射流噴嘴(1)、吸礦罩(2)、螺旋導(dǎo)流板(3)、礦漿栗(4)、承壓貯礦箱(5)、過濾網(wǎng)(6)、壓力閥門(7)、增壓栗(8)、中繼艙輸送管道(9)、集礦車箱體(10)
[0024]其中，水射流噴嘴(1)位于集礦車下部，其余的吸礦罩(2)、螺旋導(dǎo)流板(3)、礦漿栗(4)、承壓貯礦箱(5)、過濾網(wǎng)(6)、壓力閥門(7)、增壓栗⑶位于集礦車箱體(10)內(nèi)緊密布置，集礦車在礦區(qū)緩速行駛。
[0025]水射流噴嘴(1)呈一定縱向和橫向的傾斜角度沿吸礦罩(2)底部緊密圓周對稱布置若干組以期噴射出最利于礦物提升的螺旋流，采用連續(xù)射流或脈沖射流的方式將海床上的錳結(jié)核或富鈷結(jié)殼顆粒吹起一定高度，同時，由水射流噴嘴(1)群噴射形成的環(huán)形水鏈可有效減弱集礦過程中揚起的泥沙的擴散，螺旋導(dǎo)流板(3)沿著螺旋線鑲嵌于吸礦罩
(2)內(nèi)側(cè)，礦漿栗(4)在吸礦罩(2)內(nèi)形成局部負壓，在螺旋導(dǎo)流板(3)的導(dǎo)流作用下形成向上流動的豎軸漩渦。為保證集礦車在高低不平、傾斜的海床礦區(qū)上擁有較高的集礦效率，布置有水射流噴嘴(1)的吸礦罩(2)可實現(xiàn)上升下降、各個角度的傾斜，從而保證水射流噴嘴(1)和吸礦罩(2)誘導(dǎo)出的龍卷風(fēng)式渦流流場與礦物顆粒的相對位置維持穩(wěn)定，集礦效率獲得極大的提高。
[0026]在吸礦罩⑵內(nèi)形成的龍卷風(fēng)式渦流，壓強由四周向中間，由下向上逐漸變小，錳結(jié)核或富鈷結(jié)殼顆粒在壓力差作用下向心集聚并旋升，從而實現(xiàn)集礦，漩渦的形成將會降底海床表面礦物顆粒臨界啟動速度的20 %以上，從而在同種工況和集礦狀態(tài)下，本發(fā)明需要較小的水射流噴射和礦漿栗抽吸強度，從而減少了集礦過程中裝備對海底的擾動。
[0027]承壓貯礦箱(5)的結(jié)構(gòu)強度高，能承受一定高壓或低壓?？臻g尺寸設(shè)計成儲備一次集礦任務(wù)的礦物顆粒。承壓貯礦箱(5)內(nèi)部布置有防止礦物顆粒以及較大粒徑泥沙顆粒通過的過濾網(wǎng)(6)和防止箱內(nèi)壓力過大或過小的壓力閥門(7)。壓力閥門(7)在承壓貯礦箱(5)壓力過大或者過小時開啟，實現(xiàn)管道排水泄壓或者抽水升壓的功能。抽水升壓的情況出現(xiàn)在集礦車完成一次集礦任務(wù)返回中繼艙后的瀉礦過程。承壓貯礦箱(5)逆時針轉(zhuǎn)動，囤礦一側(cè)抬高向礦漿栗管道傾斜，增壓栗⑶處管道口關(guān)閉后礦漿栗⑷反向啟動，箱內(nèi)壓力逐漸減小至壓力閥門(7)開啟，集礦車箱外部的水通過管道流入承壓貯礦箱(5)內(nèi)進行升壓補償同時攜帶高密度礦物顆粒通過礦漿栗(4)最終由中繼艙輸送管道(9)全部輸送至中繼艙進行分礦等初步處理后集中輸送到水面母船上。
[0028]通過過濾網(wǎng)￠)的海水以及少量小于水射流噴嘴口徑的固態(tài)顆粒從承壓貯礦箱
(5)內(nèi)流入增壓栗(8)，最終通過水射流噴嘴(1)噴射出去用于對礦物顆粒的提升，實現(xiàn)綜合利用礦漿栗抽吸、噴射的能量，為海底集礦節(jié)約成本。
[0029]若承壓貯礦箱(5)內(nèi)的壓力滿足水射流噴嘴(1)噴射速度要求，則增壓栗(8)不工作，若承壓貯礦箱(5)內(nèi)的壓力小于水射流噴嘴(