[发明专利]一种海底表面固体矿物取样装置及取样方法

说明书

技术领域

本发明涉及海底采矿技术领域，尤其涉及一种海底表面固体矿物取样装置及取样方法。

背景技术

随着陆地矿产资源的日益枯竭，海洋资源越来越受到各国的重视，占地球表面71％的海洋蕴藏着丰富的矿产资源，是世界矿产资源的重要储备，现已探明具有商业开采价值的海洋矿产资源主要有多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等，富钴结壳与多金属硫化物大多附着于海底表面，并一般依微地形起伏，在其底下为基岩，对这两种矿物进行取样时首先要对其进行铣挖破碎，然后利用采集机构进行采集，对其破碎一般采用铣刨鼔，采集多用水力采集，常用的采集工具为泥浆泵。经过破碎和采集后的矿物被存入取样装置的料箱当中，随取样装置回收至科考船甲板。

海底固体矿物取样装置因矿物微地形复杂，在铣挖破碎过程中容易出现铣挖阻力时大时小的情况，铣挖阻力瞬时增大，容易将铣挖马达逼停。另一方面，对破碎后散落在海底表面的矿物进行采集主要由机械式采集和水力式采集。现主流用的最多的采集方式是水力采集，但通过水泵进行采集时，由于被采集矿物相对静止在海底表面，不利于水泵抽吸采集，采集效率低下。这两个方面是制约海底表面矿物取样装置取样效率的重要因素。

综上所述，现有的海底固体矿物取样装置对地形适应能力差和铣挖头或铣刨鼓在铣挖破碎过程中容易出现卡死，成了本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种海底表面固体矿物取样装置及取样方法，旨在解决现有海底固体矿物取样装置存在地形适应能力差和铣挖头或铣刨鼓在铣挖破碎过程中容易出现卡死的现象。

为了实现上述目的，本发明提供一种海底表面固体矿物取样装置，所述海底表面固体矿物取样装置包括主体架、轨道车、破碎采集装置、牵引装置、声学成像系统和液压系统，

所述主体架是整个取样装置的结构主体，用于安装所述轨道车、所述破碎采集装置、所述牵引装置、所述声学成像系统和所述液压系统，

所述轨道车安装在所述主体架上，包括用于安装所述声学成像系统的声学基阵轨道车和用于安装所述破碎采集装置的破碎采集装置轨道车，

所述破碎采集装置在所述液压系统的驱动下，通过牵引装置的牵引，以及所述轨道车的导引，进行破碎采集作业，所述声学成像系统与破碎采集装置相配合扫描出取样装置底下的微地形，反馈信息到所述破碎采集装置，通过所述牵引装置调节水平位移和通过位移油缸调节升降位移实现自适应地形的海底表面固体矿物取样。

优选地，所述破碎采集装置包括上下两部分，所述破碎采集装置上部有渣浆泵和料箱，所述渣浆泵上安装有泵吸马达，所述渣浆泵通过输料管与所述料箱连通，所述料箱上配合有料箱盖，

所述破碎采集装置下部有铣挖滚筒和铣挖马达，所述铣挖滚筒为圆柱形，有铣挖刀具均匀分布于所述铣挖滚筒表面，所述铣挖滚筒与所述铣挖马达相连，安装在集料罩上，所述铣挖滚筒的一半在所述集料罩内，另一半露在所述集料罩外面，所述集料罩顶部与所述渣浆泵的进口相连，在所述集料罩的两边固定有牵引座，牵引座用于与位移油缸相连接，所述位移油缸与所述轨道车相连，用于控制所述破碎采集装置运动。

优选地，所述铣挖刀具呈螺旋状分布于所述铣挖滚筒表面。

优选地，所述液压系统包括液压站和阀箱，所述液压站的动力液流经过所述阀箱后通往取样装置的各个油缸和液压马达，驱动取样装置作业机构作业。

优选地，所述牵引装置包括钢丝绳、定滑轮、钢丝盘和两个液压马达，所述钢丝绳的一端与所述轨道车相连，另一端绕过所述定滑轮后与所述钢丝盘相连，所述钢丝盘由所述液压马达驱动旋转。

优选地，所述牵引装置的数量为两套，所述两套牵引装置的钢丝绳、定滑轮、钢丝盘、液压马达均呈两端对称布置，两侧所述液压马达为进出油口反接串联形式，即出口相连，所述液压马达的进油口分别接在所述阀箱上。

优选地，所述声学成像系统包括安装在所述轨道车上的声学基阵和安装在电子仓内部控制基阵的基阵控制器，所述声学基阵与所述位移油缸相连接，所述位移油缸安装在所述轨道车上。

优选地，所述海底表面固体矿物取样装置还包括监控系统，所述监控系统包括视频监视组件和控制组件，在所述主体架上安装有若干灯和摄像头，用于观测取样装置在海底的工作情况。

优选地，所述主体架顶部设置有与海洋装备专用承重头相连的连接接口。

为了实现上述目的，本发明提供一种前述的海底表面固体矿物取样装置的取样方法，包括如下步骤：