[发明专利]深海多金属结核区域富集装备系统及运行方法

说明书

本发明公开了一种深海多金属结核区域富集装备系统，包括中控集矿机构，中控集矿机构通过悬挂控制机构与电驱式独立采集机构连接，悬挂控制机构设置于电驱式独立采集机构上；当系统处于集矿区域时，悬挂控制机构收紧线缆，使得电驱式独立采集机构提升依附在中控集矿机构的四个顶角，由中控集矿机构控制富集装备系统行走；当系统处于矿产富集区域时，悬挂控制机构放出线缆，电驱式独立采集机构由中控集矿机构的四周向外部行走，按指定采集路径进行区域采集。本发明还公开了该系统的运行方法。本发明能灵活布控采矿区域，进行全方位、多地形、多区域采集，在减小对海洋环境扰动的前提下，极大地提高多金属结核的富集效率，并实现对矿石品质的评估。

技术领域

本发明涉及一种深海采矿作业技术，尤其是一种深海多金属结核区域富集装备系统及运行方法。

背景技术

随着世界经济的高速发展，日渐枯竭的陆地矿产资源逐渐无法满足人们的需要，占地球表面积71％的海洋资源越来越受到各国的重视。海洋中蕴含着丰富的矿产资源和生物资源，海底主要的矿产资源主要有多金属硫化物、多金属结核和富钴结壳。其中，多金属结核含有锰、铜、镍和钴等76种金属元素，多赋存于水深3000-6000m深的海底，且仅赋存于海底0-25cm表层稀软土中，开采环境恶劣，其大多呈面式分散分布，面富集程度约6-10 kg/m²，赋存土体抗剪强度低（0-6kPa），承载能力差，且极易受到扰动。

然而，目前的开采方式存在诸多问题：由于海底环境的特殊性和复杂性，目前的海底采矿车形式和集矿方式对地形适应能力和越障能力较差，不利于多区域、多地形开展采矿工作，极大地提高了采集多金属结核的难度，使得多金属结核富集效率低下；不科学的路径规划和区域划分，导致采矿车工作时对海底土体环境造成较大扰动，形成的羽状流会对海洋生态环境造成污染破坏；对矿区多金属结核的分布情况、覆盖率、粒径、品质等评估不完全不利于采矿工作进一步开展。因此，合理规划采集路径和开采方式，提高多金属结核富集效率，提高海底采矿车对地形的适应能力，采取一种多地形、多区域条件下的采集方式，并实现对矿区多金属结核的有效评估，同时尽可能地减小对深海土体的扰动，保护海底矿区生态平衡，提高海底矿产资源采集效率成为亟待解决的难题。

中国专利申请CN 111577288 A公开了一种深海多金属结核近底拖曳采矿系统及方法，本系统包括水面支持船舶、水下近底采矿平台、海底采集系统；水面支持船舶上的塔吊吊装有主扬矿管道，主扬矿管道的下端与水下近底采矿平台相接，水下近底采矿平台通过拖拽管道与海底采集系统相连接，海底采集系统包括多组相互铰接的水力式采集单元，多组水力式采集单元组成宽幅采集头；本方法为：由水下近底采矿平台将高压水送到海底采集系统内，进行高压水射流式采集矿石，并由水下近底采矿平台将矿石抽吸回，再将矿石送到主扬矿管道内，使矿石被提升至海面的水面支持船舶上。

中国专利申请CN109973096 A公开了一种深海多金属结核矿采矿作业系统，提矿立管系统包括提矿立管和泥浆泵；提矿立管的顶端和采矿平台连接，提矿立管的底端通过万向节和坐底式矿物接驳处理中心相连；坐底式矿物接驳处理中心内部设置有多自由度平台，多自由度平台自上而下依次设置有废料库和新料库，废料库出口和新料库入口处的上输送带和下输送带的端部通过采矿机器人相衔接；多自由度平台的正下方相对应设置有多个扇形采矿区域，采矿机器人在扇形采矿区域内运行作业。

中国专利申请CN 113047841 A公开一种多金属结核非连续链斗式深海采矿系统，所述采矿系统包括：水上作业单元，所述水上作业单元包括相配合设置的作业母船、动力平台和带多个链轮的运输船；水下提升链斗单元，所述水下提升链斗单元包括设置在运输船链轮上的链式绳缆，在链式绳缆上设有链斗和传感器，以监测链式绳缆的受力情况，在链式绳缆的底部还设有海底支撑；海底操作单元，所述海底操作单元包括设置在海底的多个采矿车；电气控制单元，所述电气控制单元包括充电桩和控制器，在控制器内设有监测单元和通信单元，所述监测单元集成于充电桩，所述通信单元集成于充电桩，所述通信单元包括水声通信和光电复合缆，所述充电桩与采矿车电气连接。