[发明专利]一种双船形式的微能耗吊装深海采矿系统

说明书

本发明公开了一种双船形式的微能耗吊装深海采矿系统，包括设置在两艘水面综合船之间的缆绳，每艘水面综合船包括动力定位螺旋桨、重型吊杆、置换物和内侧箱体；置换物的密度大于预采矿物的密度；缆绳的两端分别绕过每艘水面综合船的船首侧的导向滑轮后与一个吊装矿箱连接；吊装矿箱上设有均与供电模块相连的位姿传感器、稳定姿态螺旋桨和信息处理器；位姿传感器将采集到的原始数据反馈给信息处理器，信息处理器融合解算得到所吊装矿箱的位移姿态，通过控制水下推进器，进而控制吊装矿箱的运动。本发明系统可实现对深海矿物的高效率开采，解决了深海采矿稳定性差、效率低等技术难题，为深海采矿工程实际提供参考和借鉴。

技术领域

本文发明涉及的是一种深海采矿领域的装备系统，具体来说，涉及的是一种双船形式的微能耗吊装深海采矿系统。

背景技术

深海蕴藏着大量的矿产资源，海底矿物中富含镍、钴、铜、锰及贵金属金、银等，总储量为陆地的几十倍到几千倍。目前，国际海底管理局(ISA)已核准包括中国、法国、日本、俄罗斯、英国、德国、韩国、印度等国的国际海底矿区勘探申请总计27份。其中，中国大洋矿产资源研究开发协会(简称“大洋协会”)分别于2001年、2011年和2014年与ISA签订了太平洋C-C区多金属结核、西南印度洋热液硫化物、西太平洋富钴结壳等三份矿区勘探合同。2015年，中国五矿集团公司获得了太平洋C-C区多金属结核保留区矿区勘探权的核准。约有一半的海底矿产由专属经济区(EEZ)的所属国家控制。超过各国管辖其它海域由联合国国际海底管理局(ISA)管理，世界各国都可以通过国际海底管理局申请勘探开发海洋。国际海底区域内的资源是人类共同财产，遵循“谁有能力谁先开发”的原则。美国、欧洲、日本等发达国家和地区已经掌握深海矿产资源开发的关键技术，一旦解决海底环保问题，将可择机开展商业化开采。我国还处于深海矿产资源开发的起步阶段，深海矿产开采系统设计、关键技术装备研制等与发达国家仍存在一定差距。

现有采矿方法主要有铲斗式、连续绳斗式、穿梭艇式和管道提升式。铲斗式采矿系统由采矿船、拖缆、拖斗三部分组成，铲斗被自由下放到海床，在海底拖动铲斗，载满结核矿物后收回，该采矿系统可能会勾住海底，危险性高、可操作性差，而且受制于绳索强度铲斗容积小，导致采集效率低，难以实现商业开采的目标；连续绳斗式采矿系统由采矿船、拖缆、牵斗、牵引机组成，该采矿系统在海底的运动姿态无法控制、绳索易缠结导致危险性较高，绳斗容积小且上端开口导致采矿效率和资源回收率低；穿梭艇式采矿系统由类似潜艇的穿梭艇下潜到海床表面采取结合类矿物，装满后到水面上卸载，该采矿方案造价高、现有材料性能不满足要求、系统动力的问题难以解决，而且可变成本高、投资回收期长；管道提升式系统主要包括扬矿动力泵(水力式、气力式)、输送软管、中继仓、扬矿管(硬管)、升沉补偿装置、控制阀、接头和存储舱等部分，该系统比较复杂、元件繁多、水下管道部分动力学扰动难以控制，对大产能的商业开采系统而言，正排量泵水力提升系统符合海上作业废水排放的环保要求，但存在粗颗粒过流问题。

经过对现有的技术文献的调研发现，现阶段的采矿方式不仅存在经济性差、操作性差、不满足环保要求等问题。并且随着采矿深度的不断增加，深海采矿装备功率越来越大，电机功率可达数兆瓦级，与陆地电网相比，船舶电网容量非常小，大功率电机直接启动会对船舶电网造成严重冲击，大功率采矿能耗还会极大缩短采矿续航时间，目前已有技术采用晶闸管式的软启动装置来启动电机，存在电机无法启动、电压谐振、脐带缆绝缘击穿等诸多电力供应问题，无法满足深海采矿的工程技术需求。因此亟待发明一种双船形式的微能耗吊装深海采矿系统，实现技术突破。

发明内容

针对现有深海采矿系统的运营成本高、采矿效率低和技术难度大等不足，本发明提出了一种双船形式的微能耗吊装深海采矿系统。该系统可实现对深海矿物的高效率开采，解决了深海采矿稳定性差、效率低等技术难题，为深海采矿工程实际提供参考和借鉴。