[发明专利]一种深海锰结核上扬力预测方法

说明书

本发明涉及一种深海锰结核上扬力预测方法。该方法的工作原理是利用水举、气举等方法提升锰结核时，需要克服锰结核与底部海床土体之间的粘聚力、周边与海床土体之间的界面剪切力、底部受到的真空吸力，以及自身重力才能产生上扬，即上述四个力之和为总上扬力。本发明具有结构简单、实施方便和结果可靠的优点。

技术领域

本发明涉及深海资源开发领域，具体涉及一种深海锰结核上扬力预测方法。

背景技术

深海锰结核是一种重要的矿产资源，其开采是一个高新技术密集的领域，涉及到集矿、扬矿、筛矿等核心技术。其中，在扬矿过程中，锰结核需要克服水土阻力进行上扬，即开采需要的上扬力是一个重要参数。迄今为止，对于锰结核上扬力基本基于经验进行确定，缺乏相关理论方法进行指导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深海锰结核上扬力预测方法，具有结构简单、实施方便和结果可靠的优点。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种深海锰结核上扬力预测方法，包括如下步骤：

(1)确定锰结核的水下有效重力G'；

(2)确定锰结核的等效粒径d；

(3)确定锰结核的埋置深度H；

(4)确定锰结核周围海床土体的粘聚力c；

(5)确定出海床土体的不排水抗剪强度c_u；

(6)确定出锰结核底部克服海床土体粘聚力而需要的上扬力T₁；

(7)确定锰结核周边克服海床土体界面剪切力而需要的上扬力T₂；

(8)确定锰结核克服底部真空吸力而需要的上扬力T₃；

(9)确定总的锰结核上扬力T。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明的工作原理是利用水举、气举等方法提升锰结核时，需要克服锰结核与底部海床土体之间的粘聚力、周边与海床土体之间的界面剪切力、底部受到的真空吸力，以及自身重力才能产生上扬，即上述四个力之和为总上扬力。本发明具有结构简单、实施方便和结果可靠的优点。

具体实施方式

下面，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明一种深海锰结核上扬力预测方法，包括如下步骤：

(1)确定锰结核的水下有效重力G'。

取典型尺度的锰结核，在实验室里称取其质量，测量出其体积V，将质量除以体积，得到密度ρ，然后计算出水下有效重力G'＝(ρ-ρ_w)gV

其中，ρ_w为海水密度，取1.025g/cm³，g为重力加速度。

(2)确定锰结核的等效粒径d。

(3)确定锰结核的埋置深度H。

利用水下机器人测量出锰结核在海底面以上的高度H₀，埋置深度H＝d-H₀。

(4)确定锰结核周围海床土体的粘聚力c。

在海床内取典型原状土样，运回实验室进行直剪试验，测试出其粘聚力c。

(5)确定出海床土体的不排水抗剪强度c_u。

在取出的典型土样内，利用微型十字板剪切仪测试出其不排水抗剪强度c_u。