深海采礦技術(shù)

深海采礦技術(shù)深海采礦技術(shù)海洋采礦的技術(shù)難度工藝過程

集礦機將賦存在大面積洋底的結(jié)核采集起來，經(jīng)過脫泥、破碎、經(jīng)軟管保送到水下中間平臺的中繼料倉里，然后由給料機將結(jié)核給入揚礦主管道，由提升泵將其提升到洋面采礦船上。技術(shù)難度結(jié)核賦存在4000～6000米深的洋底，開采過程必需全部實現(xiàn)遙測遙控；洋底地形地貌相當(dāng)復(fù)雜，洋底表層為剪切強度僅0~3Kpa的軟泥層，并有海底洋流的影響；整個采礦系統(tǒng)是在復(fù)雜的海洋氣候和海洋環(huán)境下作業(yè)，必需進展準(zhǔn)確系統(tǒng)的導(dǎo)航定位和堅持整個系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定；

技術(shù)難度在高壓條件下的密封、絕緣技術(shù)難度很大；整個系統(tǒng)各組成單元的聯(lián)接安裝必需保證可靠而快速的聯(lián)接和裝配；保證軟管內(nèi)礦石保送通暢是一個非常重要而復(fù)雜的問題；整個系統(tǒng)的可靠性要求極高，能及時診斷和自處置；環(huán)境維護問題。

深海多金屬結(jié)核的

開采系統(tǒng)結(jié)核開采的根本義務(wù)

按產(chǎn)業(yè)消費規(guī)模，從5000-6000米的深海底，將多金屬結(jié)核延續(xù)、高效地采集并保送到海面采礦船上；

開采系統(tǒng)和設(shè)備不但技術(shù)上可行，而且具有高度的可靠性、先進性和經(jīng)濟性。結(jié)核開采技術(shù)方案

用拖網(wǎng)型的集礦機搜集，用管道提升；

用鏟斗狀集礦機搜集，用繩子或鋼纜將鏟斗拉上來；用拖網(wǎng)型的集礦機搜集，用集礦機本身的浮力將之運至海面。海底拖撬系統(tǒng)

海底拖撬采礦系統(tǒng)延續(xù)鏈斗采礦系統(tǒng)(CLB)

單船式延續(xù)繩斗式采礦雙船式延續(xù)繩斗式采礦系統(tǒng)延續(xù)鏈斗采礦系統(tǒng)(CLB)

系統(tǒng)設(shè)備簡單、易于操作、維修方便、投資小、投產(chǎn)快等。優(yōu)點：缺陷：采礦效率和資源回收率低、作業(yè)受地形條件影響大、繩索易纏結(jié)等。自動穿越式采礦車采礦系統(tǒng)

20世紀(jì)80年代，法國對自動穿越式采礦車系統(tǒng)進展了研討嘗試。自動穿越式采礦車采礦系統(tǒng)

設(shè)備獨立、靈敏性好，采集效率較高，回采損失小，能大幅度提高結(jié)核產(chǎn)量。優(yōu)點：缺陷：要求非常先進的設(shè)備制造技術(shù)和遙控技術(shù)，造價很高，開發(fā)難度較大。

組成：集礦機保送軟管中間礦倉剛性揚礦管采礦船集礦機與揚礦管道結(jié)合的流體提升采礦系統(tǒng)

組成：集礦機保送軟管中間礦倉剛性揚礦管采礦船

作業(yè)過程集礦機在海底采集結(jié)核(能自動行走或由采礦船經(jīng)剛性管道拖拽行走)，采集的結(jié)核在集礦機內(nèi)清洗脫泥和破碎后，經(jīng)軟管保送到銜接于剛性揚礦管下端的中間礦倉，然后結(jié)核在剛性管道中以漿體方式被揚送到海面采礦船上。集礦機與揚礦管道結(jié)合的流體提升采礦系統(tǒng)

分類水力提升氣力提升輕介質(zhì)提升集礦機與揚礦管道結(jié)合的流體提升采礦系統(tǒng)

履帶式集礦機水下采礦航行器多金屬結(jié)核開采系統(tǒng)根本參數(shù)

系統(tǒng)消費才干年產(chǎn)量：干結(jié)核3×106t年限：20年延續(xù)開采富礦面積：2×104km2區(qū)域系統(tǒng)日、小時消費才干每年有效任務(wù)日：250d/a每天效作業(yè)時間：20h日額定產(chǎn)量：6000t/d小時額定產(chǎn)量：300t/h采礦系統(tǒng)的組成采礦體系的組成及功能

集礦機：在海底采集結(jié)核礦石，并進展初處置，向揚礦子系統(tǒng)供礦；揚礦子系統(tǒng)：將采集的結(jié)核礦石經(jīng)管道提升到海面采礦船；監(jiān)控子系統(tǒng)：定位、作業(yè)控制和管理；采礦船：深海采礦作業(yè)平臺，為海下設(shè)備提供支承、動力、設(shè)備存放和維修，同時完成結(jié)核礦石儲存和向運輸船轉(zhuǎn)運；運輸支持子系統(tǒng)：將結(jié)核礦石運輸?shù)娇诎?，向采礦船供應(yīng)補給品及人員輪班。

集礦機采集道路集礦機與揚礦管道結(jié)合的流體提升采礦系統(tǒng)

采礦船

集礦機組成實驗用集礦機外觀圖

集礦機組成行進安裝：具有支持和行進功能，集礦機在海底的運動，必需思索堆積物的承載力或剪切力。集礦機應(yīng)能處置一定的斜坡以及小的妨礙物；集礦安裝：在海底拾收錳結(jié)核或汲取錳結(jié)核-堆積物混合物，集礦安裝是集礦機的中心；分選安裝：洗去堆積物和結(jié)核細(xì)小微粒，有的還可回絕大顆粒結(jié)核或異物；碎礦安裝：將結(jié)核粉碎到適于提升的粒徑；穩(wěn)定安裝：又稱穩(wěn)定片，當(dāng)集礦機遭到翻轉(zhuǎn)、顛簸等作用力時，起到穩(wěn)定作用；漂浮安裝：減小集礦機與海底之間的相互作用力，防止集礦機深墮入堆積物；

集礦機組成給料機構(gòu)和搜集倉：給料機構(gòu)協(xié)助提升，搜集倉暫存結(jié)核。機架：一方面支承裝在集礦機上的機器，同時緩和著底、離底時的沖擊。另外當(dāng)集礦機入庫、操作和海底拖航時，機架具有承載這些負(fù)荷的才干。電力、檢測控制安裝：電力安裝由潛水馬達(dá)、水中變壓器、水中分電箱、電動機操作柜組成，體積小、分量輕并可靠，檢測控制安裝由船上控制臺和各種水中傳感器組成，監(jiān)視集礦機各安裝的任務(wù)性能；液壓安裝：在集礦機內(nèi)裝有一閥門，當(dāng)發(fā)生堵塞時以迅速排除堵塞，另外還有一閥門用于調(diào)整集礦量，液壓安裝主要控制這兩個閥門任務(wù)。

集礦機集礦方法類型

集礦機集礦機的分類水利式采集器機械式采集器混合式采集器

集礦機海底行走車滑板型(StcdType)車輪型(WheelType)掛鏈?zhǔn)津?qū)動型(HangingChainType)履帶式無軌道型(CaterpillerType)螺旋推進葉輪型(ArchimedeanScrewType)機械行走型(MechanicalLegType)

集礦機行走安裝類型

集礦機集礦技術(shù)的實驗研討國外集礦技術(shù)的實驗研討主要包括如下幾個階段：(1)室內(nèi)水槽實驗；(2淺海實驗；(3)深海實驗；(4)中間實驗。室內(nèi)水槽實驗最為關(guān)鍵，滿足主要任務(wù)要求的集礦機模型在此階段產(chǎn)生，其它各階段實驗主要起到檢驗和修正的作用。

集礦機集礦機普通需進展以下實驗A.集礦性能①集礦性能②破碎、供應(yīng)性能B.運動性能①水中穩(wěn)定性能②著底、離底性能③海底拖航性能

集礦機長沙礦山院設(shè)計制造的集礦機

集礦機長沙礦冶院設(shè)計制造的集礦機

揚礦子系統(tǒng)環(huán)境根底數(shù)據(jù)平均風(fēng)速：8m/s海浪：6級海況，浪高5m，周期10s4級海況，浪高2.5m，周期10s海面洋流速度：1.7m/s；海底最大：0.15m/s海面水溫：22~30.2℃，平均28.2℃；海底：1~4℃海水密度：表層1022kg/m3，5000m深1052kg/m3，平均1037kg/m3

揚礦子系統(tǒng)揚礦技術(shù)參數(shù)揚礦才干：30t/h(干結(jié)核)，43t/h(濕結(jié)核)揚礦體積濃度：5%~10%結(jié)核提升粒徑：≤50mm1.7m/s；海底最大：0.15m/s礦區(qū)水深：4900~5200m，管線長5000m系統(tǒng)揚礦效率：≥50%

揚礦子系統(tǒng)揚礦子系統(tǒng)的功能：泵升或抽吸礦漿；

控制礦漿的流動；

作為礦漿的導(dǎo)管集礦機銜接；假設(shè)用拖拽集礦機，為集礦機提供前進力；銜接集礦子系統(tǒng)電纜和通訊線的支撐物；

揚礦子系統(tǒng)揚礦子系統(tǒng)的功能：能抵抗由于船體搖擺，水柱運動產(chǎn)生的不穩(wěn)定形狀；能抵抗由于集礦機遇到地形變化時對管道產(chǎn)生的影響；

可以支撐其本身及安裝于其上的各種儀器設(shè)備的分量。

揚礦方法和工藝空氣泵提升優(yōu)點：揚礦揚礦管道中無運動件、工藝簡單可靠可行的顯著優(yōu)點缺陷：揚礦效率較低，最大不超越20%。氣力揚升系統(tǒng)

揚礦方法和工藝射流泵提升優(yōu)點：揚礦揚礦管道中無運動件、工藝簡單缺陷：揚礦效率較低，最大不超越10%，而且需求多級射流泵串聯(lián)作業(yè)，其總效率還會進一步下降。射流式提升法1.水泵2.噴嘴3.固液兩相流氣固液三相流

揚礦方法和工藝輕介質(zhì)浮子提升問題：由于緊縮空氣膨脹和液體輕介質(zhì)難于與清水分別的缺陷，但存在著輕介質(zhì)浮子難于注入揚礦管道和高壓破損，不能反復(fù)運用。輕介質(zhì)液體提升法1.泵2.輕介質(zhì)液體3固、液輕介質(zhì)混合體4.分別器浮子提升法1.泵2.介質(zhì)+浮子3固、液浮子混合體4.分別器

揚礦方法和工藝清水泵提升優(yōu)點：結(jié)核不經(jīng)過泵，減少泵的磨損，揚礦效率高。缺陷：需求實現(xiàn)洋底的高壓給料，給料安裝復(fù)雜，可靠性差。清水泵(潛水泵)提升1.潛水泵2.固液兩相流

揚礦方法和工藝礦漿泵提升優(yōu)點：工藝簡單、任務(wù)可靠。提升才干大、效率高達(dá)50%，被以為是最有運用前景的揚礦方法。問題：結(jié)核經(jīng)過泵會呵斥泵的磨損及結(jié)核的粉化，但磨損和粉化都不嚴(yán)重。技術(shù)關(guān)鍵：研制出壽命長、符合揚要求的高壓礦漿泵。水力泵揚升系統(tǒng)(引自O(shè)MI)氣舉式提升法1.空壓機2.固液兩相流3.氣、固、液三相流4.注氣管重介質(zhì)管道提升法1.水泵2.給礦機3固、液兩相流管道戽斗提升

礦漿泵提升揚礦系統(tǒng)的組成軟管軟管保送泵中間艙給料機提升管兩臺多級潛水電泵洋面保送管道和海水溢流排放管道

揚礦系統(tǒng)

任務(wù)過程集礦機采集的錳結(jié)核由軟管和軟管保送泵保送至中間礦倉經(jīng)給料機緞帶入提升管道，經(jīng)過兩臺多級潛水電泵揚至洋面采礦船上，輸往船艙并在船艙中沉降，海水脫泥后經(jīng)溢流排放管缺口排入海中。

揚礦系統(tǒng)

任務(wù)原理利用潛水電泵的動力在管線內(nèi)外產(chǎn)生壓差，構(gòu)成海水在管線內(nèi)的上升流，把結(jié)核提升至洋面。揚礦硬管揚礦硬管包括中間艙、揚礦管道、管接頭、潛水電泵、升沉補償安裝、船面保送管道和結(jié)核分別及海水排放管。揚礦管構(gòu)造管接頭構(gòu)造

國外揚礦管線技術(shù)數(shù)據(jù)揚礦管稱號技術(shù)參數(shù)OMI海試揚礦管線OMA海試揚礦管線OMCO海試揚礦管線日本設(shè)計海試揚礦管線Preussag紅海海試揚礦管線法國商業(yè)設(shè)計揚礦管線內(nèi)徑(mm)215~224160~241150148~226

382外徑(mm)245178~298450168~298127406每節(jié)長(m)11113012

27總長(m)525044225000516022004800鋼級SP110高強度綱高強度綱

高強度綱屈服強度(MPa)931774

抗拉強度(MPa)1000879

聯(lián)接方式螺紋螺紋與卡環(huán)螺紋螺紋

快速接頭揚礦潛水泵采用兩臺6級潛水電泵作業(yè)，泵型為混流泵，總揚程為600m水柱。升沉補償安裝升沉補償安裝具有三維空間補償才干，進展上下升沉、縱搖、橫搖的補償。緩沖和減小海洋海浪、海流、拖航產(chǎn)生的船的運動對揚礦系統(tǒng)的影響，降低揚管接受的環(huán)境載荷，保證作業(yè)平安。被動式補償，升沉補償采用油缸-蓄能器-氣庫方式。中間礦艙緩解集礦機結(jié)核采集量的變化對揚礦作業(yè)的影響，保證揚礦系統(tǒng)穩(wěn)定在設(shè)計參數(shù)下運轉(zhuǎn)，并為水下設(shè)備提供安裝平臺。由擺動聯(lián)接安裝、框架、倉體、給料機、緊急排礦閥、設(shè)備安裝平臺、液壓系統(tǒng)等主要部件組成。采用框架式構(gòu)造軟管保送系統(tǒng)構(gòu)成：保送泵、軟管、浮力安裝和與集礦機及中間艙的銜接機構(gòu)等軟管保