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(guò)程

集礦機(jī)將賦存在大面積洋底的結(jié)核采集起來(lái)，經(jīng)過(guò)脫泥、破碎、經(jīng)軟管保送到水下中間平臺(tái)的中繼料倉(cāng)里，然后由給料機(jī)將結(jié)核給入揚(yáng)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(kāi)采過(guò)程必需全部實(shí)現(xiàn)遙測(cè)遙控；洋底地形地貌相當(dāng)復(fù)雜，洋底表層為剪切強(qiáng)度僅0~3Kpa的軟泥層，并有海底洋流的影響；整個(gè)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(jìn)展準(zhǔn)確系統(tǒng)的導(dǎo)航定位和堅(jiān)持整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)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(gè)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(gè)非常重要而復(fù)雜的問(wèn)題；整個(gè)系統(tǒng)的可靠性要求極高，能及時(shí)診斷和自處置；環(huán)境維護(hù)問(wèn)題。

深海多金屬結(jié)核的

開(kāi)采系統(tǒng)結(jié)核開(kāi)采的根本義務(wù)

按產(chǎn)業(yè)消費(fèi)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(kāi)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(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性。結(jié)核開(kāi)采技術(shù)方案

用拖網(wǎng)型的集礦機(jī)搜集，用管道提升；

用鏟斗狀集礦機(jī)搜集，用繩子或鋼纜將鏟斗拉上來(lái)；用拖網(wǎng)型的集礦機(jī)搜集，用集礦機(jī)本身的浮力將之運(yùn)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(jiǎn)單、易于操作、維修方便、投資小、投產(chǎn)快等。優(yōu)點(diǎn)：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(dòng)穿越式采礦車采礦系統(tǒng)

20世紀(jì)80年代，法國(guó)對(duì)自動(dòng)穿越式采礦車系統(tǒng)進(jìn)展了研討嘗試。自動(dòng)穿越式采礦車采礦系統(tǒng)

設(shè)備獨(dú)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(diǎn)：缺陷：要求非常先進(jìn)的設(shè)備制造技術(shù)和遙控技術(shù)，造價(jià)很高，開(kāi)發(fā)難度較大。

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

組成：集礦機(jī)保送軟管中間礦倉(cāng)剛性揚(yáng)礦管采礦船

作業(yè)過(guò)程集礦機(jī)在海底采集結(jié)核(能自動(dòng)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(jī)內(nèi)清洗脫泥和破碎后，經(jīng)軟管保送到銜接于剛性揚(yáng)礦管下端的中間礦倉(cāng)，然后結(jié)核在剛性管道中以漿體方式被揚(yáng)送到海面采礦船上。集礦機(jī)與揚(yáng)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(jī)與揚(yáng)礦管道結(jié)合的流體提升采礦系統(tǒng)

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

系統(tǒng)消費(fèi)才干年產(chǎn)量：干結(jié)核3×106t年限：20年延續(xù)開(kāi)采富礦面積：2×104km2區(qū)域系統(tǒng)日、小時(shí)消費(fèi)才干每年有效任務(wù)日：250d/a每天效作業(yè)時(shí)間：20h日額定產(chǎn)量：6000t/d小時(shí)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(jī)：在海底采集結(jié)核礦石，并進(jìn)展初處置，向揚(yáng)礦子系統(tǒng)供礦；揚(yáng)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(tái)，為海下設(shè)備提供支承、動(dòng)力、設(shè)備存放和維修，同時(shí)完成結(jié)核礦石儲(chǔ)存和向運(yùn)輸船轉(zhuǎn)運(yùn)；運(yùn)輸支持子系統(tǒng)：將結(jié)核礦石運(yùn)輸?shù)娇诎?，向采礦船供應(yīng)補(bǔ)給品及人員輪班。

集礦機(jī)采集道路集礦機(jī)與揚(yáng)礦管道結(jié)合的流體提升采礦系統(tǒng)

采礦船

集礦機(jī)組成實(shí)驗(yàn)用集礦機(jī)外觀圖

集礦機(jī)組成行進(jìn)安裝：具有支持和行進(jìn)功能，集礦機(jī)在海底的運(yùn)動(dòng)，必需思索堆積物的承載力或剪切力。集礦機(jī)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(jī)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(jī)遭到翻轉(zhuǎn)、顛簸等作用力時(shí)，起到穩(wěn)定作用；漂浮安裝：減小集礦機(jī)與海底之間的相互作用力，防止集礦機(jī)深墮入堆積物；

集礦機(jī)組成給料機(jī)構(gòu)和搜集倉(cāng)：給料機(jī)構(gòu)協(xié)助提升，搜集倉(cāng)暫存結(jié)核。機(jī)架：一方面支承裝在集礦機(jī)上的機(jī)器，同時(shí)緩和著底、離底時(shí)的沖擊。另外當(dāng)集礦機(jī)入庫(kù)、操作和海底拖航時(shí)，機(jī)架具有承載這些負(fù)荷的才干。電力、檢測(cè)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(dòng)機(jī)操作柜組成，體積小、分量輕并可靠，檢測(cè)控制安裝由船上控制臺(tái)和各種水中傳感器組成，監(jiān)視集礦機(jī)各安裝的任務(wù)性能；液壓安裝：在集礦機(jī)內(nèi)裝有一閥門，當(dāng)發(fā)生堵塞時(shí)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(gè)閥門任務(wù)。

集礦機(jī)集礦方法類型

集礦機(jī)集礦機(jī)的分類水利式采集器機(jī)械式采集器混合式采集器

集礦機(jī)海底行走車滑板型(StcdType)車輪型(WheelType)掛鏈?zhǔn)津?qū)動(dòng)型(HangingChainType)履帶式無(wú)軌道型(CaterpillerType)螺旋推進(jìn)葉輪型(ArchimedeanScrewType)機(jī)械行走型(MechanicalLegType)

集礦機(jī)行走安裝類型

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

集礦機(jī)集礦機(jī)普通需進(jìn)展以下實(shí)驗(yàn)A.集礦性能①集礦性能②破碎、供應(yīng)性能B.運(yùn)動(dòng)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(jī)長(zhǎng)沙礦山院設(shè)計(jì)制造的集礦機(jī)

集礦機(jī)長(zhǎng)沙礦冶院設(shè)計(jì)制造的集礦機(jī)

揚(yáng)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(jí)海況，浪高5m，周期10s4級(jí)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(yáng)礦子系統(tǒng)揚(yáng)礦技術(shù)參數(shù)揚(yáng)礦才干：30t/h(干結(jié)核)，43t/h(濕結(jié)核)揚(yáng)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(zhǎng)5000m系統(tǒng)揚(yáng)礦效率：≥50%

揚(yáng)礦子系統(tǒng)揚(yáng)礦子系統(tǒng)的功能：泵升或抽吸礦漿；

控制礦漿的流動(dòng)；

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

揚(yáng)礦子系統(tǒng)揚(yáng)礦子系統(tǒng)的功能：能抵抗由于船體搖擺，水柱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的不穩(wěn)定形狀；能抵抗由于集礦機(jī)遇到地形變化時(shí)對(duì)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(yáng)礦方法和工藝空氣泵提升優(yōu)點(diǎn)：揚(yáng)礦揚(yáng)礦管道中無(wú)運(yùn)動(dòng)件、工藝簡(jiǎn)單可靠可行的顯著優(yōu)點(diǎn)缺陷：揚(yáng)礦效率較低，最大不超越20%。氣力揚(yáng)升系統(tǒng)

揚(yáng)礦方法和工藝射流泵提升優(yōu)點(diǎn)：揚(yáng)礦揚(yáng)礦管道中無(wú)運(yùn)動(dòng)件、工藝簡(jiǎn)單缺陷：揚(yáng)礦效率較低，最大不超越10%，而且需求多級(jí)射流泵串聯(lián)作業(yè)，其總效率還會(huì)進(jìn)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(yáng)礦方法和工藝輕介質(zhì)浮子提升問(wèn)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(yáng)礦管道和高壓破損，不能反復(fù)運(yùn)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(yáng)礦方法和工藝清水泵提升優(yōu)點(diǎn)：結(jié)核不經(jīng)過(guò)泵，減少泵的磨損，揚(yáng)礦效率高。缺陷：需求實(shí)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(yáng)礦方法和工藝礦漿泵提升優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、任務(wù)可靠。提升才干大、效率高達(dá)50%，被以為是最有運(yùn)用前景的揚(yáng)礦方法。問(wèn)題：結(jié)核經(jīng)過(guò)泵會(huì)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(zhǎng)、符合揚(yáng)要求的高壓礦漿泵。水力泵揚(yáng)升系統(tǒng)(引自O(shè)MI)氣舉式提升法1.空壓機(jī)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(jī)3固、液兩相流管道戽斗提升

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

揚(yáng)礦系統(tǒng)

任務(wù)過(guò)程集礦機(jī)采集的錳結(jié)核由軟管和軟管保送泵保送至中間礦倉(cāng)經(jīng)給料機(jī)緞帶入提升管道，經(jīng)過(guò)兩臺(tái)多級(jí)潛水電泵揚(yáng)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(yáng)礦系統(tǒng)

任務(wù)原理利用潛水電泵的動(dòng)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(yáng)礦硬管揚(yáng)礦硬管包括中間艙、揚(yáng)礦管道、管接頭、潛水電泵、升沉補(bǔ)償安裝、船面保送管道和結(jié)核分別及海水排放管。揚(yáng)礦管構(gòu)造管接頭構(gòu)造

國(guó)外揚(yáng)礦管線技術(shù)數(shù)據(jù)揚(yáng)礦管稱號(hào)技術(shù)參數(shù)OMI海試揚(yáng)礦管線OMA海試揚(yáng)礦管線OMCO海試揚(yáng)礦管線日本設(shè)計(jì)海試揚(yáng)礦管線Preussag紅海海試揚(yáng)礦管線法國(guó)商業(yè)設(shè)計(jì)揚(yáng)礦管線內(nèi)徑(mm)215~224160~241150148~226

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

27總長(zhǎng)(m)525044225000516022004800鋼級(jí)SP110高強(qiáng)度綱高強(qiáng)度綱

高強(qiáng)度綱屈服強(qiáng)度(MPa)931774

抗拉強(qiáng)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(yáng)礦潛水泵采用兩臺(tái)6級(jí)潛水電泵作業(yè)，泵型為混流泵，總揚(yáng)程為600m水柱。升沉補(bǔ)償安裝升沉補(bǔ)償安裝具有三維空間補(bǔ)償才干，進(jìn)展上下升沉、縱搖、橫搖的補(bǔ)償。緩沖和減小海洋海浪、海流、拖航產(chǎn)生的船的運(yùn)動(dòng)對(duì)揚(yáng)礦系統(tǒng)的影響，降低揚(yáng)管接受的環(huán)境載荷，保證作業(yè)平安。被動(dòng)式補(bǔ)償，升沉補(bǔ)償采用油缸-蓄能器-氣庫(kù)方式。中間礦艙緩解集礦機(jī)結(jié)核采集量的變化對(duì)揚(yáng)礦作業(yè)的影響，保證揚(yáng)礦系統(tǒng)穩(wěn)定在設(shè)計(jì)參數(shù)下運(yùn)轉(zhuǎn)，并為水下設(shè)備提供安裝平臺(tái)。由擺動(dòng)聯(lián)接安裝、框架、倉(cāng)體、給料機(jī)、緊急排礦閥、設(shè)備安裝平臺(tái)、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(jī)及中間艙的銜接機(jī)構(gòu)等軟管保