泥质粉砂型矿藏开采方法及装置与流程

本发明涉及泥质粉砂型矿藏开采方法及装置。

背景技术：

可燃冰开采需要开发更多适合其特点——位于淤泥状深海底下、难以建立高精度三维丰度模型、流动性接近于零、形态容易改变容易进入环境造成事故灾难——的新技术。

技术实现要素：

本发明的目的之一是要提供一种泥质粉砂型矿藏开采方法。

本发明的泥质粉砂型矿藏开采方法：包括一个泥质粉砂型矿藏开采充填一体化装置，所述一体化装置包括一个板状开采平台帆板体、矿料管、填料供应设施、填料管、水源、供水管网、矿沙管网、填料管网、脐带缆和控制系统；所述一体化装置通过矿料管与一个矿料收集处理装置连通；

帆板体包括第一面和第二面；第一面设置开采设施；第二面设置若干个填料输出器件；开采设施包括第一阵列孔和第二阵列孔；第一阵列孔包括若干个出孔；第二阵列孔包括若干个进孔；帆板体隔离开采作业面的矿料和填料，防止填料被抽吸混入矿料；

供水管网连通所述水源和第一阵列孔的各出孔、矿沙管网连通第二阵列孔的各进孔和矿料管；填料管网连通填料管和各填料输出器件；

开采时，令所述水源的水通过第一阵列孔的出孔输出，出水使第一阵列孔附近的矿料浆料化，矿区的边界被出水冲刷溃散不断后退，在矿区边界与第一面之间形成一个高流动性区域流体薄层；流体薄层大幅度减小对所述第一面所在的帆板体行进的抵抗力和行进阻力；浆料化的矿料从第二阵列孔的各进孔被吸入，通过矿料管送到矿料收集处理装置，矿料管内设置有一个以上阀门，打开阀门，可燃冰在密度差和/或压差作用下流动上浮

第二阵列孔各进孔的吸取在第一面前侧形成一个负压；并使出水更通畅、浆料化更快当；

填料供应设施包括用泥沙和水配置填料通过填料管供应现场；

第二面上的各填料输出器件输出填料构成填料体，并对第二面形成一个正压；填料体弥补和改善因为可燃冰开采造成的现场质量减少和力场扭曲、确保矿区的稳定和工况良好；

第一面处的负压及第二面处的正压推动帆板体在矿区行进；所述行进包括开采充填和移动；

帆板体的行进包括以水平状态上下行进、以竖直及大水平倾角状态横向行进和时针式转动。

只要所述第二面的压力大于所述第一面的压力，所述帆板体就能够被推动前进，并且所述进孔吸入矿料和所述填料输出器件输出填料构成填料体就能够实现。

在一个可能的设计中，使用上述方法，并令所述开采设施从上覆层——海床表面到矿区之间的泥沙层——经过时即开始构建流体薄层并实施吸取和充填以下沉到达矿区。

在一个可能的设计中，使用上述方法，并令出孔输出和/或进孔吸入为非连续平稳。

供水部件包括但不限于采用独立的供水管，供水部件连通供水管网和供水源。

还可以包括一个以上可燃冰浮选设施；所述浮选设施内部从上到下存在三个空间：顶部集聚可燃冰的集冰空间、中间集聚水的多水空间和底部集聚选矿剩余物的沉沙空间；

采用第一组水泵作为水源，将所述多水空间的水通过第一阵列孔的出孔泵出，出水使第一阵列孔附近的矿料浆料化，在矿区边界与第一面之间形成一个流体薄层；

采用第二组水泵，将浆料化的矿料从第二阵列孔的进孔泵入浮选设施实施浮选分离；分离出的可燃冰经集冰空间、矿料管送到矿料收集处理装置；选剩物下沉在沉沙空间并被移除。

本发明的目的之二是要提供一种泥质粉砂型矿藏开采充填一体化装置。

本发明实现这一目的的技术方案：制造一台泥质粉砂型矿藏开采充填一体化装置，包括帆板体、矿料管、填料供应设施、填料管、水源、供水管网、矿沙管网、填料管网、脐带缆和控制系统；所述一体化装置通过矿料管与矿区上方的矿料收集处理装置连通；

帆板体包括第一面和第二面；第一面设置开采设施；第二面设置填料输出器件；开采设施包括第一阵列孔和第二阵列孔；第一阵列孔包括若干个出孔；第二阵列孔包括若干个进孔；帆板体隔离开采作业面的矿料和填料；

供水管网连通所述水源和第一阵列孔的各出孔、矿沙管网连通第二阵列孔的各进孔和矿料管；填料管网连通填料管和各填料输出器件。

开采时，令所述水源的水通过第一阵列孔的出孔输出，出水使第一阵列孔附近的矿料浆料化，矿区的边界被出水冲刷溃散不断后退，在矿区边界与第一面之间形成一个流体薄层；流体薄层大幅度减小对所述第一面所在的帆板体行进的抵抗力和行进阻力；

浆料化的矿料从第二阵列孔的各进孔被吸入，通过矿料管送到矿料收集处理装置，矿料管内设置有一个以上阀门，打开阀门，可燃冰在密度差的作用下上浮；所述矿料经过分离设施分离，分离出的水回用；分离出的矿料进一步处置；

第二阵列孔各进孔的吸取在第一面前侧形成一个负压；

填料供应设施用泥沙和水配置填料通过填料管供应现场；第二面上的各填料输出器件输出填料构成填料体，并对第二面形成一个正压；

第一面和第二面之间的压差推动帆板体在矿区行进；所述行进包括开采充填和移动。

有益效果：本发明采用帆板体对泥质粉砂型矿藏，包括可燃冰和稀土矿藏进行开采，在帆板体第二面上设置填料输出器件，在开采的同时对现场实施充填消除矿区因为质量缺失形成的有害势能、改善现场工况、杜绝矿区滑移坍塌的事故，为泥质粉砂型矿藏，包括可燃冰和稀土，的开采提供一个理想的手段；

本发明利用帆板体的前后压差驱动帆板体在矿区行进开采充填，解决泥质粉砂型矿藏流动性接近于零的开采难题；又无需配置专门的驱动机构以及所述驱动机构使用的能量；并且结构简单、性能可靠；帆板体拉网式的开采采净率高、无化学物质遗留在现场对环境友好；

令所述出孔输出和/或吸入为非连续平稳，能够改进对矿料的冲刷效果，譬如以0.2～3数秒为周期间歇错开出水和吸取减小出水和吸取的相互影响，暂停出水会增强第一面的负压，既不影响浆料化进程，又能加速驱动帆板体行进；非连续平稳的输出和吸入包括令帆板体等的前进伴随小振动，令其与矿沙之间的静摩擦变为动摩擦，有利于其移动和节省驱动能量。

附图说明

图1是泥质粉砂型可燃冰矿藏开采充填一体化装置的结构示意图；图2a、2b分别是复板多层钣金结构体的爆炸图和结构示意图；图3是帆板体第一面设置开沙长楔和螺旋推进器的复合剖视；图4是可翻动帆板体的剖视；图5是图4中可翻动帆板体的局部放大；图6是四块相邻的可翻动帆板体的复合上视图；图7a、b分别是泥沙直通阀两种状态的剖视；图8是一种出孔和进孔布置图；图9是填料管的局部剖视；图10是矿料管堆栈的结构示意图；图11是矿料管清洗室的结构示意图；图12a、b、c、d分别是可移动插接装置一次自动插拔作业的四个状态图；图12e是可移动插接装置插接前后的两种状态对照，也是图12a、b、c、d中各管路快接插座的放大；图13是一台填料管管段增减装置的结构示意图；图14a、b、c分别是一台横向泥质粉砂型可燃冰开采充填一体化装置的运行图、主视图和侧视剖视；图15是一台时针式开采充填一体化装置的结构示意图；图16是与时针式帆板体配套的填料供应设施的结构示意图；图17a、b分别是填料漏斗的上视图和主视半剖；图18是填料管连接部的结构示意图；图19是由三个填料体外表圆相切形成的矿区边角；图20a、b分别是时针式帆板体与舵帆板体的连接示意图；图21是三个填料体相合形成的矿区边角；图22是外挂三角形水平帆板体的时针式开采充填一体化装置的上视图；图23a和c分别是第一连接界面和第二连接界面对接前后的状态图；图23b是图23a的i-i向剖视；图24是一组包括若干个偏转安装的填料输出器件的结构示意图；图25是一组包括若干个偏转安装的填料输出器件的推力分析图；图26是一个多管填料输出器件的结构示意图；图27是一组两维偏转安装的填料输出器件组的布局图；图28是帆板体上不同填料输出器件布局图；图29是横向行进矿料开采充填一体化装置形成混合填料体的示意图；图30是竖向行进帆板体埋藏二氧化碳水合物的示意图；图31是图30的i-i向剖视图，描述埋藏二氧化碳水合物的结果。

图中1帆板体；2供水管；3矿料管；4填料供应设施；5填料管；6矿区；7矿料收集处理装置；8海床；9第一面；10第二面；11填料输出器件；12第一阵列孔；13第二阵列孔；14出孔；15进孔；16边界；17流体薄层；18泥沙；19填料体；20卷扬机；21吊索；22浮选设施；23采矿支持平台；24电源；25液压源；26海水；27集冰空间；28多水空间；29沉沙空间；30第一组水泵；31第二组水泵；32振动棒；33围板总成；34网架；35矿料丰度探测装置；36第一复板；37槽道复板；38多孔复板；39槽道；40铆接件；41流体通道；42多层钣金结构体；43供水管网；44矿沙管网；45填料管网；46跳管；47通孔套；48喷嘴；49退磁装置；50横线箭头；51锯齿形表面；52开沙长楔；53表面；54石块；55石栈空间；56螺旋推进器；57一维转动副机构；58旋转管接头总成；59矿料驳管；60填料驳管；61可翻动帆板体；62基架；63快接接头总成；64第一组围板；65第二组围板；66第一突出部位；67第二突出部位；68泥沙直通阀；69高丰度区域；70低丰度区域；71阀栅栏；72矩形通孔；73阀页；74连接件；75液压驱动机构；76出孔排；77进孔排；78注水减阻表面；79注水孔；80填料；81矿料管堆栈；82管段增减装置；83洗管装置；84堆栈平台；85第一矿料管；86第一机械手；87第二机械手；88标准管段；89第一清洗室；90第二清洗室；91矿料管检修端；92密封件；93双插机械；94第一插头机械手；95第二插头机械手；96管路快接插头；97母管；98管路快接插座；99门户阀；100升降平台；101多轴填料泵机；102底部；103螺旋桩；104空挡；105第二矿料管；106第二填料管；107倾角；108吊钩件；109轮组；110网架高置式底盘；111电缆盘；112电缆托条；113液压管；114第二液压管；115共同轴心线；116矿区边角；117升降式填料泵机；118双孔填料漏斗；119斜边开口；120通孔；121套接连接界面；122连接件孔；123内螺纹；124外螺纹；125紧固件孔；126舵帆板体；127水平围板；128竖直舵围板；129平分线；130伸缩段；131三角形水平帆板体；132第一连接界面；133第二连接界面；134机械手；135脐带缆；136管道连接端口；137缆线连接端口；138连接器；139第一偏转填料输出器件；140第二偏转填料输出器件；141控制阀；142多管填料输出器件；143第一套管；144第二套管；145填料源；146第三套管；147填料输出器件组；148浆料管；149二氧化碳水合物输出装置；150第二填料输出器件；151二氧化碳水合物填料。

具体实施方式

图1给出实施例1，制造一台泥质粉砂型矿藏开采充填一体化装置，包括一个竖直上下的板状开采平台帆板体1、供水管2、水源、矿料管3、填料供应设施4、填料管5、供水管网、矿沙管网、填料管网、脐带缆和控制系统；所述一体化装置通过矿料管4与矿区6上方的矿料收集处理装置7连通；

脐带缆包括液压管和缆线；用于传输液压液和强弱电；填料供应设施设置于海床8上；

帆板体1包括第一面9和第二面10；第一面上设置开采设施；第二面上设置填料输出器件11；帆板体的面积范围数十至数千平方米。

开采设施包括第一阵列孔12和第二阵列孔13；第一阵列孔包括若干个出孔14；第二阵列孔包括若干个进孔15；出孔14和进孔15的孔径范围3～80毫米、其安装密度10～2000个/平方米；出孔和进孔包括成对设置；出孔包括采用喷嘴形式以令其出水形成流束深入矿区；一个喷嘴包括一个以上喷孔；喷嘴长度范围1～200毫米；进孔的外侧包括配置网罩。填料输出器件出口内径范围50～400毫米、其安装密度0.1～10个/平方米。

帆板体1隔离开采作业面的矿料和填料体，防止填料体被吸入进孔15。

供水管网连通所述水源和第一阵列孔的各出孔、矿沙管网连通第二阵列孔的各进孔和矿料管；填料管网连通填料管和各填料输出器件。

开采时，令所述水源的水通过第一阵列孔12的出孔14输出，出水使第一阵列孔附近的矿料浆料化，矿区的边界16被出水冲刷溃散不断后退，在矿区边界16与第一面9之间形成一个流体薄层17；流体薄层对第一面所在的帆板体1行进的抵抗力和阻力极弱；

浆料化的矿料从第二阵列孔的进孔15被吸入并通过矿料管3送到矿料收集处理装置7；

第二阵列孔各进孔15的吸取在第一面前侧形成一个负压；负压范围-0.01～-0.6kpa（合-1～-60kg/㎡）并且可调，包括通过水泵和/或控制阀实现调节；

控制系统主机通过控制阀调节出水和吸取保持流体薄层厚度范围10～400毫米。

填料供应设施4用上覆层的泥沙18和水配置填料通过填料管5供应现场；帆板体1第二面上的填料输出器件11输出填料构成填料体19，并对第二面形成一个正压；所述正压范围0.01～3kpa（合1～300kg/㎡）并且可调，包括通过水泵和/或控制阀实现调节；填料体19确保矿区6的稳定。

第一面和第二面之间的压差推动帆板体1在矿区6行进；所述行进包括开采充填和单纯移动；所述开采充填方式包括竖直上下、横向来回和时针式转动。开采结束或者任何时候，都能够令卷扬机20用吊索21将帆板体1拉回海床8。

新形成的填料体其含水量高于周边，其中大部分水会逐渐上升进入海水；随着水分的减少，填料体体积缩小密度变大；填料供应设施取用海床表面泥沙，会改变海床的状态、影响对未开采可燃冰矿料的压重。

实施例1的有益效果：以一台所述一体化装置的帆板体面积20*20=400平方米和开采速度4米/时计，采矿产能达8万立方米/天；有些可燃冰和稀土矿藏为位于深海以下数百米的泥质粉砂型矿藏，实施例1的所述一体化装置能对其进行开采。

图1并给出实施例2，制造一台泥质粉砂型可燃冰开采充填一体化装置，包括一个竖直上下的台帆板体1、浮选设施22、矿料管3、填料供应设施4、填料管5、采矿支持平台23、电源24、液压源25、脐带缆和控制系统；所述一体化装置并与设置于上面海水26中的矿料收集处理装置7连通；矿料收集处理装置7包括可燃冰气化装置；

液压源25和卷扬机20包括设置在采矿支持平台23上；

帆板体1包括第一面9和第二面10；第一面上设置开采设施；第二面上设置填料输出器件11。开采设施包括第一阵列孔12和第二阵列孔13；第一阵列孔包括若干个出孔14；第二阵列孔包括若干个进孔15；

供水管网连通所述水源和第一阵列孔的各出孔、矿沙管网连通第一阵列孔的各进孔和矿料管；填料管网连通填料管和各填料输出器件；

浮选设施22包括设置在帆板体上，浮选设施内部从上到下存在三个空间：顶部集聚可燃冰的集冰空间27、中间集聚水的多水空间28和底部集聚选矿剩余物的沉沙空间29；

开采时，采用第一组水泵30作为水源，将多水空间28的水通过第一阵列孔12的出孔14泵出，出水使第一阵列孔附近的矿料浆料化，矿区的边界16被出水冲刷溃散不断后退，在矿区边界16与第一面9之间形成一个高流动性区域流体薄层17；流体薄层17大幅度减小对第一面所在的帆板体行进的抵抗力和行进阻力；

采用第二组水泵31，将浆料化的矿料从第二阵列孔的进孔15泵入浮选设施22实施浮选分离；分离出的可燃冰集聚于集冰空间27，通过矿料管3送到矿料收集处理装置7；浮选剩余物下沉在沉沙空间29并被移出浮选设施22，包括用作填料；

第二阵列孔各进孔13的吸取使得帆板体的第一面等效加载一个负压；

帆板体第二面上的填料输出器件11输出填料构成填料体19，并对第二面形成一个正压；

第一面和第二面之间的压差推动帆板体在矿区行进，进行开采充填和移动。

实施例2的有益效果：浮选设施利用可燃冰、水和泥沙分别为0.91、1和2.2的密度差别这种基本的物理属性实现分离，简单可靠效果好；产能也容易放大。本发明在现场浮选矿料，减少运输和管路设备磨损；浮选损耗的水包括从气化可燃冰获得。

图1并给出实施例3，制造一台泥质粉砂型可燃冰开采充填一体化装置，包括帆板体1。帆板体1包括第一面9和第二面10；在第一面9和/或第二面10上设置若干个电动振动棒32；振动棒32深入矿区或填料体0.3～4米，其振动频率范围30～170赫兹。

实施例3的有益效果：振动棒深入矿区，产生震击加速矿区矿料的松散，加速开采；振动棒深入填料体，起到如混凝土振动棒的效果，加速填料体中水分析出上升、加快填料体密实板结和抗剪切力的恢复；填料体越密实板结越稳定，对周边影响越小。

图1并给出实施例4，制造一台可燃冰开采充填一体化装置，包括帆板体1和围板总成33，围板总成33包围帆板体的四周，形成一个筒状物，围板总成高出帆板体1～4米。

实施例4的有益效果：加强帆板体隔离工作面和填料体的作用；围板总成界定工作面和填料体的侧面边界并作为填料体的成型模板。

图1并给出实施例5，制造一台可燃冰开采充填一体化装置，包括帆板体1和一个覆盖帆板体第一面和/或第二面的网架34。网架34增强帆板体1强度和刚性。

在一个可能的设计中，帆板体1的第一面和第二面两个面均设置开采设施和填料输出器件；其中一个面上的开采设施和另一个面上的填料输出器件联动工作；这样，无需令帆板体翻转，只需要令其平移即可切换矿道继续开采充填。

在一个可能的设计中，可燃冰开采充填一体化装置采用在一个开采平台帆板体上划分多个独立的开采区块，区块面积包括10*10平方米，并对各区块配置一个浮选设施；并包括浮选设施通过矿料驳管与矿料管连通；并包括浮选设施向矿料管方向倾斜5～45°。这样能够扩大单个开采平台的面积，令填料体的横截面面积和径长比更大；对各区块配置浮选设施能缩短矿料和浮选选剩物的搬运距离。

在一个可能的设计中，将各区块上的出孔和进孔分为若干个组，每组配置一个控制阀；各控制阀通过接口电路与控制系统主机信号连接，其状态根据控制系统主机的状态变化而变化；这样有助于所述开采充填一体化装置的最佳控制。

在一个可能的设计中，采用若干个电磁振动器与在矿区行进的物体，包括围板总成、填料管和矿料管，传动连接。其有益效果包括：利用电磁振动器的振动减小所述物体在矿区行进的阻力。

在一个可能的设计中，在浮选设施内部设置一个超声波清洗装置用超声波发生器。这样做能够使浆料化的矿料各组分加速分离，提高浮选效果。

在一个可能的设计中，所述开采充填一体化装置的帆板体包括网架34，在网架34上捆绑安装若干个矿料丰度探测装置35；矿料丰度探测装置35包括但不限于超声波探测装置。所述探测装置获得的矿料丰度数据用于指导本次开采和以后周边矿道的开采。

在一个可能的设计中，矿料管在海床上方通过串接一个以上旋转管接头分成多段，以此吸收矿料管下沉和上升产生的竖直方向尺寸变化。

图2a和2b给出实施例6，制造一台泥质粉砂型矿藏开采充填一体化装置，包括帆板体1。帆板体1第一面的开采设施包括第一复板36、槽道复板37和多孔复板38；槽道复板两个面上均压制有若干个槽道39。三块复板36、37和38，包括通过铆接件40，构成一个具有若干个流体通道41的多层钣金结构体42；一部分流体通道41用作供水管网43；供水管网43连通第一组水泵和第一阵列孔12；一部分流体通道41用作矿沙管网44；矿沙管网44连通第二阵列孔13和第二组水泵；一部分流体通道41用作填料管网45；填料管网45连通第二面上的填料输出器件11和填料管5。多孔复板38上设置若干个出孔14与供水管网连通构成第一阵列孔；多孔复板38上设置若干个进孔15与矿沙管网连通构成第二阵列孔，即多孔复板38用作帆板体的第一面；跳管46是用于跨越部分流体通道实现连通的管道。

实施例6工作过程，令第一阵列孔的各出孔出水，出水使第一阵列孔附近的矿料浆料化，矿区的边界被出水冲刷溃散不断后退，在矿区边界与第一面之间形成一个流体薄层17；构成流体薄层的浆料化的矿料从第二阵列孔的各进孔被吸入，实现矿料开采。

在一个可能的设计中，三块复板36、37和38构成的多层钣金结构体，其第一复板36和多孔复板38两个复板均设置出孔、进孔和填料输出器件，均能用作第一面或者第二面；约定：其一个面上的开采设施和另一个面上的填料输出器件联动。

在一个可能的设计中，帆板体或者多层钣金结构体仅包括第一复板36和槽道复板37，或者槽道复板37和多孔复板38两块复板；所述多层钣金结构体的两个外表面中至少一个外表面设置有出孔和进孔，作为第一面上的开采设施实施开采。

在一个可能的设计中，所述多层钣金结构体的出孔和/或进孔连接通孔套47，通孔套包括用于安装吸嘴和喷嘴48；通孔套不安装喷嘴或者吸嘴时可以直接用作进孔或者出孔；实施例6中的喷嘴48向里缩进安装。

在一个可能的设计中，令喷嘴和吸嘴采用网罩保护。

在一个可能的设计中，多层钣金结构体采用铆接以外的方式连接。

在一个可能的设计中，帆板体还包括一个以上退磁装置49。退磁装置包括一个交流电磁线圈；其利用交变电磁场对帆板体经过的周边矿沙退磁。采用退磁装置有助于减弱所述矿沙中铁磁体和顺磁体的磁吸力，使矿沙管网内外的矿沙流动顺畅不板结。

在一个可能的设计中，供水管网43、矿沙管网44和填料管网45采用单独的管道。

实施例6的有益效果：用两至三块复板就可以制成一个包括具有数十条属性一致的独立通道和成百上千个通孔的多层钣金结构体开采设施或者帆板体。槽道复板上的槽道可一次压制成型、可自由地提供许多复杂的结构而不增加零部件数目。所述结构包括供水管网、矿沙管网和填料管网的同程同阻设计。采用三块复板制造的多层钣金结构体刚性好并适合形成各种曲面；通孔套能够连接不同的喷嘴吸嘴，方便产品升级和更换配件；

喷嘴48能够提供不同的水流输出状态包括令出水指向特定的方向，有助于流体薄层的设计自由。喷嘴向里缩进安装既有耐磨、令多层钣金结构体表面光滑；又能够获得喷嘴带来的各种射流状态的效果。

图2a和2b并给出实施例7，将实施例6中具有第一复板36、槽道复板37、多孔复板38和流体通道41，表面设置有第一阵列孔和第二阵列孔的多层钣金结构体，用于设置在矿区移行的物体表面或者与在矿区移行的物体表面一体化制作，构成一个注水减阻表面以减小其移行阻力和实现表面清洗；所述物体包括围板总成、浮选设施、填料管和矿料管；

所述注水减阻表面具体为：以所述物体表面为第一复板36并连接槽道复板37和多孔复板38构成一个多层钣金结构体；多层钣金结构体具有若干个流体通道41；一部分流体通道41用作供水管网连通第一阵列孔各出孔和所述水源，所述水源包括第一组水泵；一部分流体通道41用作矿沙管网连通第二阵列孔各进孔和一个负压源，负压源包括第二组水泵；

令第一阵列孔各出孔14出水、第二阵列孔各进孔15吸取；所述出水使第一阵列孔附近的矿料浆料化，在矿区边界与第一面之间形成一个流体薄层17；控制系统主机通过控串接于供水管网和矿沙管网的制阀调节出孔14和进孔15的状态，保持流体薄层17的合适厚度，厚度范围包括在5～200毫米。

在一个可能的设计中，跳管设置于多层钣金结构体内部。

实施例7的有益效果：利用流体薄层17对所述部件的抵抗力和行进阻力极低的特性，用流体薄层包裹所述物体，使其在矿区行进的阻力大幅度减小。第二阵列孔对流体薄层的吸取减小了流体薄层处的压力并使流体薄层的水得以回收循环利用。

图1～3给出实施例8，制造一台可燃冰开采充填一体化装置，包括帆板体1、矿料管3、填料供应设施4、填料管5、采矿支持平台23和控制系统。帆板体包括第一面9和第二面10；第一面上的开采设施包括一个多层钣金结构体42。多层钣金结构体包括供水管网43、矿沙管网44、填料管网45、第一阵列孔12、第二阵列孔14、若干处锯齿形表面51和开沙长楔52；所述出孔和进孔包括设置在所述锯齿形表面和开沙长楔上；所述开沙长楔包括取杆状、板状或者螺旋管状；其前端包括向前伸出0.1～6米；其横截面包括哑铃形、圆角矩形和椭圆形；其表面53与第一面平滑过渡连接；各开沙长楔52的表面均布若干个出孔14和进孔15；所述出孔和进孔包括分别通过控制阀与供水管网43和矿沙管网44连通；

令所述出孔出水和所述进孔吸取，包括采用第一组水泵，将浮选设施多水空间的水通过各出孔包括开沙长楔的出孔泵出、采用第二组水泵，将浆料化的矿料从各进孔包括开沙长楔上的进孔泵入浮选设施实现开采；出水使各出孔处的矿料浆料化、矿区的边界16被出水冲刷溃散不断后退，在矿区边界与第一面，包括各开沙长楔的表面，之间形成一个流体薄层17，实现开采。经过选设施分离出的可燃冰集聚于集冰空间送到矿料收集处理装置7；浮选剩余物被移出浮选设施。

实施例8的有益效果：相比于位于同一平面的出孔和进孔；锯齿形表面上的出孔对于矿料具有更强的楔入能力和破坏性，其浆料化矿料的能力更强。通过前伸的开沙长楔深入矿区6内部输出水使矿料浆料化过程提前、浆料化空间扩大，开采速度提高；带开沙长楔的开采设施对于矿区中的石块54等块状物不敏感；即使第一面前累积起1米厚石块，仍能凭借开沙长楔继续进行开采。图8中用虚线矩形表示开沙长楔在帆板体前方形成的一个容纳石块的浆料化空间石栈空间55。石栈空间中的石块会向下移行，使其不影响后续开采。

令开沙长楔的横截面为椭圆形、所述椭圆形的长轴在可翻动帆板体翻起时处于竖直方向，如图3复合剖视所示，有助于减小翻起的可翻动帆板体穿越矿区的阻力。开沙长楔出孔出水和进孔吸取产生的力与帆板体的行进方向垂直。

图3并给出实施例9，在帆板体1第一面和/或第二面的网架34上设置若干个螺旋推进器56；包括固定设置和/或采用一维转动副机构和驱动机构的可摆动设置；

实施例9通过螺旋推进器对使帆板体提供更大、方向可调节的驱动力。

图3并给出实施例10，制造一台可燃冰开采充填一体化装置，包括帆板体1，帆板体第一面9上的开采设施包括一个多层钣金结构体42。多层钣金结构体包括供水管网43、矿沙管网44、填料管网45、第一阵列孔12、第二阵列孔14和若干个开沙长楔52；

开沙长楔52通过一维转动副机构57与帆板体连接并与一个驱动机构传动连接；开沙长楔的出孔和进孔通过控制阀和旋转管接头总成58分别与供水管网43和矿沙管网44连通。旋转管接头总成包括与一维转动副机构57同转动轴心线布置。开沙长楔52具有两种稳定状态：竖起的工作状态和翻下的极小阻力状态。极小阻力状态对应泥沙直通模式。

实施例10的有益效果：当帆板体切换矿道横移时，翻下开沙长楔即能使之处于极小阻力状态，令所述横移的阻力大幅度减小。

图3并给出实施例11，制造一个帆板体1，其中一部分填料输出器件11通过一维转动副机构57与帆板体基架连接并与一个驱动机构传动连接；所有一维转动副机构57的安装包括其轴心线与图面平行和与图面垂直两种，并能够来回摆动±15°。

实施例11的有益效果包括：通过令至少一部分填料输出器件的摆动，改变帆板体1的行进状态，使得帆板体在矿区行进更为机动。通过按照在两个相互正交的方向上设置可摆动的填料输出器件，令帆板体全空间的行进机动更加自由。

在一个可能的设计中，将与填料输出器件11连接的一维转动副机构57改为一个球面副机构，相应地，填料输出器件11并与一个两维驱动机构传动连接。这样，多提供一种令帆板体在矿区更为机动的技术手段。

图1、4和5给出实施例12，制作一台可燃冰开采充填一体化装置，包括帆板体1、浮选设施22、矿料管、矿料驳管59、填料管、填料驳管60、围板总成33和网架34；帆板体包括若干个可翻动帆板体61和基架62；可翻动帆板体通过一维转动副结构与基架连接并与帆板驱动机构传动连接；可翻动帆板体和基架之间通过快接接头总成63实现管路快接。图4中快接接头总成的两部分处于脱离状态；

可翻动帆板体61的形状包括若干个平滑连接的漏斗形；单个漏斗形面积8～25平方米。可翻动帆板体61两个面均设置第一阵列孔、第二阵列孔、开沙长楔52和填料输出器件，用于在其两个面上构建流体薄层17和实现开采充填；

可翻动帆板体具有两种工作模式：1）可翻动帆板翻下并与基架连接的工作模式；2）可翻动帆板体翻起的泥沙直通模式；泥沙直通模式如图4所示，其竖直上下行进阻力极小；

处于工作模式的各可翻动帆板61，其供水管网和矿沙管网分别通过旋转管接头总成58、快接接头总成63、基架62上的供水驳管和矿沙驳管、第二组水泵和第一组水泵，与浮选设施22连通；

处于泥沙直通模式的可翻动帆板体上的供水管网和矿沙管网分别通过旋转管接头总成58、基架62上的供水驳管和矿沙驳管、第二组水泵和第一组水泵，与浮选设施22实现连通，通过令帆板体1两个面上的各出孔同时出水、各进孔同时吸取，在其两个面构建流体薄层17。其浮选设施22因为不翻转，仍然能够担负起供水和泥水分离的任务；虽然此时各填料输出器件关闭，但浮选设施可以存储一些泥沙。

在一个可能的设计中，在沉沙空间设置一个泵，用于向填料管泵送泥沙用作填料。

实施例12的有益效果：在帆板体穿越上覆层以及两个相邻矿层之间的泥沙层时，令可翻动帆板体翻起能够减小行进阻力。在遇到前方大面积低丰度矿料时，令部分可翻动帆板体翻起，既能够开采其余高丰度矿料，又能够减轻开采设施和浮选设施的负荷。

在一个可能的设计中，包括多块可翻动帆板体共用一个浮选设施。

在一个可能的设计中，网架34兼作供水驳管和/或矿沙驳管的一部分。

图4并给出实施例13，在帆板体的周边设置围板总成33；围板总成以基架62为界分成第一组围板64和第二组围板65；第一组围板64和第二组围板65均包括若干块可翻动围板；各可翻动围板通过一维转动副机构与帆板体的四周连接并分别与各自的可翻动围板驱动机构传动连接；各可翻动围板的状态可调节；各可翻动围板翻起相互连接形成围筒状时，围板总成处于工作状态；各可翻动围板翻下相互并拢或者与帆板体并拢时，围板总成处于极小横移阻力状态；根据需要，可以只令一部分可翻动围板翻起或者翻下。

实施例13的有益效果：各可翻动围板的状态可调节；在帆板体切换矿道需要横移时，能够通过调节各可翻动围板的状态来减小帆板体的横移阻力。

图5给出实施例14，为所述开采充填一体化装置制作一个可翻动帆板体61，包括若干个开沙长楔52、螺旋推进器56、若干个第一突出部位66和第二突出部位67；在各第一突出部位和第二突出部位处设置泥沙直通阀68；一个泥沙直通阀平均分摊作业面积5～25㎡；相邻的泥沙直通阀之间平滑过渡，构成若干个漏斗形斜面；在所述第一突出部位和第二突出部位之间的漏斗形斜面上均布若干个开沙长楔和螺旋推进器；

泥沙直通阀关闭时，帆板体前的矿沙被开采设施吸取；

泥沙直通阀打开时，在泥沙直通阀前5～25㎡面积范围的矿沙，在该区域螺旋推进器的推动下，经所述漏斗形斜面作用被推向打开的泥沙直通阀并经过泥沙直通阀穿过帆板体。

实施例14的有益效果：能够最大限度做到开采高丰度区域69放弃低丰度区域70——根据可燃冰丰度传感器装置提供的信息，以一个泥沙直通阀分摊面积大小为单位舍取低丰度矿区——视竖直上下或者横向来回开采的具体情况而异，打开某个第一突出部位66或者第二突出部位67上的泥沙直通阀68、切换该泥沙直通阀分摊面积上的开采设施包括开沙长楔到泥沙直通模式：根据情况保持最小的出水和吸取以增加所述低丰度矿料的流动性；因出水导致所述低丰度矿料体积增加的部分，则通过第二阵列孔的进孔吸取；

并根据帆板体上众多的应变片传感器提供的信息不断调节各区域的螺旋推进器56及开采设施的状态，做到既保持所述应变片传感器的输出小——应变片所在的可翻动帆板体受力工况好，又保持理想的开采速度；

所述低丰度矿沙由于开沙长楔的楔入，以及开沙长楔和第一面上出孔输出水和进孔的吸取，流动性增加，在螺旋推进器56的推动下，矿沙，包括所述低丰度区域70的矿沙，在可翻动帆板体上第一突出部位和第二突出部位之间的漏斗形斜面作用下，被推向打开的泥沙直通阀68并经过泥沙直通阀穿过帆板体1。

在一个可能的设计中，在泥沙直通阀68的前方设置阀栅栏71，阻挡石块。

图5～7给出实施例15，制作一个帆板体1，包括若干个泥沙直通阀68；泥沙直通阀68包括一个矩形通孔72和一组两扇阀页73；两扇阀页73通过一维转动副机构57与帆板体1连接并各通过连接件74与液压驱动机构75传动连接。泥沙直通阀68的状态包括在关闭和敞开之间的连续变化。

实施例15的有益效果包括：提供一种比可翻动帆板体面积更小的开采取舍单元，有助于提高采净率和减少有关设施的磨损。

在一个可能的设计中，泥沙直通阀取矩形以外的形状或者取转动开关以外的形式。

图8给出实施例16，在帆板体第一面9上以出孔排76和进孔排77的形式设置出孔14和进孔15。实施例16的这种布置结构简单，供水网管矿沙管网容易设计加工；并且从中间的粗箭头经过出孔排的各出孔和进孔排的各进孔再到下面粗箭头出来的多条管路，其长度相同。如果令所述各管路的流道阻力特性相同，则实现了同程同阻的连接方式；

同程同阻连接的有益效果包括：整个水路对各种干扰包括施加于出孔排76与进孔排77之间的水压变化不敏感、其进孔14和出孔15的输出或者输入一致性好。

图9给出实施例17，制造一根填料管5，其内壁包括注水减阻表面78，注水减阻表面包括若干个注水孔79，将所有注水孔分组，每组跨度3～5米，每组配置一个注水控制阀。注水孔79通过供水管网43和注水控制阀与水源连通。注水控制阀打开时，其所控制范围内各注水孔79注水，在填料管5内填料80与注水减阻表面之间形成一个流体薄层17；

实施例17能保持填料管内工况良好、密度较高的填料也能畅通。

在一个可能的设计中，对填料驳管60内壁设置注水减阻表面保持填料驳管内畅通。

图10给出实施例18，为所述开采充填一体化装置制造一个矿料管堆栈81；所述矿料管由若干个矿料管标准管段连接组成；

矿料管堆栈81包括管段增减装置82、洗管装置83和堆栈平台84；矿料管通过洗管装置进入矿料管堆栈81并在矿料管堆栈内实现增减；矿料管堆栈通过第一矿料管85和上方的矿料收集处理装置连通；管段增减装置82包括第一机械手86和第二机械手87，用于实施矿料管增长和减短作业；

实施例18的工作原理：一开始，所述开采充填一体化装置下沉穿越上覆层时，管段增减装置82持续用标准长度的矿料管标准管段88加长矿料管3，同时矿料管3与所述可燃冰开采充填一体化装置持续下沉。随着矿料管段持续从矿料管堆栈81移出，引起矿料管堆栈内的压力变化，需要补充物料，包括用供水管2从矿料收集处理装置的气化室取水补充。进入正常向下开采时，可燃冰矿料通过矿料管3大量进入矿料管堆栈81，需要及时移出；

矿料管与所述开采充填一体化装置返回时，令管段增减装置逆向操作减短矿料管。

矿料管增长作业：第一机械手搬来一段矿料管标准管段；第二机械手将其与既有矿料管连接，实现一段矿料管标准管段的增加；

矿料管减短作业：第二机械手将既有矿料管最上面一段矿料管标准管段拆下：第一机械手将其搬走，实现一段矿料管标准管段的减少；

实施例18能够自动增减矿料管配合所述开采充填一体化装置工作。

图11给出实施例19，为开采充填一体化装置制造一台洗管装置83；矿料管堆栈包括管段增减装置、洗管装置和堆栈平台；矿料管经洗管装置进入矿料管堆栈；

洗管装置包括第一清洗室89、第二清洗室90和矿料管检修端91。矿料管通过矿料管检修端、第一清洗室和第二清洗室进入洗管装置；在第一清洗室和第二清洗室与进入的矿料管3之间设置若干个密封件92。第一清洗室89和第二清洗室90中注入有清洗用水；所述清洗用水根据自身状态随时换新以保证清洗效果。第一清洗室89和第二清洗室90相邻设置对矿料管3提供两次清洗；矿料管检修端91带有检测器件和铲刮器件；

实施例19的有益效果：进入矿料管堆栈的矿料管3外表面将直接与可燃冰矿料接触，因此要用矿料管检修端91对其可能的附着物先行铲刮清洗并检验其表面有没有大的划伤，包括用超声波探测装置进行检验。矿料管3每通过一次密封件92就完成一次刮水从而能够阻挡海水及其盐分进入可燃冰矿料中；即使矿料管3表面少量带入的盐分也会被第一清洗室89和第二清洗室90中的清洗用水稀释，这样进入可燃冰矿料中的盐分可以忽略不计。

图12各图给出实施例20，制造一个可移动插接装置，包括一台双插机械93和控制系统；双插机械93包括第一插头机械手94和第二插头机械手95。双插机械93并与帆板体上的矿料管网和填料管网连通。第一插头机械手94和第二插头机械手95都是一种带旋转管接头的多轴管路，均带有一个管路快接插头96；这里的轴与多轴机械臂的轴相互等价，但多轴管路要实现连通。管路快接插头96与母管97上的某一个管路快接插座98配合连接；各管路快接插头96和各管路快接插座98内侧均带有一个门户阀99；

门户阀99在管路快接插座98与管路快接插头96配合连接后才自动打开，门户阀打开，母管97通过双插机械93与帆板体上的矿料管或者填料管连通；门户阀99关闭，其所在的管路快接插头96才能与管路快接插座98脱开；

实施例20，从每个97的下端向上移行：

1.0），第一插头机械手94上的管路快接插头96与母管97最下面的管路快接插座98连接，第二插头机械手95上的管路快接插头96与母管97中间的管路快接插座98连接，这两个连接处的门户阀99都打开。

1.1），关闭第二插头机械手95的管路快接插头96上的门户阀99、关闭与第二插头机械手95的管路快接插头96连接的母管97中间的管路快接插座98上的门户阀99，将第二插头机械手95的管路快接插头96与母管97中间的管路快接插座98脱离并令其向上移动；这时，母管97通过最下面的管路快接插头和管路快接插座所在的一条支路与矿料管或者填料管连通；

1.2），将第二插头机械手95的管路快接插头96与母管97最上面的管路快接插座98连接，并打开第二插头机械手95的管路快接插头96上的门户阀99、打开与第二插头机械手95的管路快接插头96连接的母管97最上面的管路快接插座98上的门户阀99；这时，母管97通过最上面和最下面的管路快接插头和管路快接插座所在的两条支路与矿料管或者填料管连通。在上述移动过程中，双插机械93及帆板体正向移行一段距离；

1.3，关闭第一插头机械手94管路快接插头96上的门户阀99、关闭与第一插头机械手94管路快接插头96连接的母管97最下面的管路快接插座98上的门户阀99，将第一插头机械手94的管路快接插头96与母管97最下面的管路快接插座98脱离令其向上移动；这时，母管97通过最上面的管路快接插头和管路快接插座所在支路与矿料管或者填料管连通；

1.4），将第一插头机械手94的管路快接插头96与母管97中间的管路快接插座98连接，并打开第一插头机械手94的管路快接插头96上的门户阀99、打开与第一插头机械手94的管路快接插头96连接的母管97中间的管路快接插座98上的门户阀99；这时，母管97通过最上面和中间的管路快接插头和管路快接插座所在的两条支路与矿料管或者填料管连通；

在上述1.0）～1.4）移动过程中，双插机械93及帆板体又正向移行一段距离，完成一次完整的可移动插接作业。重复上述移动过程可以持续增长双插机械93及帆板体的正向移行；

参照实施例20中1.0）～1.4）实施逆向操作，能实现双插机械93及帆板体的反向移行。

在一个可能的设计中，管路快接插头96与管路快接插座98表面设置成注水减阻表面（参实施例7）；用于减小其移行阻力和实现表面清洗。

在一个可能的设计中，管路快接插头与插座之间用电动螺丝实现插接和脱离。

在一个可能的设计中，母管97的管路快接插座98均设置双份；一用一备。

实施例20能够在海底深处实现帆板体与矿料管填料管之间的不间断可移动连通。

图13给出实施例21，制造一个填料供应设施，设置于海床8上，包括管段增减装置82、升降平台100、多轴填料泵机101和控制系统；管段增减装置82包括第一机械手86和第二机械手87；第一机械手86搬运填料管标准管段88；第二机械手87连接标准管段101；填料管5由若干个标准管段88连接组成；管段增减装置82设置在升降平台上；升降平台100调节管段增减装置82的工作位置高度；多轴填料泵机对填料管5泵入填料80；

实施例21工作背景：随着帆板体状态改变，需要调节对填料管内填料的填料及压力：一开始虽未开采，但构建流体薄层注入的水增加现场泥沙的体积，需要通过填料管5反向排出一些泥沙流体；开始开采后，需要向现场供应填料，这有可能造成海床数十米的削减；

考察离海底100米深处填料管5内外的密度差，以填料管内外的密度分别为1.8和2.2计，所述密度差为0.3mpa；这个密度差在开采过程中随帆板体下沉而变动；

实施例21的有益效果：管段增减装置能够连续调节填料管的长度；由于填料的密度大于海水，随着填料管高度的增加，填料管底端的压力加速增加，因此，增减填料管能够帮助改变现场填料的输出压力。多轴填料泵机能够适应不同的输送填料高度的要求。

图13并给出实施例22，制造一台可燃冰开采充填一体化装置，包括填料供应设施，填料供应设施包括管段增减装置、升降平台、多轴填料泵机101和控制系统；多轴填料泵机底部102设置有若干根螺旋桩103，螺旋桩103深入海床8；多轴填料泵机101通过螺旋桩103向海床传递重力；当因为填料供应设施持续取泥沙18令多轴填料泵机101与海床8之间的空挡104过大时；通过令多轴填料泵机101上的各螺旋桩深入海床来减小空挡104；

实施例22为多轴填料泵机适应复杂多变的海床表面提供一种技术手段。

一个可能的设计中，对设置于海床中多种设施，包括卷扬机、采矿支持平台以及填料供应设施的的管段增减装置和升降平台，仿照实施例22，在所述设施底部设置若干根螺旋桩，所述螺旋桩深入海床；所述卷扬机、采矿支持平台、以及填料供应设施的管段增减装置、升降平台和多轴填料泵机通过各自底部的螺旋桩向海床传递重力；所述卷扬机、采矿支持平台、以及填料供应设施的管段增减装置、升降平台和多轴填料泵机的高度根据所述各螺旋桩状态的变化而变化；

当填料供应设施取泥沙令所述多种设施底部与海床之间空挡扩大时；令所述多种设施的各螺旋桩深入海床来减小空挡高度。这样，为在海床表面作业的有关设施适应复杂多变的海床表面而自动调节自身的高度位置提供一种技术手段。

图14各图给出实施例23，制造一台横向作业可燃冰开采充填一体化装置，包括固定安装的帆板体1、与帆板体1一体设计制作的两排每排若干个浮选设施22、矿料管3、填料管5、第二矿料管105、第二填料管106和控制系统，并配套填料供应设施和可燃冰气化装置。第二矿料管105和第二填料管106平行设置兼作帆板体1的运行轨道，均带有5～20°的水平倾角107；第二矿料管和第二填料管的外表面均设置有注水减阻表面，所述注水减阻表面生成流体薄层实现减阻；第二矿料管和第二填料管分别通过若干个钩状物吊钩件108和吊索21与海床表面的卷扬机20传动连接；帆板体1通过其左右两端的轮组109与第二矿料管105和第二填料管106滚动连接并在第二矿料管105和第二填料管106上行驶；轮组109包括一个以上轮子。帆板体采用网架34增强，并通过网架高置式底盘110传递重力；

第二矿料管105和第二填料管106的朝向帆板体一侧分别均布一排若干个管路快接插座98；帆板体1上与矿料管网和矿沙管网连通的左右两端双插机械上的，第一插头机械手94和第二插头机械手95的管路快接插头96，分别通过与各管路快接插座98的自动插接，实现帆板体1与第二矿料管105和第二填料管106之间的可移动不间断管路连通；

帆板体的两个面均包括开采设施和填料输出器件、均能够切换为第一面和第二面。

实施例23的工作原理：在海床表面，即令所述开采充填一体化装置通过轮组与第二矿料管和第二填料管配合轮轨连接、令第二矿料管和第二填料管通过吊索与卷扬机传动连接、调整帆板体处于行进阻力极小的竖直状态，包括围板总成上面的第一组围板64和下面的第二组围板65翻起；并启动第二矿料管上、第二填料管和围板总成上的注水减阻表面注水吸取；帆板体两面各出孔和进孔分别出水和吸取形成流体薄层实施减阻；

令卷扬机20放下所述开采充填一体化装置、第二矿料管105和第二填料管106，使之切入上覆层泥沙18并到达指定地点——包括矿区最下面矿层的底部。然后所述开采充填一体化装置切换到工作状态，开始沿着第二矿料管105和第二填料管106向前开采并充填，开采出的可燃冰矿料经浮选设施浮选后通过第二矿料管和矿料管输送到上面的可燃冰气化装置，这部分的过程与实施例1的基本相同。当帆板体横向开采到矿道末尾时，包括令卷扬机吊起第二矿料管105和第二填料管106一个开采高度，然后切换帆板体1上的第一面开采作业面和第二面充填作业面与上次反方向行进继续开采充填。

实施例23的有益效果包括：提供一种横向开采充填的可燃冰开采装置。采用吊钩件108为帆板体与第二矿料管105和第二填料管106之间的轮轨连接提供空间。第二矿料管105和第二填料管106采用倾角设计，利用可燃冰和填料与水的密度差异实现自然流动。横向开采充填时，遇到石块54还可以通过出水孔输出更多的水，加强流体薄层的作用使得石块54下沉到帆板体1下面，消除弱化其对作业的影响。

在一个可能的设计中，根据现场矿层的状态，用卷扬机和吊索对实施例24中的第二矿料管105和第二填料管106实施升降以适应矿层走向的变化。

在一个可能的设计中，帆板体1通过一维转动副机构与轮组连接，实现带水平大倾角的横向开采和充填。

在一个可能的设计中，第二矿料管和第二填料管上方各设置一根齿条；并且所述轮组变形为与所述齿条配合滚动连接的齿轮轮组。其有益效果包括：帆板体在第二矿料管和第二填料管上爬坡不打滑、轮组定位精度误差小有利于管路快接插头的自动插接。

图14a和b并给出实施例24，在实施例23基础上，帆板体1包括一个电缆盘111；在第二填料管106的下方设置一个与第二矿料管同长、横截面为v型的电缆托条112；电缆盘上卷绕有电缆并收放电缆于电缆托条上。同时，电源也使用一个电缆盘收放电缆的竖直部分；电缆从电源处贴矿料管3向下再沿着第二矿料管105延伸到电缆盘111处；

实施例25为横向开采和充填一体化装置提供一个可移动不间断电缆连接方案。

图14b和23c并给出实施例25，制造一个可燃冰开采充填一体化装置，包括帆板体1、液压源、一根液压管113和一根第二液压管114；液压管113竖直设置；第二液压管114与第二矿料管105平行设置。液压源、液压管113、第二液压管114、快接插座、帆板体上的快接插头96和液压工作部件顺序连通；

实施例25提供可移动不间断深海液压动力系统；液压管和第二液压管并能兼作供水管路。

图15给出实施例26，制造一台时针式泥质粉砂型可燃冰开采充填一体化装置，包括时针式帆板体1、矿料管3、填料管5、围板总成33、开采设施和控制系统；帆板体1嵌入安装浮选设施22。矿料管3和填料管5捆绑在一起并形成一根竖直的共同轴心线115，帆板体1与矿料管3和填料管5固定连接并作绕共同轴心线115的转动。若干个螺旋推进器56通过球面副机构或者两个一维转动副机构叠加与帆板体1主体连接，并各与一个驱动机构传动连接实现全方位正反向推进帆板体1；帆板体1沿其长度方向具有一个水平倾角107；若干个螺旋推进器56通过一维转动副机构57与矿料管3和/或填料管5连接，并各与一个驱动机构传动连接，用于驱动矿料管填料管绕共同轴心线115转动。

实施例26的有益效果：以较小的帆板体面积实现很大的开采充填面积。竖直开采充填的帆板体，其开采充填面积为所述帆板体沿行进方向的正投影面积；横向开采充填的帆板体，其开采充填面积为所述帆板体长度沿行进方向的正投影面积；时针式开采充填的帆板体，其开采充填面积——按照形成的填料体的横截面计算——为以所述帆板体长度乘以倾角107的余弦为半径的圆面积。同样400平方米的帆板体，所述竖直、横向和时针式帆板体的面积分别为20*20、50*8和50*8平方米时，所述相对应的最大开采充填面积约为400、400和7850（3.14*2500；≈19.625*400）平方米；此外，竖直帆板体，可能需要可翻动帆板体或者采用翻转到竖直状态穿越上覆层后再翻转回来的方式，有一定难度包括管路的旋转连接；横向帆板体，需要设置第二矿料管和第二填料管并需要采用吊索和卷扬机连接固定。实施例26的时针式帆板体则不涉及可翻动帆板体和旋转管道连接器，也不需要设置第二矿料管和第二填料管。与横向开采充填的情况相同，遇到石块54还可以通过令出水孔出更多的水，加强流体薄层的作用，来使石块54下沉到帆板体1下面，消除弱化其对作业的影响；

但是实施例26的时针式帆板体，其三个填料体相切时会形成一小块矿区边角116没有开采，见图19；矿区边角116的面积约为圆形填料体的1.8%；

实施例26的有益效果还包括：填料体高度方向生长的速度相对较慢并且径长比大，有利于填料体的密实脱水且不容易坍塌；

实施例26采用螺旋推进器全方位推进帆板体1、矿料管和填料管，为帆板体、填料管个矿料管的状态自由提供保证。

在一个可能的设计中，实施例26采用两个以上的时针式帆板体以360度圆周角均分安装，提高开采速度。

在一个可能的设计中，在矿料管3和/或填料管5与帆板体1之间采用一个其轴心线水平布置的旋转管接头连接，实现对帆板体的状态包括倾角107的调节。

图16～18给出实施例27，制造一个填料供应设施，包括管段增减装置82、升降平台100、升降式填料泵机117和填料控制系统。管段增减装置82设置在升降平台100上，管段增减装置包括第一机械手86和第二机械手87；矿料管3和填料管5捆绑在一起；矿料管3和填料管5外面套接一个双孔填料漏斗118；双孔填料漏斗118包括一个斜边开口119、两个通孔120和一段套接连接界面121；两个通孔120刚好允许矿料管3和填料管5通过；套接连接界面121包括与矿料管3和填料管5贴合；套接连接界面121上面设置有若干个连接件孔122。连接件孔122允许连接件穿过实现双孔填料漏斗118与矿料管3和填料管5的连接；填料管5由若干段填料管标准管段88连接组成；填料管标准管段88的两端分别设置有一段内螺纹123和一段外螺纹124；

实施例27的增长填料管标准管段的作业过程：矿料管3和填料管5捆绑连接并围绕其共同中心线115旋转，同时作上下升降运动。管段增减装置82对填料管5进行加长：第一机械手86搬来一段填料管标准管段88并令其与填料管最上面的一段标准管段螺纹连接；第二机械手87配合所述螺纹连接并用紧固件通过紧固件孔125加强所述连接；然后第二机械手87将双孔填料漏斗118上的连接件松开；第一机械手86配合将双孔填料漏斗118提起到刚连接的标准管段88的上部连接孔122处，第二机械手87通过连接件将双孔填料漏斗118固定在刚连接的填料管标准管段88的连接孔122处，完成一次填料管5加长作业。在这过程中，升降式填料泵机117能够随时将填料抽吸上来并将填料送入填料管5和正在旋转中的双孔填料漏斗118；

参照上述增长填料管标准管段的作业过程，采用逆向操作，即实现填料管的减短。

实施例27的有益效果：为与时针式开采充填一体化装置同步转动的矿料管和填料管提供一种填料管自动增减和填料供应技术手段。实施例25的双孔填料漏斗118也可以用于时针式开采充填一体化装置以外的填料管上，用于适应所述填料管的增减。

图15、20a、20b和21给出实施例28，制造一台时针式泥质粉砂型可燃冰开采充填一体化装置，包括时针式帆板体1、矿料管3、填料管5、围板总成33和控制系统；在帆板体1上嵌入安装浮选设施22。矿料管3和填料管5捆绑在一起并形成一根竖直的共同轴心线115，帆板体1与矿料管3和填料管5固定连接并作绕共同轴心线115的转动。若干个螺旋推进器56通过球面副机构或者两个一维转动副机构叠加与帆板体1主体连接，并各与驱动机构传动连接实现360°空间全方位推进包括正反向旋转推进帆板体1；帆板体1沿其长度方向具有一个水平倾角107；若干个螺旋推进器56通过一个一维转动副机构57与矿料管3和/或填料管5连接，并各与一个驱动机构传动连接；

在帆板体1外侧连接一个水平布置的舵帆板体126；舵帆板体126包括上下两块水平布置的水平围板127和外侧的一块竖直舵围板128；竖直舵围板128通过两个一维转动副机构与水平舵围板127连接并与一个驱动机构传动连接，并始终保持其平面与帆板体1的行进方向平行；水平舵围板127在其左侧通过两个一维转动副机构与帆板体1的基架61连接并各自与一个驱动机构传动连接，能够以一个与帆板体1平行的平面为基准在逆时针0～80°范围摆动。若干个螺旋推进器56通过球面副机构或者两个一维转动副机构叠加与水平舵围板127主体连接，并各与一个驱动机构传动连接实现360°空间全方位正反向旋转推进水平舵围板127和舵帆板体126。这里的所述摆动是指舵帆板体与帆板体1的相对位置关系；这里的所述全方位推进是指保持舵帆板体与帆板体1同步转动行进。

舵帆板体包括第一面和第二面；第一面上设置开采设施；第二面上设置填料输出器件。开采设施包括第一阵列孔和第二阵列孔；第一阵列孔包括若干个出孔；第二阵列孔包括若干个进孔；所述出孔和进孔在第一面按照出水和吸取的量进行布置；第二面上的填料输出器件根据输出填料的量进行布置。

舵帆板体126属于帆板体1的一个组成部分。舵帆板体126和帆板体1与实施例1中的帆板体1一样，包括第一面和第二面；第一面上设置开采设施；第二面上设置填料输出器件11。开采设施包括第一阵列孔和第二阵列孔；第一阵列孔包括若干个出孔；第二阵列孔包括若干个进孔；所述出孔和进孔在第一面按照出水和吸取的量进行布置形成出孔和进孔布置的密度梯度；同样，第二面上的填料输出器件11的布置也根据输出填料的量进行布置形成布置的密度梯度。舵帆板体126并隔离开采作业面的矿料和填料。

实施例28中，包围帆板体1的围板总成33以及水平围板127均包括第一组围板64和第二组围板65；第一组围板和第二组围板均包括若干块可翻动围板；各可翻动围板通过一维转动副机构与帆板体1的基架62连接并分别与各自的驱动机构传动连接；各可翻动围板翻下相互连接形成围筒状时，围板总成33和水平围板127处于工作状态；当各可翻动围板翻起相互并拢或者与帆板体1和/或舵帆板体126并拢时，围板总成和水平围板处于极小下沉阻力状态；根据需要，可以令一部分可翻动围板翻起或者翻下。

根据出孔、进孔和填料输出器件的密度梯度，在第一面和第二面各部分形成的负压和正压也不同，因此所述各可翻动围板的宽度也不相同，包括在帆板体1在靠近共同中心线115处的一边不用任何围板。

实施例28的工作原理：一开始，令围板总成和水平围板的各可翻动围板翻起，帆板体1和舵帆板体126处于极小下沉阻力状态；所述可燃冰开采充填一体化装置下沉到矿区底部，然后，令围板总成和水平围板切换到工作状态，包括采用第一组水泵，将浮选设施多水空间的水通过第一阵列孔出孔输出；采用第二组水泵，将浆料化的矿料从第二阵列孔的进孔泵入浮选设施浮选；各出孔出水和各进孔吸取在第一面形成流体薄层实现可燃冰开采并形成一个负压；第二面的各填料输出器件11输出填料并形成正压；帆板体1和舵帆板体126在所述正压和负压作用下，边围绕共同中心线115旋转边上升；帆板体1每旋转360°，其高度正好升高一个开采作业面的高度；

在这过程中，令舵帆板体的外侧边界包括压着由两个圆相互干涉部分的平分线129走。

实施例28的有益效果：通过改变舵帆板体126的状态来改变帆板体1的开采充填状态，包括令帆板体1的作业面长度包括伸缩段130，使其所形成的填料体19的横截面由圆形变为由6段圆弧段与6根由两个圆相互干涉部分的平分线129交替连接组成的闭合曲线，图21中只画了部分圆弧段和平分线，这就缩小了三个相邻填料体19之间矿区边角116的面积，使得矿区边角116的面积与填料体13横截面的占比，由原来的约1.813%缩小到最小约0.33%，提高了采净率。实施例28的所述可燃冰开采充填一体化装置结构简单，可靠；

实施例28采用水平围板127的设计，在实现所述摆动时既可保证相关部件互不干涉，又能使各部分围板连续衔接实现隔离；并且保证填料体的表面平滑。

图15、22～23给出实施例29，针对时针式开采充填一体化装置存在矿区边角问题，制造一台时针式泥质粉砂型可燃冰开采充填一体化装置，包括时针式帆板体1、矿料管3、填料管5、三角形水平帆板体131和控制系统。帆板体1包括第一连接界面132；三角形水平帆板体包括第二连接界面133、基架62和一组两个可翻动帆板体61；第二连接界面133上设置有若干个螺旋推进器56用于驱动其在矿区移行、设置有若干个机械手134用于实施连接，第二连接界面133并采用脐带缆135与海床上的采矿支持平台连接；两个可翻动帆板体61对称布置通过一维转动副机构和旋转管接头与基架62连接并分别与一个驱动机构传动连接，成为一个竖直开采充填的帆板体部件；竖直开采充填的帆板体有关内容见实施例1。可翻动帆板体61具有两种稳定状态：翻起并拢的极小穿越阻力状态和翻下的工作状态。

第一连接界面132和第二连接界面133包括为板状物；第一连接界面和第二连接界面均包括若干个管道连接端口136、缆线连接端口137、注水孔79和连接器138；各管道连接端口内侧均串接有门户阀99；门户阀99关闭，该管路隔断；第一连接界面132和第二连接界面133连接后，该管路的两个门户阀都打开，该管路才可能接通；连接器138包括自动旋转紧固和松开的螺钉；

当第一连接界面132和第二连接界面133对接并通过连接器138连接后，各管道连接端口136和缆线连接端口137刚好完成连接；

三角形水平帆板体131与时针式帆板体1相连接，在时针式帆板体下沉穿越矿区时即开始时对矿区边角或者对规划将成为矿区边角的区域进行开采充填；三角形水平帆板体并在时针式帆板体到达作业位置开始开采前与时针式帆板体脱离并由脐带缆拉起。

所述脱离包括：三角形水平帆板体上的机械手134先伸出把握住帆板体1，然后各连接器138脱开，机械手134将帆板体1推开，并切换到极小穿越阻力状态，脐带缆135拉动三角形水平帆板体131返回到所在矿带的最上部并通过自身配置的螺旋推进器转移到下一个矿区边界处待命；

时针式帆板体1完成本次开采充填后暂停，处于等候状态的三角形水平帆板体131上的控制系统主机，与帆板体1通讯并凭借其超声波探测装置提供的信息，启动其上的螺旋驱动器，上前与之对接：第二连接界面133上的机械手134先伸出把握住第一连接界面132，完成对准，各注水孔79注水洗去泥沙，各连接器138完成连接；然后，三角形水平帆板体131跟随时针式帆板体1下沉，并在下沉穿越矿区时再次开始时对划分为矿区边角的区域进行开采，这样又回到上面自然段的开采充填过程的开采阶段，然后同样重复所述开采过程的其它阶段，直到在采矿支持平台支持下转移到下一个矿区边界处待命。

实施例29的有益效果包括：利用所述时针式开采充填一体化装置的既有设施包括浮选设施、第一水泵和、第二水泵、矿料管和填料管，在所述时针式开采充填一体化装置下沉时对对矿区边角116实施开采，由于决定开采速度的重要因素是浮选设施的浮选能力，当矿区边角116面积仅数十平方米时，即使开采速度达到50米/时，浮选设施的浮选能力依然足够，这样的开采速度不影响所述时针式开采充填一体化装置的下沉或者能够容忍所述影响。这样，实施例29能够以合理的代价提高采净率。

在一个可能的设计中，第一连接界面132包括设置在矿料管和/或填料管上；第二连接界面133包括设置在功能部件上；所述功能部件包括各种机械手、帆板体、开采部件包括切削式开采部件；所述功能部件上设置有喷水驱动设施和/或螺旋推进器；喷水驱动设适用于在高含水流体区域提供推力。

图24和25给出实施例30，在帆板体1上成组安装，每组包括第一偏转填料输出器件139、第二偏转填料输出器件140和若干个与帆板体垂直安装的填料输出器件11；第一偏转填料输出器件139和第二偏转填料输出器件140两个填料输出器件分别向左和向右倾斜安装，即偏转安装；其安装倾角107范围90±15°并均串接有控制阀141。

不偏转安装的填料输出器件对帆板体产生向前的推力；向左和向右倾斜安装的第一偏转填料输出器件和第二偏转填料输出器件在对帆板体产生向前的推力的同时分别产生向左和向右的横向推力；这样，控制系统主机在启动不偏转安装的填料输出器件11的同时，通过控制阀令第一偏转填料输出器件139的输出大于第二偏转填料输出器件140的输出，则该组填料输出器件就会对帆板体附加产生一个如图25中横线箭头50所示的向左的附加推力。并且所述附加推力能够在一定范围内根据控制系统主机状态的变化而由向左最大到向右最大连续变化。

实施例30的有益效果包括：利用软件和固定安装的所述填料输出器件，即可实现改变帆板体的行进路线；由于没有活动部件，整个系统更加简单可靠。

图26给出实施例31，制造一个多管填料输出器件142，包括第一套管143和第二套管144；各套管通过141分别与不同的填料源145连通，用于输出由不同填料组成的混合填料。所述控制阀通过自身接口电路与控制系统主机信号连接；多管填料输出器件的输出状态根据控制系统主机状态变化而变化。所述不同的填料源包括二氧化碳水合物和泥沙。

实施例31的有益效果：多管填料输出器件能够输出组份连续变化的混合填料，包括平均密度大于海水的二氧化碳水合物泥沙混合填料，使之能够稳定地储存于海底，为碳储存提供一种可行的技术手段。碳储存对于降低大气中二氧化碳浓度意义重大。

在一个可能的设计中，实施例31采用第三套管146或者更多的套管来输出更多组份混合的填料。所述更多组份包括快速提高填料体强度的添加剂譬如水泥，以及一种淤泥原位改性强化添加剂。具体可参现有技术的有关内容。

图27给出实施例32，在帆板体1上设置若干个填料输出器件组147，每个填料输出器件组147包括按照两个维度对称布置的若干个偏转安装和正常安装的多管填料输出器件142。至少对部分多管填料输出器件142配置控制阀，各控制阀通过自身的接口电路与控制系统主机信号连接；各控制阀的状态根据控制系统主机状态的变化而变化。

实施例32的有益效果包括：通过改变有关填料输出器件的状态，产生一个与帆板体1行进方向垂直的附加推力，用于改变帆板体的移动路线。当由于某种干扰或者要规避前方障碍物时，能够以此实现改变行进路线所要求的机动。

在一个可能的设计中，对于横向行进和时针式转动行进的帆板体，需要克服重力作用造成的下降，通过对部分或者全部填料输出器件带倾角安装使之产生一个与前进方向垂直的向上的推力来补偿所述重力造成的影响。

图28和29给出实施例33，为所述开采充填一体化装置制造一台横向来回行进或者时针式转动行进的二氧化碳水合物埋藏装置，包括帆板体1、浆料管148、二氧化碳水合物输出装置149和控制系统；仿照上述实施例，帆板体1包括第一面9和第二面10。第一面9上设置第一阵列孔和第二阵列孔；第一阵列孔包括若干个出孔；第二阵列孔包括若干个进孔；围板总成33包围帆板体。令所述出孔和进孔分别出水和吸取，在第一面前侧形成一个负压。吸取的浆料通过浆料管148送到海床上面或者作为泥沙源用于与二氧化碳水合物混合。帆板体第二面10的中间部位设置多管填料输出器件142和填料输出器件11两种填料输出器件；多管填料输出器件的第一套管和第二套管分别与二氧化碳水合物输出装置147和填料供应设施连通；从多管填料输出器件142的出口直接输出二氧化碳水合物和泥沙混合形成的二氧化碳水合物填料150，并在第二面后侧形成一个正压；所述正压和负压共同驱动帆板体1在矿区6行进；所述行进包括横向来回或者时针式转动。

多管填料输出器件142能够形成的不同的二氧化碳水合物填料150；包括所述二氧化碳水合物填料中二氧化碳水合物的含量从20～100%；从第二面10边缘部位的填料输出器件11输出的填料80包裹二氧化碳水合物填料150。

实施例33中，如果是边开采矿料边充填二氧化碳水合物，则当二氧化碳水合物的质量不大于所开采的矿料质量时，二氧化碳水合物上面的重量不缺少；如果是纯粹埋藏二氧化碳水合物，则每埋藏1m³二氧化碳水合物，由于矿区泥沙等的替换，其上将增加约2吨的泥沙，这有助于压住二氧化碳水合物。

实施例33的有益效果包括提供一种永久性埋藏二氧化碳水合物的技术手段。

实施例33中，帆板体1的周边设置有由第一组围板64和第二组围板65组成的围板总成33。第一组围板64和第二组围板65通过一维转动副机构和驱动机构与帆板体1的基架连接，所述驱动机构通过自身的接口电路与控制系统主机信号连接，第一组围板64和第二组围板65的状态根据控制系统主机的状态变化而变化。第一组围板64和第二组围板65的用处包括切换到极小下沉/上升行进阻力状态——如图28中双虚线所示和用作鳍片；

第一组围板64和第二组围板65用作鳍片时，能够调整改变帆板体1的行进路线。

图30和31给出实施例34，制造一台竖直上下行进的二氧化碳水合物埋藏装置，包括帆板体1、浆料管148、二氧化碳水合物输出装置149、若干个电动振动棒32、围板总成33和控制系统。帆板体1包括第一面9和第二面10。振动棒32包括浇筑混凝土使用的振动棒。仿照上述实施例，第一面9上设置有第一阵列孔和第二阵列孔；第一阵列孔包括若干个出孔；第二阵列孔包括若干个进孔；所述出孔和进孔在第一面均布。令所述出孔和进孔分别出水和吸取，在第一面前侧形成一个负压。吸取的浆料通过浆料管148送到海床8。帆板体的第二面10设置若干个多管填料输出器件142；其第一套管和第二套管分别与二氧化碳水合物输出装置147和填料供应设施连通、其出口输出二氧化碳水合物填料150，并在第二面后侧形成一个正压；所述正压和负压共同驱动帆板体竖直向上行进。

实施例34的工作过程：先令帆板体1下沉到指定位置，然后进行二氧化碳水合物埋藏：包括令多管填料输出器件142的出口包括间隔输出二氧化碳水合物填料150和填料80；所述二氧化碳水合物填料中二氧化碳水合物的含量从20～100%；

包括在输出填料80时，用电动振动棒32施以振动，加速填料的水分上升泥沙密实板结；

二氧化碳水合物形成的填料体19之间相互间隔埋置于海底泥沙18中。

实施例34的有益效果：用振动棒加速填料80板结形成的填料体19抗剪切能力强、物理性质包括状态稳定；这有助于二氧化碳水合物填料150的稳定。

实施例34的有益效果包括提供一种永久性埋藏二氧化碳水合物的技术手段。

在一个可能的设计中，实施例34和35利用第二填料输出器件148埋藏二氧化碳水合物以外的填料类物体——所有适合作为填料体的材料物体。

在一个可能的设计中，实施例33和34的帆板体作为泥质粉砂型矿料开采充填一体化装置的一部分用于开采泥质粉砂型矿料包括可燃冰和/或稀土矿。

在一个可能的设计中，实施例34采用可翻动帆板体设计以加速穿越行进。