一种深海浮力采矿系统

本发明属于深海采矿设备，具体涉及一种深海浮力采矿系统

背景技术：

1、海底富含大量的锰结核、多金属硫化物、富钴结核等矿产资源，还有大量的稀有金属，开发海底矿产资源成为支撑未来经济、工业、科技发展的重要力量。

2、深海采矿一般以海面母船作为系统的支撑平台，在船舶底部的管船连接装置下面，连接矿浆提升立管直至距离海底几百米处，提升立管顶端与管船连接装置相连，提升立管底端连接有提升泵组、软管、海底采矿车等。采矿车在海底进行作业，将采集的矿浆由物料泵通过软管输送至提升泵组的进口，再由提升泵组通过提升立管将矿浆输送至海面母船。

3、由于矿浆中含有大量的海底泥浆，这些海底泥浆随同矿料一起，被物料泵、提升泵输送至母船；由于海底泥浆成分复杂，且含盐量高，一旦进入商业化开采，大量的海底泥浆堆放陆地，将会对陆地产生严重的环境污染。

4、此外，海底矿浆中还含有一些较大的矿物结核，一方面，受矿浆的提升管道直径限制，装不下特别大的大块矿物结核；另一方面，物料泵、提升泵一般是使用离心泵或柱塞泵，受输送泵功能限制，大块矿物结核在经过离心泵、柱塞泵时，会对离心泵、柱塞泵的泵体等主要零件产生严重磨损、变形，从而导致离心泵、柱塞泵失效；因此大块矿石不能通过管道输送的方式运送至母船，将被丢弃在海底，造成海底矿产资源浪费。

5、综上所述，利用物料泵、提升泵和管道提升矿浆，主要产生二个问题，1、提升上来的海底泥浆，在陆地上堆放会造成环境污染；2、大块矿石不能提升至母船，将造成海底矿产资源浪费。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有深海采矿系统，利用管道、物料泵和提升泵在提升矿浆时产生的二个主要问题，1、提升上来的海底泥浆，会污染环境；2、大块矿石不能提升至母船，造成海底矿产资源浪费问题；发明一种深海浮力采矿系统，弥补现有深海采矿系统的不足，实现绿色采矿，避免对环境造成污染，以及浪费海底矿产资源。

2、为达到上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现。

3、一种深海浮力采矿系统，包含母船，浮球，吊具，回填箱，矿料箱；其特征在于：所述浮球，其外部为金属壳，金属壳内部设有气囊，金属壳二端均设有端口，其中一端端口为气囊的气门嘴出口端，并与气囊的气门嘴密封连接；另一端为油口；所述浮球外部至少设有一只吊耳；所述回填箱、矿料箱悬挂在吊耳上。

4、本发明的目的还可以通过以下技术解决措施来进一步实现。

5、所述母船上设有缆绳牵连浮球。

6、所述吊耳设置在金属壳的外部；所述吊耳上连接着吊具，回填箱使用第一吊具，矿料箱使用第二吊具；

7、所述回填箱使用第一吊具，矿料箱使用第二吊具与浮球连成整体，一起沉海时，回填箱的底部比矿料箱底部低h米。

8、所述第一吊具下还设有自控挂钩，回填箱上设有吊装绳，吊装绳悬挂在自控挂钩上，自控挂钩吊装负载后，自控挂钩闭合；所述自控挂钩的打开，由第二吊具受力大小控制。

9、所述自控挂钩为机械式结构也可以为电控结构。

10、所述气囊本体为可膨胀，可收缩，高强度的弹性材质。

11、所述气囊，内部填充高压气体。

12、所述金属壳内、气囊外的储液腔，填充高压矿物油。

13、所述母船上，设有物料吊和缆车。

14、有益效果

15、本发明一种深海浮力采矿系统，利用浮球，将深海管道采集的海底泥浆，通过回填箱，重新回填海底采矿区，同时，将海底采集的无法通过管道输送的大块矿石，通过矿料箱从海底运送至母船。不仅避免了通过管道采集的海底泥浆对陆地造成污染，同时，将海底泥浆回填至海底采矿区，也减少了对海底采矿区的扰动，实现绿色采矿；此外还能够将丢弃在海底的大块矿石，利用浮球和矿料箱重新捡拾回来，避免资源浪费。

16、本发明浮球，采用双层结构，即在浮球外层金属壳的内部，还设置了一层气囊，气囊是用来填充高压气体，如高压氦气，由于大气环境和海底环境的温度都远远高于该气体的液化温度，因此，气囊中气体在高压环境下不能被液化，利用气体比重小，降低浮球的自重，提高浮球运输矿石的能力；储液腔利用气囊为压缩体，填充高压矿物油，一方面简化了提高金属壳内部压力操作，另一方面利用金属壳内外部的压力平衡，可以提高金属壳在海底的耐压等级，减轻金属壳的自重。

17、本发明将浮球、回填箱、矿料箱等组成的海洋水下运输系统一起沉海时，回填箱的底部比矿料箱底部低h米，h取值一般为0.5米，取值太大，矿料箱在海底装填矿料不方便，取值太小，矿料箱底部容易与海床接触；当回填箱克服浮球的浮力，下沉至海底，与海床接触，矿料箱在浮球浮力的影响下，一直悬浮在水中，通过遥控海底矿车，给矿料箱不断加载矿石，且在整个装载矿料的过程中，矿料箱底部始终不会沉入到海底海床，矿料箱随着矿石不断增加，第二吊具承受浮球的拉力也在不断增大，由于浮球的最大向上运载力是一定的，因此回填箱第一吊具上承受的浮球拉力将减小，在回填箱第一吊具承受的拉力减小到设计拉力时，回填箱第一吊具下的自控挂钩将自动打开，回填箱与浮球解除了约束，停留在海底；同时，浮球失去回填箱的约束，带着矿料箱随即上浮，直至海面，再利用母船上的物料吊将矿料箱提到母船。通过回填箱第一吊具下的自控挂钩设置的自动卸载功能，不仅可以将回填箱从浮球上解除约束，停留海底，还可以自动限制矿料箱的矿石装载量，避免矿料箱因过载，无法上浮的问题。

18、本发明母船上设置的缆绳牵连浮球，目的是用来约束浮球，下沉和上浮的位置，避免浮球在大海中失控，影响工作效率。

19、本发明采用海底泥浆重力将浮球带入海底，在母船缆绳控制下，海底泥浆被定点回填至海底采矿区；同时，利用浮球将海底大块矿石通过矿料箱，自动运送至海面，全程无需外部动力。本发明在同一时刻，用机械方式能够实现：自动卸载回填箱、自动控制矿料箱的矿石装载量、浮球带着矿料箱自动上浮等功能。

技术特征：

1.一种深海浮力采矿系统，包含母船，浮球，吊具，回填箱，矿料箱；其特征在于：所述浮球，其外部为金属壳，金属壳内部设有气囊，金属壳二端均设有端口，其中一端端口为气囊的气门嘴出口端，并与气囊的气门嘴密封连接；另一端为油口；所述浮球外部至少设有一只吊耳；所述回填箱、矿料箱悬挂在吊耳上。

2.根据权利要求1所述的一种深海浮力采矿系统，其特征在于：所述母船上设有缆绳牵连浮球。

3.根据权利要求1所述的一种深海浮力采矿系统，其特征在于：所述吊耳设置在金属壳的外部；所述吊耳上连接着吊具，回填箱使用第一吊具，矿料箱使用第二吊具。

4.根据权利要求3所述的一种深海浮力采矿系统，其特征在于：所述回填箱使用第一吊具，矿料箱使用第二吊具与浮球连成整体，一起沉海时，回填箱的底部比矿料箱底部低h米。

5.根据权利要求4所述的一种深海浮力采矿系统，其特征在于：所述第一吊具下还设有自控挂钩，回填箱上设有吊装绳，吊装绳悬挂在自控挂钩上，自控挂钩吊装负载后，自控挂钩闭合；所述自控挂钩的打开，由第二吊具受力大小控制。

6.根据权利要求5所述的一种深海浮力采矿系统，其特征在于：所述自控挂钩为机械式结构或为电控结构。

7.根据权利要求1所述的一种深海浮力采矿系统，其特征在于：所述气囊本体为可膨胀，可收缩，高强度的弹性材质。

8.根据权利要求1所述的一种深海浮力采矿系统，其特征在于：所述气囊，内部填充高压气体。

9.根据权利要求1所述的一种深海浮力采矿系统，其特征在于：所述金属壳内、气囊外的储液腔，填充高压矿物油。

10.根据权利要求1所述的一种深海浮力采矿系统，其特征在于：所述母船上，设有物料吊和缆车。

技术总结
一种深海浮力采矿系统，包含母船，浮球，吊具，回填箱，矿料箱；其特征在于：所述浮球，其外部为金属壳，金属壳内部设有气囊，金属壳二端均设有端口，其中一端端口为气囊的气门嘴出口端，并与气囊的气门嘴密封连接；另一端为油口；所述浮球外部至少设有一只吊耳；所述回填箱、矿料箱悬挂在吊耳上。从而克服现有深海采矿系统，利用管道、物料泵和提升泵在提升矿浆时产生的二个主要问题，1、提升上来的海底泥浆，会污染环境；2、大块矿石不能提升至母船，造成海底矿产资源浪费问题，实现绿色采矿，保护海底矿产资源。

技术研发人员：张建,徐立新,梁杰能,凌有临,晏飞,王长宝
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8