一种海底热液硫化物矿的开采方法与装置

摘要

一种海底热液硫化物矿的开采方法与装置，本发明方法包括以下步骤：(1)将海底采矿车、输送系统、采集系统和挖掘机构从水面工作船中间的月池下放至海底；(2)启动海底采矿车，使之自行至作业面，再启动安装在海底采矿车上的挖掘机构的采矿头驱动装置，操作采矿头进行掘削作业，在采矿头的掘削作用下，硫化物矿被破碎，破碎后的硫化物矿石落入矿石槽内；(3)启动采集系统，将矿石槽内的硫化物矿石送至中间仓；(4)启动输送系统，将中间仓中的硫化物矿石输送至水面工作船。本发明还包括相应装置。本发明开采成本低，效率高，设备简单，操作方便，适用于大规模开采海底热液硫化物矿。

说明书

技术领域

本发明涉及一种硫化物矿的开采方法与装置，尤其涉及一种海底热液硫化物矿的开采方法与装置。

背景技术

海底热液矿作为一种具有战略意义的海底多金属矿产资源，富含铁、铜、铅、锌及银、金、钴、镍、铂等金属。随着对海底热液矿床认知程度的加深，深海采矿技术的逐渐了解与掌握，以及金属价格的上扬趋势等利好因素影响，多家国际矿业巨头正积极地进行海底热液矿床开采技术的研究探索。《矿业研究与开发》2008年第5期第1-4页刊载的“海底热液硫化物矿开发的现状”一文，介绍了海王星国际矿业公司提出的海底硫化物矿开采系统，该系统由两个分系统组成，即由工作级ROV组成的分拣破碎系统和由履带采矿车组成的开采系统，前者主要用于开采突起的海底热液烟囱和上层矿，后者用于经分拣破碎系统平整后的矿区开采、输送，工作时，首先将工作级ROV放入海底，对突起的海底热液烟囱和上层矿切割破碎，以使热液硫化物矿区域的海底平整，然后履带采矿车吊放至海底热液硫化物矿平整区域进行采集输送。这种开采方法及其所采用的海底作业装置，既费时，又费钱，可靠性较低，采矿效率也低。

发明内容

本发明的目的，是提供一种经济、高效，适合于大规模开采海底热液硫化物矿的方法与装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明之开采海底热液硫化物矿的方法包括以下步骤：(1)将海底采矿车、输送系统、采集系统和挖掘机构从水面工作船中间的月池下放至海底；(2)启动海底采矿车，使之自行至作业面，再启动安装在海底采矿车上的挖掘机构的采矿头驱动装置，操作采矿头进行掘削作业，在采矿头的掘削作用下，硫化物矿被破碎，破碎后的硫化物矿石落入矿石槽内；(3)启动采集系统，将矿石槽内的硫化物矿石送至中间仓；(4)启动输送系统，将中间仓中的硫化物矿石输送至水面工作船。

本发明之海底热液硫化物矿开采装置，包括水面工作船、输送系统、采集系统、海底采矿车和挖掘机构；所述输送系统上、下端分别连接水面工作船和采集系统，采集系统和挖掘机构固定在海底采矿车上；所述水面工作船中间设有月池，月池上方设有塔架。

所述海底采矿车，采用履带式行走机构，动力由水面工作船的同轴缆供应，台车架上焊接有阶梯状支撑架，支撑架为框架式结构，支撑架上部固接挖掘机构，支撑架下部固接采集系统。

所述输送系统由钢立管、扬矿泵、中间仓、软管、万向接头和连接钢管顺序连接构成，钢立管上部与水面工作船连接，连接钢管与采集系统的料仓上部连接。

所述采集系统包括料仓、输送管、矿石槽、刮板输送装置、液压油缸和离心泵，矿石槽、输送管、料仓顺序固定在支撑架上，矿石槽前端两侧连接两液压油缸的拉杆，液压油缸的底座绞接在支撑架上，离心泵安装于输送管上，矿石槽在液压油缸作用下前端可根据需要升降，矿石槽尾端固定在支撑架上，矿石槽尾端与输送管连接，输送管再与料仓的输料口连接，料仓顶部与连接钢管连接；刮板输送装置位于矿石槽前部。

所述挖掘机构由斗杆液压油缸、动臂液压油缸、动臂、斗杆、采矿头、电机组成，动臂液压油缸底端和动臂底端铰接在支撑架上，动臂液压油缸的活塞拉杆与箱形动臂中段连接，动臂顶端与斗杆中部铰接，斗杆的前、后端分别绞接滚筒式采矿头和斗杆液压油缸，斗杆液压油缸平行固定在动臂上部，电机固定在斗杆前端一侧，电机轴连接滚筒式采矿头轴，电机带动滚筒式采矿头上下掘削硫化物矿。

本发明之海底热液硫化物矿的开采方法与装置较好地克服了分拣破碎系统和开采系统组成的海底热液硫化物矿开采系统的各种弊端，设备简单，操作方便，成本低、效率高、可靠性高，适用于大规模开采海底热液硫化物矿。

附图说明

图1是本发明装置一实施例的结构示意图。

图中：1.水面工作船，11.月池，12.塔架，13.同轴缆，2.输送系统，21.立管，22.扬矿泵，23.中间仓，24.软管，25.万向接头，26.连接钢管，3.海底采矿车，31.支撑架，4.采集系统，41.料仓，42.输送管，43.矿石槽，44.刮板输送装置，45.液压油缸，46.离心泵，5.挖掘机构，51.斗杆液压油缸、52.动臂液压油缸、53.动臂、54.斗杆、55.采矿头、56.电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参照图1，本发明装置实施例包括水面工作船1、海底采矿车3、输送系统2、采集系统4和挖掘机构5；所述输送系统2上、下端分别连接水面工作船1和采集系统4，采集系统4和挖掘机构5固定在海底采矿车3上；所述水面工作船1中间开有月池11，月池11上方设有塔架12，用于下放同轴缆13、海底采矿车3、输送系统2、采集系统4和挖掘机构5。

如图1所示，海底采矿车3，采用履带式行走机构，动力由水面工作船1的同轴缆13提供，同轴缆从月池11中下放，台车架上焊接有阶梯状支撑架31，支撑架31为框架式结构，支撑架31上部固接挖掘机构5，支撑架31下部固接采集系统4。

如图1所示，输送系统2由钢立管21、扬矿泵22、中间仓23、软管24、万向接头25和连接钢管26顺序连接构成，钢立管21上部与水面工作船1连接，连接钢管26与采集系统4的料仓41上部连接，在离心泵46的作用下，料仓41内的硫化物矿石经连接钢管26、软管24至中间仓23，中间仓23内的硫化物矿石和水的混合物在扬矿泵22的抽吸作用下，经钢立管21到达水面工作船1。

如图1所示，采集系统4包括料仓41、输送管42、矿石槽43、刮板输送装置44、液压油缸45和离心泵46，矿石槽43、输送管42、料仓41顺序固定在支撑架31上，矿石槽43前端两侧连接两液压油缸45的拉杆，液压油缸45的底座绞接在支撑架31上，离心泵46安装于输送管42上，矿石槽43在液压油缸45作用下前端可根据需要升降，矿石槽43尾端固定在支撑架31上，矿石槽43尾端与输送管42法兰连接，输送管42输出端法兰连接料仓41的进料口，输送管42输送的破碎硫化物矿石通过料仓41进料口进入料仓41，料仓41顶部出料口与连接钢管26连接。刮板输送装置44位于矿石槽43前部，将经挖掘机构5破碎后落入矿石槽43内的硫化物矿石进行刮集，并输送到输送管42。

如图1所示，挖掘机构5由斗杆液压油缸51、动臂液压油缸52、动臂53、斗杆54、采矿头55、电机56组成，动臂液压油缸52底端和动臂53底端铰接在支撑架31上，动臂液压油缸52的活塞拉杆与动臂53中段连接，动臂53顶端与斗杆54中部铰接，斗杆54的前、后端分别绞接滚筒式采矿头55和斗杆液压油缸54，斗杆液压油缸54平行固定在动臂53上部，电机56固定在斗杆前端一侧，电机56轴连接采矿头55轴，电机56带动滚筒式采矿头55上下掘削硫化物矿。

使用所述装置开采海底热液硫化物矿的方法包括以下步骤：(1)将海底采矿车3、输送系统2、采集系统4和挖掘机构5从水面工作船1中间的月池11下放至海底；(2)启动海底采矿车3，使之自行至作业面，再启动海底采矿车3上的挖掘机构5采矿头驱动装置即电机56，操作采矿头55进行掘削作业，在采矿头55的掘削作用下，硫化物矿被破碎，破碎后的硫化物矿石落入矿石槽43内；(3)启动采集系统4的刮板输送装置44和离心泵46，矿石槽43内的硫化物矿石，通过刮板输送装置44和离心泵46的作用经输送管42输送到料仓41，料仓41内的热液硫化物散料在离心泵46作用下经连接钢管26、软管24泵送至中间仓23；(4)启动扬矿泵22，在扬矿泵22的抽吸作用下，中间仓23内硫化物矿石和水的混合物经钢立管21到达水面工作船1。