用于开采冲积矿床的过程

摘要

本文公开了远程操作交通工具(ROV)，其用于地下开采过程，比如以从岩石层下提取材料。可作为多个部件提供ROV，其中每个包括它们自己的脐带。部件中的每个可穿过钻孔降下并且可被装配在一起以在地下形成ROV。此外，本文公开了用于在线监控开采材料以确定开采材料中感兴趣的材料的存在的设备和方法。设备包括间隔开的导电板。当材料穿过导电板之间的间隔时，该设备检测感兴趣的材料的存在。

说明书

技术领域

本发明涉及在岩石层下方进行的地下开采操作。

背景技术

对本说明书中的任何现有技术的参考不是并且不应被视为认识到或 以任何形式提示到该现有技术在澳大利亚或任何其他司法管辖构成公知 常识的部分，或者该现有技术可被合理地预期为通过本领域技术人员确定、 理解和认为相关的。

100多年来，钻孔以检测玄武岩盖层下方的含金冲积物为勘探深部砂 矿的唯一方式。通常用金刚石钻出的这些孔提供除了玄武岩盖层和冲积物 的厚度以及基岩的深度以外的少量数据。通常不能够确定金的存在。

确定深部砂矿金矿床的位置和边界以及评估它们的经济潜力是困难 的，并且对于许多其他类型的矿床来说，结果是相对不确定的。

一般而言，对于深部砂矿，矿化目标带相对于原始谷底的宽度是狭窄 的，并且与淹没谷底的玄武岩薄片(sheet)的宽度相比更狭窄，有时候完 全将其掩盖。因此，使用表面地质证据来追踪携带含金砾石矿床的狭窄和 弯曲河床的路线是不可能的。勘探的唯一实践方式为跨越假定的砂矿的可 能路线来钻出几排洞。这在概述原始谷底的一般轮廓以及定位含矿土的较 厚积累中有效。然而，具有用于检测仅几十米宽度的基岩槽的足够近间距 的钻井模式的成本被视为价格昂贵的。

已经证明，使用钻孔结果来确定含矿土中金浓度的一般经验是很不可 靠的。为了穿透玄武岩盖层，必须使用小直径钻孔(200mm以及更小)。 该尺寸的孔提供样本体积，其对于包含粗粒金颗粒的贫乏胶结砾石和砂中 的可靠级确定太小。通常不通过钻孔方法重新获得较大的金颗粒，并且通 常结果显示低估了甚至矿床内的本地粒度。现代勘探地球物理方法在确定 深层砂矿区域中的玄武岩和基岩的深度中存在不足。

金颗粒尺寸沿砂矿趋向的分布在评估砂矿可在沿其路线的若干点处 被装载的可能性中有重大意义，其中金源自支流或源自其可已经穿过的基 岩礁露头。从地质上来说，相比如果唯一的源在砂矿的前端，在沿其路线 的各个点处的引入仅被预期为对下游的经济集中持久性更加有利。

打算开采这些深层砂矿矿床的任何开采方法将必须操作通过深度为 多达120m的盖层。最常见地，这由相当合格和独立的玄武岩组成。如果 有的话，在携带很少金的沙和泥土的最多100m厚的范围中，含金含矿土 的最接近顶壁通常为弱固结和重含水的部分。早期矿工的专门开发的地下 开采方法能够在不承受来自这些上覆盖沙层和泥土层的重大稀释的情况 下提取薄层(0.5到1.5m)的含金含矿土。开发可在不要求密集地下劳动 的情况下有益地开采这些深层砂矿的方法可构成重要的技术进步。

已经提出用于从钻孔开采的许多方法。这些方法的基础通常为使用水 冲以打碎冲积物以及将结果泥浆泵送到表面。这些系统的问题之一基本上 为成本。在诸如深层砂矿的疏松矿床中，较低级的顶板将送入洞穴中。这 意味着将提取大容积的“表土”以便提取小容积的含矿土。由于水冲在将 分散力的水中操作，因此水冲很可能具有短射程。最终结果为大量的钻孔 被要求用于提取含矿土且经济上不可能为有利的。此外，存在限制可用于 提取金的方法的类型的环境压力，与在它们对本地社区不可接受的许多情 况下可证明过程有多安全无关。

鉴于以上所说，具有用于从地下冲积矿床提取所需矿物的机构将是有 利的，该地下冲积矿床包含在诸如玄武岩层的岩石层下方。

发明内容

存在用于从含矿物冲积矿床提取矿物的许多潜在选择。然而，出于环 境、经济或公众认知原因，这些选择中的许多是不实际的。因此，在一个 方面中，本方面针对使用深层砂矿吸入疏浚过程来提取含矿物冲积矿床的 可选方法。优选地，冲积矿床中所包含的矿物为金。

在本发明的一个方面中，提供了用于从在岩石层下方的地下源提取冲 积矿床的方法，方法包括：钻出通过岩石层的钻孔；从岩石层下方提取冲 积矿床中的一些，以形成挖掘区；将至少两个部件下降到挖掘区中，每个 部件具有脐带(umbilical)；将至少两个部件装配为远程操作交通工具 (ROV)；使用远程操作交通工具以开采冲积矿床，并经由脐带中的至少 一个将所开采的冲积矿床提供给表面。

优选地，岩石层为硬岩石层。例如，岩石层可为玄武岩层或由固化的 熔岩形成的另一种岩石，或者限制接近其下方所包含的冲积材料的其他岩 石层。

优选地，钻孔具有大约1.8m的直径。

优选地，至少三个部件被下降到挖掘区中并被装配成ROV。

优选地，在表面上的加工厂处处理所开采的矿物冲积矿床，以提取感 兴趣的材料，从而导致矿物枯竭的冲积材料。更优选地，矿物枯竭的冲积 材料中的至少一些返回并用于回填挖掘区。

在本发明的另一个方面中，提供了用于从岩石层下方地下开采冲积矿 床的远程操作交通工具(ROV)，该远程操作交通工具包括：具有第一脐 带的至少第一部件，第一部件大小被设计为向下配合到钻孔中；以及具有 第二脐带的第二部件，该第二部件大小被设计为向下配合到钻孔中；其中 第一和第二部件被配置为在岩石层下方的挖掘区域中连接在一起，以形成 远程操作交通工具。

ROV已经用于水下环境中的河床材料的重获，诸如在海下ROV的情 况中的海床材料。以下讨论与海下ROV有关，但同样适用于一般的水下 ROV。海下ROV通常不适用于地下环境中。第一，地下环境的挖掘区域 不必需溢满水，由于许多海下ROV被设计用于通过水推进，因此这些ROV 不适用于未被淹没的环境中。第二，与其中ROV大部分在具有非常低浓 度的悬浮固体的海水中操作的海下环境相比，溢满水的地下环境将包含来 自开采和挖掘过程的大量悬浮固体。地下挖掘区域中的水很可能为载满颗 粒的溶液的形式，诸如泥浆或冲积泥浆。因此，ROV必须能够在装载有颗 粒材料或者为泥浆的水环境中操作。

此外，海下ROV通常在尺寸方面没有限制。ROV为单一的设备或者 可在下降到海洋中之前在船舶或平台的甲板上装配好。不存在从海下的组 成部件装配ROV的需要。此外，在被下降到水中之前，可在水上更容易 和简单地装配ROV。

相反，在地下环境中的岩石层下方操作的ROV可具有尺寸限制。为 了接近岩石层下方的地下冲积矿床，钻出通过岩石层的钻孔。产生钻孔为 昂贵且耗时的。因此，发明人已经确定使钻孔的直径最小化是有利的，并 且如果一个人通过钻孔降下ROV的组成部件并然后在地下装配ROV，例 如，在岩石层下方的挖掘区域中，仍能够通过ROV开采岩石层下方的矿 床。这些部件被装配在一起以形成可操作ROV，其可用于从地下开采和提 取冲积矿床。当将ROV以尺寸被设计为适合通过钻孔的许多部件的形式 下降时，则一旦在地下装配，ROV在至少一个维度上的尺寸大于钻孔。

因此，优选地，一旦已经将至少第一部件和第二部件装配在一起，则 ROV具有大于第一部件或第二部件的尺寸。例如，诸如宽度或长度的ROV 的外形尺寸大于第一部件和第二部件的相应外形尺寸。更优选地，由ROV 的外围限制的容积大于由第一部件或第二部件限制的容积。

在实施例中，仅在一旦已经将第一部件和第二部件连接在一起后， ROV可操作用于提取冲积矿床。

优选地，通过螺栓或弹簧扣环装配至少两个部件。

优选地，第一部件包括驱动机构，并且第二部件包括疏浚和/或开采装 备。

在可选布置中，将至少三个部件下降到挖掘区中并装配成ROV；第一 部件、第二部件和第三部件。在该可选布置中，优选的是，第一部件和第 三部件为ROV的左手和右手驱动机构，且第二部件包括疏浚和/或开采装 备。更优选地，在第二部件上装配第一部件和第三部件。在本发明的另一 个方面中，提供了用于从岩石层下方地下开采冲积矿床的远程操作交通工 具，该远程操作交通工具的尺寸被设计为向下配合到钻孔中，其包括：脐 带；优选地包括至少两对地面接合驱动机构的多个地面接合驱动机构，其 中地面接合驱动机构在第一模式(例如，诸如在相同方向中)中可操作， 以推进交通工具，并且在第二模式(例如，诸如在相反方向中)中可操作， 以使冲积矿床从下面的岩石层移开；吸入工具，用于提取移开的冲积矿床 并经由脐带将移开的冲积矿床提供给地上储存器。

例如，两对地面接合机构可为前对地面接合机构和后对地面接合机构。 前对地面接合机构和后对地面接合机构在相同的方向中可操作，以便以所 需方向(诸如向前或向后)推进交通工具。然而，前对地面接合机构和后 对地面接合机构还在相反方向中可操作。例如，前对地面接合机构在向前 或向后方向中的一个中操作且后对地面接合机构在向前或向后方向中的 另一个中操作。该操作的影响为地面接合机构提供对表面的磨削效果，其 中地面接合机构与该表面接合。这使冲积矿床从下面的岩石层释放或移动， 导致更容易地例如通过疏浚或吸入过程提取冲积矿床。

将理解的是，在该示例中，前对地面接合机构和后对地面接合机构以 不同的速率在相反的方向中可操作。这允许ROV被操作为使其可在向前 或相反方向中移动，同时也提供对表面的磨削效果，其中地面接合机构与 该表面接合。通过示例的方式，相比在相反方向中操作的后对地面接合机 构，前对地面接合机构可以以更大的速度或扭矩在向前方向中操作。该效 果在于ROV在即使后对地面接合机构在相反方向中操作的情况下也在向 前方向中移动。以这样方式，前对地面接合机构提供给ROV下方的表面 磨削效果，以便使冲积矿床从下面的岩石层释放或移开。

将理解的是，对前对地面接合机构和后对地面结合机构的参考仅为示 例性的。ROV可相反包括两侧对地面结合机构，诸如右手侧对地面结合机 构和左手侧对地面结合机构。右手侧对地面结合机构和左手侧对地面结合 机构中的每个在右手方向或左手方向中可操作，以导致以上所述的效果。

关于以上针对ROV的两个方面，优选的是，驱动机构选自履带、轮 子或用于在表面之上移动的螺旋推进。

在本发明的另一个方面中，提供了用于从岩石层下方地下开采冲积矿 床的远程操作交通工具，该远程操作交通工具包括：尺寸被设计为向下配 合钻孔的多个部件，每个部件具有脐带，并且其中每个部件被配置为在岩 石层下方的挖掘区域中连接在一起，以形成远程操作交通工具。

优选的是，多个部件中的至少一个包括开采装备且多个部件中的至少 一个包括驱动机构。更优选地，ROV包括许多驱动机构部件，其可为相同 的或不同的，例如，每个驱动机构独立地选自履带、轮子或用于在表面之 上移动的螺旋推进。以这种方式，ROV可包括2、3、4或更多个驱动单元， 其可为相同的或不同的。驱动单元中的一个或多个可在移动该交通工具中 接合，而一个或多个在操作中接合以移开冲积矿床，例如，刷拭、清除或 挖掘冲积材料。关于以上针对ROV的三个方面，优选的是，ROV为水陆 两用的并且可在水下环境中执行疏浚/开采操作。更优选地，ROV包括选 自螺旋桨、鳍板或水冲的水推进工具。

关于以上针对ROV的三个方面，优选的是，ROV包括废物管道，其 用于在岩石层下方的地下回填位置中沉积矿物枯竭的冲积材料或具有低 矿物浓度的冲积矿床。

关于以上针对ROV的三个方面，优选的是，ROV包括高压水炮和/ 或机械切割器，以用于破碎矿物冲积矿床以及/或者以便改变矿物冲积矿床 的稠度，以创建泥浆。

关于以上针对ROV的三个方面，优选的是，ROV包括故障安全模式， 其中当操作者和ROV之间的通信不再可能时，展开安全机构。更优选地， 安全机构为气囊(或浮囊)型系统，其中当被展开时，该气囊型系统从挖 掘区域的地面升起ROV。

关于以上针对ROV的三个方面，优选的是，ROV包括勘测工具。优 选地，勘测工具选自声呐、超声波、光学相机或其组合。

在另一个方面中，本发明提供用于支撑覆盖在挖掘区域上面的岩石层 的方法。方法包括在挖掘区域的底部和岩石层的顶部之间形成一个或多个 支撑结构，以用于支撑在挖掘区域之上的岩石层。

优选地，形成一个或多个支撑结构包括注入可凝结材料以在原地形成 至少一个支撑结构。方法还可包括将从空洞挖掘的材料再注入到空洞中。 在一个优选实施例中，方法包括将从空洞挖掘的材料再注入到空洞中以及 在所述再注入材料中形成支撑结构。

在一些情况中，方法可涉及使用作为与另一种材料混合的粘合剂的可 凝结材料，以形成一个或多个复合支撑结构。可凝结材料和其他材料可在 它们被注入到空洞之前混合。可选地，在其中将形成支撑结构的原位将可 凝结材料直接注入到其他材料中。

可从表面到将形成支撑结构的地点执行可凝结材料或从空洞挖掘的 材料中的任一种或两者的再注入。可选地，可使用位于空洞内的远程操作 交通工具执行可凝结材料或从空洞挖掘的材料中的任一种或两者的再注 入。可在一个地点处一起使用两种技术。

方法可包括提供模具、模型或容器，以在硬化之前包含可凝结材料， 所述模具、模型或容器在硬化之后留在原位。例如，模具、模型或容器为 填充有可凝结材料的袋子等等。

支撑结构可为任何类型，诸如支撑柱、支撑块或无定形形状的结构。

在本发明的另一个方面中，提供了用于支撑覆盖在挖掘区域上的岩石 层的方法，方法包括：使用远程操作交通工具在挖掘区域的底部和岩石层 的顶部之间形成一个或多个支撑柱，其中支柱或多个支柱支撑挖掘区域上 方的岩石层。优选地，ROV为先前所描述的ROV。

可经由ROV的脐带从表面提供至少组成材料，其中支柱由该组成材 料形成。例如，可从表面将诸如水泥的可凝结材料供给到ROV，其中ROV 在合适的位置处应用该材料。在某些实施例中，所挖掘的冲积物用作与可 凝结材料组合的骨料，以形成复合支柱。在其中可凝结材料为水泥的优选 形式中，所挖掘的冲积物中的一部分可与水泥组合以形成混凝土支柱。这 可为其中发现所挖掘的矿床在感兴趣的材料中过于不足，其可用于形成支 撑柱而不是将该矿床输送到表面的情况。可选地或附加地，枯竭矿床(其 已经至少部分移除感兴趣的材料)可作为复合组分再循环并经由脐带返回 到ROV，以用于支撑柱。在某些实施例中，支柱可包括保持外罩，例如， 袋子、管子等等，其充当作为用于容纳可凝结材料的模板工作。在一种形 式中，这可采用填充有混凝土的塑料袋的形式。

在本发明的另一个方面中，提供了用于从岩石层下方地下开采冲积矿 床的管道，管道包括：碎片捕集部分，其中碎片捕集部分具有用于输送冲 积材料以及捕集大的碎片的关闭状态，和用于释放所捕集的碎片的开放状 态。

在实施例中，管道的捕集部分还包括沿管道的纵向轴布置的铰链，其 中碎片捕集部分可沿纵线轴裂开，以释放所捕集的碎片。

在可选实施例中，捕集部分还包括被布置成使得管道的碎片捕集部分 径向向外打开以释放所捕集的碎片的铰链。

在以上的两个实施例中，优选的是，铰链包括具有闭锁位置和开启位 置的凸片，其中当凸片处于闭锁位置时，碎片捕集部分锁定在关闭状态中， 并且当凸片处于开启位置时，碎片捕集部分可移动到开放状态中。更优选 地，可通过与输送冲积材料的方向相反的方向中的流体流动致动凸片。

优选地，碎片捕集部件选自U型管、S型管、J型管或P型管。更优 选地，捕集部分为U型管。

优选地，管道在入口上包括筛子。

在本发明的另一个方面中，提供了吸泥机，包括：疏浚泵；吸入管； 与吸入管流体连通的碎片捕集器，该碎片捕集器包括弯曲的流动路径；其 中碎片捕集器在可操作条件和不可操作条件之间可重配置，在所述可操作 条件中，其界定流动路径，该流动路径与吸入管流体连通且尺寸被设计为 捕获尺寸过大的物体，其中可通过吸入管吸入疏浚材料，而在所述不可操 作条件中，流动路径被打开，以释放所捕集的物体。

优选地，吸泥机包括如先前定义的ROV，该ROV在疏浚泵和吸入管 之间连接。

在本发明的另一个方面中，提供了用于在线监控来自开采过程的开采 材料的设备，设备包括：由非导电间隔物分离的至少两个导电电极，布置 导电电极以便重叠非导电间隔物的至少一部分，重叠界定两个导电电极之 间的间隔，其中冲积材料可穿过该间隔，当冲积材料穿过其间时，导电电 极被配置为检测冲积材料中感兴趣的材料的存在。

优选地，导电电极为板状的。

在本发明的另一个方面中，提供了用于在线监控从开采过程获得的开 采材料中感兴趣的材料的浓度的方法，方法包括：在用于输送开采材料的 流动路径内提供如以上定义的至少一个设备、将开采材料中的至少一些传 递通过两个导电电极之间的间隔，以及确定开采材料中感兴趣的材料的存 在。

在本发明的另一个方面中，提供了用于检测开采材料中感兴趣的材料 的在线监控设备，设备包括：多个电极，包括为正极或负极的至少第一电 极以及与第一电极的电荷相反的第二电极和第三电极，第一电极通过非导 电的一个或多个空间从第二电极和第三电极分离，其中开采材料可穿过该 非导电的一个或多个空间，当开采材料穿过空间并在第一电极和第二电极 或第三电极中的至少一个之间形成电气连接时，设备被配置为检测开采材 料中感兴趣的材料的存在。

优选地，第一电极被配置为与第二电极和第三电极中的每个形成不同 的电路。因此，当感兴趣的材料在第一电极和第二电极之间形成电气连接 时，建立第一电路，并且当感兴趣的材料在第一电极和第三电极之间形成 电气连接时，建立第二电路。以这种方式，通过识别已经激活了哪个电路 来确定所检测颗粒的空间位置是可能的。此外，与第一电极和第三电极相 比，如果在第一电极和第二电极之间存在不同的电极间隔(如将更详细地 描述)，则可获得关于感兴趣的材料的尺寸信息。

此外，该布置避免在颗粒积聚在电极之间的情况下出现的问题。通常， 导电颗粒积聚在且俘获在一对电极之间。在一些实例中，颗粒将保持积聚 在那，直至例如在清理或维修操作期间手动地将其移除。如果电极布置在 单电路中，则由于只要堵塞的颗粒保持积聚在电极之间，传感器将继续生 成识别导电颗粒的存在的信号，因此所俘获的导电颗粒的存在将导致传感 器发生故障。此外，当已经在分离的电路上布置一对电极时，可电子地或 者经由软件移除或过滤掉由堵塞的颗粒造成的假阳性信号。

在实施例中，电极布置在堆栈中，其中第一电极在堆栈中位于离第二 电极的第一距离处，并且在堆栈中离第三电极的第二距离处，第一距离小 于第二距离。优选地，电极堆栈在多个电极中存在多于三个电极。更优选 地，电极堆栈包括多于四个电极。甚至更优选地，电极堆栈包括多于十个 电极。在优选实施例中，电极堆栈包括大量电极，例如，堆栈高度可在10mm 和500mm之间，并包括通过在5微米和2000微米之间与它们的近邻间隔 开的电极。实施例可具有通过在10微米和1000微米之间间隔开的邻近电 极。更优选地，邻近电极通过在50微米和200微米之间间隔开。在一个 实施例中，电极通过大约100微米间隔开。

这是有利的，因为设备被配置为检测感兴趣的材料，其具有对应于第 一轴向距离的至少一个维度中的尺寸，以使感兴趣的材料在第一电极和第 二电极之间形成电气连接，并且设备被配置为检测感兴趣的材料，其具有 对应于第二轴向距离的至少一个维度中的较大尺寸，以使感兴趣的材料在 第一电极和第三电极之间形成电气连接。

优选地，第一电极与第二电极形成第一电路，并且第一电极与第三电 极形成第二电路，第一电路和第二电路彼此电气上分离。以这种方式，设 备被配置为检测并上报开采材料中感兴趣的材料的近似尺寸。在示例中， 设备包括第一正极，其布置为与第二负极和第三负极具有堆叠关系。第一 电极和第二电极形成第一电路，其与在第一电极和第三电极之间形成的第 二电路分离。第一电极和第二电极之间的间隔为100μm，并且第一电极和 第三电极之间的间隔为200μm。在一个维度中具有150μm尺寸的感兴趣的 材料将桥接第一电极和第二电极之间的间隙从而激活第一电路，但将不桥 接第一电极和第三电极之间的间隙。然而，在一个维度中具有200μm尺寸 的感兴趣的材料将桥接第一电极和第三电极之间的间隙从而激活第二电 路。因此，根据激活了哪些电路且基于电极之间的间隔，确定开采材料中 感兴趣的材料的尺寸分布是可能的。增大堆栈中电极和潜在电路的数目以 及在堆栈上的电极之间具有更多变化的间隔将增强检测器的分辨率，并提 供关于开采材料中感兴趣的材料的尺寸分布的更好预测。

优选地，第二电极和第三电极为电气上分离但相邻的电极。例如，第 二电极和第三电极可通过诸如绝缘层的非导电分离元件分离，或者可通过 非导电空间或间隔物分离，以电气上隔离第二电极和第三电极。

优选地，电极处于阶梯状布置，其中第三电极悬于第二电极之上以形 成空间，空间的大小和形状被配置为使感兴趣的材料和/或开采材料的俘获 最小化。

优选地，由较小空间分离的电极布置在由较大空间分离的电极的内部。 其中向外方向为从其将开采材料呈现给电极的方向。以这种方式，阻止感 兴趣的材料的较大颗粒桥接电极之间的更向内的较大空间，以使感兴趣的 材料的双重计数最小化。

在实施例中，非导电的一个或多个间隔物界定所述一个或多个空间， 并且布置多个电极以便重叠非导电的一个或多个间隔物的至少一部分，重 叠界定在至少第一电极以及第二电极和第三电极之间的一个或多个空间。

在实施例中，在线监控设备包括多个正极和负极，正极和负极通过非 导电间隔物彼此分离。

在实施例中，多个电极为多个导电板。在该实施例的布置中，多个板 彼此具有堆叠关系，非导电间隔物为位于具有相反电荷的相邻导电板之间 的非导电板，并且其中具有相同电荷的相邻板电气上分离。优选地，导电 板的边缘为斜切的。本发明人已经发现斜切表面帮助阻止颗粒在导电板之 间积聚。

在实施例中，第一电极具有第一面，其面向第二电极或第三电极中的 至少一个的相应面。该面由非导电空间间隔开且被布置，以使开采材料可 流动于期间。优选地，第一面和相应面每个具有表面面积，其允许电气连 接在感兴趣的材料存在下形成足够的时间，即可生成和检测电信号。优选 地，表面面积从大约0.008m²到大约3.2m²。更优选地，表面面积从大约 0.13m²到大约1.54m²。甚至更优选地，表面面积从大约0.5m²到大约1.13m²。

在实施例中，非导电间隔物为通过其输送开采材料的流动通道的一部 分。

在实施例中，多个电极安装到流动通道的外壁部分。

在实施例中，多个电极每个包括孔，并且设备还包括非导电轴，非导 电轴延伸通过孔，并且多个电极安装到非导电轴。

在实施例中，多个电极中每个由具有在莫氏硬度上硬度为至少7的材 料形成，但最优选地硬度大于9。可基于存在于被分析的矿床中的矿物选 择电极的硬度。在可选实施例中，多个电极每个由弹性材料形成，例如具 有如在ASTMD22400-00中定义的大约D100或更小的邵氏硬度计硬度的 材料。该类电极通过可缩性抵制损害。

在实施例中，非导电空间可由具有硬度的材料形成，该硬度类似于使 用它们的电极的硬度。

在本发明的另一个方面中，提供了如先前定义的设备在用于检测开采 材料中感兴趣的材料的在线监控过程中的使用。

在本发明的另一个方面中，提供了如先前定义的设备在用于输送开采 材料的流动通道中的安装。

在本发明的另一个方面中，提供了用于在线监控开采材料以检测开采 材料中感兴趣的材料的方法，方法包括：在开采材料的流动流中提供如先 前定义的设备，以及使用设备以监控开采材料中的感兴趣的材料。

在本发明的方面中，提供了用于检测开采材料中感兴趣的材料的在线 监控过程，过程包括：将设备提供给开采材料的流动通道，设备包括：包 括至少三个电极的多个电极，第一电极为正极或负极，以及第二电极和第 三电极与第一电极的电荷相反，第一电极通过非导电空间从第二电极和第 三电极分离，其中开采材料可穿过该非导电空间，当开采材料穿过空间并 在第一电极和第二电极或第三电极中的至少一个之间形成电气连接时，设 备被配置为检测开采材料中感兴趣的材料的存在，通过流动通道输送开采 材料，以使开采材料的至少一部分穿过空间；以及在开采材料的一部分中 监控感兴趣的材料。

在实施例中，监控的步骤还包括提供输出信号，其具有指示开采材料 中感兴趣的材料的相对浓度的值，其中输出信号的值与基线值比较，并且 如果输出信号低于基线值，则丢弃开采材料，并且如果输出信号高于基线 值，则保留开采材料。优选地，输出信号的值用于确定下游开采过程。

在实施例中，其中进入开采过程的入口流以及离开开采过程的出口流 两者上提供所述设备。优选地，入口流上的设备提供入口信号，其指示入 口流中感兴趣的材料的相对浓度，并且出口流上的设备提供出口信号，其 指示出口流中感兴趣的材料的相对浓度；其中入口信号和出口信号被互相 关，以便提供从开采材料提取感兴趣的材料的效率指示。

在该实施例的布置中，进入开采过程的入口流在靠近开采材料的提取 地点的位置处，并且离开开采过程的出口流在其中可从开采材料提取感兴 趣的材料的处理地点处。

旨在可将在线监控应用在进入过程的入口流路径上、离开过程的出口 流路径上或过程内的中间流路径上。术语入口旨在包括进入总体过程的入 口或进入单元过程的入口。类似地，术语出口旨在包括离开总体过程的出 口或离开单元过程的出口。

优选地，流动路径为管道、软管或开放的流动通道。

本发明的进一步方面以及前述段落中描述的方面的进一步实施例将 从通过实例的方式以及参考随附附图给出的以下描述中变得明显。

附图说明

图1提供为总体ROV疏浚过程的说明。

图2A提供ROV及其组成部件的说明。

图2B示出装配的ROV。

图3A提供U型管管道的说明。

图3B提供开放的U型管管道的说明。

图4A提供两个棒的说明，其在导电电极之间具有不同尺寸的间隔， 以用于确定感兴趣的材料的存在。

图4B示出其中图4A的棒在管线内结合到管道中的实施例。

图4C示出电极的堆栈的实施例。

图4D和图4E示出能够用于本发明的一些实施例中的两个固态电极堆 栈。

图5到图7示出根据本发明的各个方面，包括在线监控器的开采过程 的各个实施例。

图8示出开采冲积矿床的面并回填挖掘区域的ROV。

具体实施方式

本发明涉及从位于地下、岩石层下方的冲积矿床提取矿物。冲积材料 或冲积矿床包括松散的、未固结土或沉淀物，其示例为粘土、砾石、沙子 和/或淤泥。例如，岩石层可为由火山活动形成的玄武岩层，其中玄武岩熔 岩已经在包含冲积矿床的区域上方流动，并且已经在冲积矿床的顶部上方 冷却并固化。该岩石层下方的冲积矿床可包含许多有价值的矿物，诸如金。 然而，由于冲积矿床被截留在岩石层下方，因此难于接近和提取它们。此 外，冲积矿床可位于地下水面下面，因此冲积矿床的任何挖掘可导致填满 水的挖掘区域。

概括地，总体过程(称为深层砂矿吸入疏浚)包括：(i)钻出通过岩 石层的钻孔，(ii)通过经由疏浚过程移除含矿物冲积材料中的一些来挖掘 岩石层下面的区域，(iii)将远程操作交通工具下降到挖掘区域中，(iv) 通过远程操作交通工具(ROV)提取含矿物冲积材料，(v)处理所提取的 冲积材料，以重获矿物。废弃冲积材料(例如，矿物枯竭的冲积材料)中 的一些或全部可然后例如经由ROV返回地下，或者可作为沙子和/或砾石 出售。本发明还针对辅助的开采支撑过程，诸如检测冲积矿床中的感兴趣 的材料以及作为过程控制工具使用该检测机构。

图1提供过程的说明。在该实施例中，玄武岩层101覆盖在位于基岩 103的顶部上的含金冲积矿床102上面。通过玄武岩层101钻出钻孔104， 并且通过从玄武岩101下方疏浚含金冲积材料部分形成挖掘区105。由于 挖掘区105在地下水面106下面，因此挖掘区105填满水107。可最初通 过表面泵装置完成疏浚过程；然而，可邻近玄武岩层101的顶部109下侧 提供附加的表面下泵站108，其具有用于疏浚冲积材料的吸入管线110。如 果要求，通过钻孔104下降并在原位在地下组装ROV111。ROV111具有 提供功率、液压、水、吸入、控制等等的脐带113。ROV111碾压冲积矿 床102以使冲积物102a从其脱离。然后通过脐带113或吸入管线110经由 吸入提取该脱离的冲积物102a和一般的含矿土冲积物112。然后经由管线 114将该材料传递到金装置115以用于处理。从冲积物提取金。金枯竭的 冲积物可然后通过返回管线116的方式返回到挖掘区105。可保留以及作 为例如沙子或砾石的填充材料出售金枯竭的冲积物中的一些。

如以上所讨论，在识别合适的开采位置时，第一步骤中的一个为钻出 通过岩石层的钻孔，以提供到含矿物冲积材料的通路。出于实践和经济的 原因，该孔的直径通常限于大约1.8m(大约6英尺)。然而，如果需要， 该竖井可扩大到任何要求的尺寸。竖井可必须排齐，以防止交叉的含水层 流动或者以解决竖井崩塌(将取决于岩石层的结构特征)的潜在问题。

一旦已经实现了到冲积物的通路，则下一个阶段为清理足够的冲积物， 以使存在其中ROV能够自由移动的挖掘区域。这可通过ROV本身完成或 者通过类似于中钻孔开采中所使用的吸入泵完成。可然后将ROV下降通 过钻孔到达挖掘区域中。

ROV用于近海疏浚或管道操作。ROV被提供作为可从船只卸载的单 个部件，并且通常被提供预期操作所要求的尺寸。相反，本发明的一个方 面针对ROV在岸上表面下应用中的使用。在该应用中，ROV的尺寸由其 预期操作(例如，地下开采)限制。

ROV下降到竖井中的必要性限制了ROV的尺寸。这将要求考虑ROV 的尺寸/性能和操作成本和竖井的成本。此外，由于ROV的尺寸由穿过岩 石层的竖井的尺寸限制，ROV可被设计为分段下降到竖井中，并且在地下 装配。理想地，ROV由可在岩石层下方装配的两个或更多部件组成。

在实施例中，ROV被划分为三个分离的部件-包括轮子、履带、螺旋 推进或ROV的其他驱动机构的左部件和右部件，以及包括疏浚和开采装 备的中央部件。第一部分和第二部分被装配到第三部分中，并且这可经由 螺栓、弹簧扣环或其他合适的附接机构。取决于操作所要求的ROV的尺 寸以及特定地点的具体开采要求，ROV可包括两个分离的部件或者可包括 多于三个分离的部件。

ROV还可提供有脐带。脐带可用于多种目的，诸如控制ROV、向ROV 供给功率(无论是电的还是液压的)、提供与ROV通信的模式、向ROV 提供水，或者从ROV提取疏浚材料。重点注意的是，ROV还可包括无线 通信方式。在优选布置中，ROV的每个分离的部件将提供有其自己的脐带。 也就是说，在其中ROV由在岩石层下方的挖掘区域中在原位装配的多个 分离的部件组成的情况下，多个这些分离的部件提供有其自己的脐带。

图2A提供ROV201及其组成部件的说明。在该实施例中，ROV201 被提供作为三个分离的部件、两个有履带的/有轮子的部分202和中央部分 203以及脐带204。图2B示出装配的ROV201，其中有履带的/有轮子的 部分202已经螺栓或按扣连结到中央部分203，以提供可操作的ROV201。

一旦降下钻孔并在挖掘区域中，ROV可移动通过冲积物并与含矿物冲 积材料接合。可自动化ROV的导航或者可通过来自表面的操作者远程驱 动ROV。可选地，可能够自动化及远程驱动ROV。在ROV正在进行不包 括很多移动的耗时操作的情况下，诸如转移表土或搅动含矿土材料，自动 化操作为优选的。在由操作者远程操作的情况下，预期单个操作者可控制 ROV。由于有些时候可自动化ROV，因此远程操作者可能够监控并控制多 达10个ROV。ROV将包括识别环境的装置；这可包括声音和/或光学机 构，诸如声呐、超声或者使用诸如光和照相机的视觉装备。

ROV装备有包括推进工具的驱动机构，其中推进工具可包括履带、轮 子或螺旋推进，以用于在表面之上移动。ROV可装备有单对推进工具(例 如，在ROV的至少两侧上的单个履带、轮子或螺旋单元)；或者可选地， ROV可装备有多对履带、轮子或螺旋(例如，ROV的至少两侧上的前部、 中间、后部履带、轮子、螺旋)。在实施例中，ROV装备有两对推进工具， 例如，具有四个履带、轮子或螺旋单元。

为了挖掘冲积材料，ROV作为吸泥机操作。ROV能够应用吸入，以 吸入材料并然后向上通过脐带到达表面收集点。如以上所讨论，可经由脐 带将水提供给ROV。如果要求，该水可被应用用于破碎冲积矿床以及/或 者改变其稠度以创建泥浆，该泥浆可然后被吸入ROV中并经由脐带提取， 例如，脐带可包括用于供给水的管子以及分离的吸入管。在另一个布置中， ROV可包含致力于不同任务的分离脐带，第一部件上的脐带可供给控制/ 电气/液压，第二部件上的脐带可提供加压水，并且第三部件上的脐带可提 供吸入，以抽取并递送到表面浆状的冲积材料。

存在一系列的方法，其中ROV可通过该方法与冲积材料接合。预期 的是，ROV装备有疏浚装置，以允许ROV通过吸入浆化冲积材料并抽取 冲积材料，以及经由至少一个脐带将材料提供到表面上的地面之上的处理 地点。ROV可附加地装备有装置，其能够刮掉或刷拭基岩以使冲积矿床脱 离或以其他方式移开，以用于疏浚。在某些实施例中，ROV包括推进工具， 其可彼此相反地操作(例如，一对推进工具在与另一对推进工具相反的方 向中操作)。以这种方式彼此相反地操作推进工具的效果为刮掉或刷拭覆 盖在基岩上面的冲积含矿土材料，从而将其松弛，以便可对其进行疏浚。 例如，ROV可包括在向前方向中接合的前部驱动机构，以及在相反方向中 接合的后部驱动机构，其操作在于通过朝向ROV的中央部分推动材料使 冲积材料从基岩移开，以用于疏浚。ROV还可需要推动或移开存在于冲积 物中的大的岩石。为此，ROV可装备有铁铲和/或刀片。

岩石层下面的ROV的范围至少部分由脐带限制。优选地是，ROV的 范围为从钻孔侧向至少100m。更优选地，ROV的范围从钻孔侧向多达 300m。甚至更有选地，ROV的范围从钻孔侧向多达500m。潜在地限制 ROV的范围的另一个因素为顶部崩塌的可能性(岩石层可用作顶部)。当 ROV从岩石层下面提取材料时，形成空洞。存在顶部(例如，岩石层)在 ROV上崩塌的可能性，这取决于其结构特征—这些结构特征很可能为定点 的。

提供附加支撑给顶部的一个方法为将矿物枯竭的冲积物再注入到空 洞中。这可包括从粘合剂和矿物枯竭的冲积物形成水泥状材料，并然后将 水泥状材料再注入到其中其固化并提供结构支撑的空洞中。

在另一个实施例中，可从表面将粘合剂直接注入到冲积材料中，其中 其粘合冲积材料以形成在基岩和岩石顶部之间提供支撑的混凝土状结构。 水泥可用作粘合剂，即，水泥可包括石灰以及/或者与冲积物混合的其他添 加物。

ROV还可包括粘合剂注入/喷雾胶管。在该实施例中，可经由脐带将 粘合剂供给到ROV。这允许ROV将粘合剂(例如，水泥或其他合适的粘 结剂)喷射或注入到冲积材料，以使特定区域稳定。例如，ROV可用于挖 掘空洞并将粘结剂提供到该空洞的壁/顶部，以用于结构支撑。附加地，ROV 可用于提供粘合剂/悬空水泥塞，其然后在区域之上变硬/凝结。

如所讨论，冲积材料到表面的输送通过由ROV进行的疏浚过程发生。 ROV装备有吸入设备，其将冲积材料吸到其中，以便可将冲积材料输送到 表面以用于后提取处理过程。吸入源可来自表面上的地面上，例如，通过 脐带将吸入从地面上位置提供到ROV上的吸入管或疏浚管。可出现的一 个问题为吸入(疏浚)管的堵塞。为了减轻这种情况，将在吸入嘴上提供 筛选机构(其实际上可为网筛)，以限制可被吸入到管道中的颗粒的尺寸。 然而，筛子在防止具有阻塞管道的可能性的大颗粒的进入中不完全有效， 特别是其中这些大颗粒具有高纵横比的情况下。预期的是，管道具有用于 捕获这些大颗粒的U型管部分。U型管可裂开或者可选地径向打开，以释 放已经停留在U型管中的任何大颗粒。可通过致动器或者使用逆向水流完 成裂开或径向打开，以物理上打开U型管，例如，逆流可提供用于对管道 中的捕获物解除锁定的致动，并打开U型管。打开和关闭机构可由机械工 具或通过吸入致动。打开和关闭机构可为弹簧辅助的。

图3A提供其中在里面捕集保留材料302的U型管管道301的说明。 U型管管道301包括处于关闭位置的铰链303。图3B提供其中铰链303 处于打开位置的开放的U型管管道301的说明。铰链303包括具有闭锁位 置和开启位置的凸片304。当凸片304处于闭锁位置时，铰链303不能自 由地移动且U型管管道301保持在关闭位置中。当凸片304处于开启位置 时，铰链303能够移动且可打开U型管管道301以排出任何保留材料302。

U型管管道可附加地包括用于帮助其去除保留材料的部件。U型管管 道可包括活塞，其中一旦打开了管道的U型管部分，该活塞物理上从管道 喷出保留材料。可选地或组合地，空气或水可涌过管道，以便当打开管道 的U型管部分时，喷出保留材料。

在另一个布置中，管道可用橡胶或塑料类型材料作内衬，以提供耐磨 性。可在橡胶/塑料内衬内收集保留材料。在打开U型管时，可通过管道 的内层和橡胶/塑料内衬的外层之间的界面处的水或气体使橡胶/塑料内衬 膨胀。以这种方式，内衬可用作吹放袋，以去除保留材料。

当进行开采和疏浚操作时需要考虑的另一个因素为在岩石层下方形 成的空洞很可能在地下水面的下面。因此，空洞很可能填满水。ROV因此 需要为能潜入水中的ROV，其可在水下环境中操作。ROV可包括水推进 工具，诸如推进器、鳍片或水冲。可通过经由至少一个脐带将水泵送到ROV 来对水冲进行外部供电。在其中ROV潜入水中的情况下，ROV还可需要 提供有用于克服浮力的机构。因此，在一个实施例中，可经由至少一个脐 带将附加重量提供到ROV。可通过将重流体或泥浆传送到或通过将重岩石 或重量输送到ROV来提供附加的重量。可然后通过移除附加重量使ROV 可变轻。

提供给ROV用于迅速从挖掘区域的底部展开的机构还可为有利的。 ROV可包括气囊(浮囊)型系统，其然后展开、从挖掘区域的底部升起 ROV。可通过使用这些浮囊以升起ROV而与落石脱离来减轻考虑到由于 落石或表土中的滑动而导致的丢失的危险的ROV的建设/操作成本。如果 通过丢失脐带上所承载的信号激活了浮囊和信标，则应极大地降低ROV 的永久损耗率。

展开可为接收来自操作者的命令的结果，或者可为自动响应。设想如 果在ROV和表面上的地面上的操作者或多个操作中心之间存在信号丢失， 则ROV将展开气囊，其将导致ROV向上移动，从而理想地重建立与操作 者或操作中心的通信。当ROV在碎片下被捕集时，例如，作为底下滑坡 或顶部崩塌的结果，气囊系统可为特定有利的。在顶部崩塌的情况下，触 发气囊可提供向上力，其可帮助去除碎片，从而允许ROV摆脱自身。在 一些实例中，ROV的顶部上的碎片的积累可阻止ROV和操作中心之间的 通信。该情况下的气囊系统的自动展开为特定有利的，这是因为其潜在地 允许ROV使自身从碎片脱离和再建立通信。

如先前所提及，本发明还针对辅助的开采/疏浚支撑过程，诸如检测冲 积矿床中的感兴趣的材料以及作为过程控制工具使用该检测机构。各种类 型的检测器通常用于在探矿期间确定有价值的矿物的存在。两个该类专利 (CA1215743和CA1188734—其内容通过参考的方式并入此处)公开了用 于检测地质构造中的金属或矿物的电极探头的使用。本质上，这些通过检 测跨越两个相互间隔的电极之间的窄间隙的导电颗粒的“短路”来操作。

这些类型的检测器适用于检测导电材料。这是因为传感器依赖于探头 上的两个电极之间的导电材料桥接，以使电极短路并生成检测信号。理想 地，这些类型的检测器适用于在表面上没有非导电氧化层的情况下检测自 然金属。

这些检测器具有许多缺点，这致使它们不适合用于开采过程。这些文 档中公开的检测器为点探头，其被手动地插入到地面以检测该特定位置处 的导电材料。

检测器依赖于电极探头和导电材料之间的物理接触。这意味着如果该 材料紧邻电极，则检测器仅能够检测取样位置中的导电材料。这意味着在 每个位置处取样的材料量为非常小的，并且部分通过电极探头的表面面积 控制。如果电极探头为小的，那么在每个位置为取样的材料量为非常小的， 这降低了检测导电材料的可能性。

此外，当将检测器的电极部分插入到地面中时，导电材料必须在两个 间隔的电极之间的窄间隙上对准，以便使电极短路且因此生成检测信号。 这种检测方式严重取决于每个取样位置处的导电材料的浓度。如果土壤中 存在少量的导电材料，那么存在其将与电极探头接触的低可能性，或者即 使其确实与探头接触，其将必需正确地与电极对准以生成信号。

这些检测器的另一个问题在于它们仅适于检测导电材料的表面矿床。 如果导电材料驻留在表面下的合理深度处，那么这些检测器不可使用。

此外，检测器上报的唯一信息为电极探头是否已经接触导电材料。检 测器不提供关于地面中导电材料的量或可能量的数据。

鉴于以上情况，为了生成任何有意义的数据，需要在潜在地无数个位 置处进行取样。这为高劳力密集的和耗时的。因此，这些检测器不适用于 开采操作中。

尽管如此，本发明人已经有利地发现由这些探头使用的用于识别感兴 趣的矿物的过程也可被用作过程控制工具，以提供对开采过程中的实时分 析。

美国专利3316545公开了使用大共面电极的类似系统，其中在大共面 电极之间具有曲折绝缘空间。尽管该种系统可适于在分批过程中分析材料， 但其不适于与连续过程使用。第一，平面电极将高度易受磨损的影响。第 二，电极配置可在检测电路中生成足够的电感水平，当材料的颗粒在电极 之间桥接绝缘空间时，该流动的电流水平将被显著地抑制，从而使颗粒的 检测困难或不可能。

如以上所讨论，这些类型的检测器适用于检测导电材料，诸如金、铂 系金属(诸如钌、铑、钯、锇、铱和铂)。此外，本发明的传感器适于诸 如在粉碎过程(这可打破氧化层，或者在没有氧化层的情况下导致粉碎的 金属颗粒)之后检测硬岩石铜和银，以及以导电形式的其他金属。这些材 料将不通过插入到地面中的点式传感器检测，诸如CA1215743和 CA1188734中描述的那些。这是因为要求最初的处理阶段，诸如粉碎过程， 以便通过打破氧化层以及/或者以其他方式释放导电材料来暴露导电颗粒。

本发明人已经发现通过在流动通道中在管线内合并包括一系列间隔 的导电电极的检测器，可确定开采流中感兴趣的材料的数量。这是因为检 测器不断地与开采材料流接触，并且因此当通过检测器流动开采材料时， 检测器不断地对开采材料取样。这意味着检测器本质上提供开采材料的连 续取样。在检测事件的数目和开采流中感兴趣的材料的浓度之间存在统计 相关性。因此，即使当感兴趣的材料仅呈现出非常低的浓度，存在检测事 件发生的统计可能性，即使检测事件之间的时间被预期为大的。相反地， 当感兴趣的材料呈现高浓度时，存在无数的和频繁的检测事件。

可使用包含已知浓度的感兴趣的材料的开采流(或其他流)校正检测 器。对于该已知浓度，可记录检测事件的频率。进一步已知浓度的感兴趣 的材料可用于提供附加数据点，以生成校正曲线。当检测器用于现场中时， 可将检测事件的频率与校正曲线比较，以提供样本中感兴趣的材料的浓度 的指示。

理想地，校正还将开采流中感兴趣的材料的预期形状和最长维度考虑 进来，该开采流可桥接探头电极。矿物过程部分取决于这些性质以及许多 其他因素。很可能将通过实验试验建立这些参数。预期的是，这些参数将 根据感兴趣的材料的源以及是否已经发生预处理发生改变。例如，预期的 是，金颗粒的形状和维度将在冲积或压碎的硬岩石矿床之间不同。实验试 验可用于通过例如将反馈提供给在线监控系统来进一步校正或增强在线 监控过程的准确性。

为了提高系统的准确性，多个检测器可用于流动通道中。使用多个传 感器增大了系统的敏感性，这是因为其增大了检测事件的可能性。使用多 个检测器可特别有益于包括仅低浓度的感兴趣的材料的开采流。

如将理解的，使用要求与导电颗粒或细粒接触以检测其存在的当前类 型的传感器系统，即使通过大传感器表面面积和多个传感器，也将分析仅 小部分的开采流。因此，通常需要采用统计方法以确定开采流中感兴趣的 材料的浓度。合适的统计方法可利用泊松分布。

本发明人还已经发现通过在入口通道和出口通道中合并导电电极的 棒，开采流中感兴趣的材料的数量可被确定并与矿物枯竭的开采流中感兴 趣的材料的数量比较(例如，在矿物提取之后)。

理想地，在入口流上放置不同尺寸间隔的导电电极板的许多棒，以在 矿物提取之前监控流中感兴趣的材料的浓度。这些棒可安装在连接到ROV 的入口上，或者可在管道、通道或其他流动路径中安装在地面上，该其他 流动路径将可为泥浆形式的原始提取矿物馈送到矿物处理加工车间。

由于不同尺寸的间隔将检测不同尺寸的颗粒，因此导电电极板之间的 间隔为重要的。为了发生颗粒检测，颗粒必须接触并桥接两个电极板之间 的间隙。该桥接导致在两个电极板之间建立短路，其导致检测信号被记录。 如此，较大的电极间隔提供对较大颗粒的检测，但由于足够小的颗粒将不 能够桥接电极之间的间隔，因此将限制较小颗粒的检测。

导电电极可由硬的以抵抗磨损的导电材料形成。优选地，材料的硬度 大于开采材料的硬度。优选地，导电材料具有在莫氏硬度上至少为7的硬 度，但优选地甚至更硬，比如9或以上。合适的导电材料包括金属基体中 的金属碳化物，诸如钴基体中的碳化钨或碳化硅。如果它们是导电的(或 者可通过掺杂使它们导电)，则大范围的硬质材料可用于所述电极中，包 括金刚石、碳化钛、氮化钛、氮化硼、硼化钨、碳化钼。该类材料可作为 表面涂层沉积在电极上，以提供更好的耐磨性。当导电材料为碳化硅时， 优选地是，碳化硅掺杂有材料以提供多余的电子或孔，以便改善碳化硅的 导电性。可选地，导电电极可由弹性的导电材料形成，诸如导电塑料或装 载有诸如金属的导电材料的塑料，例如银。不同于以上所描述的硬质材料， 众所周知的是，该类弹性材料还抵抗磨损，这是因为它们能够吸收粗糙的 开采馈送材料的影响并经历弹性变形，然后随后释放该能量并返回到它们 原始的构造。例如，该类型的电极可由如在ASTMD22400-00中定义的具 有大约D100或更小的邵氏硬度计硬度的材料形成。

导电板的尺寸(诸如长度)也为重要的。由于板的更大的暴露表面面 积，因此较大导电板(具有增加长度的板，诸如在圆柱板的情况下增大的 半径)将引起增大的检测事件的数目和频率。每个电极的尺寸的限制为具 有与相同一组板之间的颗粒的暂时地重叠交互的可能性。在本发明的一些 实施例中，系统可不在桥接一对电极的单个颗粒以及桥接一对电极的多个 颗粒之间区分。颗粒与一对电极交互的可能性与诸如以下的因素相关：

电极尺寸(较大电极更可能检测颗粒)；

感兴趣的矿物的浓度(较高浓度通常表示更多检测事件，其受制于下 面所指出的颗粒尺寸分布)；

颗粒尺寸分布(其中可检测尺寸范围的更多颗粒的尺寸分布将导致更 多检测事件)

矿物通过检测器的流速。

因此，优选实施例中的电极尺寸被设计为避免电极对之间的同时检测 事件。

可通过增大较小板(每个具有它们自己的电子器件)的堆栈数目来实 现类似效果，其中每个堆栈具有较低电容。这对于增加检测事件可为有用 的。

被施加到电极的电流可为DC或AC。在DC的情况下，理想地，电压 低于3V以防止开采馈送中的电解和/或材料的电解，这可导致可引起电极 材料的溶解的气体生成。在一些实例中，气体生成(其不导致电极溶解) 可为有益的，例如，由于趋于将稠密的金推动通过H₂气体层(其从成核作 用作为微气泡形成)以提供更明确的信号。

在AC的情况下，可使用带有较高频率的较高电压，其中较高频率限 制气体生成和电极溶解。多达低kHz范围的较高频率将通常要求其中每个 具有它们自己的电子器件的具有减小间隔的较小板的堆栈最优化电容效 应。

因此，第一电极提供有具有第一表面面积的第一面，并且具有相反电 荷的相应电极提供有具有第二表面面积的第二面。电极以堆栈布置来布置， 其中电极之间具有空间。开采材料可流动通过该空间。开采材料在该空间 中具有停留时间，其与开采材料的流速成比例。配置停留时间以便为感兴 趣的材料提供足够的时间，以便与第一电极和相应电极交互并在第一电极 和相应电极之间形成电气连接，并产生可检测信号。可通过改变开采材料 通过空间的流速改变停留时间。可选地或附加地，可通过使用具有不同表 面面积的电极改变停留时间。例如，具有较大表面面积的电极将限制材料 可流动通过的较大空间，因此增大停留时间。理想地，停留时间经选择用 于实现电接触的足够机会，并因此实现电信号的生成和检测。

可通过非导电间隔物提供电极间隔。非导电间隔物可布置为与平行分 层类型结构中的导电电极板交互布置。电极间隔和/或非导电间隔物的厚度 通常在10μm到200μm的范围中。

非导电间隔物可由硬的以抵抗磨损的绝缘材料形成。优选地，非导电 间隔物由莫氏硬度上的硬度至少为7的材料形成，但优选地在莫氏硬度上 为9。合适的绝缘材料包括非导电金刚石、金刚砂(AL₂O₃、蓝宝石、红宝 石)或环氧基树脂中的其他硬质粉末(诸如氮化硼)。可选地，非导电间 隔物可由诸如尼龙聚氨酯的弹性绝缘材料形成。绝缘材料将优选地具有类 似于其关联电极的弹性。

在一些实施例中，非导电间隔物可由管道或通道的壁、底部和/或顶部 形成。例如，一系列电极板可安装到管道或通道的侧壁，其中电极从侧壁 水平地突出。类似地，从底部或顶部可以附加地或可选地装备有电极，其 向外突出到材料流中。该布置方式具有扩展的传感器(例如，以棒的形式) 不突出到流动通道的中心的优点。此外，由于流的速度剖面朝向流动通道 的中心增大，因此使用壁装的一组电极可为有利的，由于边缘处的低流表 示更少的磨损，同时也当较少地阻碍流时而潜在地降低能量损失。

硬导电电极可与其他硬的或弹性的非导电间隔物配对。类似地，弹性 电极可与硬的或弹性的非导电间隔物配对。

当这些元件布置在在线监控过程中时，与CA1215743和CA1188734 中所公开的设备相比，导电电极和非导电间隔物的耐磨性更加重要。本发 明的棒暴露于开采材料的流，其在操作期间不断地流动通过棒。这表示本 发明的棒在操作期间不断地处于磨损的影响下。相反，CA1215743和 CA1188734中所公开的设备仅仅在不同的取样点处插入到地面中。这些设 备不暴露于开采材料的持续移动流，并因此不受制于高磨损环境。

在实施例中，在导电板之间存在具有不同尺寸间隔的棒的至少两个堆 栈。棒的一个堆栈具有大间隔且棒的一个堆栈具有小间隔。该布置允许检 测不同尺寸的矿物颗粒，例如，在导电元件之间具有大间隔的棒检测仅大 的矿物颗粒，而在导电元件之间具有小间隔的棒附加地检测小的矿物颗粒， 该小的矿物颗粒可不通过在导电元件之间具有大间隔的棒检测。

例如，一个棒堆栈具有用于检测小导电颗粒的10μm的间隔。另一个 棒堆栈具有用于检测大导电颗粒的100μm的间隔。堆栈中的每个可提供有 它们自己的电子器件。

将理解的是，可使用多于两个堆栈。例如，可使用多个堆栈，其中的 一些可具有不同尺寸的电极和非导电元件。多个堆栈中的棒堆栈的准确数 目和构造将取决于许多因素，诸如开采材料的类型以及感兴趣的材料的物 理和化学性质。

类似地，在离开矿物提取车间的出口流上放置不同尺寸的导电板的棒， 以在提取(其以如上所示的方式操作)之后监控流中的感兴趣的材料的浓 度。这提供关于在矿物提取阶段中提取的感兴趣的材料的数目的指示，并 因此提供关于过程的效率的数据。

本领域技术人员将理解的是，可根据冲积物内的矿物颗粒的预期尺寸 和尺寸分布使用具有不同间隔程度的附加棒。

图4A提供堆放导电板403的两个棒401、402的说明。第一棒401具 有在导电板403之间提供大间隙的非导电间隔物404。第二棒402具有在 导电板403之间提供小间隙的非导电间隔物405。

图4B示出其中棒401、402在管线内结合到管道406中的实施例。泥 浆407被泵送通过管道406并穿过导电板403之间的间隔物204、205。棒 检测当泥浆407经过时的导电颗粒(表示感兴趣的材料，例如金)。

图4C提供电极的堆栈408的实施例的说明。电极的堆栈408包括两 个正极410和412以及两个负极414和416。正极和负极通过非导电间隔 物元件418分离。相邻的正极410和412通过层电气上隔离，其中在该实 施例中该层为非导电间隔物420。类似地，相邻的负极414和416通过层 电气上隔离，其中在该实施例中该层为非导电间隔物422。非导电层420 和422不必需与非导电间隔物层418相同。如在图中可看出，电极具有不 同的尺寸。正极410和负极416具有相同的尺寸，其中这些电极的外周长 延伸到电极412和414的外周长之外。在该布置中，可形成四个分离的电 路，第一电路在电极410和416之间、第二电路在电极410和414之间、 第三电路在电极412和416之间，以及第四电路在电极412和414之间。

布置这些电极以便在其间形成用于开采材料的流动空间424。

如从图4C可看出，存在三个不同的电极间隔，第一电极间隔在电极 410和416之间、第二电极间隔在电极410和414之间和在电极412和416 之间、以及第三电极间隔在电极412和414之间。由于这些不同的电极间 隔，不同尺寸的导电颗粒将桥接在不同的电极之间，并因此激活不同的电 路。

大颗粒将在电极410和416之间形成桥接，从而激活第一电路。中等 尺寸颗粒将桥接在电极410和414或者412和416之间，从而激活第二电 路或第三电路。小颗粒将桥接在电极412和414之间，从而激活第四电路。 以这种方式，可获得关于开采材料中导电颗粒的尺寸的信息。

图4C还示出电极410、412、414和416中的每个具有斜切表面。该 斜切表面帮助防止微粒材料卡在流动空间420中。

此外，布置电极410、412、414和416以使电极的尺寸朝向电极的堆 栈的中心顺序地减小。该布置还可帮助防止材料卡在流动空间420中或以 其他方式被俘获。

图4C中示出的电极可为整个堆栈，或者仅为堆栈中的一部分电极。 在后者情况中，可在电极410和416(其间具有合适的非导电材料)的任 一侧上提供进一步的电极。这些进一步的电极可顺序地较大，因此扩大可 检测的感兴趣的材料的尺寸范围。可选地，进一步的电极可为类似于图4C 中的那些的电极的附加堆栈，以提供给进一步的堆栈邻近图4C中示出的 电极堆栈的相同间隔。可选地，进一步的堆栈可不同于图4C中示出的堆 栈，并且可包括不同数目或尺寸的电极和非导电空间。

图4D和图4E示出可使用固态制造技术制成的本发明的进一步实施例。 在图4C中，通过例如使用化学气相沉积等等在基底S1上沉积交替的导电 和绝缘层来形成电极堆栈。图4C的电极堆栈如下形成。在基底S1上沉积 的第一层为其中形成电极E1和E2的导电层。E1和E2彼此不接触，以使 它们之间的气隙在电极E1和E2之间形成空间。绝缘层在该层的顶部上形 成，以创建间隔物SP1和SP2。间隔物SP1和SP2使E1和E2的尖端处的 小距离暴露，以在使用中实现与开采材料的接触。该过程被重复用于在间 隔物SP1和SP2上创建电极E3和E4。进一步的绝缘间隔物在E3和E4 的顶部上形成。该过程继续下去，直至最顶部导电层沉积且形成电极。在 该最顶部导电层之上，可沉积可选的绝缘罩以形成绝缘层IL1。电极E1到 E8连接到传感器电子设备，以实现桥接在任何一对相反的极性电极之间的 导电颗粒的检测。

图4E为图4D的可选构造，其中沉积层的边缘为电极的暴露表面。在 该示例中，基底S1已经沉积，在它上面其中形成了导电层E8。绝缘层沉 积在该导电层的顶部上。这形成于间隔物SP1中。该沉积导电层和绝缘层 的过程继续进行，直至形成电极E7。在该层上方，绝缘层IL1作为覆盖层 形成。如通过先前实施例，在堆栈中形成的每个电极连接到传感器电子设 备，以实现桥接两个电极的导电颗粒的检测。

将理解的是，可在任何数目的层中在此形成任何数目的电极。例如， 多个电极可形成于单个导电层中(如通过图4D中的E1和E2所示)。

大范围的材料可用于形成电极，包括金刚石、碳化硅、碳化钛、氮化 钛、氮化硼、硼化钨、碳化钼、硼、二硼化铼、超石英、二硼化钛、黑金 刚石。这些材料可通过气相沉积(在适当的情况下)来沉积或可被合并作 为基体中的颗粒。

图5示出根据本发明的简单开采过程500的实施例。输入材料502被 馈送通过在线监控系统504，开关506决定然后往哪里馈送开采流。在本 示例中，存在两个进一步的处理步骤，“步骤A”508和“步骤B”510。 然而，将理解的是，可使用进一步的处理步骤。

在本示例中，在线监控系统504监控输入材料502，以确定输入材料 502中感兴趣的材料的浓度。如果确定感兴趣的材料的浓度高于阈值，则 在线监控系统504使用开关506，以将输入材料502转入到进一步的处理 步骤A508。

例如，处理步骤A508可为预处理或提取步骤。然而，如果确定感兴 趣的材料的浓度低于阈值，则在线监控系统504使用开关506，以将输入 材料502转入到进一步的处理步骤B510。

例如，进一步的处理过程B510可为分离步骤，其将至少一些矿石从 输入材料502分离，以在进一步的处理之前增大感兴趣的材料的浓度。可 选地，由于感兴趣的材料的浓度过低以至于不可用于提取，步骤B可将输 入材料丢弃作为尾料。

有利地，在线监控系统504可用于不断地监控输入材料502，以便可 将包括高于所需阈值的浓度的输入材料502转入进一步的处理步骤A508， 并且然后如果发现进一步的输入材料502低于所需阈值，可将其转入进一 步的处理步骤B510。因此，在线监控系统504可提供对开采过程的实时 控制，以改善过程的效率。

图6示出开采过程600的另一个实施例，其使用输入材料602并根据 许多分类步骤604、606和608分离该材料。将来自分类步骤604的尺寸 过小的材料610馈送到分类步骤606，将来自分类步骤606的尺寸过小的 材料612馈送到608，将来自分类步骤608的尺寸过小的材料614馈送到 进一步的处理步骤616，其可为进一步的分类步骤、处理步骤或处置步骤。

重点注意的是，可使用多个分类步骤且输入材料的组成部分的尺寸可 根据分类步骤的性质改变。例如，筛选将所有的材料分离到合适的尺寸范 围中。然而，诸如使用旋风分离器(例如，水力旋风器)的其他方法将根 据其形状和密度分离材料。这可导致其中具有较低密度的较大颗粒与更密 集材料的小颗粒配对的情况。通过示例的方式，金和石英颗粒的混合的尺 寸过大/尺寸过小分裂可为金0.1mm和石英1mm。

来自分类步骤604的尺寸过大的材料618可被馈送通过与开关622通 信的在线监控系统620，以将材料转入进一步的处理步骤A624或进一步 的处理步骤B626。

类似地，来自分类步骤606的尺寸过大的材料628可被馈送通过与开 关632通信的在线监控系统630，以将材料转入进一步的处理步骤A634 或进一步的处理步骤B636。

来自分类步骤608的尺寸过大的材料638可被馈送通过与开关642通 信的在线监控系统640，以将材料转入进一步的处理步骤A644或进一步 的处理步骤B646。

在线监控步骤620、630、640、开关622、632、642以及进一步的处 理方法624、626、634、636、644、646可以通过与以上关于图5中所示 的过程描述的类似方式操作。

该系统的优点在于监控系统618、628、638中的每个可装备有检测器， 其被最优化和/或校正用于检测具体尺寸范围中的颗粒。例如，检测器可被 最优化以具有电极间隔，该电极间隔适合所分类的输入材料中感兴趣的材 料的预期尺寸。

图7示出开采过程700的另一个实施例。在该实施例中，输入材料702 被馈送通过其中粉碎输入材料的碾压/破碎过程704。

粉碎材料然后被馈送到可通常如以上相对图6所描述的分类器708中。 尺寸过小的材料709被馈送到进一步的处理步骤A710，其可为如以上通 常相对其他实施例描述的进一步的分类步骤、加工步骤、处理步骤或处置 步骤。尺寸过大的材料712被馈送通过在线监控系统714。

在线监控系统714与开关716通信，以将材料转入进一步的处理步骤 B718或者通过再循环回路720将材料馈送回到碾压/破碎过程704。如上 所述，进一步的处理步骤B718可为如以上通常相对其他实施例描述的进 一步的分类步骤、加工步骤、处理步骤或处置步骤。

该实施例最可能与诸如硬岩石矿床的非冲积矿床有用。

尽管本发明可一般应用于来自位于岩石层下方的地面下的冲积矿床 的一些矿物，现在将一般关于深层砂矿中的冲积金矿床进行讨论，其中一 层玄武岩具有覆盖在矿床上的大约60m深度。图5中示出典型断面。

深度砂矿吸入疏浚的第一阶段为钻孔，以获得到矿床的通路。到100 米深度的当前垂直钻孔能力在玄武岩中似乎限制(出于经济原因)为1.8m 直径竖井。如果需要，可将该竖井扩大到任何所需尺寸。将首先必须钻出 较小的试验竖井，以明确地建立玄武岩的特征。竖井可必须排齐，以防止 交叉的含水层流动。还存在潜在的竖井崩塌问题，这取决于玄武岩的结构 特征。

覆盖在含矿土上的沙子和粘土可被认为是表土，并且必须在挖掘含矿 土之前被移除。最初，将其全部带到表面可为必须的，但随着开采沿着砂 矿进行，在没有将该材料带回到表面的相当大的能源和维护成本的情况下， 回填砂矿将为可能的。这在图8中示出。

图8示出覆盖在含金冲积矿床802之上的玄武岩层801。钻孔803被 钻入到玄武岩层801中。在玄武岩层801中的钻孔803下方存在挖掘区804。 ROV805具有脐带806，其与表面(未示出)上的地上设施通信。ROV805 通过经由脐带807将冲积材料疏浚到表面来从冲积物面806开采。在表面 上处理冲积材料以提取金。然后经由脐带803将金枯竭的冲积材料在地下 返回到ROV805，并然后经由管道808沉积在回填区809中。可选地，如 果检测到表土材料中的一些不包含经济上可处理的金数量(例如，通过如 先前所描述的检测设备)，则ROV805可经由绕开表面处理的管道808将 材料直接疏浚到回填809。

应注意的是，表土材料确实包含金，并且在一些情况下将其带到表面 以用于处理可为值得的。要考虑的另一点为表土的金含量以及深层砂矿吸 入疏浚的低成本，这可使得大部分的表土为可获利的。表土移除ROV的 主要要求在于快速地移动大量材料。该任务不要求更大的定位准确性程度。 ROV上的当移动材料时的力表明其应固定到可用的任何底部。可通过履带、 漂浮或两者的组合完成ROV的移动。

含矿土在较大的材料尺寸和较高的金含量上与表土不同。一些巨砾将 太大以至于不能通过任何合理尺寸的装备拾取，并且它们将阻止进入一些 材料。基本方法为通过水冲浆化材料，并将泥浆吸走。用于含矿土开采井 的ROV可具有不同于用于表土移除的设计。

由于含矿土延伸砂矿的仅一部分宽度，表土的稳定坡角将确定采削比 以及表土和含矿土的承载厚度。当材料(和含水层)为湿的且将使水移动 通过其时，坡角相当低，可为大约1:4到1:10。需要考虑的另一个因素为 玄武岩顶部的强度和稳定性，这是因为在其确定可在任何时候作出的切割 的宽度时这可为重要的。除了限制切割的宽度，可引入支柱以支撑顶部。 这些可通过灌满湿态混凝土的大塑料袋形成。

在开采含矿土中，要求在于通过水柱浆化含矿土以及通过吸入移除泥 浆。图8中示出与气垫飞行器没有什么不同的一个概念。如同气垫飞行器， 可通过使用侧缘可能地改善在浆化中喷射的效率，以及通过使用悬空的吸 入软管来改善取回金的效率。与其他开采方法(诸如连续疏浚)比较，将 吸入水头和所需的任何切割器放在ROV上以及使其大约在柔性软管的端 部处移动从根本上增大可从单个钻孔提取的容积含矿土。

由于在砂矿中很可能存在相当大的巨砾，这意味着大的平台用于浆化 它们中的和周围的区域，因此含矿土开采ROV的尺寸为重要的。由于可 被下降到竖井的尺寸的限制，这表示RV应被设计为分段下降到竖井并在 地下装配。

含矿土开采ROV将不可避免地遇到不能够通过吸入来提取的矿块。 考虑到这些的重要性，如果可由用于通过维护ROV的提取的远程感应方 法对这些进行定位，则这将为令人满意的。

将理解的是，该说明书中公开和定义的本发明扩展为从文本或附图提 及或明显的两个或更多个单独特征的可选组合。所有这些不同的组合组成 本发明的各个可选方面。