权利要求
1.一种深海矿产射流网格化切割破碎开采装置，其特征在于：包括行走机构(1)、安装于行走机构(1)上的机械臂机构(2)、配合机械臂机构(2)安装的负压扬矿机构(4)以及射流网格切割机构(3);所述射流网格切割机构(3)布置于负压扬矿机构(4)行走前方，所述射流网格切割机构(3)包括切割框架(13)、安装于切割框架(13)上的可调射流切割组件以及固定安装于切割框架(13)上的定位射流切割组件;所述可调射流切割组件滑动调节安装于切割框架(13)上并配合定位射流切割组件射流切割形成切割网格，所述射流网格切割机构(3)对矿石进行往复网格化切割破碎并通过负压扬矿机构(4)输出。
2.根据权利要求1所述的深海矿产射流网格化切割破碎开采装置，其特征在于：所述可调射流切割组件包括安装于切割框架(13)上的导向滑轨(16)、配合导向滑轨(16)滑动安装的滑动架(17)以及安装于滑动架(17)上的可调射流喷嘴(18);所述可调射流喷嘴(18)转动调节安装于滑动架(17)上。
3.根据权利要求2所述的深海矿产射流网格化切割破碎开采装置，其特征在于：所述定位射流切割组件包括安装于切割框架(13)的固定导杆(14)以及安装于固定导杆(14)上的固定喷嘴(15)，所述固定喷嘴(15)垂直于切割框架(13)行进方向，所述可调射流喷嘴(18)与切割框架(13)行进方向形成倾斜夹角。
4.根据权利要求2所述的深海矿产射流网格化切割破碎开采装置，其特征在于：所述滑动架(17)为结构相同的两个且两个滑动架(17)运动方向相反。
5.根据权利要求4所述的深海矿产射流网格化切割破碎开采装置，其特征在于：所述滑动架(17)上设置有多个可调射流喷嘴(18)，多个所述可调射流喷嘴(18)均匀分布于滑动架(17)上。
6.根据权利要求4所述的深海矿产射流网格化切割破碎开采装置，其特征在于：所述固定喷嘴(15)设置有多个且多个固定喷嘴(15)均匀分布于固定导杆(14)上。
7.根据权利要求1所述的深海矿产射流网格化切割破碎开采装置，其特征在于：所述机械臂机构(2)端部安装有防溢罩(6)，所述射流网格切割机构(3)和负压扬矿机构(4)均安装于防溢罩(6)内。
8.根据权利要求1所述的深海矿产射流网格化切割破碎开采装置，其特征在于：还包括扬矿管线(8)和射流介质管线(9)，所述扬矿管线(8)配合行走机构(1)安装并与负压扬矿机构(4)连接，所述射流介质管线(9)配合行走机构(1)安装并为射流网格切割机构(3)提供射流介质。
9.根据权利要求7所述的深海矿产射流网格化切割破碎开采装置，其特征在于：所述防溢罩(6)前端安装有地形感知机构(5)，所述行走机构(1)上配合安装有控制机构(7)。
10.一种深海矿产射流网格化切割破碎开采装置的开采方法，其特征在于：采用如权利要求1至9任一所述的深海矿产射流网格化切割破碎开采装置：还包括以下开采步骤：
S1：根据海底地形，划定开采区域(12)并制定开采路线;
S2：根据探测的富
钴结壳以及基岩力学参数，设置行走机构(1)的行走速度以及射流网格切割机构(3)的切割参数;
S3：射流网格切割机构(3)对富钴结壳进行初次行走切割：两个滑动架(17)上的可调射流喷嘴(18)以初次设定的喷射角度以及初次设定在切割框架(13)的移动速度进行喷射切割;
S4：射流网格切割机构(3)对富钴结壳进行二次行走切割：两个滑动架(17)上的可调射流喷嘴(18)以设定的转动速度以及二次设定在切割框架(13)的移动速度进行喷射切割;
S5：二次行走切割完成后，负压扬矿机构(4)对切割破碎的富钴结壳颗粒进行负压回收。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及深海
采矿领域，具体涉及一种深海矿产射流网格化切割破碎开采装置及开采方法。
背景技术
[0002]海洋中蕴藏着丰富的金属
矿产资源，主要包括多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物和深海
稀土等类型资源;这些矿产中富含
铜、钴、
镍、
锰等重要金属元素，是现代制造业中的关键原材料。
[0003]在深海中，富钴结壳紧密附着在海底基岩上，开采时需对其进行剥离破碎，再收集提升至海面。深海富钴结壳的破碎方式主要包括机械切削破碎和射流破碎，现有直接采用机械破碎装置对富钴结壳进行机械切削破碎，在深海低温高压高岩环境中复杂的机械结构容易遭遇锈蚀、异物卡阻等问题，稳定性和耐久度难以保证，维护保养较为困难。而采用射流破碎，其具有装置结构简单，维护保养简单，可靠性强的优势，如现有专利CN116291462A公开了一种基于康达效应的集矿装置及方法，通过向凸曲面壁施加高速切向射流，在近壁面形成高速低压区域，利用速度梯度产生的压力差形成提升力来采集矿石，然而康达效应产生的提升能力有限，仅适用于多金属结核和深海稀土这类松散分布，与基岩结合不紧密的矿产，难以开采富钴结壳;又如现有公开专利CN115822604A公开了一种二氧化碳射流制造温差效应的富钴结壳开采系统及方法，通过向富钴结壳喷射温度不同的二氧化碳射流，使其受热冷交替，内部产生温度应力，萌生破坏裂隙，然而在深海环境中二氧化碳射流的热量被低温海水迅速吸收，难以保证二氧化碳射流与富钴结壳之间形成充分的热交换，其射流破碎效果较差。
[0004]因此，为解决以上问题，需要一种深海矿产射流网格化切割破碎开采装置。
发明内容
[0005]本发明的深海矿产射流网格化切割破碎开采装置，通过射流网格切割机构对富钴结壳矿石进行往复网格化切割破碎，实现对富钴结壳的高效切割破碎，后续通过负压扬矿机构进行负压采出，提升了对富钴结壳的破碎效果以及采矿效率。
[0006]本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
[0007]一方面，一种深海矿产射流网格化切割破碎开采装置，包括行走机构、安装于行走机构上的机械臂机构、配合机械臂机构安装的负压扬矿机构以及射流网格切割机构;所述射流网格切割机构布置于负压扬矿机构行走前方，所述射流网格切割机构对矿石进行往复网格化切割破碎并通过负压扬矿机构输出。
[0008]进一步，所述射流网格切割机构包括切割框架、安装于切割框架上的可调射流切割组件以及固定安装于切割框架上的定位射流切割组件;所述可调射流切割组件滑动调节安装于切割框架上并配合定位射流切割组件射流切割形成切割网格。
[0009]进一步，所述可调射流切割组件包括安装于切割框架上的导向滑轨、配合导向滑轨滑动安装的滑动架以及安装于滑动架上的可调射流喷嘴;所述可调射流喷嘴转动调节安装于滑动架上。
[0010]进一步，所述定位射流切割组件包括安装于切割框架的固定导杆以及安装于固定导杆上的固定喷嘴，所述固定喷嘴垂直于切割框架行进方向，所述可调射流喷嘴与切割框架行进方向形成倾斜夹角。
[0011]进一步，所述滑动架为结构相同的两个且两个滑动架运动方向相反。
[0012]进一步，所述滑动架上设置有多个可调射流喷嘴，多个所述可调射流喷嘴均匀分布于滑动架上，所述固定喷嘴设置有多个且多个固定喷嘴均匀分布于固定导杆上。
[0013]进一步，所述机械臂机构端部安装有防溢罩，所述射流网格切割机构和负压扬矿机构均安装于防溢罩内。
[0014]进一步，还包括扬矿管线和射流介质管线，所述扬矿管线配合行走机构安装并与负压扬矿机构连接，所述射流介质管线配合行走机构安装并为射流网格切割机构提供射流介质。
[0015]进一步，所述防溢罩前端安装有地形感知机构，所述行走机构上配合安装有控制机构。
[0016]另一方面，一种深海矿产射流网格化切割破碎开采装置的开采方法，采用上述深海矿产射流网格化切割破碎开采装置：包括以下开采步骤：
[0017]S1：根据海底地形，划定开采区域并制定开采路线;
[0018]S2：根据探测的富钴结壳以及基岩力学参数，设置行走机构的行走速度以及射流网格切割机构的切割参数;
[0019]S3：射流网格切割机构对富钴结壳进行初次行走切割：两个滑动架上的可调射流喷嘴以初次设定的喷射角度以及初次设定在切割框架的移动速度进行喷射切割;
[0020]S4：射流网格切割机构对富钴结壳进行二次行走切割：两个滑动架上的可调射流喷嘴以设定的转动速度以及二次设定在切割框架的移动速度进行喷射切割;
[0021]S5：二次行走切割完成后，负压扬矿机构对切割破碎的富钴结壳颗粒进行负压回收。
[0022]本技术方案的有益效果：
[0023]本发明的深海矿产射流网格化切割破碎开采装置，通过射流网格切割机构对富钴结壳矿石进行往复网格化切割破碎，实现对富钴结壳的高效切割破碎，后续通过负压扬矿机构进行负压采出，提升了对富钴结壳的破碎效果以及采矿效率。
附图说明
[0024]图1为本发明整体示意图;
[0025]图2为本发明整体结构矿石开采示意图;
[0026]图3为本发明开采线路示意图(箭头表示线路方向);
[0027]图4为本发明射流网格切割机构俯视示意图;
[0028]图5为本发明射流网格切割机构侧面示意图;
[0029]图6为本发明富钴结壳矿石网格切割示意图。
[0030]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0031]1-行走机构;2-机械臂机构;3-射流网格切割机构;4-负压扬矿机构;5-地形感知机构;6-防溢罩;7-控制机构;8-扬矿管线;9-射流介质管线;11-矿石;12-开采区域;13-切割框架;14-固定导杆;15-固定喷嘴;16-导向滑轨;17-滑动架;18-可调射流喷嘴;19-前可调射流切割组件;20-后可调射流切割组件。
具体实施方式
[0032]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0033]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0034]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0035]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0036]如图1-图3所示，本申请实施例中，一种深海矿产射流网格化切割破碎开采装置，包括行走机构1、安装于行走机构1上的机械臂机构2、配合机械臂机构2安装的负压扬矿机构4以及射流网格切割机构3;射流网格切割机构3布置于负压扬矿机构1行走前方(即如图1中的右方)，射流网格切割机构3对矿石11进行往复网格化切割破碎并通过负压扬矿机构3输出。
[0037]本申请的深海矿产射流网格化切割破碎开采装置，行走机构1作为主体机构，前端安装有机械臂机构2，用于伸缩转动等功能的调节(行走机构1以及机械臂机构2均采用现有的机构即可，此处不做赘述)，通过射流网格切割机构3对富钴结壳矿石进行往复网格化切割破碎，实现对富钴结壳的高效切割破碎，后续通过负压扬矿机构4(相应的也采用现有技术的结构进行配合安装即可)进行负压采出，提升了对富钴结壳的破碎效果以及采矿效率。
[0038]本实施例中，射流网格切割机构3包括切割框架13、安装于切割框架13上的可调射流切割组件(包括前可调射流切割组件19以及后可调射流切割组件20)以及固定安装于切割框架13上的定位射流切割组件;可调射流切割组件滑动调节安装于切割框架13上并配合定位射流切割组件射流切割形成切割网格。
[0039]如图4所示，射流网格切割机构3的切割框架13，用于配合安装各个组件，前可调射流切割组件19以及后可调射流切割组件20整体结构相同，可进行调节射流对矿石11进行切割，定位射流切割组件布置于切割框架13右端部位，形成固定的射流切割，通过不同的切割组件进行射流切割时，形成网状切割效果，对矿石11进行快速有效切割，以此形成充分切割破碎，提升切割质量。
[0040]本实施例中，可调射流切割组件包括安装于切割框架13上的导向滑轨16、配合导向滑轨16滑动安装的滑动架17以及安装于滑动架17上的可调射流喷嘴18;可调射流喷嘴18转动调节安装于滑动架17上。
[0041]如图4所示，导向滑轨16配合切割框架13进行滑动安装，当然还包括驱动机构(图中未画出，采用现有的驱动结构进行安装配合即可，此处不做赘述)，用于驱动滑动架17在导向滑轨16上进行往复直线滑动，导向滑轨16侧面加工形成有导向滑槽，配合滑动架17端部进行滑动安装(当然可以采用其他滑动或者滚动形式均可)，可调射流喷嘴18可转动调节安装于滑动架17上，以此形成不同的喷射角度，实现不同的喷射切割网。
[0042]本实施例中，定位射流切割组件包括安装于切割框架13的固定导杆14以及安装于固定导杆14上的固定喷嘴15，固定喷嘴15垂直于切割框架13行进方向，可调射流喷嘴18与切割框架13行进方向形成倾斜夹角。
[0043]如图3-4所示，固定导杆14配合切割框架13固定安装，固定喷嘴15则配合固定导杆14固定安装且与切割框架13行进方向垂直安装(即图4中行进方向即水平方向，固定喷嘴15的安装方向即垂直向下)，相应的可调射流喷嘴18则与行进方向(图4中水平方向)形成有倾斜夹角，前可调射流切割组件19和后可调射流切割组件20的可调射流喷嘴18倾斜角度不同，配合固定喷嘴15的喷射角度，以此整体结构在行进过程中，能形成有效的网格切割效果。
[0044]本实施例中，滑动架17有两个，且两个滑动架17的运动方向相反。
[0045]如图3所示，两个滑动架17在运行过程中，运行方向始终保持相反运动，前可调射流切割组件19以及后可调射流切割组件20结构相同，在配合滑动架17运行过程中，以此更好的形成多角度网格切割效果。
[0046]本实施例中，滑动架17上设置有多个可调射流喷嘴18，多个可调射流喷嘴18均匀分布于滑动架17上。固定喷嘴15设置有多个且多个固定喷嘴15均匀分布于固定导杆14上。
[0047]如图4所示，可调射流喷嘴18以及固定喷嘴15均设置为多个，且在对应的部件上均匀分布安装，以此后续形成更加均匀的网格切割效果，便于提升矿石11的破碎效果。
[0048]本实施例中，机械臂机构2端部安装有防溢罩6，射流网格切割机构3和负压扬矿机构4均安装于防溢罩6内。
[0049]如图1所示，防溢罩6配合机械臂机构2端部固定安装，射流网格切割机构3和负压扬矿机构4集成安装于防溢罩6内部，便于射流网格切割机构3对矿石11进行切割破碎后，减少破碎的矿石飞溅，便于负压扬矿机构4进行回收。
[0050]本实施例中，还包括扬矿管线8和射流介质管线9，扬矿管线8配合行走机构1安装并与负压扬矿机构4连接，射流介质管线9配合行走机构1安装并为射流网格切割机构3提供射流介质。
[0051]如图1-2所示，扬矿管线8配合负压扬矿机构4连接安装(可采用配合负压扬矿机构4进行固定或者可拆卸的方式均可，具体安装方式采用现有技术即可)，并用于将破碎的矿石输送至水面的船体上，相应的射流介质管线9连接射流网格切割机构3，便于提供高压射流介质，优选地，射流介质可采用二氧化碳作为高压射流介质。
[0052]本实施例中，防溢罩6前端安装有地形感知机构5，行走机构1上配合安装有控制机构7。
[0053]如图1所示，在防溢罩6前端固定安装有地形感知机构5，行走机构1上配合安装有控制机构7(地形感知机构5以及控制机构7的具体配合方式均采用现有技术中的即可，此处不做赘述)，机械臂可根据地形感知机构5提供的三位地形信息实时调整机械臂的空间位置，便于对矿石进行精准切割，也确保行走机构1行进线路精准。
[0054]本申请实施例中，一种深海矿产射流网格化切割破碎开采装置的开采方法，采用本申请的深海矿产射流网格化切割破碎开采装置：包括以下开采步骤：
[0055]S1：根据海底地形，划定开采区域12并制定开采路线;开采前划定开采区域，并制定好相应的采集路线，确保精准采集。
[0056]S2：根据探测的富钴结壳以及基岩力学参数，设置行走机构1的行走速度以及射流网格切割机构3的切割参数;根据探测的数据，设定好行走机构1的行走速度以及可调射流喷嘴18和固定喷嘴15的喷射压力、喷嘴往复运动速度、射流的偏转角度等参数，便于后续进行破碎切割。
[0057]S3：射流网格切割机构3对富钴结壳进行初次行走切割：两个滑动架17上的可调射流喷嘴18以初次设定的喷射角度以及初次设定在切割框架13的移动速度进行喷射切割;两个滑动架17上的可调射流喷嘴18喷射角度固定，且沿切割框架13上进行匀速运动，配合行走机构1行走对矿石11进行匀速切割，固定喷嘴15保持固定不动，垂直对矿石11进行切割，以此形成初次行走切割效果。
[0058]S4：射流网格切割机构3对富钴结壳进行二次行走切割：两个滑动架17上的可调射流喷嘴18以设定的转动速度以及二次设定在切割框架13的移动速度进行喷射切割;固定喷嘴15保持固定不动，垂直对矿石11进行切割，此时可调射流喷嘴18在切割框架13上进行移动的同时，还在滑动架17上以设定的角度进行转动(即图5中a角在不断变化，具体的转动设置方式，采用现有技术中即可，此处不做赘述)，以此形成二次网格切割效果，进一步的提升切割破碎效果，确保矿石11的破碎切割质量。
[0059]S5：二次行走切割完成后，负压扬矿机构4对切割破碎的富钴结壳颗粒进行负压回收。
[0060]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0061]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0062]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
说明书附图(6)
声明：
“深海矿产射流网格化切割破碎开采装置及开采方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：重庆大学
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2026年08月06日 ~ 08日 
