深海采矿系统的制作方法

487 编辑：中冶有色技术网来源：中国科学院深海科学与工程研究所

2023-09-26 17:02:15

本实用新型涉及显微检测仪器设计及制造领域，尤其是涉及一种深海采矿系统。

背景技术：

随着世界经济的不断发展，对矿产资源的需求也越来越大，大量的资源开发造成地球陆地矿产资源日益枯竭。在陆地矿产资源枯竭之前，尽早开辟新的资源供给渠道已是当今各国共同的抉择。经勘探查明，大洋是丰富的矿产资源基地，为了满足人类生存和发展对矿产资源的需要，世界各国将目光投向了海洋。

目前世界各国采用的采矿系统多用硬管连接，水面支撑系统由采矿船和运输船组成。但是，上述方案存在以下的技术缺陷：

(1).海浪和洋流对采矿船产生的影响也想会作用在水下硬管和集矿车上，影响集矿车的生产效率，甚至影响其安全问题；

(2).硬管相对来说结构比较固定，结构单一，重量也存在很大的局限性，并且不方便安装，运输和回收；

(3).传统的采矿船往往作为硬管重量的承受载体，这种情况下如遇海浪或者恶劣的海洋环境就会导致停产或者发生危险和损失，并且海上天气变化莫测，可能研究影响水上开采系统的运作和开采效率；

(4).传统采矿系统的水面支撑系统往往由采矿船和运输船两部分组成，复杂的系统和大量的建造投入成本也会对整个系统的安全性造成影响，海洋环境和天气的影响会对系统有很大的影响。

技术实现要素：

有鉴如此，有必要针对现有采矿系统存在的缺陷，研制一种结构简单、安全性能更高、适应性更好的采矿系统，以满足商业化开采海底矿产资源的要求。

为实现上述目的，本申请采用下述技术方案：

一种深海采矿系统，包括：水面穿梭运输船、水下自航浮体、海底移动输送站及海底集矿机，所述水面穿梭运输船通过第一柔性软管连接于所述水下自航浮体远离海平面的一端，所述水下自航浮体远离海平面的一端通过第二柔性软管连接于所述海底移动输送站，所述海底移动输送站通过第三柔性软管连接于所述海底集矿机；

所述海底集矿机采集的矿物通过所述第三柔性软管存储于所述海底移动输送站中，所述海底移动输送站通过所述第二柔性软管将所述矿物输送至所述水下自航浮体，所述水下自航浮体通过所述第一柔性软管将所述矿物运送至所述水面穿梭运输船。

在一些实施例中，所述水下自航浮体靠近海平面的一端距离海平面为200m。

在一些实施例中，所述水下自航浮体包括第一提升泵、核电发电站、浮力调节单元及导航自动定位单元，所述提升泵、浮力调节单元及导航自动定位单元分别电性连接于所述核电发电站。

在一些实施例中，所述水下自航浮体具有750m3的排水量，通过调节所述浮力调节单元以改变所述过第一柔性软管及第二柔性软管的张拉力。

在一些实施例中，所述第一柔性软管内还包括设置于所述第一提升泵和所述水面穿梭运输船之间的第一输送单元，所述第一提升泵通过所述第一输送单元将所述矿物运送至所述水面穿梭运输船。

在一些实施例中，所述第二柔性软管内还包括第一电缆，所述第一电缆的两端分别连接于所述核电发电站及所述海底移动输送站。

在一些实施例中，所述第三柔性软管内还包括第二电缆，所述第二电缆的两端分别连接于所述海底移动输送站及所述海底集矿机。

在一些实施例中，所述海底移动输送站还设置有第二提升泵。

在一些实施例中，所述第三柔性软管内还包括设置于所述第二提升泵和所述海底集矿机之间的第二输送单元，所述第二提升泵通过所述第二输送单元将所述矿物运送至所述海底移动输送站

本实用新型采用上述技术方案的优点是：

本实用新型提供的深海采矿系统包括水面穿梭运输船、水下自航浮体、海底移动输送站及海底集矿机，所述水面穿梭运输船通过第一柔性软管连接于所述水下自航浮体远离海平面的一端，所述水下自航浮体远离海平面的一端通过第二柔性软管连接于所述海底移动输送站，所述海底移动输送站通过第三柔性软管连接于所述海底集矿机，所述海底集矿机采集的矿物通过所述第三柔性软管存储于所述海底移动输送站中，所述海底移动输送站通过所述第二柔性软管将所述矿物输送至所述水下自航浮体，所述水下自航浮体通过所述第一柔性软管将所述矿物运送至所述水面穿梭运输船，本申请提供的深海采矿系统结构简单，可大规模推广使用。

此外，本实用新型采用柔性软管依次连接水面穿梭运输船、水下自航浮体、海底移动输送站及海底集矿机，由于柔性软管的多样性和可塑性，这样能够对不同海域和不同深度具备很强的适应性，应用范围广泛；同时，由于海底集矿机与海底移动输送站之间为柔性软管连接，水面上的海洋和海流不会直接作用在海底集矿机上，不会影响集矿车的作业，安全可靠，而且在柔性软管的连接下不仅可以减少海面对水下生产系统的影响还可以大幅度的增加海底集矿机的开采范围。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的深海采矿系统结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的水下自航浮体的结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的水下自航浮体的功能模块图。

图4为本实用新型实施例提供的海底移动输送站及海底集矿机的结构示意图。

图5为本实用新型实施例提供的海底集矿机的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参考图1，为本实用新型实施例提供的一种深海采矿系统100，包括水面穿梭运输船110、水下自航浮体120、海底移动输送站130及海底集矿机140，所述水面穿梭运输船110通过第一柔性软管n1连接于所述水下自航浮体120远离海平面的一端，所述水下自航浮体120远离海平面的一端通过第二柔性软管n2连接于所述海底移动输送站130，所述海底移动输送站130通过第三柔性软管n3连接于所述海底集矿机140。

以下对本实用新型提供的深海采矿系统100包含的各个部件进行详细阐述，可以理解，下述阐述仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

水面穿梭运输船110可以代替传统的水面支撑船(fpso)，可以理解，水面穿梭运输船110起到装载、脱水及运输的作用，实际中往往需要2-3个水面穿梭运输船110就可以完成一个完整的循环运输体系，这样设计的好处在于减少了采矿地点由于恶劣海况带来的损失和风险，更加简便的采集深海矿物结核。

请参阅图2，为本实用新型实施例提供的水下自航浮体的结构示意图，水下自航浮体120的悬停技术可令自航浮体悬停在水下200m处，这样可以避免海面洋流和波浪对其造成的影响。

请参阅图3为本实用新型实施例提供的水下自航浮体的功能模块图，所述水下自航浮体120包括第一提升泵121、核电发电站122、浮力调节单元123及导航自动定位单元124，所述提升泵121、浮力调节单元123及导航自动定位单元124分别电性连接于所述核电发电站122。

优选地，所述第一柔性软管n1内还包括设置于所述第一提升泵121和所述水面穿梭运输船110之间的第一输送单元(图未示)，所述第一提升泵121通过所述第一输送单元将所述矿物运送至所述水面穿梭运输船110。

可以理解，通过设计所述核电发电站122可以为海底移动输送站130及海底集矿机140的所需航行/行走，集矿，输送等所需的电力，由于并且海水和核反应堆的天然保护屏障，有益于阻止核泄漏等安全隐患。

优选地，所述水下自航浮体120在海面6000m具有750m3的排水量，通过调节所述浮力调节单元123以改变所述过第一柔性软管n1及第二柔性软管n2的张拉力，这样可以满足不同作业深度，不同作业长度柔性软管的张力控制要求。

优选地，水下自航浮体120具有导航自动定位单元124，这样在采矿作业时可跟随海底移动输送站130运动，实现采矿系统整体运动的协调工作。

请参阅图4为本实用新型实施例提供的海底移动输送站及海底集矿机的结构示意图。

海底移动输送站130具有海底自行功能，可提高采矿系统的稳定性。可以理解，海底移动输送站130可以作为中继矿仓，给料机和输送泵等水下设备安装平台，其中，中继矿仓的作用是临时贮存和缓解海底集矿机结合采集量的变化对扬矿作业的参数影响，并且有效的隔离来自采矿船和水下自航浮体的扰动对海底集矿机140作业的影响。

优选地，所述第二柔性软管n2内还包括第一电缆(图未示)，所述第一电缆的两端分别连接于所述核电发电站122及所述海底移动输送站130。可以理解，通过设计连接于所述核电发电站122及所述海底移动输送站130的第一电缆，可以对所述海底移动输送站130提供工作电力。

优选地，所述第三柔性软管n3内还包括第二电缆(图未示)，所述第二电缆的两端分别连接于所述海底移动输送站130及所述海底集矿机140，可以理解，通过设计连接于所述海底移动输送站130及所述海底集矿机140的第二电缆，可以将所述核电发电站122的电力输送至所述海底集矿机140。

所述海底移动输送站130还设置有第二提升泵(图未示)，且所述第三柔性软管内n3还包括设置于所述第二提升泵(图未示)和所述海底集矿机140之间的第二输送单元(图未示)，所述第二提升泵通过所述第二输送单元将所述矿物运送至所述海底移动输送站130。

请参阅图5，为本实用新型实施例提供的海底集矿机的结构示意图。所述海底集矿机140采集的矿物通过所述第三柔性软管n3存储于所述海底移动输送站130中，所述海底移动输送站130通过所述第二柔性软管n2将所述矿物输送至所述水下自航浮体120，所述水下自航浮体120通过所述第一柔性软管n1将所述矿物运送至所述水面穿梭运输船110，可以理解，本申请提供的深海采矿系统结构简单，可大规模推广使用。

本实用新型提供的深海采矿系统100采用柔性软管依次连接水面穿梭运输船110、水下自航浮体120、海底移动输送站130及海底集矿机140，由于柔性软管的多样性和可塑性，这样能够对不同海域和不同深度具备很强的适应性，应用范围广泛；同时，由于海底集矿机130与海底移动输送站140之间为柔性软管连接，水面上的海洋和海流不会直接作用在海底集矿机140上，不会影响集矿车的作业，安全可靠，而且在柔性软管的连接下不仅可以减少海面对水下生产系统的影响还可以大幅度的增加海底集矿机的开采范围。

当然本实用新型的深海采矿系统还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本实用新型的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

技术特征：

1.一种深海采矿系统，其特征在于，包括：水面穿梭运输船、水下自航浮体、海底移动输送站及海底集矿机，所述水面穿梭运输船通过第一柔性软管连接于所述水下自航浮体远离海平面的一端，所述水下自航浮体远离海平面的一端通过第二柔性软管连接于所述海底移动输送站，所述海底移动输送站通过第三柔性软管连接于所述海底集矿机；

所述海底集矿机采集的矿物通过所述第三柔性软管存储于所述海底移动输送站中，所述海底移动输送站通过所述第二柔性软管将所述矿物输送至所述水下自航浮体，所述水下自航浮体通过所述第一柔性软管将所述矿物运送至所述水面穿梭运输船。

2.根据权利要求1所述的深海采矿系统，其特征在于，所述水下自航浮体靠近海平面的一端距离海平面为200m。

3.根据权利要求1所述的深海采矿系统，其特征在于，所述水下自航浮体包括第一提升泵、核电发电站、浮力调节单元及导航自动定位单元，所述提升泵、浮力调节单元及导航自动定位单元分别电性连接于所述核电发电站。

4.根据权利要求3所述的深海采矿系统，其特征在于，所述水下自航浮体具有750m3的排水量，通过调节所述浮力调节单元以改变所述过第一柔性软管及第二柔性软管的张拉力。

5.根据权利要求3所述的深海采矿系统，其特征在于，所述第一柔性软管内还包括设置于所述第一提升泵和所述水面穿梭运输船之间的第一输送单元，所述第一提升泵通过所述第一输送单元将所述矿物运送至所述水面穿梭运输船。

6.根据权利要求3所述的深海采矿系统，其特征在于，所述第二柔性软管内还包括第一电缆，所述第一电缆的两端分别连接于所述核电发电站及所述海底移动输送站。

7.根据权利要求6所述的深海采矿系统，其特征在于，所述第三柔性软管内还包括第二电缆，所述第二电缆的两端分别连接于所述海底移动输送站及所述海底集矿机。

8.根据权利要求1所述的深海采矿系统，其特征在于，所述海底移动输送站还设置有第二提升泵。

9.根据权利要求8所述的深海采矿系统，其特征在于，所述第三柔性软管内还包括设置于所述第二提升泵和所述海底集矿机之间的第二输送单元，所述第二提升泵通过所述第二输送单元将所述矿物运送至所述海底移动输送站。

技术总结

本实用新型提供的深海采矿系统包括水面穿梭运输船、水下自航浮体、海底移动输送站及海底集矿机，所述水面穿梭运输船通过第一柔性软管连接于所述水下自航浮体远离海平面的一端，所述水下自航浮体远离海平面的一端通过第二柔性软管连接于所述海底移动输送站，所述海底移动输送站通过第三柔性软管连接于所述海底集矿机，所述海底集矿机采集的矿物通过所述第三柔性软管存储于所述海底移动输送站中，所述海底移动输送站通过所述第二柔性软管将所述矿物输送至所述水下自航浮体，所述水下自航浮体通过所述第一柔性软管将所述矿物运送至所述水面穿梭运输船，本申请提供的深海采矿系统结构简单，可大规模推广使用。

技术研发人员：阳宁;陈宇翔;陈铭;肖剑宇;陈为;于春亮;谢超;欧文;郑金荣;熊宏

受保护的技术使用者：中国科学院深海科学与工程研究所

文档号码：201621112967

技术研发日：2016.10.11

技术公布日：2017.05.10

声明：

“深海采矿系统的制作方法” 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)