海底礦砂扒吸頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種海底礦砂扒吸頭，包括蝸殼分級旋流器、高壓泵和射流水槍，所述蝸殼分級旋流器采用倒裝形式，其底流口位于上方，通過三通分別與原礦漿輸送管和高壓水管相連，從高壓泵引出的高壓水管另外通過旋轉套筒三通與射流水槍連通。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：1)集“采礦扒砂、吸砂、輸砂、精礦輸出、尾砂回填”功能為一體；2)利用蝸殼分級旋流器實現(xiàn)原礦采集及分選功能，生產率高，有利于大規(guī)模生產；3)高壓水射流同時實現(xiàn)扒砂和輸漿功能，利用率高；4)結構簡單，使用方便，工作可靠；5)尾礦漿采用L型排砂管外排，避免直排導致的生態(tài)環(huán)境破壞現(xiàn)象。
【專利說明】海底礦砂扒吸頭
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海底礦床開采設備，尤其涉及一種集“采礦扒砂、吸砂、輸砂、精礦輸出、尾砂回填”功能為一體的海底礦砂扒吸頭。
【背景技術】
[0002]海底砂礦統(tǒng)屬海底礦產資源，海底礦產資源豐富，從海岸到大洋均有分布。海濱砂礦床很早已被人類開采利用，淺海的石油勘探已遍及世界各個海域，現(xiàn)已擴展到半深海區(qū)域。深海錳結核和海底熱液礦床等儲量巨大，含金屬品位高，隨著開采技術日趨成熟，將進入開發(fā)深海底礦產資源的新階段。
[0003]目前海底礦砂開采規(guī)模較大的是建筑用砂和礫石、錫石、金剛石、鐵礦砂和金礦砂等。主要用鏈斗式、水力式、壓氣升液式和抓斗式采砂船開采，前兩者較常用。
[0004]鏈斗采砂船抗風浪性能差，通常用于開采水深小于50m的砂礦。水力采砂船利用砂泵或水射流將海底砂礦以砂漿形式通過管道吸至采砂船的洗選設備中，水淺時砂泵裝在船上；水深時砂泵置于水中或與水射流聯(lián)合使用。膠結砂層用高壓水射流器或裝有旋轉刀具的挖頭預先松散。泵吸式水力采砂船的作業(yè)深度一般為9?27m ;與水射流聯(lián)合使用時作業(yè)深度可達68m，常用于開采建筑用砂和礫石。泵吸式水力開采的主要問題是潛水電泵不耐磨，無法實現(xiàn)原礦分選，大規(guī)模生產時耗電量大，生產率低。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種集“采礦扒砂、吸砂、輸砂、精礦輸出、尾砂回填”功能為一體的海底礦砂扒吸頭，結構簡單，使用方便，能夠實現(xiàn)原礦分選，生產率聞。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案實現(xiàn):
[0007]海底礦砂扒吸頭，包括蝸殼分級旋流器、高壓泵和射流水槍，所述蝸殼分級旋流器采用倒裝形式，其底流口位于上方，通過三通分別與原礦漿輸送管和高壓水管相連，從高壓泵引出的高壓水管另外通過旋轉套筒與射流水槍連通。
[0008]所述高壓水管與原礦漿輸送管連接處設高壓水射流噴嘴和混合擴散管。
[0009]所述高壓水管與射流水槍連接處的旋轉套筒包括垂直旋轉套筒和水平旋轉套筒，旋轉套筒由外套管和旋轉內管組成，可相對轉動，外套管和旋轉內管之間用填料填充，外套管與壓蓋之間用螺栓連接。
[0010]所述射流水槍設有操控索，可操控射流水槍沿垂直方向和水平方向轉動。
[0011]所述蝸殼分級旋流器溢流口處設L型排砂管。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0013]I)集“采礦扒砂、吸砂、輸砂、精礦輸出、尾砂回填”功能為一體；
[0014]2)利用蝸殼分級旋流器實現(xiàn)原礦采集及分選功能，生產率高，有利于大規(guī)模生產；[0015]3)高壓水射流同時實現(xiàn)扒砂和輸漿功能，利用率高；
[0016]4)結構簡單，使用方便，工作可靠；
[0017]5)尾礦漿采用L型排砂管外排，避免直排導致的生態(tài)環(huán)境破壞現(xiàn)象。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
[0019]圖2是高壓水槍及附屬裝置的結構示意圖。
[0020]圖3是旋轉套筒的結構示意圖。
圖中:1.原礦漿輸送管2.高壓水射流噴嘴3.混合擴散管4.環(huán)形真空區(qū)5.三通
6.底流口 7.蝸殼分級旋流器8.溢流口 9.L型排砂管10.水平旋轉套筒11.高壓水管
12.射流水槍13.操控索14.垂直旋轉套筒15.外套管16.旋轉內管17.填料18.螺栓19.壓蓋
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步說明:
[0022]見圖1，是本發(fā)明的結構示意圖，本發(fā)明海底礦砂扒吸頭包括蝸殼分級旋流器7、高壓泵和射流水槍12，所述蝸殼分級旋流器7采用倒裝形式，其底流口 6位于上方，通過三通5分別與原礦漿輸送管I和高壓水管11相連，從高壓泵引出的高壓水管11另外通過旋轉套筒10與射流水槍12連通。
[0023]所述高壓水管11與原礦漿輸送管I連接處設高壓水射流噴嘴2和混合擴散管3。
[0024]見圖3，是旋轉套筒的結構示意圖。所述高壓水管11與射流水槍12連接處的旋轉套筒10包括垂直旋轉套筒和水平旋轉套筒，旋轉套筒10由外套管15和旋轉內管16組成，可相對轉動，外套管15和旋轉內管16之間用填料17填充，外套管15與壓蓋19之間用螺栓18連接。
[0025]所述射流水槍12設有操控索13，可操控射流水槍12沿垂直方向和水平方向轉動。(見圖2)
[0026]所述蝸殼分級旋流器7溢流口 8處設L型排砂管9。
[0027]本發(fā)明海底礦砂扒吸頭的工作原理是:由扒吸頭和上部浮筒輸漿，給水管用軟管連接，整個裝置由作業(yè)船吊裝在采區(qū)作迂回拉槽生產操作，射流水槍12通過操控索13操控，操控索由海面作業(yè)船上的卷揚控制，可以平面旋轉，同時也可以在垂直方向旋轉。高壓水管和水槍進水管連接有垂直旋轉套筒和平面旋轉套筒兩處旋轉連接，可自由轉動，“扒”出沉積層和海水混合成漿體，蝸殼分級旋流器7吸入口在礦槽中移動吸砂，在蝸殼分級旋流器7內經重力分選，礦砂較泥沙質量大，螺旋上升進入上部底流口 6，并通過高壓水射流完成輸漿；泥沙質量輕，在旋流器7中心溢流口 8經L型排砂管9排出，填充采空區(qū)。
[0028]高壓水射流是指通過高壓水發(fā)生裝置將水加壓至數(shù)十個大氣壓以上，再通過具有細小孔徑的噴射裝置轉換為高速的微細"水射流"。這種"水射流"的速度一般都在一倍馬赫數(shù)以上，具有巨大的打擊能量。本發(fā)明采用高壓水泵作為發(fā)生裝置，同時實現(xiàn)扒砂和輸漿功能，從高壓泵泵出的高壓水流沿高壓水管11下行，其中一路通過旋轉套筒10接入射流水槍12射流，由于高壓水射流對礦體結構的破壞，溝槽擴深擴寬，礦幫安息遭遇破壞，跨幫、坍塌形成泥漿流。高壓水流另一路通過管路接到原礦漿輸送管I下方，高壓水射流射出的密實水柱在三通5喉管處封喉，托起漿柱，在此空間壓力解除，造成倒裝的蝸殼分級旋流器7底流口 6處無壓而蝸殼入口處壓力為海底深度水柱，形成環(huán)形真空區(qū)，所以其入口處具有吸漿能力，并蝸殼內產生渦流。重質礦砂在離心力作用下螺旋上升進入錐體部分，輕質沙泥離心分級停在漩渦中心，由溢流口排出，此過程即為采集、分選的過程。連續(xù)射流吸入的原礦漿被頂托上升進入混合擴散管3，動能變?yōu)閴耗?，經原礦漿輸送管I進入作業(yè)船上的工藝礦衆(zhòng)倉。
[0029]蝸殼分級旋流器7是一種常見的分離分級設備，其工作原理是離心沉降。當待分離的原礦混合液以一定壓力從旋流器7周邊切向進入旋流器7內后，在圓柱腔內產生強烈的三維橢圓型強旋轉剪切湍流運動。由于重質礦砂與輕質砂泥之間存在著粒度差(或密度差)，其受到的離心力、向心浮力、流體曳力等大小不同，混合物中密度大的重質礦砂在旋流場的作用下同時沿軸向向上運動，沿徑向向外運動，在到達錐體段沿器壁向上運動，到達上部底流口 6，形成了外旋渦流場；密度小的輕質砂泥向中心軸線方向運動，并在軸線中心形成一向下運動的內渦旋，然后由溢流口 8處的L型排砂管9排出，這樣就達到了原礦分選的目的。
[0030]蝸殼分級旋流器7溢流口 8處設L型排砂管9，使分選后的泥砂經自然沉降回填采空區(qū)礦坑和塌陷區(qū)，有資源開發(fā)的同時充分保護生態(tài)環(huán)境，維護海底生態(tài)平衡。
【權利要求】
1.海底礦砂扒吸頭，其特征在于，包括蝸殼分級旋流器、高壓射流泵和射流水槍，所述蝸殼分級旋流器采用倒裝形式，其底流口位于上方，通過三通分別與原礦漿輸送管和高壓水管相連，從高壓泵引出的高壓水管另外通過旋轉套筒與射流水槍連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的海底礦砂扒吸頭，其特征在于，所述高壓水管與原礦漿輸送管連接處設高壓水射流噴嘴和混合擴散管。
3.根據(jù)權利要求1所述的海底礦砂扒吸頭，其特征在于，所述高壓水管與射流水槍連接處的旋轉套筒包括垂直旋轉套筒和水平旋轉套筒，旋轉套筒由外套管和旋轉內管組成，可相對轉動，外套管和旋轉內管之間用填料填充，外套管與壓蓋之間用螺栓連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的海底礦砂扒吸頭，其特征在于，所述射流水槍設有操控索，可操控射流水槍沿垂直方向和水平方向轉動。
5.根據(jù)權利要求1所述的海底礦砂扒吸頭，其特征在于，所述蝸殼分級旋流器溢流口處設L型排砂管。
【文檔編號】E21C50/00GK104018841SQ201410207193
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權日:2014年5月15日
【發(fā)明者】孫巍, 孫旭, 王兆安, 王靖文, 王平, 金輝, 田科, 李若謙, 李迎春, 趙津驛, 張放 申請人:中國冶金礦業(yè)鞍山冶金設計研究院有限責任公司