本實(shí)用新型涉及深海結(jié)核礦開采技術(shù)，尤其涉及一種用于金屬結(jié)核開采的揚(yáng)礦系統(tǒng)及采礦系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前國際上開采深海資源的方法，主要有連續(xù)鏈斗法、砂漿泵水力管道提升法和空氣升舉法等。連續(xù)鏈斗式開采是利用絞車帶動掛有許多戽斗的繩鏈不斷地把海底多金屬結(jié)核采到工作船上來，但是此法存在采礦效率和資源回收率低、纜繩易纏繞等缺點(diǎn)?？諝馍e式開采是通過輸?shù)V管道，利用高壓空氣把多金屬結(jié)核連泥帶水地從海底運(yùn)至地表，需要配置大風(fēng)量高風(fēng)壓空壓機(jī)，存在攜礦速度低、能量消耗大、開采成本高等缺點(diǎn)。而砂漿泵水力管道提升法是將泵安裝在揚(yáng)礦管道上，借助海水的勢能進(jìn)行提升，其優(yōu)勢是工藝簡單、效率高，但該工藝的缺陷在于結(jié)核通過泵造成葉輪的磨損和結(jié)核的破碎與分化。

為了克服上述缺陷，本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行了各種創(chuàng)新與嘗試，如中國專利ZL201610180025.3公開的一種深海多金屬結(jié)核的開采系統(tǒng)及開采工藝，它很好地解決了上述問題，尤其克服了深海結(jié)核礦開采揚(yáng)礦壓力問題；本實(shí)用新型是在此基礎(chǔ)上的改進(jìn)和創(chuàng)新，使得改進(jìn)后的技術(shù)能夠更好地滿足深海結(jié)核礦開采的實(shí)際需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種用于金屬結(jié)核開采的揚(yáng)礦系統(tǒng)及采礦系統(tǒng)，它具有安全可靠，采礦效率高和檢修方便的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型是這樣來實(shí)現(xiàn)的，一種用于金屬結(jié)核開采的揚(yáng)礦系統(tǒng)，它包括吸礦軟管、揚(yáng)礦軟管以及連通在吸礦軟管和揚(yáng)礦軟管之間的揚(yáng)礦驅(qū)動組件，其特征在于，該揚(yáng)礦驅(qū)動組件包括位于海面下的潛污泵和分離器，分離器通過吸礦控制閥與吸礦軟管連通，位于分離器頂部的分離水出水口與潛污泵進(jìn)水口之間通過抽水控制閥連通，位于分離器底部的結(jié)核排出口分別通過排水控制閥和揚(yáng)礦控制閥與潛污泵的出水口和揚(yáng)礦軟管連通。

所述分離器內(nèi)設(shè)有送礦器，該送礦器將結(jié)核礦送至分離器的結(jié)核排出口。

所述揚(yáng)礦驅(qū)動組件包括潛污泵、第一分離器和第二分離器；第一分離器和第二分離器分別通過第一吸礦控制閥和第二吸礦控制閥與吸礦軟管連通；第一分離器頂部的分離水出水口和第二分離器頂部的分離水出水口分別通過第一抽水控制閥和第二抽水控制閥與潛污泵的進(jìn)水口連通；位于第一分離器底部的結(jié)核排出口分別通過第一排水控制閥和第一揚(yáng)礦控制閥與潛污泵的出水口和揚(yáng)礦軟管連通；位于第二分離器底部的結(jié)核排出口分別通過第二排水控制閥和第二揚(yáng)礦控制閥與潛污泵的出水口和揚(yáng)礦軟管連通。

所述潛污泵設(shè)置在海面下的揚(yáng)程范圍內(nèi)。

本實(shí)用新型還記載了一種用于深海多金屬結(jié)核開采的揚(yáng)礦控制方法，該揚(yáng)礦控制方法基于上述結(jié)構(gòu)的用于金屬結(jié)核采礦的揚(yáng)礦系統(tǒng)，它包括如下控制步驟：

(1)吸礦軟管中的固液混合物經(jīng)第一吸礦控制閥進(jìn)入第一分離器，固液混合物被第一分離器分離后得到的低固相液體經(jīng)第一抽水控制閥進(jìn)入潛污泵，低固相液體被潛污泵增壓后經(jīng)第二排水控制閥與從第二分離器排出的結(jié)核礦物混合，最后經(jīng)第二揚(yáng)礦控制閥進(jìn)入揚(yáng)礦軟管；

(2)吸礦軟管中的固液混合物經(jīng)第二吸礦控制閥進(jìn)入第二分離器，固液混合物被第二分離器分離后得到的低固相液體經(jīng)第二抽水控制閥進(jìn)入潛污泵，低固相液體被潛污泵增壓后經(jīng)第一排水控制閥與從第一分離器排出的結(jié)核礦物混合，最后經(jīng)第一揚(yáng)礦控制閥進(jìn)入揚(yáng)礦軟管。

本實(shí)用新型還記載了一種采礦系統(tǒng)，它包括上述結(jié)構(gòu)的用于金屬結(jié)核采礦的揚(yáng)礦系統(tǒng)，所述揚(yáng)礦軟管的頂端設(shè)置開采船，吸礦軟管的底端連接采礦機(jī)器人。

本實(shí)用新型的有益效果為：本實(shí)用新型的揚(yáng)礦系統(tǒng)能夠滿足開采結(jié)核粒徑大、壽命長、檢修方便、深海多金屬結(jié)核連續(xù)開采的技術(shù)要求，且在輸送結(jié)核礦的整個過程中，結(jié)核能夠在不經(jīng)過泵的條件下實(shí)現(xiàn)連續(xù)開采，可大幅度提高泵的壽命，減少對葉輪的磨損和破壞，同時，結(jié)核的粒徑不受到潛污泵管徑的限制；本實(shí)用新型利用潛污泵的抽排水產(chǎn)生高度壓差，將采礦機(jī)器人采集海底多金屬結(jié)核，通過吸礦軟管到達(dá)分離器進(jìn)行固液分離，潛污泵抽取分離的海水輸送另一個分離器的結(jié)核到開采船上，從而實(shí)現(xiàn)集礦、吸礦、分離、揚(yáng)礦和儲礦的連續(xù)作業(yè)，大大提高了采礦效率。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型揚(yáng)礦系統(tǒng)一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型揚(yáng)礦系統(tǒng)另一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

在圖中，1、吸礦軟管 2、揚(yáng)礦軟管 3、吸礦控制閥 4、抽水控制閥 5、潛污泵 6、排水控制閥 7、揚(yáng)礦控制閥 8、分離器 9、開采船 10、采礦機(jī)器人。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。

本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，如圖1所示，該用于金屬結(jié)核開采的揚(yáng)礦系統(tǒng)包括吸礦軟管1、揚(yáng)礦軟管2以及連通在吸礦軟管1和揚(yáng)礦軟管2之間的揚(yáng)礦驅(qū)動組件，其特征在于，該揚(yáng)礦驅(qū)動組件包括位于海面下的潛污泵5和分離器8，分離器8通過吸礦控制閥3與吸礦軟管1連通，位于分離器8頂部的分離水出水口與潛污泵5進(jìn)水口之間通過抽水控制閥4連通，位于分離器8底部的結(jié)核排出口分別通過排水控制閥6和揚(yáng)礦控制閥7與潛污泵5的出水口和揚(yáng)礦軟管2連通；該揚(yáng)礦系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)在于固液混合物不會直接通過潛污泵5，而是先由分離器8對吸礦軟管1輸送而來的固液混合物進(jìn)行分離，被分離的低固相液體經(jīng)由抽水控制閥4進(jìn)入潛污泵5，再由潛污泵5增壓后形成的高壓液體流沖擊從分離器8分離的結(jié)核礦物混合，高壓液體攜帶結(jié)核礦物經(jīng)由揚(yáng)礦軟管2輸送到海面；其設(shè)計(jì)的特點(diǎn)使得多金屬結(jié)核能夠在不經(jīng)過泵的條件下實(shí)現(xiàn)連續(xù)開采，可大幅度提高泵的壽命，減少結(jié)核對葉輪的磨損和破壞，同時，結(jié)核的粒徑不受到潛污泵5管徑的限制，大大降低深海結(jié)核礦開采的難度；在實(shí)施時，所述吸礦控制閥3、抽水控制閥4、排水控制閥6和揚(yáng)礦控制閥7均采用電子閥，其與潛污泵5和分離器8通過控制模塊進(jìn)行協(xié)同控制，可根據(jù)開采環(huán)境和需要自動調(diào)節(jié)揚(yáng)礦效率；該揚(yáng)礦系統(tǒng)將海底多金屬結(jié)核通過吸礦軟管1輸送至分離器8進(jìn)行固液分離，再利用潛污泵5對分離海水增壓以彌補(bǔ)揚(yáng)程高度壓差，并利用高壓海水?dāng)y帶分離后的結(jié)核，經(jīng)揚(yáng)礦軟管2輸送至海面，很好地滿足了深海采礦高壓環(huán)境下的揚(yáng)程輸送要求。

為了提高結(jié)核礦物與海水的分離效率，所述分離器8內(nèi)設(shè)有送礦器801，該送礦器801將結(jié)核礦送至分離器8的結(jié)核排出口，這樣能夠及時將分離后的結(jié)核礦物輸送到排出口，提高其與來自于潛污泵5的增壓海水匯合的效率，進(jìn)而提高揚(yáng)程和采礦效率。

基于上述技術(shù)方案，為了進(jìn)一步提高采礦效率，本實(shí)用新型還設(shè)計(jì)了另外一種揚(yáng)礦系統(tǒng)實(shí)施方式，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，其揚(yáng)礦驅(qū)動組件包括潛污泵5、第一分離器81和第二分離器82；第一分離器81和第二分離器82分別通過第一吸礦控制閥31和第二吸礦控制閥32與吸礦軟管1連通；第一分離器81頂部的分離水出水口和第二分離器82頂部的分離水出水口分別通過第一抽水控制閥41和第二抽水控制閥42與潛污泵5的進(jìn)水口連通；位于第一分離器81底部的結(jié)核排出口分別通過第一排水控制閥61和第一揚(yáng)礦控制閥71與潛污泵5的出水口和揚(yáng)礦軟管2連通；位于第二分離器82底部的結(jié)核排出口分別通過第二排水控制閥62和第二揚(yáng)礦控制閥72與潛污泵5的出水口和揚(yáng)礦軟管2連通。所述潛污泵5設(shè)置在海面下的揚(yáng)程范圍內(nèi)；圖2所示實(shí)施例的揚(yáng)礦系統(tǒng)工作原理可采用圖1所示實(shí)施例的作原理基本，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，其工作原理可參考圖1所示即可實(shí)施，不再贅述。

當(dāng)然，但在實(shí)際采礦中，為了獲得更好的采礦效率，上述結(jié)構(gòu)的揚(yáng)礦系統(tǒng)并不局限于已經(jīng)陳述的控制原理，本實(shí)用新型還公開了一種能夠顯著揚(yáng)礦安全和效率的揚(yáng)礦控制方法，該揚(yáng)礦控制方法基于上述結(jié)構(gòu)的揚(yáng)礦系統(tǒng)，它包括如下控制步驟：

(1)吸礦軟管1中的固液混合物經(jīng)第一吸礦控制閥31進(jìn)入第一分離器81，固液混合物被第一分離器81分離后得到的低固相液體經(jīng)第一抽水控制閥41進(jìn)入潛污泵5，低固相液體被潛污泵5增壓后經(jīng)第二排水控制閥62與從第二分離器82排出的結(jié)核礦物混合，最后經(jīng)第二揚(yáng)礦控制閥72進(jìn)入揚(yáng)礦軟管2；

(2)吸礦軟管1中的固液混合物經(jīng)第二吸礦控制閥32進(jìn)入第二分離器82，固液混合物被第二分離器82分離后得到的低固相液體經(jīng)第二抽水控制閥42進(jìn)入潛污泵5，低固相液體被潛污泵5增壓后經(jīng)第一排水控制閥61與從第一分離器81排出的結(jié)核礦物混合，最后經(jīng)第一揚(yáng)礦控制閥71進(jìn)入揚(yáng)礦軟管2。

根據(jù)上述控制方法，通過第二排水控制閥62和第一排水控制閥61實(shí)現(xiàn)了對來自潛污泵5的增壓后低固相液體流動方向的控制，在實(shí)際采礦中，由于通過分離器分離的結(jié)核礦物需要一定的時間富集，且潛污泵5也需要從分離器獲得足夠的低固相液體才能滿足工作要求，這樣在第一分離器81已富集足夠的結(jié)核礦物，而第二分離器82正處于分離富集時，開通第一排水控制閥61，關(guān)閉第二排水控制閥62，來自第二分離器82的低固相液體被潛污泵5增壓，再經(jīng)第一排水控制閥61與第一分離器81富集排出的結(jié)核礦物混合，最后經(jīng)第一揚(yáng)礦控制閥71進(jìn)入揚(yáng)礦軟管2；當(dāng)?shù)谝环蛛x器81富集的結(jié)核礦物被輸送完成，在其再次分離富集過程中，此時第二分離器82則富集到足夠的結(jié)核礦物，同樣的關(guān)閉第一排水控制閥61，開啟第二排水控制閥62，在不影響第二分離器81分離富集結(jié)核礦物的同時完成對第二分離器82富集結(jié)核礦物的輸送，這樣就大大提高了揚(yáng)礦的效率，實(shí)現(xiàn)可靠穩(wěn)定的結(jié)核礦物的輸送，顯著提高開采效率。

本實(shí)用新型還公開了一種采礦系統(tǒng)，它包括上述結(jié)構(gòu)的用于金屬結(jié)核采礦的揚(yáng)礦系統(tǒng)，所述揚(yáng)礦軟管2的頂端設(shè)置開采船9，吸礦軟管1的底端連接采礦機(jī)器人10；在其工作時，采礦機(jī)器人10通過絞吸選礦，海水?dāng)y帶結(jié)核經(jīng)揚(yáng)礦系統(tǒng)后，由揚(yáng)礦軟管2輸送到位于海面的開采船9上，由于潛污泵5被安放于揚(yáng)程范圍內(nèi)，通過潛污泵4的抽排水產(chǎn)生的液位差，很好地滿足了進(jìn)一步通過揚(yáng)礦軟管2向上輸送所要克服的壓力差，在實(shí)施時，采礦機(jī)器人10可被下放至海底3000-6000米處進(jìn)行深海工作，整個系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高效可靠的結(jié)核礦開采過程，且由于結(jié)核礦不會接觸泵的葉輪，減少了多金屬結(jié)核對葉輪的破壞，提高了使用的壽命，也便于系統(tǒng)維護(hù)；本實(shí)用新型將分離器8、送礦器801、潛污泵5，使其融合為一體，使其位于揚(yáng)程范圍內(nèi)，提高分離與選礦輸送效果，尤其是潛污泵5的位置與工作原理，不再起到簡單的連通器以及排水，而是用于增壓，并通過分離后的高壓低固相液體輸送結(jié)核礦，提高揚(yáng)礦效率。