深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置

1.本发明涉及海底集矿技术领域，特别是涉及一种深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置。


背景技术：

2.人类社会对矿产资源的需求正随着工业和经济的发展与日俱增，当今陆地矿产资源在全球范围内日趋短缺，而海洋中，还有极为丰富的潜在矿产资源正待人们的开发。“海洋工程装置及高科技船舶＂为重点突破的十大战略领域之一，着重进行先进海洋工程装置的研发和国有化。因此，向深海要矿产资源，无论是对于我们国家，还是对于整个人类社会，都是必然要做出的选择。进一步地讲，这也是我们国家未来在国际各项竞争中，不可忽视的一环。因此，探索发明高效、节能、环保的深海海底集矿装置将变得愈加重要。
3.传统的深海海底集矿装置主要包括机械式开采和水力式(浮式)开采两种采矿技术。对于机械式集矿装置而言，装置的动力供给、深海通信等等受深海地形起伏的影响较大，工作效率受到较大限制。对于当今现有的水力式(浮式)开采采矿技术，虽然受深海地形影响较小，但是其能耗过大，造成了集矿过程中大量水流动能的能量浪费。同时，传统的水力式集矿的集矿头集矿过程过于简单粗暴，集矿过程产生的海底扬尘大，对深海生态会造成较大的破坏。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种节约能耗、减少海底扬尘的深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置。
5.一种深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置，包括集矿头、前喷筒、潜水泵、后喷筒、渣浆泵、料道与料仓，所述集矿头通过所述料道连接所述料仓，所述集矿头具有集矿口，所述前喷筒与后喷筒分别安装在所述集矿头的前后两端并位于所述集矿口处，所述潜水泵的出水口连接至所述前喷筒，所述渣浆泵的吐出口连接至所述后喷筒，一个吸入口连接至所述料仓内。
6.进一步的，所述集矿头的两侧分别具有长度可调的安装板，所述前喷筒的两端分别活动安装在两块安装板的两端，所述后喷筒的两端活动安装在所述两块安装板的另两端。
7.进一步的，所述前喷筒的筒壁上具有一排可拆卸式喷嘴，所述后喷筒的筒壁上具有两个并列的开口。
8.进一步的，所述安装板包括中板与安装在所述中板两端的两个端板，所述两个端板上具有多个用于调节两个端板相对距离的排孔。
9.进一步的，所述两个端板相背离的端部具有圆孔与围绕所述圆孔环形分布的多个限位孔，所述前喷筒与后喷筒的端部具有与所述圆孔与限位孔分别对应的卡头与限位凸起，所述卡头转动安装在所述圆孔内。
10.进一步的，所述集矿头包括集矿前部、集矿后部、导向部件与伸缩液压缸，所述集矿前部与所述集矿后部滑动连接，所述导向部件的两端与所述伸缩液压缸的两端分别连接在所述集矿前部与集矿后部上。
11.进一步的，所述料仓具有入仓口，所述入仓口与所述料道连接，所述入仓口内设置有滤网。
12.进一步的，所述料仓顶部具有出仓口，所述出仓口连接至所述渣浆泵的所述一个吸入口。
13.进一步的，所述料仓还具有料仓口，所述料仓口处具有由液压油缸控制打开或关闭料仓口的料仓门。
14.进一步的，所述料仓的侧面具有反冲水入口，所述反冲水入口连接至所述潜水泵的出水口，所述反冲水入口正对所述滤网。
15.上述深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置，经高压水流开采后被举升的矿石与海水，经过集矿口被吸入料仓分离后的矿液具有动能，带有动能的矿液经后喷筒喷出后，能参与到剥离多金属结核的集矿作业中，因此矿液的动能也被充分利用，使得全过程更加高效节能。另外，被举起的矿石通过集矿口及时被吸入，减小了海底扬尘和对深海生态的破坏。
附图说明
16.图1为一个实施例的深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置的结构示意图；
17.图2为图1中深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置的主视图；
18.图3为图1中深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置的俯视图；
19.图4为图1中集矿头与前喷筒的示意图；
20.图5为图4中局部a的放大图；
21.图6为图1中料仓的结构示意图；
22.图7为图1中料仓的另一角度示意图。。
23.图中：110、集矿头；111、安装板；111a、中板；111b、前端板；111c、后端板；112、集矿前部；113、集矿后部；114、导向部件；115、伸缩液压缸；116、排孔；117、限位孔；120、前喷筒；121、卡头；130、潜水泵；131、潜水泵管道；132、反冲管道；140、后喷筒；150、渣浆泵；151、渣浆泵管道；160、料道；170、料仓；171、入仓口；172、滤网；173、出仓口；174、料仓口；175、液压油缸；176、料仓门；177、反冲水入口。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.如图1、图2与图3所述，在一个实施例中，一种深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置，包括集矿头110、前喷筒120、潜水泵130、后喷筒140、渣浆泵150、料道160与料
仓170，集矿头110通过料道160连接料仓170。集矿头110具有集矿口，前喷筒120与后喷筒140分别安装在集矿头110的前后两端并位于集矿口处，通常，前喷筒120与后喷筒140平行设置，二者构成的平面与集矿口的平面重合或者平行，以便于在前喷筒120与后喷筒140喷射高压水流，对海底的多金属结核进行剥离后的矿石及时被吸入集矿口。潜水泵130的出水口通过潜水泵管道131连接至前喷筒120，进水口连通至清水区域。渣浆泵150的吐出口通过渣浆泵管道151连接至后喷筒140，一个吸入口连接至料仓170内，另一个吸入口连通至清水区域。开始工作时，潜水泵130吸入清水，喷射出的高压水流途经潜水泵管道从前喷筒120喷射出，同理，渣浆泵150吸入清水，喷射出的高压水流途径渣浆泵管道131从后喷筒140喷射出，喷射出的高压水流对海底的多金属结核剥离后的矿石被举升一定高度。由于渣浆泵150的一个吸入口连接至料仓170，渣浆泵150工作时使料仓170内形成负压，形成的负压通过料道160延伸至集矿头110的集矿口处，将被举升的矿石连同海水吸入集矿口，并输送至料仓170。经料仓170分离后矿石留在料仓170内，分离出的矿液被渣浆泵150吸入，并途径渣浆泵管道151从后喷筒140喷出，对海底的多金属结核进行开采。
26.上述深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置，经高压水流开采后被举升的矿石与海水，经过集矿口被吸入料仓170分离后的矿液具有动能，带有动能的矿液经后喷筒152喷出后，能参与到剥离多金属结核的集矿作业中，因此矿液的动能也被充分利用，使得全过程更加高效节能。另外，被举起的矿石通过集矿口及时被吸入，减小了海底扬尘和对深海生态的破坏。
27.如图4与图5所示，集矿头110的两侧分别具有长度可调的安装板111，安装板111包括中板111a与安装在中板111a两端的两个端板，两个端板分别为前端板111b与后端板111c，两个端板上具有多个用于调节两个端板相对距离的排孔116，中板111a的两端具有调节孔(未示出)。前喷筒120的两端分别活动安装在两块安装板111的两端，喷筒140的两端活动安装在两块安装板111的另两端。具体的，两个端板相背离的端部具有圆孔(未标示)与围绕该圆孔环形分布的多个限位孔117，前喷筒130与后喷筒140的端部具有与圆孔与限位孔117分别对应的卡头121与限位凸起(未示出)，卡头转动安装在圆孔内。前喷筒120的筒壁上具有一排可拆卸式喷嘴(未示出)，后喷筒140的筒壁上具有两个并列的开口(未示出)。通过转动前喷筒120和后喷筒140调整限位凸起与限位孔的位置，可以调整喷射水流的角度。前后喷射相对地面可调节角度范围为35～55度，可根据矿石颗粒大小及集矿头对地高度等选取相适应的喷射角度，以提升采集效率。通过排孔116可以调整前喷筒120和后喷筒140之间的距离。前喷筒120和后喷筒140相对距离也是影响多金属结核采集效率的重要参数，合适的距离既有利于将矿石与海底土壤分离，还能够产生一定的举升作用。通过排孔设计，可以将前喷筒120和后喷筒140距离在575mm～675mm范围内调节。
28.在本实施例中，集矿头110包括集矿前部112、集矿后部113、导向部件114与伸缩液压缸115，集矿前部112与集矿后部113滑动连接，导向部件114的两端与伸缩液压缸115的两端分别连接在集矿前部112与集矿后部113上。通过控制系统控制伸缩液压缸115，可以带动集矿头在导向部件114的引导下上下移动。传统的集矿装置设计可适应工况单一，装置本身参数不易调节，在面对多变的集矿作业要求时缺乏灵活适应性。本实施例在实际集矿作业中，根据地形、工作要求、土质情况等具体工况要求，改变前喷筒120和后喷筒140的相对距离、喷嘴的角度以及集矿头的移动距离，可以实现过程满意的高效的集矿工作。
29.如图6与图7所示，料仓170具有入仓口171，入仓口171与料道160连接，入仓口171内设置有滤网172。滤网170的前端正对料道160，后端正对料仓内，滤网172为弧形格栅滤网。矿石、海水和海底沉积物混合形成矿液，在料仓170内实现矿液分离。具体的分离方式是：矿液中的矿石经入仓口171进入料仓170后，会首先遭遇弧形格栅滤网，经弧形格栅的引导完成初步的向下沉降。料仓170仓底采用倾斜设计，进一步促进矿石沿倾斜仓底向下堆积。根据采集的目标矿石的颗粒大小可以方便地设计、更换滤网孔径，实现对目标大小的矿石的阻隔，使目标矿石留在料仓170内。
30.在本实施例中，料仓170顶部具有出仓口173，出仓口173连接至渣浆泵150的一个吸入口。通过该出仓口173，可以将分离后的矿液送入渣浆泵150，进而从后喷筒140喷出。料仓170还具有料仓口174，料仓口174处具有由液压油缸175控制打开或关闭料仓口174的料仓门176。料仓170的侧面具有反冲水入口177，反冲水入口177连接至潜水泵130的出水口。反冲水入口177正对滤网172的后端。针对滤网172处可能发生的堵塞问题，自潜水泵130处引一路反冲管道132到反冲水入口177，利用潜水泵130抽吸的相对清澈的海水实现反冲洗滤网172，从而解决可能发生的滤网172的堵塞问题。
31.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置，其特征在于，包括集矿头、前喷筒、潜水泵、后喷筒、渣浆泵、料道与料仓，所述集矿头通过所述料道连接所述料仓，所述集矿头具有集矿口，所述前喷筒与后喷筒分别安装在所述集矿头的前后两端并位于所述集矿口处，所述潜水泵的出水口连接至所述前喷筒，所述渣浆泵的吐出口连接至所述后喷筒，一个吸入口连接至所述料仓内。2.根据权利要求1所述的深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置，其特征在于，所述集矿头的两侧分别具有长度可调的安装板，所述前喷筒的两端分别活动安装在两块安装板的两端，所述后喷筒的两端活动安装在所述两块安装板的另两端。3.根据权利要求2所述的深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置，其特征在于，所述前喷筒的筒壁上具有一排可拆卸式喷嘴，所述后喷筒的筒壁上具有两个并列的开口。4.根据权利要求2所述的深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置，其特征在于，所述安装板包括中板与安装在所述中板两端的两个端板，所述两个端板上具有多个用于调节两个端板相对距离的排孔。5.根据权利要求4所述的深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置，其特征在于，所述两个端板相背离的端部具有圆孔与围绕所述圆孔环形分布的多个限位孔，所述前喷筒与后喷筒的端部具有与所述圆孔与限位孔分别对应的卡头与限位凸起，所述卡头转动安装在所述圆孔内。6.根据权利要求1所述的深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置，其特征在于，所述集矿头包括集矿前部、集矿后部、导向部件与伸缩液压缸，所述集矿前部与所述集矿后部滑动连接，所述导向部件的两端与所述伸缩液压缸的两端分别连接在所述集矿前部与集矿后部上。7.根据权利要求1至6中任意一项所述的深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置，其特征在于，所述料仓具有入仓口，所述入仓口与所述料道连接，所述入仓口内设置有滤网。8.根据权利要求7所述的深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置，其特征在于，所述料仓顶部具有出仓口，所述出仓口连接至所述渣浆泵的所述一个吸入口。9.根据权利要求7所述的深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置，其特征在于，所述料仓还具有料仓口，所述料仓口处具有由液压油缸控制打开或关闭料仓口的料仓门。10.根据权利要求7所述的深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置，其特征在于，所述料仓的侧面具有反冲水入口，所述反冲水入口连接至所述潜水泵的出水口，所述反冲水入口正对所述滤网。

技术总结
本发明涉及一种深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置，包括集矿头、前喷筒、潜水泵、后喷筒、渣浆泵、料道与料仓，集矿头通过料道连接料仓。集矿头具有集矿口，前喷筒与后喷筒分别安装在集矿头的前后两端并位于集矿口处，潜水泵的出水口连接至前喷筒，渣浆泵的吐出口连接至后喷筒，一个吸入口连接至料仓内。上述深海海底的双喷射水力集矿与存储一体化装置，经高压水流开采后被举升的矿石与海水，经过集矿口被吸入料仓分离后的矿液具有动能，带有动能的矿液经后喷筒喷出后，能参与到剥离多金属结核的集矿作业中，使矿液的动能被充分利用，全过程更加高效节能。另外，被举起的矿石通过集矿口及时被吸入，减小了海底扬尘和对深海生态的破坏。海生态的破坏。海生态的破坏。


技术研发人员：杨建民 张显涛 金城 陈启航 孙鹏飞 徐文豪 毛竞航
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/3/8