CN107514260A - 一种海底多金属硫化物矿采掘装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海底多金属硫化物矿采掘装置及其应用方法，采掘装置包括坐底机架、纵向游动机架、横向游动机架和采掘***，坐底机架有平行布置的两组，横向游动机架连接于两坐底机架之间、纵向游动机架连接于横向游动机架上，纵向游动机架可沿横向游动机架移动改变其纵向位置，横向游动机架可相对于坐底机架移动改变其横向位置，采掘***可上下伸缩的连接于纵向游动机架上；纵向游动机架的移动使采掘头实现沿矿体长度方向的开采，横向游动机架的移动使采掘头实现沿矿体宽度方向的开采，通过多次纵向和横向采掘完成整个矿体区域的开采。具有能在崎岖不平的矿体表面平稳行走及能对局部差异大的矿体进行有效采掘的优势。

Description

一种海底多金属硫化物矿采掘装置及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种海底采矿装置，具体涉及一种海底多金属硫化物矿采掘装置及其应用方法。

背景技术

海底多金属硫化物矿具有局部区域密集的特征，且赋存水深较浅，资源品位一般较高，相对于海底多金属结核和富钴结壳等矿产资源而言，具有更为诱人的商业开采前景。由于多金属硫化物矿体厚度差异较大，且矿区地形多数崎岖复杂，给矿体的采掘及采矿装置的平稳行走带来了难题。

常规的方式是采用多功能采矿车或者多个采矿车，先对崎岖的海底表面进行平整，再进行大规模破碎和采集作业。这种开采方法工序繁多，且无法对局部厚度差异大的矿体实施有效开采。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以很好地适应海底崎岖复杂地形、且能对局部厚度差异大的海底多金属硫化物矿进行高效开采的装置及其应用方法。

本发明提供的这种海底多金属硫化物矿采掘装置，包括坐底机架、纵向游动机架、横向游动机架和采掘***，坐底机架和纵向游动机架均包括本体和支腿，每条支腿均可单独伸缩；坐底机架有平行布置的两组，横向游动机架连接于两坐底机架之间、纵向游动机架连接于横向游动机架上，纵向游动机架可沿横向游动机架移动改变其纵向位置，横向游动机架可相对于坐底机架移动改变其横向位置，采掘***可上下伸缩的连接于纵向游动机架上；纵向游动机架的移动使采掘头实现沿矿体长度方向的采掘，横向游动机架的移动使采掘头实现沿矿体宽度方向的采掘，通过多次纵向和横向采掘完成整个矿体区域的采掘。

所述支腿的下端有朝下的尖齿。

所述坐底机架的本体上有用于连接所述横向游动机架的横向滑槽，所述横向游动机架的纵向两端可沿横向滑槽移动。

所述横向游动机架上有用于安装所述纵向游动机架的导轨，纵向游动机架通过其本体上的纵向滑槽连接于导轨上。

所述坐底机架的本体和所述纵向游动机架的本体之间连接有纵向伸缩装置。

所述坐底机架的本体和横向游动机架之间连接有横向伸缩装置。

所述纵向游动机架的本体沿上下方向有用于安装所述采掘装置的安装孔。

所述采掘***包括采掘头、驱动装置和上下伸缩装置，采掘头包括外壳、切削刃、螺旋轴、收集罩、集料口和抽吸口，切削刃连接于外壳的下端，切削刃的中间位置处设置有集料口，螺旋轴位于外壳内对应集料口处，螺旋轴和外壳之间连接有收集罩，收集罩的上端设置有抽吸口；采掘头的上端通过软管与负压抽吸装置连接；外壳从所述纵向游动机架本体上的安装孔中穿过，上下伸缩装置连接于外壳的上端与纵向游动机架的本体之间；驱动装置实现外壳和螺旋轴的旋转。

本发明还提供了一种利用上述采掘装置采掘海底多金属硫化物矿的方法，包括以下步骤：

(1)采矿船下放采掘作业装置至海底，坐底过程中，纵向游动机架的支腿处于收回状态，通过调节坐底机架的支腿实现采掘装置平稳坐底；

(2)启动采掘***破碎、收集并输送矿体，采掘的同时通过采掘***的上下伸缩装置缓慢进给直至目标深度；

(3)提升采掘***的采掘头离开矿床表面，通过纵向伸缩装置将纵向游动机架向前推进，移动采掘头至下一个采掘位置，按照步骤(2)进行该位置的采掘，如此反复，直至纵向伸缩装置达到最大行程，纵向游动机架完成一个行走步长的移位，采掘头进行一个行走步长的纵向采掘；

(4)控制纵向伸缩装置推拉坐底机架完成一个行走步长的移位；

(5)重复步骤(2)至步骤(4)，直至完成该直线方向上的采掘；

(6)通过横向伸缩装置将整个采掘装置往已采掘完直线面的一侧移动一个采掘宽度；

(7)重复步骤(2)至步骤(6)，直至完成整个区域的矿体采掘。

本发明通过坐底机架平稳坐底，坐底过程中，纵向游动机架的支腿处于回缩状态，通过调节各支腿的长度将整个装置调平，以适应矿区崎岖复杂的地形。采掘***的上下伸缩装置实现同一个采掘位置的深度方向进给，以适应局部厚度差异大的矿体采掘。通过纵向游动机架位置的改变来实现沿矿体长度方向的采掘，纵向游动机架在横向游动机架上运动至极限位置时，完成一个行走步长的采掘。完成一个行走步长的采掘后，使整个装置移动至下一个行走步长采掘位，如此反复直至矿体长度方向采掘完成。通过横向游动机架横向位置的改变实现沿矿体宽度方向的采掘，也就是将整个装置移动至下一个采掘宽度进行纵向采掘，通过多次纵向和横向采掘结合完成整个矿区的采掘工作。纵向游动机架和坐底机架移动位置时，其支腿处于回缩状态，所以，即使矿床表面崎岖不平，本装置也能平稳行走。本发明很好的解决了现有技术存在的不能平稳行走的难题。由于本装置能实现采掘位置的深度进给，所以能对局部差异大的矿体进行有效采掘。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为图1中采掘头的剖视结构放大示意图。

图3至图6为本发明的行走过程示意图(未画采掘***)。

图7至图11为本发明的采掘路径示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例公开的这种海底多金属硫化物矿采掘装置，包括坐底机架1、横向游动机架2、纵向游动机架3、采掘***4、纵向伸缩装置5、横向伸缩装置6。

坐底机架1有平行布置的两组，每组坐底机架1包括矩形本体11和支腿ZT。矩形本体1上开设有横向滑槽12，横向游动机架2连接于两坐底机架1之间。

横向游动机架2为矩形框架体，其长度方向两端连接于坐底机架1矩形本体11上的横向滑槽12中，矩形框架体的长度方向两侧臂为安装纵向游动机架3的纵向导轨21。

纵向游动机架3包括机架本体31，机架本体31为矩形座，其纵向两侧对应横向游动机架2的纵向导轨21处开设有纵向滑槽。纵向游动机架3通过纵向滑槽连接于横向游动机架2的纵向导轨上。

纵向游动机架3机架本体31的上连接有支腿ZT。

坐底机架1和纵向游动机架3上的支腿均可单独伸缩。采掘过程中根据地形起伏调节各支腿的伸出长度以实现采掘装置的调平，支腿的下端有朝下的尖齿，在采掘装置的重力作用下，支腿可嵌入矿体一定深度，以防止采掘过程中采掘装置发生横向移动。

坐底机架1的矩形本体11和纵向游动机架3的机架本体31之间连接有纵向伸缩装置5，通过纵向伸缩装置5分别实现坐底机架1和纵向游动机架3沿横向游动机架2的移动。

坐底机架1的矩形本体11和横向游动机架2之间连接有横向伸缩装置6，通过横向伸缩装置6实现横向游动机架2在坐底机架1矩形本体11上横向滑槽12中的移动及坐底机架1的横向移动。

如图2所示，采掘***4包括采掘头、驱动电机和上下伸缩装置。采掘头包括外壳41、切削刃42、螺旋轴43、收集罩44、集料口45、抽吸口46，切削刃42连接于外壳41的下端，切削刃42的中间位置处设置集料口45，螺旋轴43位于外壳41内对应集料口45处，螺旋轴43和外壳41之间连接有收集罩44，收集罩44的上端设置有抽吸口46。采掘头通过软管7与负压抽吸装置连接。通过驱动电机实现采掘头的旋转，切削刃旋转破碎矿体，螺旋轴将破碎的矿料从通过集料口抽进收集罩，通过负压抽吸装置使收集罩中的矿料从抽吸口经软管输送至采矿船或者储料***。驱动电机在图中未示出。

结合图1和图2可以看出，采掘装置4的外壳41垂直穿过纵向游动机架3的机架本体31，机架本体31上的安装孔孔径大于外壳41的外径，使外壳41可上下升降。软管7连接于外壳41的上端，外壳41的上端与纵向游动机架3的机架本体31之间连接有上下伸缩装置47，通过上下伸缩装置47实现外壳41带着其上的连接件实现上下升降。

纵向伸缩装置5、横向伸缩装置6和上下伸缩装置47均可采用油缸及其他可自动伸缩类的装置。

本实施例的作业流程如下：

(1)采矿船下放采掘作业装置至海底，坐底过程中,游动机架支腿处于收回状态，通过调节坐底机架的支腿实现采掘装置平稳坐底；

(2)启动采掘***，破碎矿体，破碎后的矿料通过螺旋轴从集料口抽进收集罩中，收集罩中的矿料从抽吸口经软管通过负压抽吸装置输送至采矿船或储料***，采掘的同时通过采掘头升降机构缓慢给进，如图7所示；

(3)到达目标深度后，提升采掘***至离开矿床表面通过纵向伸缩装置将游动机架向前推进，移动采掘头至下一个采掘位置，按照步骤(2)继续进行该位置的采掘，如图8所示；

(4)纵向伸缩装置达到最大行程后，再操作纵向伸缩装置推拉坐底机架完成一个步长的行走移位，该行走过程如下：

①初始状态如图3所示，调节纵向游动机架支腿使其触底并调平，收回坐底机架的支腿，整个采掘装置由纵向游动机架支撑，如图4所示；

②通过纵向伸缩装置向前推进坐底机架至新的坐底位置，如图5所示；

③调节坐底机架的支腿，使坐底机架的支腿触底并调平，收回纵向游动机架的支腿，采掘装置由坐底机架支撑，如图6所示；

(5)重复步骤(2)至步骤(4)直至完成该直线方向上的采掘，如图9所示；

(6)通过横向神作装置使整个装置朝已完成采掘直线的一侧平移一个采掘宽度，如图10所示；

(7)重复步骤(2)至步骤(6)，直至完成整个矿体的采掘,如图11所示。根据矿体的厚度分布，每个孔位的掘进深度可以有所差异，控制上下伸缩装置实现不同的进给深度即可。

坐底机架和纵向游动机架支腿的伸缩可通过液压缸或者其他推杆机构配合控制器实现。

Claims (9)

1.一种海底多金属硫化物矿采掘装置，其特征在于：本装置包括坐底机架、纵向游动机架、横向游动机架和采掘***，坐底机架和纵向游动机架均包括本体和支腿，每条支腿均可单独伸缩；坐底机架有平行布置的两组，横向游动机架连接于两坐底机架之间、纵向游动机架连接于横向游动机架上，纵向游动机架可沿横向游动机架移动改变其纵向位置，横向游动机架可相对于坐底机架移动改变其横向位置，采掘***可上下伸缩的连接于纵向游动机架上；纵向游动机架的移动使采掘头实现沿矿体长度方向的采掘，横向游动机架的移动使采掘头实现沿矿体宽度方向的采掘，通过多次纵向和横向采掘完成整个矿体区域的采掘。

2.如权利要求1所述的海底多金属硫化物矿采掘装置，其特征在于：所述支腿的下端有朝下的尖齿。

3.如权利要求1所述的海底多金属硫化物矿采掘装置，其特征在于：所述坐底机架的本体上有用于连接所述横向游动机架的横向滑槽，所述横向游动机架的纵向两端可沿横向滑槽移动。

4.如权利要求3所述的海底多金属硫化物矿采掘装置，其特征在于：所述横向游动机架上有用于安装所述纵向游动机架的导轨，纵向游动机架通过其本体上的纵向滑槽连接于导轨上。

5.如权利要求1或4所述的海底多金属硫化物矿采掘装置，其特征在于：所述坐底机架的本体和所述纵向游动机架的本体之间连接有纵向伸缩装置。

6.如权利要求5所述的海底多金属硫化物矿采掘装置，其特征在于：所述坐底机架的本体和横向游动机架之间连接有横向伸缩装置。

7.如权利要求1或4所述的海底多金属硫化物矿采掘装置，其特征在于：所述纵向游动机架的本体沿上下方向有用于安装所述采掘装置的安装孔。

8.如权利要求7所述的海底多金属硫化物矿采掘装置，其特征在于：所述采掘***包括采掘头、驱动装置和上下伸缩装置，采掘头包括外壳、切削刃、螺旋轴、收集罩、集料口和抽吸口，切削刃连接于外壳的下端，切削刃的中间位置处设置有集料口，螺旋轴位于外壳内对应集料口处，螺旋轴和外壳之间连接有收集罩，收集罩的上端设置有抽吸口；采掘头的上端通过软管与负压抽吸装置连接；外壳从所述纵向游动机架本体上的安装孔中穿过，上下伸缩装置连接于外壳的上端与纵向游动机架的本体之间；驱动装置实现外壳和螺旋轴的旋转。

9.一种利用权利要求1所述的采掘装置采掘海底多金属硫化物矿的方法，包括以下步骤：

(1)采矿船下放采掘作业装置至海底，坐底过程中，纵向游动机架的支腿处于收回状态，通过调节坐底机架的支腿实现采掘装置平稳坐底；

(2)启动采掘***破碎、收集并输送矿体，采掘的同时通过采掘***的上下伸缩装置缓慢进给直至目标深度；

(3)提升采掘***的采掘头离开矿床表面，通过纵向伸缩装置将纵向游动机架向前推进，移动采掘头至下一个采掘位置，按照步骤(2)进行该位置的采掘，如此反复，直至纵向伸缩装置达到最大行程，纵向游动机架完成一个行走步长的移位，采掘头进行一个行走步长的纵向采掘；

(4)控制纵向伸缩装置推拉坐底机架完成一个行走步长的移位；

(5)重复步骤(2)至步骤(4)，直至完成该直线方向上的采掘；

(6)通过横向伸缩装置将整个采掘装置往已采掘完直线面的一侧移动一个采掘宽度；

(7)重复步骤(2)至步骤(6)，直至完成整个区域的矿体采掘。