深海矿产资源开采系统技术方案

本发明专利技术公开了一种深海矿产资源开采系统，包括作业母船和采矿系统，还包括浮台，浮台以可拆卸方式连接于作业母船上，采矿系统与浮台相连，采矿系统或浮台连接有用于使浮台下潜至水下的下潜控制装置。该深海矿产资源开采系统不需要拆卸整个系统即能够灵活方便的进行避风，能够快速灵活的应对台风等复杂的气象情况，具有使用寿命长、生产效率高、生产作业连续性好等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水下采矿设备
，具体涉及一种深海矿产资源开采系统。
技术介绍
21世纪是海洋世纪，海洋是人类可持续发展所需要的能源、矿物和生物的战略资源基地，其中，国际海底区域占地球表面积的49%，蕴藏多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等丰富的矿产资源和生物资源，是日益枯竭的陆地资源的可靠接替。海洋矿产资源开采技术最早开始于上世纪70年代，由于西方工业社会迅猛发展，对资源的需求日益膨胀，为了抢占海底矿产资源，技术发达国家以多金属结核为主要开采对象，进行了大量并具有一定规模的海洋矿产资源开采海试试验。由于多金属结核等海洋矿产资源赋存于3000～6000m左右深的海底，要开采就必须要有可行的采矿系统。因此世界各国均把发展可靠的采矿系统放在优先位置，并对此进行了大量的试验研究，有的甚至还进行了深海中期采矿试验。从二十世纪六十年代末至今，国际上已开发和试验了的大洋采矿系统主要分为连续绳斗(CLB)采矿系统、海底遥控车采矿系统（穿梭艇式采矿系统）和流体提升式采矿系统。其中：连续绳斗采矿系统比较简单，主要由采矿船、拖缆、索斗和牵引机组成，按一定间隙，把索斗系于拖缆上并放入海底，拖缆在牵引机的拖动下带着索斗做下行、铲取和上行动作，这种无级绳式循环运转就构成了连续采集环路，实现了海底多金属结核连续开采的目标。海底遥控车采矿系统中，海底遥控车为无人驾驶潜水采矿车，主要由集矿机构、自行推进、浮力控制和压载四大系统组成，在海面母船的监控下，采矿车按照指令潜入海底采集结核，边采集结核边排放压舱物；装满结核后浮出水面并到母船接受仓卸下结核，待装好压舱物后又进行下一个作业循环。这种采矿车不用提升系统，通常海面母船可控制数台采矿车作业。流体提升式采矿系统是美国KENNECOTT、OMA、OMI、OMCO 四个财团历经约10年开发出来的，是目前国际上较为公认最具有工业应用前景的流体提升采矿系统，其一般由集矿子系统、管道提升子系统及水面支持子系统等组成。在该系统中，在采集技术上开发了水力式、机械式和复合式采集头，在行走技术方面有拖曳式和自行式，自行式的主要驱动方式有阿基米德螺旋式、履带式等；在提升方面，对水力提升和气力提升进行了研究，研制出了六级混流式深潜电泵；监控系统，主要是针对海底集矿子系统作业过程进行测控；水面支持子系统，大多是采用科考船、钻探船或打捞船来改装。这些采矿系统通过一系列的深海采矿系统海试（最深达5500m），获得了较多的多金属结核样品（550t），验证了深海采矿技术上的可行性，打通了深海采矿系统的流程。但以上采矿系统并不成熟，其可靠性、稳定性均得不到保障，经济性则更差。作业时，采矿船拖曳水下系统进行水下矿产资源的采集。采矿设备安装时，需按顺序将集矿车、输送软管、中间舱、扬矿泵、输送立管逐级布放安装，这种安装方式对管道要求极高，且每一个功能块不可拆卸，难以维护，各系统的寿命也不等，形成短板。此外，多金属结核矿区为台风频发区，气象条件多变，而现有采矿系统大多在良好的海洋环境内试验，在遇到大风浪等海上恶劣天气时，采矿船需拖曳整个系统躲避风浪，或者再逐级把设备回收至船上进行避风，系统拆装费时，严重影响作业的连续性。并且，现有采矿系统的制造成本以及维护费用很高，作业要求较高且对海上风浪天气敏感。因此，需研制一种成本低、作业要求低且安全性能更高的采矿系统，以满足商业化开采海底矿产资源的要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种不需要拆卸整个系统即能够灵活方便的进行避风、使用寿命长、可大大提高生产效率、降低对生产作业连续性的影响的深海矿产资源开采系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种深海矿产资源开采系统，包括作业母船和采矿系统，还包括浮台，所述浮台以可拆卸方式连接于所述作业母船上，所述采矿系统与所述浮台相连，所述采矿系统或浮台连接有用于使浮台下潜至水下的下潜控制装置。上述的深海矿产资源开采系统，优选的，所述浮台为能调节浮力大小的浮起平台。上述的深海矿产资源开采系统，优选的，所述浮台包括具有封闭内腔的箱体，所述箱体安装有向箱体内注水或者将水排出箱体的水泵组件。上述的深海矿产资源开采系统，优选的，所述浮台通过嵌套卡接方式与所述作业母船连接。上述的深海矿产资源开采系统，优选的，所述浮台通过嵌套卡接方式与所述作业母船连接具体为，在所述作业母船设有一用于嵌入浮台的嵌入凹槽，所述作业母船和浮台之间设有一套以上用于防止浮台脱出嵌入凹槽的锁止机构；所述锁止机构包括设于浮台上的销孔以及安装于作业母船上的锁止销，所述锁止销与一伸缩驱动件相连并可由伸缩驱动件驱动伸入或脱离所述销孔。上述的深海矿产资源开采系统，优选的，所述下潜控制装置包括锚、绳缆以及安装于采矿系统或浮台上的绞车，所述锚与绳缆的一端相连，所述绞车与绳缆的另一端相连并可卷绕或释放绳缆。上述的深海矿产资源开采系统，优选的，所述浮台上连接有在下潜时漂浮在水面的信标和动力电缆。上述的深海矿产资源开采系统，优选的，所述采矿系统通过升降补偿装置与所述浮台连接。上述的深海矿产资源开采系统，优选的，所述采矿系统包括依次连接的硬管提升系统、中继站、输送软管和作业车，所述硬管提升系统连接于所述浮台上。上述的深海矿产资源开采系统，优选的，所述硬管提升系统、中继站和浮台连接成一个整体作业模块。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的深海矿产资源开采系统将采矿系统安装连接在浮台上，浮台和作业母船采用可分离的连接方式，在遇到需避风等情况时只需将浮台及采矿系统与作业母船分离，再使浮台和采矿系统整体下潜至水下，即可使作业母船驶离，其不需要反复拆装整个系统，相比于传统的开采系统，能够大大降低拆装难度、减少拆装时间，从而能够实现快速灵活的应对，确保系统的安全性，还能够降低对生产作业连续性的影响，使生产效率大大得到提高；并且，整个系统不进行反复的拆装，能够延长系统的使用寿命。附图说明图1为深海矿产资源开采系统的结构示意图。图2为深海矿产资源开采系统中作业母船的结构示意图。图3为深海矿产资源开采系统中浮台的结构示意图。图4为浮台与作业母船分离但未下潜时的结构示意图。图5为浮台下潜后的结构示意图。图例说明：1、作业母船；11、嵌入凹槽；2、采矿系统；21、硬管提升系统；211、提升硬管；212、提升泵；22、中继站；23、输送软管；24、作业车；3、浮台；4、下潜控制装置；41、锚；42、绳缆；43、绞车。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1至图5所示，本实施例的深海矿产资源开采系统，包括作业母船1、采矿系统2和浮台3，其中，作业母船1和采矿系统2均为现有技术，采用国际深海采矿界公认的“采矿船-扬矿系统-集矿机”的基本架构，浮台3以可拆卸方式安装于作业母船1上，采矿系统2与浮台3相连，浮台3在于作业母船1分离时可漂浮在水面上，采矿系统2或浮台3还连接有下潜控制装置4，下潜控制装置4能控制浮台3下潜至水下或者上浮至水面以上。在采矿作业时，浮台3连接安装在作业母船1上，由作业母船1拖动浮台3及其连接的采矿系统2进行采矿作业；当需要应急避风时，将浮台3与作业母船1分离，再通过下潜控制装置4控制浮台3下潜至水下（大于30m的深度），即可使作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深海矿产资源开采系统，包括作业母船（1）和采矿系统（2），其特征在于：还包括浮台（3），所述浮台（3）以可拆卸方式连接于所述作业母船（1）上，所述采矿系统（2）与所述浮台（3）相连，所述采矿系统（2）或浮台（3）连接有用于使浮台（3）下潜至水下的下潜控制装置（4）。

【技术特征摘要】
1.一种深海矿产资源开采系统，包括作业母船（1）和采矿系统（2），其特征在于：还包括浮台（3），所述浮台（3）以可拆卸方式连接于所述作业母船（1）上，所述采矿系统（2）与所述浮台（3）相连，所述采矿系统（2）或浮台（3）连接有用于使浮台（3）下潜至水下的下潜控制装置（4）。2.根据权利要求1所述的深海矿产资源开采系统，其特征在于：所述浮台（3）为能调节浮力大小的浮起平台。3.根据权利要求2所述的深海矿产资源开采系统，其特征在于：所述浮台（3）包括具有封闭内腔的箱体，所述箱体安装有向箱体内注水或者将水排出箱体的水泵组件。4.根据权利要求1所述的深海矿产资源开采系统，其特征在于：所述浮台（3）通过嵌套卡接方式与所述作业母船（1）连接。5.根据权利要求4所述的深海矿产资源开采系统，其特征在于：所述浮台（3）通过嵌套卡接方式与所述作业母船（1）连接具体为，在所述作业母船（1）设有一用于嵌入浮台（3）的嵌入凹槽（11），所述作业母船（1）和浮台（3）之间设有一套以上用于防止浮台（3）脱出嵌入凹槽（11）的锁止机构；所述锁止机构包括设于浮台（3）上的销孔以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑皓，程阳锐，金星，毛桂庭，唐红平，李满红，彭建平，李锋，唐达生，肖红，卢旭，刘禹维，李秋华，李小艳，
申请(专利权)人：长沙矿冶研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43