[发明专利]深海采矿坐底式接驳处理中心

说明书

本发明公开了深海采矿坐底式接驳处理中心，接驳处理中心顶端通过万向节和提矿立管连接；接驳处理中心内部设置有多自由度平台和采矿机器人，多自由度平台相对应设置有多个扇形采矿区域，采矿机器人在扇形采矿区域内运行作业；所述采矿机器人包括进料机构、压载机构、出料机构，进料机构将矿料输送至压载舱，压杆、推杆结合传动机构相互传动，推动密封板作用于密封介质使其推动二阶推板，从而推动卸料舱中矿料排出。本发明实现了采矿机器人送料和出料达到稳定平衡的状态，消除了脐带缆和输矿软管带来的强非线性动态干扰影响，使自主式水下采矿机器人稳健控制变为可能，革命性地改变了海底采矿作业模式。

技术领域

本发明属于深海采矿设备技术领域，具体涉及深海采矿坐底式接驳处理中心。

背景技术

1873年，英格兰环球科考船队，在南太平洋西南海底深处，发现了多金属结核矿物，使海底金属矿物第一次展现在人类的视野中。在20世纪60年代以前，人类对深海多金属结核的调查研究多为科学探索驱动，直到1978年，美国、比利时、意大利、德国等国的多家公司一起，在太平洋海底两次试采成功后，才激发人们开始关注深海采矿系统研究。至今，进行过深海采矿试验的装备共有拖斗式、连续链斗式、穿梭艇式和管道提升式四种类型。

拖斗式采矿系统(Submarine Drag Bucket Mining System)。于20世纪60年代，由美国提出，该系统包括采矿船、拖缆、铲斗三个部分，铲斗沉于海底，采矿船通过拖缆拖动铲斗在海底横向移动，进行集矿作业，集满后提升至船上卸载。这种采矿系统的采矿效率偏低，操作性较差，难以应用于大规模商业化开采。连续链斗式采矿系统(Continuous LineBucket Mining System)。于20世纪60年代，由日本提出，其工作原理是在提升系统(缆索)上每隔一段距离安装一个链斗，在缆绳带动下，链斗上下循环运转，将海底矿物提升至采矿船上。该采矿系统结构简单，设备制造和维护成本较低。海试表明，这种采矿系统作业效率虽有所提高，但只适用于平坦海底，且对缆索循环运转的稳定性要求较高。

穿梭艇式采矿系统(Shuttle Vessel Mining System)。于1972年，由法国提出，这种系统依靠穿梭艇进行海底矿物的采集与运输。穿梭艇下潜至海底进行矿物收集，并储存在舱室内，等舱室装满后，穿梭艇上浮到海面，在卸矿平台上完成卸载，之后再次下潜作业。该模式虽然具有操作灵活、子系统相互独立等优点，但是效率偏低，需要配备高性能蓄电池维持长时间作业，且设备的制造工艺、成本和操作难度均较高，不适宜大规模商业化开采。

管道提升式采矿系统(Pipeline Lift Mining System)。于20世纪七八十年代，由OMI、OMA、OMCO、KENNECOTT四个国际机构研制。该系统包含水面采矿船、提升系统、海底采矿机器人、测控动力系统四个主要部分，提升方式分为水力和气力两类，水力提升是由泥浆泵提供动力，气力提升则是由压缩空气提供动力。该采矿系统作业连续，效率较高，比较适用于现代化商业开采。但是由于海底环境极端恶劣，海底采矿机器人稳健控制仍存在许多尚未解决的问题，这种深海采矿系统至今也没实现规模化应用。

发明内容

本发明采用深海采矿坐底式接驳处理中心与自主式深海采矿机器人相结合的技术思路，通过自主式深海采矿机器人解决常见的缆控水下机器人在海底稳健控制不可控的问题。本发明的目的在于提供深海采矿坐底式接驳处理中心。同时，深海采矿坐底式接驳处理中心与机器人进行配合，来代替深海采矿机器人能源供给问题，通信易受干扰等问题。

本发明采取的技术方案为：

深海采矿坐底式接驳处理中心，接驳处理中心顶端通过万向节和提矿立管连接，提矿立管内分别设置有新料上升管道和废料下沉管道；接驳处理中心内部设置有多自由度平台和采矿机器人，所述多自由度平台自上而下依次设置有废料库和新料库，新料库、废料库分别和新料上升管道、废料下沉管道相连；多自由度平台相对应设置有多个扇形采矿区域，采矿机器人在扇形采矿区域内运行作业；