[发明专利]一种深海海底多金属结核矿低扰动采矿系统

说明书

本发明公开了一种深海海底多金属结核矿低扰动采矿系统，包括母船、矿石集中站、矿石提升系统和采矿装置；母船位于海面上，矿石集中站和采矿装置均位于海底，母船通过脐带缆连接矿石集中站、矿石提升系统和采矿装置，实现对矿石集中站、矿石提升系统和采矿装置供电和通讯；矿石集中站通过通信供电缆与采矿装置连接；采矿装置用于沿海底收集矿石，然后倾倒在矿石集中站中，矿石集中站设有盛装矿石的容器，容器能通过矿石提升系统进行提升至海面的母船。本发明设有多个采矿装置，可以在指定的区域内并行工作，互不干扰，采矿效率高；本发明的采矿装置体积小，而且其通过推进器进行姿态控制，对海底环境扰动小、破坏小。

技术领域

本发明属于海洋采矿工程技术领域，尤其涉及一种深海海底多金属结核矿低扰动采矿系统。

背景技术

近几年来，随着人类对金属资源需求的增加和陆地矿产资源消耗的加速，人们将目光瞄准了开发程度低的海底矿产资源。由于公海资源属于全人类共同所有，按照《联合国海洋法公约》的规定“资源开发权通常都遵循谁开发谁优先的原则”，世界各国对海底矿产资源的可持续绿色开发尤为重视。位于海底的多金属结核是外形似土豆的珍贵矿石，其直径通常在5～10cm间，大部分为7cm；其富含镍、钴、铜、锰和金、银等金属的总储量分别比相应的陆地储量高数十倍和数千倍，是海洋固体矿产资源的重点开采对象之一。

多金属结核矿石一般赋存于水深4000 m左右的海底沉积物，其赋存状态一般为底部半埋在沉积物中，顶部漏出在沉积物之上，由于这种存在形式，顶部往往比底部粗糙，这也为采集工作提供了诸多新思路。目前，海底多金属结核矿采集装备主要以采矿车为主，主要工作过程是海底采矿车搭载矿石采集装置，海底采矿车主体负责整个设备的运动、控制供能、矿石运输，而采集装置则负责采集位于海底沉积物表面对的多金属结核矿石，这种采矿车体积庞大，单台重量可达数吨；采矿车的行走方式主要有拖曳式和自行式两种；采集装置主要有三种形式：水力采集装置、机械式采集装置、水力-机械式采集装置。其中，水力采集装置是利用电动机提供动力给高压水泵，由水泵提供的高压水射流将结核金属从海底沉积物中吹起，待矿石腾空时，又利用水流将其收集到海底采矿车上；机械式采集装置是利用旋转的链齿式收矿采集机构将多金属结核从海底挖起，并旋转输送至海底采矿车上；水力-机械式采集装置，即结合机械动力和水动力，是先利用高压水射流将结核金属从海底沉积物中吹起至矿石离开海底沉积物，然后再利用机械链板将结核接住，运送到海底采矿车上。上述的这些矿石采集装置在文献（刘少军,等.深海采矿装备研发的现状与进展[J].机械工程学报,2014,50(02):8-18.）中均有阐述。

有海洋专家学者提及，上述现有技术在采集矿物的过程中不仅大规模的搅动了沉积物，而且转移了生活在多金属结核矿石上的海洋生物，破坏了它们数百年造成的栖息地，给海底生态系统造成了极大且难以修复的破坏。事实上，对于大规模的海底矿石开采而言，不仅追求采矿装置的高工作效率和较低功耗，更为重要的还需要具备对海底沉积物的破坏小，最大可能减少对海底生态系统的扰动，实现“可持续绿色”开发。因此，创新发明一种深海海底多金属结核矿低扰动采矿系统与采矿方法具有十分重要的意义和价值。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种采用轻小型水下游走式采矿装置，采矿装置上搭载一定数量的机械手爪，用来拾取位于海底沉积物表面的多金属结核矿石，最大限度的减少采矿过程对海底生态环境的扰动和破坏的深海海底多金属结核矿低扰动采矿系统。

本发明采用的技术方案是：一种深海海底多金属结核矿低扰动采矿系统，包括母船、矿石集中站、矿石提升系统和采矿装置；母船位于海面上，矿石集中站和采矿装置均位于海底，母船通过脐带缆连接矿石集中站、矿石提升系统和采矿装置，实现对矿石集中站、矿石提升系统和采矿装置供电和通讯；矿石集中站通过通信供电缆与采矿装置连接；采矿装置用于沿海底收集矿石，然后倾倒在矿石集中站中，矿石集中站设有盛装矿石的容器，容器能通过矿石提升系统进行提升至海面的母船；