深海采矿技术(1)
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深海采矿技术(1)
2020/11/26
深海采矿技术(1)
海洋采矿的技术难度
深海采矿技术(1)
工艺过程
集矿机将赋存在大面积洋底的结核采 集起来，经过脱泥、破碎、经软管输送到 水下中间平台的中继料仓里，然后由给料 机将结核给入扬矿主管道，由提升泵将其 提升到洋面采矿船上。
深海采矿技术(1)
技术难度
深海采矿技术(1)
采矿系统的组成
深海采矿技术(1)
采矿体系的组成及功能
集矿机：在海底采集结核矿石，并进行初处理， 向扬矿子系统供矿；
扬矿子系统：将采集的结核矿石经管道提升到 海面采矿船； 监控子系统：定位、作业控制和管理；
采矿船：深海采矿作业平台，为海下设备提供 支承、动力、设备存放和维修，同时完成结核 矿石贮存和向运输船转运；
沉积物的承载力或剪切力。集矿机应能处理一定的斜坡以及小的障
碍物；
集矿装置：在海底拾收锰结核或吸取锰结核-沉积物混合物，集矿
装置是集矿机的核心；
分选装置：洗去沉积物和结核细小微粒，有的还可拒绝大颗粒结核
或异物；
碎矿装置：将结核粉碎到适于提升的粒径；
稳定装置：又称稳定片，当集矿机受到翻转、颠簸等作用力时，起
整个系统各组成单元的联接装置必须保证可靠
而快速的联接和拆卸；
保证软管内矿石输送通畅是一个非常重要而复
杂的问题 ；
整个系统的可靠性要求极高，能及时诊断和自
处理 ；
环境保护问题 。
深海采矿技术(1)
深海多金属结核的 开采系统
深海采矿技术(1)
结核开采的基本任务
按产业生产规模，从5000-6000米的深 海底，将多金属结核连续、高效地采集 并输送到海面采矿船上； 开采系统和设备不但技术上可行，而 且具有高度的可靠性、先进性和经济 性。
深海采矿技术(1)
集矿机
集矿方法类型
深海采矿技术(1)
集矿机
集矿机的分类
水利式采集器
机械式采集器
பைடு நூலகம்
混合式采集器
深海采矿技术(1)
集矿机
海底行走车
• 滑板型(Stcd Type) • 车轮型(Wheel Type) • 挂链式驱动型(Hanging Chain Type) • 履带式无轨道型(Caterpiller Type) • 螺旋推进叶轮型(Archimedean Screw Type) • 机械行走型(Mechanical Leg Type)
到稳定作用；
漂浮装置：减小集矿机与海底之间的相互作用力，防止集矿机深陷
入沉积物；
深海采矿技术(1)
集矿机
组成
给料机构和收集仓：给料机构协助提升，收集仓暂存结核。 机架：一方面支承装在集矿机上的机器，同时缓和着底、离底 时的冲击。另外当集矿机入库、操作和海底拖航时，机架具有 承载这些负荷的能力。 电力、检测控制装置：电力装置由潜水马达、水中变压器、水 中分电箱、电动机操作柜组成，体积小、重量轻并可靠，检测 控制装置由船上控制台和各种水中传感器组成，监视集矿机各 装置的工作性能； 液压装置：在集矿机内装有一阀门，当发生堵塞时以迅速排除 堵塞，另外还有一阀门用于调整集矿量，液压装置主要控制这 两个阀门工作。
自动穿梭式采矿车采矿系统
优点：设备独立、灵活性好，采集效 率较高，回采损失小，能大幅 度提高结核产量。
缺点：要求非常先进的设备制作技术 和遥控技术，造价很高，开发 难度较大。
深海采矿技术(1)
集矿机与扬矿管道 结合的流体提升采
矿系统
组成：集矿机 输送软管 中间矿仓 刚性扬矿管 采矿船
深海采矿技术(1)
深海采矿技术(1)
集矿机
行走装置类型
深海采矿技术(1)
集矿机
集矿技术的试验研究
国外集矿技术的试验研究主要包括如下几个阶段： (1)室内水槽试验； (2浅海试验； (3)深海试验； (4)中间试验。 室内水槽试验最为关键，满足主要工作要求的集
深海采矿技术(1)
集矿机与扬矿管 道结合的流体提
升采矿系统
分类 水力提升 气力提升 轻介质提升
深海采矿技术(1)
履带式集矿机
水下采矿航行器
深海采矿技术(1)
多金属结核开采系统基本参数
系统生产能力 年产量：干结核3×106t 年限：20年连续开采 富矿面积：2×104 km2区域
系统日、小时生产能力 每年有效工作日：250d/a 每天效作业时间：20h 日额定产量：6000t/d 小时额定产量：300t/h
结核赋存在4000～6000米深的洋底，开采过程
必须全部实现遥测遥控；
洋底地形地貌相当复杂，洋底表层为剪切强度
仅0~3Kpa的软泥层，并有海底洋流的影响；
整个采矿系统是在复杂的海洋气象和海洋环境
下作业，必须进行准确系统的导航定位和保持
整个系统的动态稳定；
深海采矿技术(1)
技术难度
在高压条件下的密封、绝缘技术难度很大；
组成：集矿机 输送软管 中间矿仓 刚性扬矿管 采矿船
深海采矿技术(1)
集矿机与扬矿管道结合的流体提升 采矿系统
作业过程 集矿机在海底采集结核(能自动行走
或由采矿船经刚性管道拖拽行走)，采集 的结核在集矿机内清洗脱泥和破碎后， 经软管输送到连接于刚性扬矿管下端的 中间矿仓，然后结核在刚性管道中以浆 体形式被扬送到海面采矿船上。
深海采矿技术(1)
结核开采技术方案
用拖网型的集矿机收集，用管道提升； 用铲斗状集矿机收集，用绳子或钢缆 将铲斗拉上来； 用拖网型的集矿机收集，用集矿机自 身的浮力将之运至海面 。
深海采矿技术(1)
海底拖撬系统
海底拖撬采矿系统 深海采矿技术(1)
连续链斗采矿系统(CLB)
单船式连续绳斗式采矿
双船式连续绳斗式采矿系统
深海采矿技术(1)
连续链斗采矿系统(CLB)
优点：系统设备简单、易于操作、维 修方便、投资小、投产快等。
缺点：采矿效率和资源回收率低、作 业受地形条件影响大、绳索易 缠结等。
深海采矿技术(1)
自动穿梭式采矿车采矿系统
20世纪80年 代，法国对自动 穿梭式采矿车系 统进行了研究尝 试。
深海采矿技术(1)
运输支持子系统：将结核矿石运输到口岸，向 采矿船供应补给品及人员轮班。深海采矿技术(1)
集矿机采集路线
深海采矿技术(1)
集矿机与扬矿管道结合 的流体提升采矿系统
深海采矿技术(1)
深海采矿技术(1)
采矿船
深海采矿技术(1)
集矿机
组成
实验用集矿机外观图
深海采矿技术(1)
集矿机
组成
行进装置：具有支持和行进功能，集矿机在海底的运动，必须考虑
2020/11/26
深海采矿技术(1)
海洋采矿的技术难度
深海采矿技术(1)
工艺过程
集矿机将赋存在大面积洋底的结核采 集起来，经过脱泥、破碎、经软管输送到 水下中间平台的中继料仓里，然后由给料 机将结核给入扬矿主管道，由提升泵将其 提升到洋面采矿船上。
深海采矿技术(1)
技术难度
深海采矿技术(1)
采矿系统的组成
深海采矿技术(1)
采矿体系的组成及功能
集矿机：在海底采集结核矿石，并进行初处理， 向扬矿子系统供矿；
扬矿子系统：将采集的结核矿石经管道提升到 海面采矿船； 监控子系统：定位、作业控制和管理；
采矿船：深海采矿作业平台，为海下设备提供 支承、动力、设备存放和维修，同时完成结核 矿石贮存和向运输船转运；
沉积物的承载力或剪切力。集矿机应能处理一定的斜坡以及小的障
碍物；
集矿装置：在海底拾收锰结核或吸取锰结核-沉积物混合物，集矿
装置是集矿机的核心；
分选装置：洗去沉积物和结核细小微粒，有的还可拒绝大颗粒结核
或异物；
碎矿装置：将结核粉碎到适于提升的粒径；
稳定装置：又称稳定片，当集矿机受到翻转、颠簸等作用力时，起
整个系统各组成单元的联接装置必须保证可靠
而快速的联接和拆卸；
保证软管内矿石输送通畅是一个非常重要而复
杂的问题 ；
整个系统的可靠性要求极高，能及时诊断和自
处理 ；
环境保护问题 。
深海采矿技术(1)
深海多金属结核的 开采系统
深海采矿技术(1)
结核开采的基本任务
按产业生产规模，从5000-6000米的深 海底，将多金属结核连续、高效地采集 并输送到海面采矿船上； 开采系统和设备不但技术上可行，而 且具有高度的可靠性、先进性和经济 性。
深海采矿技术(1)
集矿机
集矿方法类型
深海采矿技术(1)
集矿机
集矿机的分类
水利式采集器
机械式采集器
பைடு நூலகம்
混合式采集器
深海采矿技术(1)
集矿机
海底行走车
• 滑板型(Stcd Type) • 车轮型(Wheel Type) • 挂链式驱动型(Hanging Chain Type) • 履带式无轨道型(Caterpiller Type) • 螺旋推进叶轮型(Archimedean Screw Type) • 机械行走型(Mechanical Leg Type)
到稳定作用；
漂浮装置：减小集矿机与海底之间的相互作用力，防止集矿机深陷
入沉积物；
深海采矿技术(1)
集矿机
组成
给料机构和收集仓：给料机构协助提升，收集仓暂存结核。 机架：一方面支承装在集矿机上的机器，同时缓和着底、离底 时的冲击。另外当集矿机入库、操作和海底拖航时，机架具有 承载这些负荷的能力。 电力、检测控制装置：电力装置由潜水马达、水中变压器、水 中分电箱、电动机操作柜组成，体积小、重量轻并可靠，检测 控制装置由船上控制台和各种水中传感器组成，监视集矿机各 装置的工作性能； 液压装置：在集矿机内装有一阀门，当发生堵塞时以迅速排除 堵塞，另外还有一阀门用于调整集矿量，液压装置主要控制这 两个阀门工作。
自动穿梭式采矿车采矿系统
优点：设备独立、灵活性好，采集效 率较高，回采损失小，能大幅 度提高结核产量。
缺点：要求非常先进的设备制作技术 和遥控技术，造价很高，开发 难度较大。
深海采矿技术(1)
集矿机与扬矿管道 结合的流体提升采
矿系统
组成：集矿机 输送软管 中间矿仓 刚性扬矿管 采矿船
深海采矿技术(1)
深海采矿技术(1)
集矿机
行走装置类型
深海采矿技术(1)
集矿机
集矿技术的试验研究
国外集矿技术的试验研究主要包括如下几个阶段： (1)室内水槽试验； (2浅海试验； (3)深海试验； (4)中间试验。 室内水槽试验最为关键，满足主要工作要求的集
深海采矿技术(1)
集矿机与扬矿管 道结合的流体提
升采矿系统
分类 水力提升 气力提升 轻介质提升
深海采矿技术(1)
履带式集矿机
水下采矿航行器
深海采矿技术(1)
多金属结核开采系统基本参数
系统生产能力 年产量：干结核3×106t 年限：20年连续开采 富矿面积：2×104 km2区域
系统日、小时生产能力 每年有效工作日：250d/a 每天效作业时间：20h 日额定产量：6000t/d 小时额定产量：300t/h
结核赋存在4000～6000米深的洋底，开采过程
必须全部实现遥测遥控；
洋底地形地貌相当复杂，洋底表层为剪切强度
仅0~3Kpa的软泥层，并有海底洋流的影响；
整个采矿系统是在复杂的海洋气象和海洋环境
下作业，必须进行准确系统的导航定位和保持
整个系统的动态稳定；
深海采矿技术(1)
技术难度
在高压条件下的密封、绝缘技术难度很大；
组成：集矿机 输送软管 中间矿仓 刚性扬矿管 采矿船
深海采矿技术(1)
集矿机与扬矿管道结合的流体提升 采矿系统
作业过程 集矿机在海底采集结核(能自动行走
或由采矿船经刚性管道拖拽行走)，采集 的结核在集矿机内清洗脱泥和破碎后， 经软管输送到连接于刚性扬矿管下端的 中间矿仓，然后结核在刚性管道中以浆 体形式被扬送到海面采矿船上。
深海采矿技术(1)
结核开采技术方案
用拖网型的集矿机收集，用管道提升； 用铲斗状集矿机收集，用绳子或钢缆 将铲斗拉上来； 用拖网型的集矿机收集，用集矿机自 身的浮力将之运至海面 。
深海采矿技术(1)
海底拖撬系统
海底拖撬采矿系统 深海采矿技术(1)
连续链斗采矿系统(CLB)
单船式连续绳斗式采矿
双船式连续绳斗式采矿系统
深海采矿技术(1)
连续链斗采矿系统(CLB)
优点：系统设备简单、易于操作、维 修方便、投资小、投产快等。
缺点：采矿效率和资源回收率低、作 业受地形条件影响大、绳索易 缠结等。
深海采矿技术(1)
自动穿梭式采矿车采矿系统
20世纪80年 代，法国对自动 穿梭式采矿车系 统进行了研究尝 试。
深海采矿技术(1)
运输支持子系统：将结核矿石运输到口岸，向 采矿船供应补给品及人员轮班。深海采矿技术(1)
集矿机采集路线
深海采矿技术(1)
集矿机与扬矿管道结合 的流体提升采矿系统
深海采矿技术(1)
深海采矿技术(1)
采矿船
深海采矿技术(1)
集矿机
组成
实验用集矿机外观图
深海采矿技术(1)
集矿机
组成
行进装置：具有支持和行进功能，集矿机在海底的运动，必须考虑