專利名稱：一種可移動分布式深海礦產(chǎn)資源的連續(xù)開采方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋礦產(chǎn)資源的開采模式，特別是涉及一種深?；鶐r礦床和沉積物礦床的可移動分布式深海礦產(chǎn)資源的連續(xù)開采方法。
背景技術(shù)：
近年來隨著世界人口增加和人類使用礦產(chǎn)資源猛增，導(dǎo)致陸地資源日趨短缺和枯竭，海洋礦產(chǎn)資源盡管探明有巨大的儲量，但還未能開發(fā)利用。因此，各國，尤其是發(fā)達(dá)國家把注意力轉(zhuǎn)向了海洋，并且把開發(fā)利用海洋資源作為基本國策。許多著名的政治家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家都預(yù)言，二十一世紀(jì)將是“海洋經(jīng)濟(jì)時代”。
日本發(fā)明了一種連續(xù)繩斗式的開礦方法(Continuous linebucket system)，簡稱為CLB方法，這種拖斗式采礦模式有單斗、雙斗、連續(xù)斗式3種具體方案。它使用集料斗進(jìn)行海底的礦石采集，主要由海面上的采礦船、深海中的集礦拖斗、拉動的繩索等組成，形成一種斷續(xù)或連續(xù)式的深海采礦方法。這種方法的缺點是從本質(zhì)上看還是一種斷續(xù)的采礦形式，加上拖斗在深海中的軌跡及采集的路徑難以控制，使礦產(chǎn)資源的采集效率難以提高；拖斗在采礦作業(yè)中的運動姿態(tài)與力學(xué)性能難以控制，使采礦的貧化率增高；拖斗在提升過程中礦產(chǎn)資源會擴散，產(chǎn)生對海洋環(huán)境包括海洋生物的破壞。
歐美等國發(fā)明了兩種深海采礦方法，分別是管道提升式和潛水式采礦方法，每種方法又有不同的具體形式。其中管道提升式采礦方法的構(gòu)成主要是采礦船、行走底盤、集礦機、揚礦裝置等部分，其中水下裝置集成于一體，與海面上的采礦船相連；潛水式采礦方法主要是潛水采礦船進(jìn)行水下采礦，它往返于海面與海底之間。它們的缺點是對管道提升式來說，其水下裝置集成一體，每個水下裝置都要一套揚礦管路，難以形成經(jīng)濟(jì)的開采方法；為達(dá)到一定的產(chǎn)量，其水下裝置必須做得很大，難以實現(xiàn)對海底微地形的適應(yīng)要求，且降低了采集率；設(shè)備龐大，難以維修，可靠性降低；采集和提升大量海底沉積物，對海洋環(huán)境造成污染。對潛水式采礦方法來說，其穿梭于海面與海底之間，生產(chǎn)率難以提高，生產(chǎn)成本增加；對設(shè)備的可靠性和安全性要求很高，缺乏實用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能適用于深海礦產(chǎn)資源，尤其是海洋主要礦產(chǎn)資源--基巖礦床和沉積物礦床(包括結(jié)核和結(jié)殼)的開采且能適合海洋礦產(chǎn)資源開采特點、生產(chǎn)率及采集率高、開采成本低、可靠性強、海洋環(huán)境污染少的連續(xù)開采方法。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的開采模式是，主要由海洋采礦區(qū)的水下定位基點、移動分布式采礦車、按開采量匹配的移動式礦、初選與初碎裝置、輸送到揚礦裝置的傳送裝置、具動力與管路的移動式揚礦裝置、移動式水下總動力配電站、移動式水下采礦任務(wù)的主控制站、水面上的采礦船、運輸船等部分構(gòu)成，采礦車經(jīng)動力站充電，并在接受主控制站的采礦量任務(wù)及采礦路徑后，通過采礦車上的傳感器比對采礦區(qū)定位基點，以確定自己在礦區(qū)中的位置，按控制站規(guī)劃的起點路徑進(jìn)行采礦，根據(jù)采礦量任務(wù)采礦車規(guī)劃其返回時的采礦路徑，將礦物倒入礦倉中，并與主控制站進(jìn)行信息交換，采礦車再重新進(jìn)行上述采礦任務(wù)；礦倉中的礦物經(jīng)過初選與初碎裝置后，初精礦由傳送裝置送到揚礦裝置，將它通過管道提升送至采礦船，經(jīng)過進(jìn)一步處理后由運輸船運到目的地；在當(dāng)前采礦區(qū)域的任務(wù)完成后，可自行式地移至下一個采區(qū)進(jìn)行工作。
本發(fā)明采用一種可移動分布式結(jié)構(gòu)，不僅使采礦車小型化以適應(yīng)微地形，采用多個可移動式采礦車在礦區(qū)內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，而且水下有可移動式的礦區(qū)定位基點、動力單元、主控制單元、與多個采礦車匹配的礦倉、初級分選與破碎單元、傳送單元及揚礦單元，形成一種水下的可移動分布式結(jié)構(gòu)的海洋礦產(chǎn)資源開采模式，水面上有采礦船及運輸船；本發(fā)明針對基巖礦床和沉積物礦床，以多個適應(yīng)海底微地形的移動式采礦車協(xié)同作業(yè)，提高每個采礦車的采集率并控制貧化率，通過主控制器的任務(wù)規(guī)劃，提高采礦車在整個礦區(qū)內(nèi)的采集率，保證礦區(qū)內(nèi)全部或絕大部分礦物被開采到；在與采礦車匹配的多個礦倉內(nèi)進(jìn)行初級分選與破碎，提高礦物的品位并控制礦物的粒度，傳送到揚礦裝置集中進(jìn)行管道提升，將礦物帶到水面上的采礦船中；有一個獨立的動力站負(fù)責(zé)水下系統(tǒng)的動力充電，在轉(zhuǎn)場過程中，采礦車仍能進(jìn)行采礦作業(yè)，形成一個對海洋礦產(chǎn)資源的連續(xù)開采形式；本發(fā)明提供了一種基于傳感的控制結(jié)構(gòu)來設(shè)計移動式采礦，和基于時空分解的多層計算機體系結(jié)構(gòu)來設(shè)計整個這種海洋礦產(chǎn)資源開采模式，采用多CPU技術(shù)，水下以無線遙控方式為主，通過礦區(qū)的定位基點確定采礦車的位置，在車上裝備各種海洋環(huán)境傳感器和任務(wù)感知傳感器，通過車上的分布式控制單元進(jìn)行底層規(guī)劃完成采礦任務(wù)及自診斷保護(hù)；水下的主控制站完成采區(qū)的任務(wù)分配和多個采礦車的初始點路徑規(guī)劃，以及與采礦車的信息交互，實現(xiàn)水下作業(yè)任務(wù)的監(jiān)控；采礦船上的總控制器完成采區(qū)總?cè)蝿?wù)的確定、聲學(xué)及光學(xué)圖像處理以便于系統(tǒng)監(jiān)控、緊急情況的處理與應(yīng)對，實現(xiàn)對水下主控制器的管理；本發(fā)明通過在水下進(jìn)行初級分選與破碎，將與礦物不相關(guān)的部分留在海洋原位而不進(jìn)行提升，減少了對海洋環(huán)境的污染；本發(fā)明是一種能適用于深海礦產(chǎn)資源，尤其是海洋主要礦產(chǎn)資源--基巖礦床和沉積物礦床的開采且能適合海洋礦產(chǎn)資源開采特點、生產(chǎn)率及采集率高、開采成本低、可靠性強、海洋環(huán)境污染少的連續(xù)開采方法。


附圖是本發(fā)明的可移動分布式連續(xù)開采模式示意圖。
具體實施例方式參見附圖，本發(fā)明專利的開采模式為，主要由海洋采礦區(qū)的水下定位基點1、移動分布式采礦車2、按開采量匹配的移動式礦倉3、帶有可有效抑制貧化率與匹配揚礦粒度的初選與初碎裝置4、輸送到揚礦裝置的傳送裝置5、具動力與管路的移動式揚礦裝置6、移動式水下總動力配電站7、移動式水下采礦任務(wù)的主控制站8、水面上的采礦船9、運輸船10等部分構(gòu)成，采礦車2經(jīng)移動式水下總動力站7充電，并在接受主控制站8的采礦量任務(wù)及采礦路徑后，通過采礦車2上的傳感器比對采礦區(qū)定位基點1，以確定自己在礦區(qū)中的位置，按控制站8規(guī)劃的起點路徑進(jìn)行采礦，根據(jù)采礦量任務(wù)采礦車規(guī)劃其返回時的采礦路徑，將礦物倒入礦倉3中，并與主控制站8進(jìn)行信息交換，采礦車2再重新進(jìn)行上述采礦任務(wù)；礦倉3中的礦物經(jīng)過初選與初碎裝置4后，初精礦由傳送裝置5送到揚礦裝置6，將它通過管道提升送至采礦船9，經(jīng)過進(jìn)一步處理后由運輸船10運到目的地；在當(dāng)前采礦區(qū)域的任務(wù)完成后，可自行式地移至下一個采區(qū)進(jìn)行工作。
海洋礦產(chǎn)資源--這里主要指基巖礦床和沉積物礦床(包括結(jié)核和結(jié)殼)的開采特點是分布面積廣、履蓋層較薄、微地形復(fù)雜且變化較大、水下較深且人員難以現(xiàn)場操作。針對此特點，對采礦車而言，向單個大型化發(fā)展并無優(yōu)勢，為此，本發(fā)明提出采用一種可移動分布式結(jié)構(gòu)，不僅使采礦車小型化以適應(yīng)微地形，采用多個可移動式采礦車在礦區(qū)內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，而且水下有可移動式的礦區(qū)定位基點、動力單元、主控制單元、與多個采礦車匹配的礦倉、初級分選與破碎單元、傳送單元及揚礦單元，形成一種水下的可移動分布式結(jié)構(gòu)的海洋礦產(chǎn)資源開采模式，水面上有采礦船及運輸船。
海洋礦產(chǎn)資源開采能否實現(xiàn)，說到底是其采礦成本問題，由于海洋礦產(chǎn)的特殊性，陸地上的采礦方法難以直接利用，選用何種采礦模式是海洋礦產(chǎn)資源開發(fā)的重要課題。為此，本發(fā)明專利提出了一種連續(xù)開采形式，針對基巖礦床和沉積物礦床，以多個適應(yīng)海底微地形的移動式采礦車協(xié)同作業(yè)，提高每個采礦車的采集率并控制貧化率，通過主控制器的任務(wù)規(guī)劃，提高采礦車在整個礦區(qū)內(nèi)的采集率，保證礦區(qū)內(nèi)全部或絕大部分礦物被開采到；在與采礦車匹配的多個礦倉內(nèi)進(jìn)行初級分選與破碎，提高礦物的品位并控制礦物的粒度，傳送到揚礦裝置集中進(jìn)行管道提升，將礦物帶到水面上的采礦船中；有一個獨立的動力站負(fù)責(zé)水下系統(tǒng)的動力充電，在轉(zhuǎn)場過程中，采礦車仍能進(jìn)行采礦作業(yè)，形成一個對海洋礦產(chǎn)資源的連續(xù)開采形式，提高了生產(chǎn)率及采集率、控制了貧化率和礦物粒度、降低了設(shè)備成本及開采成本、增強了整個系統(tǒng)的可靠性。
深海作業(yè)，是高新技術(shù)的集中體現(xiàn)，也是智能型機器人的一個重要發(fā)展方向，海洋開礦--這應(yīng)是一個同一任務(wù)多機器人協(xié)同合作的全自動適應(yīng)型控制的典型應(yīng)用范例。由此，本發(fā)明提出了一種基于傳感的控制結(jié)構(gòu)來設(shè)計移動式采礦，和基于時空分解的多層計算機體系結(jié)構(gòu)來設(shè)計整個這種海洋礦產(chǎn)資源開采模式，采用多CPU技術(shù)；水下以無線遙控方式為主，通過礦區(qū)的定位基點確定采礦車的位置，在車上裝備各種海洋環(huán)境傳感器和任務(wù)感知傳感器，通過車上的分布式控制單元進(jìn)行底層規(guī)劃完成采礦任務(wù)及自診斷保護(hù)；水下的主控制站完成采區(qū)的任務(wù)分配和多個采礦車的初始點路徑規(guī)劃，以及與采礦車的信息交互，實現(xiàn)水下作業(yè)任務(wù)的監(jiān)控；采礦船上的總控制器完成采區(qū)總?cè)蝿?wù)的確定、聲學(xué)及光學(xué)圖像處理以便于系統(tǒng)監(jiān)控、緊急情況的處理與應(yīng)對，實現(xiàn)對水下主控制器的管理。
本發(fā)明通過在水下進(jìn)行初級分選與破碎，將與礦物不相關(guān)的部分留在海洋原位而不進(jìn)行提升，減少了對海洋環(huán)境的污染。
權(quán)利要求
一種可移動分布式深海礦產(chǎn)資源的連續(xù)開采方法，其特征是由海洋采礦區(qū)的水下定位基點(1)、移動分布式采礦車(2)、按開采量匹配的移動式礦倉(3)、帶有可有效抑制貧化率與匹配揚礦粒度的初選與初碎裝置(4)、輸送到揚礦裝置的傳送裝置(5)、具動力與管路的移動式揚礦裝置(6)、移動式水下總動力配電站(7)、移動式水下采礦任務(wù)的主控制站(8)、水面上的采礦船(9)、運輸船(10)等部分構(gòu)成，采礦車(2)經(jīng)動力站(7)充電，并在接受主控制站(8)的采礦量任務(wù)及采礦路徑后，通過采礦車(2)上的傳感器比對采礦區(qū)定位基點(1)，以確定自己在礦區(qū)中的位置，按控制站(8)規(guī)劃的起點路徑進(jìn)行采礦，根據(jù)采礦量任務(wù)采礦車規(guī)劃其返回時的采礦路徑，將礦物倒入礦倉(3)中，并與主控制站(8)進(jìn)行信息交換，采礦車(2)再重新進(jìn)行上述采礦任務(wù)；礦倉(3)中的礦物經(jīng)過初選與初碎裝置(4)后，初精礦由傳送裝置(5)送到揚礦裝置(6)，將它通過管道提升送至采礦船(9)，經(jīng)過進(jìn)一步處理后由運輸船(10)運到目的地；在當(dāng)前采礦區(qū)域的任務(wù)完成后，可自行式地移至下一個采區(qū)進(jìn)行工作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可移動分布式深海礦產(chǎn)資源的連續(xù)開采方法，由海洋采礦區(qū)的水下定位基點(1)、移動分布式采礦車(2)、按開采量匹配的移動式礦倉(3)、帶有可有效抑制貧化率與匹配揚礦粒度的初選與初碎裝置(4)、輸送到揚礦裝置的傳送裝置(5)、具動力與管路的移動式揚礦裝置(6)、移動式水下總動力配電站(7)、移動式水下采礦任務(wù)的主控制站(8)、水面上的采礦船(9)、運輸船(10)等部分構(gòu)成。本發(fā)明是一種能適用于深海礦產(chǎn)資源，尤其是海洋主要礦產(chǎn)資源——基巖礦床和沉積物礦床的開采,且能適合海洋礦產(chǎn)資源開采特點、生產(chǎn)率及采集率高、開采成本低、可靠性強、海洋環(huán)境污染少的連續(xù)開采方法。
文檔編號E21C50/00GK1458391SQ0211413
公開日2003年11月26日 申請日期2002年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月16日
發(fā)明者何清華, 郭勇, 陳欠根, 朱建新 申請人:湖南山河智能機械股份有限公司, 中南大學(xué)