本發(fā)明涉及海洋礦產資源開采裝備的技術領域，特別涉及一種深海礦產資源開發(fā)系統(tǒng)。

背景技術：

深海底蘊藏著極為豐富的礦產資源，其中最具開發(fā)價值的有多金屬結核、富鈷結殼和多金屬硫化物等。近年來，隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，對資源的需求也越來越大，伴隨著經(jīng)濟實力的顯著提升，海洋產業(yè)發(fā)展迅速，為深海采礦的發(fā)展提供了良好的基礎。

自上世紀中葉開始，國際上針對深海采礦技術開展了廣泛的研究，提出了以“水面浮式平臺”為基地的拖斗式、連續(xù)鏈斗式、管道提升式、穿梭運載式等多種技術途徑，研制了相關設備和裝置，開展了陸上、湖泊或海上試驗。中國實用新型專利cn203594452u公開了一種海洋礦產資源開采裝置，請參閱圖1，包括水面采礦船1，與水面采礦船1連接的提升管(2、3)，串接在提升管3下端的提升電泵站(4、5)，連接在提升電泵吸入端的軟管7，與軟管7的吸入端連接的礦物料破碎機構18，鉸接在礦物破碎機構18上的采礦機構；所述采礦機構上裝有多個擾動射流噴嘴(23、24)、多個上升射流噴嘴(22、25)和與所述礦物破碎機構18的進料口連通的導流管21；所述提升管(2、3)、提升電泵站(4、5)、軟管7、礦物破碎機構18和導流管21依次串聯(lián)形成礦漿提升通道，所述導流管21的進料口朝向海底以吸取海底礦物；所述軟管7固定在一潛游rov8上，該潛游rov8通過連接裝置與所述采礦機構相連。該實用新型提出的海洋礦產資源開采裝置具有簡單合理、可靠性高、采礦效率高、不受海底復雜地形和復雜地質條件影響以及對海底擾動小等優(yōu)點，為錳結核、富鈷結殼、海底硫化物和多金屬軟泥等深海底礦物資源提供一種安全性好、環(huán)境友好的開采方法。但是，存在以下缺陷：

作業(yè)時，水面采礦船拖曳水下系統(tǒng)進行水下礦產資源的采集，遇到大風浪等海上惡劣天氣時，水面采礦船需拖曳整個系統(tǒng)躲避風浪，作業(yè)要求較高且對海上風浪天氣敏感。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種深海礦產資源開發(fā)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的海洋礦產資源開采裝置的水面采礦船拖曳水下系統(tǒng)進行水下礦產資源的采集，遇到大風浪等海上惡劣天氣時，水面采礦船需拖曳整個系統(tǒng)躲避風浪，作業(yè)要求較高且對海上風浪天氣敏感的技術性問題。

本發(fā)明目的通過以下的技術方案實現(xiàn)：

一種深海礦產資源開發(fā)系統(tǒng)，包括水下礦物采集子系統(tǒng)、礦物轉運子系統(tǒng)、水面支持子系統(tǒng)、水下控制子系統(tǒng)和配套保障子系統(tǒng)，其中，

所述水下礦物采集子系統(tǒng)包括采礦潛水器群；

所述礦物轉運子系統(tǒng)包括提升潛水器；

所述水面支持子系統(tǒng)包括水面支持裝置；

所述水下控制子系統(tǒng)包括深潛器，所述深潛器內設有核電站；

所述配套保障子系統(tǒng)包括維護保障潛水器和通信導航定位裝置；

所述深潛器通過臍帶纜分別與所述采礦潛水器群、所述維護保障潛水器連接，所述深潛器為所述采礦潛水器群、所述維護保障潛水器提供能源和控制信號；

所述通信導航定位裝置布置在所述采礦潛水器群、所述深潛器、所述水面支持裝置和所述維護保障潛水器上，所述通信導航定位裝置通過信息的傳輸和交換來控制和獲知所述采礦潛水器群、所述深潛器、所述水面支持裝置和所述維護保障潛水器所處的位置和工作狀態(tài)。

優(yōu)選地，還包括水下勘探子系統(tǒng)，所述水下勘探子系統(tǒng)包括用于勘探的無纜水下機器人，所述通信導航定位裝置布置在所述無纜水下機器人上。

優(yōu)選地，所述采礦潛水器群包括配有切割頭的采礦潛水器、配有破碎頭的采礦潛水器和配有收集頭的采礦潛水器。

優(yōu)選地，所述深潛器通過集成軟管與所述配有收集頭的采礦潛水器連接，所述集成軟管上設有浮力材料。

優(yōu)選地，所述提升潛水器為無人無纜潛水器。

優(yōu)選地，所述提升潛水器可通過水下對接裝置分別與所述水面支持裝置和所述深潛器連接。

優(yōu)選地，所述提升潛水器為若干個。

優(yōu)選地，所述水面支持裝置為水面支持船或平臺。

優(yōu)選地，所述水面支持子系統(tǒng)還包括礦物運輸船。

優(yōu)選地，所述深潛器內設有礦物初提取裝置。

優(yōu)選地，所述深潛器內設有礦物存儲空間。

優(yōu)選地，所述通信導航定位裝置包括兩個聲學接收換能器和四個聲信標，所述兩個聲學接收換能器分別設置在所述深潛器、所述水面支持裝置中。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明有以下有益效果：

1、本發(fā)明的深海礦產資源開發(fā)系統(tǒng)將在水上的子系統(tǒng)和在水下的子系統(tǒng)完全隔開，在水下的子系統(tǒng)不需要由在水上的子系統(tǒng)提供能量，在水上的子系統(tǒng)和在水下的子系統(tǒng)不相連，工作時若遇到大風浪等海上惡劣天氣，可將在水上的子系統(tǒng)移動到別處躲避風浪，而在水下的子系統(tǒng)可繼續(xù)正常作業(yè)，作業(yè)要求不高，對海上風浪天氣不敏感。

2、本發(fā)明的深海礦產資源開發(fā)系統(tǒng)具有勘探、開采、收集、運輸、轉運和保障等各項功能，可以長周期、高效率的進行深海礦產資源開發(fā)。

3、本發(fā)明的深海礦產資源開發(fā)系統(tǒng)的應用及服務的范圍包括深海礦產資源的勘探、開采、轉運和保障等各環(huán)節(jié)，可與以“水面浮式平臺”為基地的水下生產系統(tǒng)配套使用，形成互補，可合理、高效、經(jīng)濟地開發(fā)和利用深海資源。

4、本發(fā)明的深潛器將能量供給從水上移到水下，減少了輸送過程中的能量損失，并進一步保證了信號傳輸過程中的穩(wěn)定性，且相對于水面供能，可避免出現(xiàn)纜繩管道纏繞的現(xiàn)象。

5、本發(fā)明采用多個提升潛水器作為礦物的提升工具，各個提升潛水器相互獨立工作，相互之間沒有影響，不會因為一個提升潛水器出問題而影響整個系統(tǒng)的運行，相對于傳統(tǒng)的串聯(lián)管道運輸系統(tǒng)故障率低、維修成本低、效率高。

6、本發(fā)明的水面支持裝置主要用于臨時存儲礦物，沒有復雜的管道連接處、升沉補償裝置和設備的布放回收，大大減少了水面支持裝置所需的功能，結構簡單，從而降低了制造成本。

7、本發(fā)明將水下設備的控制系統(tǒng)、能源供給從海面轉移到海底，大大降低了對水面設備的要求，提高了水下系統(tǒng)的生存能力和抗破壞能力。

當然，實施本發(fā)明的任一產品并不一定需要同時達到以上所述的所有優(yōu)點。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術的海洋礦產資源開采裝置的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明的深海礦產資源開發(fā)系統(tǒng)的結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖，具體說明本發(fā)明。為了使本領域的技術人員能夠清楚、完整的知曉本發(fā)明的內容并可以實施本發(fā)明的技術方案，實施例中公開了大量的細節(jié)。但是，很顯然地，沒有這些細節(jié)本領域的技術人員也能夠實施本發(fā)明的技術方案，達到本發(fā)明的目的，實現(xiàn)本發(fā)明的效果。這些細節(jié)是發(fā)明人經(jīng)過大量的實驗而選擇的最優(yōu)的實施方式，并不用來限制本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明的保護范圍以權利要求書的內容為準，本領域的技術人員根據(jù)本申請文件公開的內容無需創(chuàng)造性勞動而得到的技術方案也在本發(fā)明的保護范圍內。

實施例1

請參閱圖2，一種深海礦產資源開發(fā)系統(tǒng)，包括水下礦物采集子系統(tǒng)、礦物轉運子系統(tǒng)、水面支持子系統(tǒng)、水下勘探子系統(tǒng)、水下控制子系統(tǒng)和配套保障子系統(tǒng)，其中，

所述水下勘探子系統(tǒng)包括用于勘探的無纜水下機器人1；

所述水下礦物采集子系統(tǒng)包括采礦潛水器群2；

所述礦物轉運子系統(tǒng)包括提升潛水器7；

所述水面支持子系統(tǒng)包括水面支持裝置；

所述水下控制子系統(tǒng)包括深潛器5，所述深潛器5內設有小型核電站；

所述配套保障子系統(tǒng)包括維護保障潛水器10和通信導航定位裝置；

所述深潛器5通過臍帶纜6分別與所述采礦潛水器群2、所述維護保障潛水器10連接，所述深潛器5為所述采礦潛水器群2、所述維護保障潛水器10提供能源和控制信號；

所述通信導航定位裝置布置在所述采礦潛水器群2、所述深潛器5、所述無纜水下機器人1、所述水面支持裝置和所述維護保障潛水器10上，所述通信導航定位裝置通過信息的傳輸和交換來控制和獲知所述采礦潛水器群2、所述深潛器5、所述水面支持裝置和所述維護保障潛水器10所處的位置和工作狀態(tài)。

本發(fā)明的深海礦產資源開發(fā)系統(tǒng)將在水上的子系統(tǒng)和在水下的子系統(tǒng)完全隔開，在水下的子系統(tǒng)不需要由在水上的子系統(tǒng)提供能量，在水上的子系統(tǒng)和在水下的子系統(tǒng)不相連，工作時若遇到大風浪等海上惡劣天氣，可將在水上的子系統(tǒng)移動到別處躲避風浪，而在水下的子系統(tǒng)可繼續(xù)正常作業(yè)，作業(yè)要求不高，對海上風浪天氣不敏感。

其中，深潛器5為大型深潛器。所述無纜水下機器人1配有機械手，主要負責深海礦產資源的調查與快速勘探、海底鉆探與取樣、礦區(qū)地質和水體環(huán)境條件的詳細勘察、現(xiàn)場環(huán)評等工作。

所述采礦潛水器群2包括配有切割頭的采礦潛水器、配有破碎頭的采礦潛水器和配有收集頭的采礦潛水器。本發(fā)明的采礦潛水器群2通過裝配不同的采礦頭來滿足切割、破碎、收集等不同工序的需要。采礦潛水器群2可采用履帶行走方式，可以防止陷入松軟的泥沙中。采礦潛水器群2還可自帶走形機構并配有慣性導航來定位，可以實現(xiàn)走形、爬坡、越障、越溝等功能。所述采礦潛水器群2可以滿足多種礦物的開采，可以實現(xiàn)海底平面的預處理、礦物的破碎和收集。

所述深潛器5通過集成軟管3與所述配有收集頭的采礦潛水器連接，所述集成軟管3上設有浮力材料4。

所述提升潛水器7為無人無纜潛水器，所述提升潛水器7為若干個。所述提升潛水器7的個數(shù)可依據(jù)需要而定。所述提升潛水器7可通過水下對接裝置分別與所述水面支持裝置和所述深潛器5連接。配有收集頭的采礦潛水器通過集成軟管3將礦物運輸至所述深潛器5內，然后通過水下對接裝置由所述深潛器5輸送到所述提升潛水器7，由所述提升潛水器7將礦物輸送至水面支持裝置。

所述水面支持裝置為水面支持船8或平臺。所述水面支持子系統(tǒng)還可包括礦物運輸船9。水面支持船8或平臺用于暫時存儲礦物。礦物運輸船9用于將水面支持船8或平臺上的礦物運輸至碼頭。

所述深潛器5內可設置礦物初提取裝置。所述礦物初提取裝置用于將暫時存儲在所述深潛器5內的礦物中的泥沙預先剔除，可減少所述提升潛水器7在提升過程中所做的無用功。

所述深潛器5內設有礦物存儲空間，該礦物存儲空間用于臨時存儲礦物。

所述通信導航定位裝置包括兩個聲學接收換能器和四個聲信標11，所述兩個聲學接收換能器分別設置在所述深潛器5、所述水面支持裝置中。四個聲信標固定設置在海底。水面支持裝置上的聲學接收換能器可以接收到聲信標11發(fā)射的信號，通過分析信號，可以計算出水面支持裝置與聲信標的距離和方位角，進而計算出聲信標在水下的位置。深潛器5和聲信標11進行信號相互傳輸，來確定聲信標11與深潛器5的距離，再通過計算來確定深潛器5的位置。深潛器5通過信息的傳輸和交換來控制和獲知所述采礦潛水器群2和所述維護保障潛水器10所處的位置和工作狀態(tài)。

下面對本發(fā)明的深海礦產資源開發(fā)系統(tǒng)的工作過程進行描述。

工作時，先由無纜水下機器人1進行深海礦產資源的調查與快速勘探、海底鉆探與取樣、礦區(qū)地質和水體環(huán)境條件的詳細勘察、現(xiàn)場環(huán)評等工作。之后，由深潛器5攜帶采礦潛水器群2、集成軟管3、浮力材料4、臍帶纜6、提升潛水器7、維護保障潛水器10等設備下潛到海底，找到合適地形坐底。利用維護保障潛水器10將集成軟管3的兩端分別連接到深潛器5和配有收集頭的采礦潛水器上，并在集成軟管3的合適位置裝上浮力材料4。深潛器5內部配有小型核電站，通過臍帶纜6連接到采礦潛水器群2和維護保障潛水器10上，深潛器5為采礦潛水器群2和維護保障潛水器10提供能源和控制信號。然后，配有收集頭的采礦潛水器將礦區(qū)表面的沉積物移到礦區(qū)外，再用配有切割頭的采礦潛水器預清理礦區(qū)表面來獲得平坦的表面，隨后用配有破碎頭的采礦潛水器由上至下破碎礦物，最后用配有收集頭的采礦潛水器來收集已經(jīng)被破碎的細小礦物，通過泵將礦物輸送到深潛器5臨時存儲起來。深潛器5將收集到的礦物通過礦物初提取裝置進行初步提取，剔除礦物中的泥沙雜物，從而減少提升礦物的成本。之后，提升潛水器7通過水下對接裝置與深潛器5連接，并將礦物從深潛器5轉移到提升潛水器7。提升潛水器7通過螺旋槳和自身的升沉裝置運動到海面上與水面支持船8或平臺進行對接，將礦物導出到水面支持船8或平臺，然后再返回海底。提升至水面支持船8或平臺的礦物，再轉移到礦物運輸船9上，由礦物運輸船9運至碼頭上進行進一步的加工處理。

實施例2

本實施例提供一種深海礦產資源開發(fā)系統(tǒng)，本實施例與實施例1的區(qū)別為：

本實施例不包括水下勘探子系統(tǒng)。

具體可以參考實施例1。

以上公開的僅為本申請的幾個具體實施例，但本申請并非局限于此，任何本領域的技術人員能思之的變化，都應落在本申請的保護范圍內。