[发明专利]射流冲刷式海底半埋结核的剥离-采集装置及其采集方法

权利要求书

1.一种射流冲刷式海底半埋结核的剥离-采集装置，包括履带和安装在履带顶部的蓄矿料仓，其特征是，所述蓄矿料仓顶端固定有长方体形蓄水容器、蓄矿料仓的前端设有采集机构，蓄水容器的前后两端各设有一块泥沙絮凝浊流喷射板，每个泥沙絮凝浊流喷射板均通过两根伸缩金属管与蓄水容器固定连接，伸缩金属管内部中空且两端连接处分别与泥沙絮凝浊流喷射板和蓄水容器连通；蓄水容器前端还设有剥离机构；

所述蓄水容器顶面固定有与其连通的进水直筒，进水直筒为竖向设置的圆筒且其中段设有止水阀；

所述蓄水容器内部固定有隔板，隔板竖向设置且沿装置行进方向将蓄水容器内部分割为左右两个独立的空腔，其中与进水直筒连通的空腔为海水腔、另一侧空腔为浊液腔，海水腔侧面连接有第一增压泵，浊液腔的底部开有进液口、侧面连接有第二增压泵，蓄水容器处的伸缩金属管分别自蓄水容器向泥沙絮凝浊流喷射板输送洁净海水和浊液。

2.如权利要求1所述的射流冲刷式海底半埋结核的剥离-采集装置，其特征是，所述泥沙絮凝浊流喷射板为扁平空心长方体，泥沙絮凝浊流喷射板的底面开有至少24个均匀分布的第一圆形通孔，泥沙絮凝浊流喷射板内还设有一块长方形挡流板，挡流板竖向设置且其面积与泥沙絮凝浊流喷射板内部竖向截面面积相同，挡流板设置在泥沙絮凝浊流喷射板内部前侧距离前侧面2cm-5cm处，挡流板中心位置开有第二圆形通孔，利用挡流板的阻挡作用将进入泥沙絮凝浊流喷射板的洁净海水和储备在浊液腔中的高浓度浊液混合，形成低浓度的浊液。

3.如权利要求1所述的射流冲刷式海底半埋结核的剥离-采集装置，其特征是，所述伸缩金属管的内径均匀减小，伸缩金属管与蓄水容器连接处内径大、与泥沙絮凝浊流喷射板连接处内径小。

4.如权利要求1所述的射流冲刷式海底半埋结核的剥离-采集装置，其特征是，所述剥离机构包括喷头，喷头的尾端通过能360°旋转的轴连接至蓄水容器中海水腔的前端，喷头共设有四个且横向均匀分布，使用时将喷头调整至斜向下方向并控制流速大于底砂起动速度且小于结核起动速度，根据泥沙动力学相关公式（1），按照采矿区底砂粒径相关参数计算所需射流流速，深海底砂起动流速约为结核起动流速的10%-20%：

（1）

其中：V为底砂、结核起动流速；为底砂颗粒、结核重度；为海水重度；g为重力加速度；d为底砂颗粒、结核的中值粒径；h为海底水深。

5.如权利要求1所述的射流冲刷式海底半埋结核的剥离-采集装置，其特征是，所述采集机构包括链割收集带和阻砂底托板，链割收集带包括传送带和固定在传送带表面的齿状凸块，齿状凸块的纵向截面呈长方形，齿状凸块布满传送带表面且相邻的齿状凸块之间留有收集结核的间隔，齿状凸块、传动带和蓄矿料仓的宽度均相同，链割收集带的前端斜向下伸入装置前端的土体中、后端伸入蓄矿料仓内部，链割收集带伸入蓄矿料仓内部的部分占其整体部分的1/6-1/4。

6.如权利要求5所述的射流冲刷式海底半埋结核的剥离-采集装置，其特征是，所述阻砂底托板为顶端固定在蓄矿料仓前侧面处的L型板，阻砂底托板位于链割收集带下方且两者之间留有间隔，防止链割收集带向下倾斜时两者产生碰撞。

7.如权利要求5所述的射流冲刷式海底半埋结核的剥离-采集装置，其特征是，所述蓄矿料仓后端底面处开有排水口，排水口与外部的排水管连接，排水口上方设有将排水口完全覆盖的滤网，滤网上安装有抽水泵，抽水泵的出水口朝向排水管设置，抽水泵开启后向蓄矿料仓外部排水，使蓄矿料仓内部形成负压环境，进一步提高装置的收集效率。

8.利用权利要求1-7任一项所述射流冲刷式海底半埋结核的剥离-采集装置的采集方法，其特征是，包括如下步骤：

S1.将本采集装置利用履带驱动至海底采矿区，停止移动；

S2.蓄水容器中初始状态为密闭空间，且内部充满空气；此时打开进水直筒处的止水阀，由于蓄水容器与外部环境存在压强差，迫使蓄水容器外的海水通过进水直筒进入蓄水容器中，又根据连通器原理，海水自动充满整个容器；

S3.海水充满容器后，关闭止水阀，此时与蓄水容器相连的第一增压泵开始运转，增大容器内的压强，从而产生高压射流水流，水流经喷头斜向下喷射，喷出的水流扰动海底平面多金属结核矿石附存层，使结核从土层中剥离；同时浊液腔处的第二增压泵工作，高浓度的浊液和海水分别沿伸缩金属管进入泥沙絮凝浊流喷射板，经挡流板处的混合形成低浓度的浊液，并自第一圆形通孔竖直向下喷出，有效防止羽状流的生成；

S4.蓄矿料仓尾部的抽水泵开启，使蓄矿料仓内部形成负压空间，此时链割收集带开始工作，传送带逆时针旋转，齿状凸块的间隙将结核裹挟至蓄矿料仓；

S5.当该采矿区的作业完成后，关闭止水阀，利用履带将装置移动至下一采矿区，重复步骤S2-S4直至开采作业完毕。