一种基于浮船坞式水面支持平台的自储卸转运深海采矿系统的制作方法

本发明涉及深海采矿，具体的，涉及一种基于浮船坞式水面支持平台的自储卸转运深海采矿系统。

背景技术：

1、当前深海采矿工作中矿石暂存与转运效率低安全风险大，在面对大规模、高强度的开采作业时，逐渐暴露出其局限性。传统采矿船兼顾矿车、立管布放和矿物提升、存储、处理工作，矿物存储能力有限。若达到存储上限后需要停止采矿工作，等待输运船回到岸上卸载矿物，导致运输成本高，已无法满足现代海上矿物运输对于高效、安全、自动化的迫切需求。若采用运输船进行矿物转运，由于采矿船与运输船间的矿石转运稳定性不足，缺乏缓冲存储设计；海面环境复杂，在恶劣天气、洋流、波浪等影响下运输船难以稳定转运矿物，容易造成矿石散落和海水污染，甚至不得不中断作业。

2、此外，现有矿物提升存储技术或采用船载直卸式设计，采矿船储仓容量有限，无法实现规模化连续作业。或依赖海底中继站，系统复杂度高，故障风险大。

3、因此，开发一种能够适应大规模、多样化矿物卸载需求，同时又能实现高效、安全、自动化作业且环境友好的采矿系统，已成为当前海洋矿物资源开发领域亟待解决的技术难题。在此背景下，本发明提出了一种基于浮船坞式水面支持平台的自储卸转运系统，旨在通过技术创新，解决传统卸载方式存在的问题，推动海上矿物转运技术的革新与发展。

技术实现思路

1、本发明提出一种基于浮船坞式水面支持平台的自储卸转运深海采矿系统，实现矿石的采集、提升、处理、暂存、自卸及转运一体化作业，降低运输成本，提升作业稳定性与部署灵活性，并减少其对海洋环境的影响。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种基于浮船坞式水面支持平台的自储卸转运深海采矿系统，包括水面浮船坞平台本体、深海采矿车集群、水下矿物提升模块以及安装在所述浮船坞平台上的生产作业模块；

4、所述深海采矿车集群通过脐带缆接收浮船坞平台上的控制指令，并经由所述水下矿物提升模块将采集的矿浆运输至所述浮船坞平台上的生产作业模块，对矿物预处理后转运至矿物运输船；所述深海采矿车为海底履带式采矿车；所述脐带缆为铠装复合缆结构，内部集成有电力传输线缆和光纤通信线缆。

5、进一步的，所述水下矿物提升模块采用水力托举提升技术，主要结构包括硬主管、软主管、提升泵和中继器；

6、所述深海采矿车将采集的矿物脱泥破碎后形成矿浆，通过软主管运输至中继器进行初步过滤，再通过硬主管运输至所述浮船坞平台，矿物提升所需动力由所述提升泵提供；

7、所述软主管为柔性软管，所述中继器为耐压密封的圆柱形钢结构壳体，内部集成有矿浆缓冲腔、尾水缓冲舱和初级分选装置，所述硬主管包括主提升管和回水管双管道，用于提升矿浆和排放尾水；

8、所述提升泵采用多级耐磨离心泵串联结构，以适应高浓度、高硬度矿浆的长距离输送。

9、进一步的，所述生产作业模块包含采矿车布放回收模块、矿物预处理模块、矿物储卸转运模块、智能对接模块、锚固系统和波浪补偿系统。

10、进一步的，所述浮船坞平台包括两道侧坞墙和一道后坞墙；

11、所述后坞墙上方为所述矿物预处理模块，后坞墙后侧设有月池，用于存放所述深海采矿车集群与所述水下矿物提升系统各装备；月池内含深海采矿车布放回收系统，负责深海采矿车和水下矿物提升系统的布放和回收。

12、进一步的，所述矿物预处理模块集成离心分选装置、高压冲洗装置、真空过滤装置、离心脱水装置及尾浆回收装置；

13、矿浆经所述水下提升系统运送至所述浮船坞平台后，在浮船坞内完成分选、冲洗、过滤、脱水处理；

14、预处理产生的泥沙和尾水经由所述硬主管回水管道回输至所述中继器后，经过尾水缓冲舱和中继器初步过滤废水混合，重新排放回底层海水中。

15、进一步的，所述矿物储卸转运模块包含临时存储仓库，布舱设备，转运设备，对脱水处理矿物存储布局进行设计并存储至临时存储仓库中，将矿物从预处理模块和临时存储仓库转运至矿物运输船货舱；

16、所述布舱设备包括智能计算系统和输送系统，智能计算系统根据输入矿产的种类和数量规划存储布局，由仓库顶部的传送带、侧卸料器和底部送料通道将矿物运输至目标仓库中；

17、所述临时存储仓库下端为倒锥形料斗结构，最低处装有舱门，连接送料通道，可将矿物运送至坞墙侧端的垂直斗式提升机，将矿物提升至投料臂入口；

18、所述投料臂装有v型传送带，将提升机提升的矿物输送至运输船货舱。

19、进一步的，所述智能对接模块可调控设置在浮船坞平台上的牵引导向绞车、设置在坞底的导轨以及压载水舱；

20、所述牵引导向绞车用于引导矿物运输船沿所述导轨进入浮船坞平台，通过调节压载水舱的注排水状态控制浮船坞平台的上浮或下沉，以实现与矿物运输船的对接固定或分离。

21、进一步的，所述波浪补偿系统用于调整所述浮船坞平台在不同海况下的工作状态，或平衡矿物转运过程中因重心变化引起的浮船坞横摇或俯仰运动；

22、所述波浪补偿功能被动实现形式包含安装在压载水舱内壁软垫和浮船坞坞底平台外壁的阶梯式消波壁，在低海况下吸收波浪能量；主动实现形式为根据中高海况下的风浪形式主动调节压载水舱水量，抵消波浪冲击引起的平台倾斜。

23、进一步的，所述锚固系统用于将浮船坞平台稳定固定于目标作业海域，限制平台的水平漂移与转艏运动；

24、所述锚固系统采用多组张紧式锚链组成。

25、本发明的有益效果为：

26、1、本发明将深海采矿车集群、水下矿物提升系统、矿物预处理模块及矿物储卸转运系统集成于同一浮船坞平台，构建了从海底采集到水面转运的完整作业链条。

27、通过浮船坞平台内设的临时存储仓库，使前端采集与水下提升作业在运输船未就位或转运暂停期间仍可连续进行，实现了采矿、提升、预处理、存储与转运的解耦与无缝衔接，消除了传统模式中依赖运输船同步等待的瓶颈，有效降低了单位矿物的运输成本与船舶闲置成本。

28、2、本发明通过智能对接模块控制牵引导向绞车与坞底导轨，引导矿物运输船精确进入浮船坞平台内部，配合压载水舱的注排水控制平台沉浮，使运输船完全坐墩固定于坞底抬船甲板上，实现“干式”停靠。

29、运输船与浮船坞平台形成刚性整体后彻底脱离水体，从根本上消除了波浪环境中两船相对运动带来的碰撞风险与输送管道断裂隐患，显著提升了高海况下的靠泊安全性与转运作业的稳定性。

30、3、本发明集成多级被动与主动波浪补偿策略。低海况下，通过安装在坞底平台外壁的阶梯式消波壁和压载水舱内壁软垫吸收波浪能量；中高海况下，通过拟合波浪谱预测船舶运动，主动调节各压载水舱的注排水量，实时减缓风浪引起的横摇与纵摇力矩，维持平台总体姿态稳定。

31、同时配合张紧式多点系泊锚固系统将平台牢固固定于目标海域，有效抑制平台的水平漂移与转艏运动，使整个采矿系统具备优良的耐波性与恶劣海况作业能力，显著延长了年可作业天数。

32、4、本发明将矿物预处理和尾水回排集成于浮船坞平台内部，预处理产生的泥沙与尾水经由硬主管回水管道回输至海底中继器后，重新排放回深海底层海水中，避免了富含悬浮物的尾水在表层海水排放造成的二次污染。

33、同时，矿物储卸转运全程采用封闭式输送带与智能布舱系统，转运过程在浮船坞平台内部完成，避免了矿石散落入海，将对海洋生态环境的扰动降至最低。

34、5、本发明配置智能布舱系统，可根据矿物种类、品位及重量自动规划最优存储仓位布局，并自动完成存储、计量与转运全流程；配合智能对接系统自动控制运输船的进出坞与坐墩，大幅减少人工干预，显著提升了作业效率与系统可靠性，充分满足大规模、高强度商业化深海采矿的连续作业需求。