海底礦砂扒吸頭的製作方法
2023-09-23 17:01:15 2
海底礦砂扒吸頭的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種海底礦砂扒吸頭，包括蝸殼分級旋流器、高壓泵和射流水槍，所述蝸殼分級旋流器採用倒裝形式，其底流口位於上方，通過三通分別與原礦漿輸送管和高壓水管相連，從高壓泵引出的高壓水管另外通過旋轉套筒三通與射流水槍連通。與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：1)集「採礦扒砂、吸砂、輸砂、精礦輸出、尾砂回填」功能為一體；2)利用蝸殼分級旋流器實現原礦採集及分選功能，生產率高，有利於大規模生產；3)高壓水射流同時實現扒砂和輸漿功能，利用率高；4)結構簡單，使用方便，工作可靠；5)尾礦漿採用L型排砂管外排，避免直排導致的生態環境破壞現象。
【專利說明】海底礦砂扒吸頭
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種海底礦床開採設備，尤其涉及一種集"採礦扒砂、吸砂、輸砂、 精礦輸出、尾砂回填"功能為一體的海底礦砂扒吸頭。
【背景技術】
[0002] 海底砂礦統屬海底礦產資源，海底礦產資源豐富，從海岸到大洋均有分布。海濱砂 礦床很早已被人類開採利用，淺海的石油勘探已遍及世界各個海域，現已擴展到半深海區 域。深海錳結核和海底熱液礦床等儲量巨大，含金屬品位高，隨著開採技術日趨成熟，將進 入開發深海底礦產資源的新階段。
[0003] 目前海底礦砂開採規模較大的是建築用砂和礫石、錫石、金剛石、鐵礦砂和金礦砂 等。主要用鏈鬥式、水力式、壓氣升液式和抓斗式採砂船開採，前兩者較常用。
[0004] 鏈鬥採砂船抗風浪性能差，通常用於開採水深小於50m的砂礦。水力採砂船利用 砂泵或水射流將海底砂礦以砂漿形式通過管道吸至採砂船的洗選設備中，水淺時砂泵裝在 船上；水深時砂泵置於水中或與水射流聯合使用。膠結砂層用高壓水射流器或裝有旋轉刀 具的挖頭預先鬆散。泵吸式水力採砂船的作業深度一般為9?27m ;與水射流聯合使用時 作業深度可達68m，常用於開採建築用砂和礫石。泵吸式水力開採的主要問題是潛水電泵不 耐磨，無法實現原礦分選，大規模生產時耗電量大，生產率低。
【發明內容】
[0005] 本實用新型克服現有技術的不足，提供了一種集"採礦扒砂、吸砂、輸砂、精礦輸 出、尾砂回填"功能為一體的海底礦砂扒吸頭，結構簡單，使用方便，能夠實現原礦分選，生 產率高。
[0006] 為了達到上述目的，本實用新型採用以下技術方案實現：
[0007] 海底礦砂扒吸頭，包括蝸殼分級旋流器、高壓泵和射流水槍，所述蝸殼分級旋流器 採用倒裝形式，其底流口位於上方，通過三通分別與原礦漿輸送管和高壓水管相連，從高壓 泵引出的高壓水管另外通過旋轉套筒與射流水槍連通。
[0008] 所述高壓水管與原礦漿輸送管連接處設高壓水射流噴嘴和混合擴散管。
[0009] 所述高壓水管與射流水槍連接處的旋轉套筒包括垂直旋轉套筒和水平旋轉套筒， 旋轉套筒由外套管和旋轉內管組成，可相對轉動，外套管和旋轉內管之間用填料填充，外套 管與壓蓋之間用螺栓連接。
[0010] 所述射流水槍設有操控索，可操控射流水槍沿垂直方向和水平方向轉動。
[0011] 所述蝸殼分級旋流器溢流口處設L型排砂管。
[0012] 與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：
[0013] 1)集"採礦扒砂、吸砂、輸砂、精礦輸出、尾砂回填"功能為一體；
[0014] 2)利用蝸殼分級旋流器實現原礦採集及分選功能，生產率高，有利於大規模生 產；
[0015] 3)高壓水射流同時實現扒砂和輸漿功能，利用率高；
[0016] 4)結構簡單，使用方便，工作可靠；
[0017] 5)尾礦漿採用L型排砂管外排，避免直排導致的生態環境破壞現象。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0019] 圖2是高壓水槍及附屬裝置的結構示意圖。
[0020] 圖3是旋轉套筒的結構示意圖。
[0021] 圖中：1.原礦漿輸送管2.高壓水射流噴嘴3.混合擴散管4.環形真空區5.三 通6.底流口 7.蝸殼分級旋流器8.溢流口 9. L型排砂管10.水平旋轉套筒11.高壓 水管12.射流水槍13.操控索14.垂直旋轉套筒15.外套管16.旋轉內管17.填料 18.螺栓19.壓蓋
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步說明：
[0023] 見圖1，是本實用新型的結構示意圖，本實用新型海底礦砂扒吸頭包括蝸殼分級旋 流器7、高壓泵和射流水槍12,所述蝸殼分級旋流器7採用倒裝形式，其底流口 6位於上方， 通過三通5分別與原礦漿輸送管1和高壓水管11相連，從高壓泵引出的高壓水管11另外 通過旋轉套筒10與射流水槍12連通。
[0024] 所述高壓水管11與原礦漿輸送管1連接處設高壓水射流噴嘴2和混合擴散管3。
[0025] 所述高壓水管11與射流水槍12連接處的旋轉套筒10包括垂直旋轉套筒和水平 旋轉套筒，見圖3,是旋轉套筒的結構示意圖。旋轉套筒10由外套管15和旋轉內管16組 成，可相對轉動，外套管15和旋轉內管16之間用填料17填充，外套管15與壓蓋19之間用 螺栓18連接。
[0026] 所述射流水槍12設有操控索13,可操控射流水槍12沿垂直方向和水平方向轉動。 (見圖2)
[0027] 所述蝸殼分級旋流器7溢流口 8處設L型排砂管9。
[0028] 本實用新型海底礦砂扒吸頭的工作原理是：由扒吸頭和上部浮筒輸漿，給水管用 軟管連接，整個裝置由作業船吊裝在採區作迂迴拉槽生產操作，射流水槍12通過操控索 13操控，操控索由海面作業船上的卷揚控制，可以平面旋轉，同時也可以在垂直方向旋轉。 高壓水管和水槍進水管連接有垂直旋轉套筒和平面旋轉套筒兩處旋轉連接，可自由轉動， "扒"出沉積層和海水混合成漿體，蝸殼分級旋流器7吸入口在礦槽中移動吸砂，在蝸殼分級 旋流器7內經重力分選，礦砂較泥沙質量大，螺旋上升進入上部底流口 6,並通過高壓水射 流完成輸漿；泥沙質量輕，在旋流器7中心溢流口 8經L型排砂管9排出，填充採空區。
[0029] 高壓水射流是指通過高壓水發生裝置將水加壓至數十個大氣壓以上，再通過具有 細小孔徑的噴射裝置轉換為高速的微細"水射流"。這種"水射流"的速度一般都在一倍 馬赫數以上，具有巨大的打擊能量。本實用新型採用高壓水泵作為發生裝置，同時實現扒砂 和輸漿功能，從高壓泵泵出的高壓水流沿高壓水管11下行，其中一路通過旋轉套筒10接入 射流水槍12射流，由於高壓水射流對礦體結構的破壞，溝槽擴深擴寬，礦幫安息遭遇破壞， 跨幫、坍塌形成泥漿流。高壓水流另一路通過管路接到原礦漿輸送管1下方，高壓水射流射 出的密實水柱在三通5喉管處封喉，託起漿柱，在此空間壓力解除，造成倒裝的蝸殼分級旋 流器7底流口 6處無壓而蝸殼入口處壓力為海底深度水柱，形成環形真空區，所以其入口處 具有吸漿能力，並蝸殼內產生渦流。重質礦砂在離心力作用下螺旋上升進入錐體部分，輕質 沙泥離心分級停在漩渦中心，由溢流口排出，此過程即為採集、分選的過程。連續射流吸入 的原礦漿被頂託上升進入混合擴散管3,動能變為壓能，經原礦漿輸送管1進入作業船上的 工藝礦漿倉。
[0030] 蝸殼分級旋流器7是一種常見的分離分級設備，其工作原理是離心沉降。當待分 離的原礦混合液以一定壓力從旋流器7周邊切向進入旋流器7內後，在圓柱腔內產生強烈 的三維橢圓型強旋轉剪切湍流運動。由於重質礦砂與輕質砂泥之間存在著粒度差（或密 度差），其受到的離心力、向心浮力、流體曳力等大小不同，混合物中密度大的重質礦砂在旋 流場的作用下同時沿軸向向上運動，沿徑向向外運動，在到達錐體段沿器壁向上運動，到達 上部底流口 6,形成了外旋渦流場；密度小的輕質砂泥向中心軸線方向運動，並在軸線中心 形成一向下運動的內渦旋，然後由溢流口 8處的L型排砂管9排出，這樣就達到了原礦分選 的目的。
[0031] 蝸殼分級旋流器7溢流口 8處設L型排砂管9,使分選後的泥砂經自然沉降回填採 空區礦坑和塌陷區，有資源開發的同時充分保護生態環境，維護海底生態平衡。
【權利要求】
1. 海底礦砂扒吸頭，其特徵在於，包括蝸殼分級旋流器、高壓射流泵和射流水槍，所述 蝸殼分級旋流器採用倒裝形式，其底流口位於上方，通過三通分別與原礦漿輸送管和高壓 水管相連，從高壓泵引出的高壓水管另外通過旋轉套筒與射流水槍連通。
2. 根據權利要求1所述的海底礦砂扒吸頭，其特徵在於，所述高壓水管與原礦漿輸送 管連接處設高壓水射流噴嘴和混合擴散管。
3. 根據權利要求1所述的海底礦砂扒吸頭，其特徵在於，所述高壓水管與射流水槍連 接處的旋轉套筒包括垂直旋轉套筒和水平旋轉套筒，旋轉套筒由外套管和旋轉內管組成， 可相對轉動，外套管和旋轉內管之間用填料填充，外套管與壓蓋之間用螺栓連接。
4. 根據權利要求1所述的海底礦砂扒吸頭，其特徵在於，所述射流水槍設有操控索，可 操控射流水槍沿垂直方向和水平方向轉動。
5. 根據權利要求1所述的海底礦砂扒吸頭，其特徵在於，所述蝸殼分級旋流器溢流口 處設L型排砂管。
【文檔編號】E21C50/00GK203891885SQ201420250324
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年5月15日 優先權日:2014年5月15日
【發明者】孫巍, 孫旭, 王兆安, 王靖文, 王平, 金輝, 田科, 李若謙, 李迎春, 趙津驛, 張放 申請人:中國冶金礦業鞍山冶金設計研究院有限責任公司