自航耙吸式近海矿砂开采船

技术领域

本发明属于一种矿砂开采工程船设备技术领域，尤其涉及一种自航耙吸式近海矿砂开采船。

背景技术

随着我国国民经济飞速发展，对矿产资源需求量急剧增加，滨海砂矿已然成为一种重要的矿产资源类型而被开发利用；我国滨海砂矿种类较多，砂矿资源丰富，开发利用潜力巨大。水面以下砂矿床的开采，目前主要以采掘海底表层沉积矿产为主，国内矿砂开采船存在如下现状：

(1)海底表层矿砂开采尚未形成较大规模，开采水深较浅，针对水深较深的近海金属砂矿的开采国内尚无相适应的开采工程船舶。

(2)目前我国矿砂开采方式相对较为粗放，所使用的采砂船仅是在船上配备简单的柴油驱动挖掘机，且多为非自航式船舶，海底矿砂开采装备机械化、自动化程度较低，开采效率低下。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足提供一种自航耙吸式近海矿砂开采船，配置有先进的砂矿开采作业系统，采用全电力驱动型式，适用于我国近海海域的水域特点和砂矿分布特点。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种自航耙吸式近海矿砂开采船，所述矿砂开采船上装有近海砂矿开采作业系统，包括：单耙管、水下吸砂泵、矿砂筛选箱、装舱装置、矿砂舱、脱水系统、干式卸载系；通过单耙管开采矿砂，并由水下吸砂泵将砂矿吸入，经矿砂筛选箱粗选后再通过装舱装置装入矿砂舱，矿砂沉淀后用冲洗淡水对矿砂进行冲洗，再通过矿砂舱底部的脱水系统进行脱水，船舶行驶至指定的卸矿地点后，通过由抓斗机、带式输送机组成的干式卸载系统将矿砂输送至矿场；所述矿砂开采船采用全电力驱动系统，在不同环境条件、不同作业工况范围中，能够灵活地进行动力装置功率分配。

进一步，所述矿砂开采船主甲板以上艉部到艏部依次为艉部系泊区、艉楼及艉甲板室、矿砂装卸作业区、艏部作业及系泊区，主甲板以下艉部到艏部依次为舵机舱、推进电机舱、机舱、矿砂舱、矿砂舱两侧浮力舱、泵舱、备件舱、电机舱、电气设备间、艏尖舱。

进一步，所述单耙管长65～75米，以满足近海矿砂开采水深的作业需求。

进一步，所述矿砂筛选箱位于艏楼甲板以上的艏部作业及系泊区，由耙管采掘耙吸上来的矿砂浆通过筛选箱内的筛网，筛除沙砾或者砾石的大颗粒物。

进一步，所述装舱装置包括装舱管、支撑桁架结构、中部支撑脚架、尾部支撑脚架；所述尾部支撑脚架底部设有行走轮，该行走轮和中部支撑脚架底端均位于矿砂舱上方甲板两侧的行走轨道上；所述装舱装置中部设有折叠伸缩机构，该折叠伸缩机构的前后部分装舱管通过可曲挠橡胶柔性接头连接。

进一步，所述矿砂舱内的矿砂沉淀后，矿砂上方的清水由位于矿砂舱舱壁上的溢流口流出至船体外；所述溢流口固设于矿砂舱四周舱壁上，其中2个溢流口设在左侧舱壁、2个溢流口设在右侧舱壁，矿砂舱后端舱壁设有1个溢流口，前端舱壁设有1个溢流口。

进一步，所述矿砂舱两侧浮力舱中设有冲洗水舱，通过水泵抽取冲洗水舱内的淡水冲洗矿砂，从而稀释矿砂中海水盐分。

进一步，所述脱水系统位于矿砂舱底部，在矿砂舱底部沿着纵向有若干个通道，每个通道内有2～3个脱水管，通道上方覆盖多孔板，矿砂经冲洗后含盐水分在重力作用下经多孔板下渗至通道内，再由通道内脱水管将脱去的含盐水分导出至矿砂舱前后方船底部的收集舱，最后通过水泵排出船外。

进一步，所述抓斗机位于矿砂舱上方的行走轨道上，通过抓斗抓取脱水后的矿砂进行卸货处理，抓斗的开合采用液压油缸驱动；所述抓斗机对矿砂舱进行卸货前，先通过液压油缸驱动装舱装置上的折叠伸缩机构对装舱装置进行对半折叠，经折叠后装舱装置整体置立于矿砂舱前部，从而腾出整个矿砂舱区域的空间，便于抓斗机沿着纵向行走轨道对矿砂舱进行卸货作业；所述抓斗机的尾部设置有折臂式吊机，可跟随抓斗机沿着纵向行走轨道上行走。

进一步，所述抓斗机抓取矿砂后卸放到抓斗机自带的带式输送机上出舱，该带式输送机与舷侧带式输送机衔接，在矿料舱前端接驳一段短的横向带式输送机，接着再接驳一段短的纵向带式输送机，随后输送至可360度旋转的带式输送机，最后将矿砂运送至岸上矿砂堆场。

进一步，所述全电力驱动系统的主电站为3～4台主柴油发电机组，每台发电机组由柴油机通过高弹联轴节直接驱动，主发电机组可以以任意方式组合长期并联运行，组成完整的电力系统，为全船所有负载提供电力，大功率的主推进导管桨、水下泥泵、抓斗机、带式输送机和高压冲水泵均采用变频电机驱动。

本发明的有益效果是：

(1)开发了一型适应近海水深金属砂矿开采的耙吸式工程船舶，通过对近海砂矿开采作业流程的分析和对采矿、粗选、装载、冲洗、脱水、卸载等作业系统的综合考虑，提供了砂矿开采主要作业系统的配置方案，并给出目标船型的总体布置方案。

(2)采用全电力驱动型式，在针对各种作业环境条件和复杂工况时，均能灵活地进行动力装置功率分配，使发电机组达到合适的功率负荷状态，并有适宜的功率储备，燃油消耗低，环保节能，体现了可持续发展的理念。

附图说明

图1为本发明的自航耙吸式近海矿砂开采船的总布置主视图；

图2为本发明的自航耙吸式近海矿砂开采船矿砂舱上方的装舱及卸载系统俯视图；

图3为本发明的自航耙吸式近海矿砂开采船矿砂舱上方的装舱装置示意图；

图4为本发明的自航耙吸式近海矿砂开采船的矿砂舱溢流口布置示意图；

图5为本发明的自航耙吸式近海矿砂开采船的矿砂舱及上方抓斗机布置横剖面示意图；

图6为本发明的自航耙吸式近海矿砂开采船的矿砂舱底部脱水管系布置示意图；

图7为本发明的自航耙吸式近海矿砂开采船的机舱/电机舱布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

图1为本发明的自航耙吸式近海矿砂开采船具体实施例的总布置主视图，主甲板以上艉部到艏部依次为艉部系泊区1、艉楼及艉甲板室2、矿砂装卸作业区3、艏部作业及系泊区4，主甲板以下艉部到艏部依次为舵机舱5、推进电机舱6、机舱7、矿砂舱8、矿砂舱两侧浮力舱9、泵舱10、备件舱11、电机舱12、电气设备间13、艏尖舱14。

本发明的自航耙吸式近海矿砂开采船主甲板右舷侧设三支点耙管31，耙管长65～75米，以满足近海矿砂开采水深需求，水下吸砂泵32位于耙管31上。在进行矿砂采掘作业时，先通过吊放装置将耙管31下放至水中，随后通过耙头33、水下吸砂泵32可进行单耙采掘作业，如图1所示。

本发明的自航耙吸式近海矿砂开采船艏楼甲板以上的艏部作业及系泊区4右舷设置了矿砂筛选箱41，由耙管采掘耙吸上来的矿砂浆通过筛选箱41内的筛网，筛除沙砾或者砾石等大颗粒物，从而减少到达矿砂舱的大颗粒杂质。如图1和图2所示。

矿砂浆经筛选箱进行粗选后，通过位于船中部的装舱装置34进入矿砂舱8。装舱装置主要包括装舱管341、支撑桁架结构342、中部支撑脚架343、尾部支撑脚架344等构件，其中尾部支撑脚架底部设有行走轮345，装舱装置中部设有折叠伸缩机构346，该折叠伸缩机构的前后部分装舱管以可曲挠橡胶柔性接头连接。尾部支撑脚架的行走轮345和中部支撑脚架343底端均位于矿砂舱上方甲板两侧的行走轨道347上。如图2和图3所示。

装舱装置34将矿浆输送到矿砂舱8，矿砂在矿砂舱内沉淀后，矿砂上方的清水由位于矿砂舱舱壁上的溢流口流出至船体外，以提升矿浆的浓度。矿砂舱四周舱壁设有6个固定的溢流口，2个溢流口81设在左侧舱壁、2个溢流口82设在右侧舱壁，矿砂舱后端舱壁设有1个溢流口83，前端舱壁设有1个溢流口84。每个溢流口由1个矩形箱和1个伸向船底部的管子组成，矩形箱带有液压油缸操作的阀板。如图4所示。

未经冲洗处理的矿砂含有大量海水盐分，会影响矿砂在工程使用中的品质。矿砂舱8的两侧浮力舱9设有冲洗水舱91，通过水泵抽取冲洗水舱内的淡水冲洗矿砂，从而稀释矿砂中海水盐分。冲洗后矿砂的进一步脱水由矿砂舱8底部的脱水管系完成。在矿砂舱底部沿着纵向有若干个通道，每个通道内有2～3个脱水管85。通道上方覆盖多孔板86，矿砂经冲洗后含盐水分在重力作用下经多孔板86下渗至通道内，再由通道内脱水管85将脱去的含盐水分导出至矿砂舱前后方船底部的收集舱，最后通过水泵排出船外。如图5和图6所示。

抓斗机35位于矿砂舱上方的行走轨道347上，通过抓斗351抓取脱水后的矿砂进行卸货处理，如图1和图5所示，抓斗的开合采用液压油缸驱动。在抓斗机进行矿砂舱卸货前，先通过液压油缸驱动折叠伸缩机构346对装舱装置34进行对半折叠，经折叠后装舱装置整体置立于矿砂舱前部，从而腾出整个矿砂舱区域的空间提供给后方的抓斗机35，便于抓斗机35沿着纵向行走轨道347对矿砂舱进行卸货作业。

在抓斗机35的尾部设置有折臂式吊机352，主要用于吊装物品和设备检修等。折臂式吊机352的筒体固定在抓斗机尾部右侧，可跟随抓斗机沿着纵向行走轨道347上行走，如图2和图5所示。

矿砂舱内的矿砂由抓斗机35抓取后卸放到抓斗机自带的带式输送机353上出舱，该带式输送机353与舷侧带式输送机36衔接，在矿料舱前端接驳一段短的横向带式输送机37，接着再接驳一段短的纵向带式输送机38，随后输送至可360度旋转的带式输送机39，最后将矿砂运送至岸上矿砂堆场。如图2所示。

本发明自航耙吸式近海矿砂开采船采用全电驱动型式，全电力驱动系统的主电站由机舱7内3～4台主柴油发电机组71构成，主发电机组可以任意组合，长期并联运行组成完整的电力系统，为全船所有负载提供电力，并满足全船设备的用电需要。推进电机舱6设有主推进装置的变频推进电机61，经高弹联轴节、低噪音推进齿轮箱和推进轴系驱动两套主推进导管桨62，如图7所示。主推进导管桨62、水下泥泵32、抓斗机35、带式输送机36～39和高压冲水泵等大功率设备均采用变频电机驱动，调速范围宽，在针对各种作业环境条件和复杂工况时，均能灵活地进行动力装置功率分配，使发电机组达到合适的功率负荷状态，并有适宜的功率储备，燃油消耗低，环保节能。

综上所述，本发明的一种自航耙吸式近海矿砂开采船，由耙管上的耙头进行采掘施工，通过耙管及水下吸砂泵将砂矿吸入，经筛选箱粗选后通过装舱管系装入矿砂舱，矿砂沉淀后用冲洗淡水对矿砂进行冲洗，再通过矿砂舱底部的脱水系统进行脱水，船舶行驶至指定的卸矿地点后，通过抓斗机、带式输送机等干式卸载系统将矿砂输送至矿场；采用全电力驱动系统，在不同环境条件、不同作业工况范围中，能够灵活地进行动力装置功率分配，燃油消耗较低，节能环保。本发明有效克服了现有技术中的种种不足或缺陷，具有良好的市场推广前景和产业利用价值。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。