深海采矿集矿机的设计

集矿机是用于水深５０００ｍ左右，环境条件复杂恶劣的海底集其表层多金属结核矿石的设备。文章以深海采矿最新研究成果为依据，结合科学技术进步可能实现的目标，对工业开采使用的集矿机设计进行了探讨。     

深海集矿机测控系统的研究开发

采用基于Compact PCI 接口的工业控制计算机组成网络, 利用自行开发测控软件和监控软件, 综合利用DGPS、水声定位技 术等, 实现对深海自行式水力集矿机的智能控制, 成功地进行了130 m 水深的采矿系统综合湖试。试验表明深海集矿机测控系统稳定、可靠, 满足集矿机测控要求, 为采矿系统1 000 m 浅海试验奠定了坚实的基础。     

深海履带式集矿机设计的研究

集矿机是深海流体提升式采矿系统的核心设备。基于太平洋Ｃ－Ｃ区锰结核的赋存条件，介绍集矿机的采集原理、类型及其设计要求，并着重讨论了履带式集矿机在集矿头与行走机构设计方面必须考虑的问题，对我国现阶段的集矿机研制工作具有参考意义。     

海底集矿机的绕障行走控制

用集矿机进行海底采矿时，会遇到障碍物，若利用测障声纳，可得到与障碍物有关的标准信号，从而确定集矿机的转弯路径，实现绕障控制。文章介绍了测障声纳的工作原理，行走控制步骤以及模型集矿机绕障行走试验过程中测得的数据。试验研究表明，测过声纳测障，可使集矿机按规划路径进行绕障行走。     

海底采矿集矿机智能控制系统的研究

海底采矿集矿机需在5000~6000 m的海底沿预设的路线进行采矿作业。由于海底地质环境、海流、输送管道和电缆等诸多因素的影响,其行走路径的控制至关重要。当其方向发生偏移时,采用常规的方向控制,即使修正方向后,也会产生平移误差。把单纯的方向控制变成了具有人工智能的行走路径控制。控制结构上采用方向、速度、行走路径的三环串级控制,从根本上解决了平移误差问题。     

集矿机预定路径自行走控制的试验研究

以自适应控制为理论基础,针对深海复杂环境提出了一种集矿机预定路径自行走控制算法.在此基础上,建立了相应的试验平台,并对该算法的可行性进行了试验研究.实验结果表明,该算法具有较强的鲁棒性,能够较好地实现集矿机多种预定路径的自行走控制,并完全达到了控制精度要求.     

深海采矿集矿机的研究与开发

介绍了我国深海采矿集矿机的研制背景和研究开发历程,对我国现有深海采矿集矿机的组成与结构特点、关键技术问题及其解决情况进行了总结。对集矿机在我国深海采矿研究中的应用,及其在深海底栖工程装备方面的移植和拓展前景进行了展望。     

深海履带式集矿机设计的研究

集矿机是深海流体提升式采矿系统的核心设备。基于太平洋Ｃ－Ｃ区锰结核的赋存条件，介绍集矿机的采集原理、炎型及其设计要求，并着重了履带要矿机在集矿头与行走机构设计方面必须考虑的问题，对我国现阶段的集矿机研制工作具有参考意义。     

SGZD-1型深海集矿机惯性导航定位系统的研究

集矿机在数千米以下的深海底进行采矿作业时,如何掌握集矿机所在确切位置,实时跟踪集矿机的运行轨迹,并控制集矿机在特定的矿区按照规划的采集路线进行行走和采矿,是集矿机导航定位系统研究亟待解决的问题。由于深海工作环境的特殊性,目前国内外应用的深海导航定位大多采用应答式的基线水声系统,但在深海应用中暴露出精度不够、干扰严重、滞后严重等问题,无法满足集矿机定位要求。SGZD-1型深海集矿机惯性导航定位系统以萨格奈克效应作为理论基础,利用激光陀螺捷联惯性测量技术,首次将该项新技术成功应用于深海水下移动设备,有效地解决了水声定位存在的问题,使深海水下移动设备的导航定位有了突破性进展,最大误差降至1 m以内,满足了集矿机水下定位要求,并使我国在这一研究领域迈进世界先进行列。     

深海采矿车控制技术研究

深海采矿对人类具有重要的意义,目前尚处于原理性研究阶段,面临着很多技术难题和科学问题。由于试验的困难、技术瓶颈的存在,我们迫切需要对深海采矿技术进行广泛全面的探讨,有利于对必需技术进行提前储备。文中对深海采矿国内外研究现状进行了综述,对深海未知极限环境下采矿车建模与仿真、深海强作业条件下采矿车导航、采矿车下放姿态控制、稀软底强扰动采矿车高精度轨迹跟踪、集矿头位姿跟随控制、集矿系统故障诊断与容错技术等关键技术进行了探讨,指出了它们的困难所在与研究方向。     

基于有限元的采煤机行星架优化分析

利用ANSYS软件分别对采煤机行星架2个侧板厚度的相对变化不同时进行了模拟,得出并分析了不同行星架模型的应力和变形云图,为行星架结构的合理设计及性能优化提供了理论依据。     

基于CFD的流动调整器优化设计

针对瓦斯抽采监控系统中气体流量计上游管道内气体流速分布不均匀问题,提出一种多组去心叶片交错分布流动调整器优化结构。以叶片组数和相邻两叶片组的交错角度为优化参数,建立4种调整器结构优化模型。利用CFD数值模拟技术分析不同雷诺数时各调整器下游的流场特性,对比调整器下游6个位置处流体的径向速度与充分发育流体的相差程度。结果表明,4组叶片交错布置11.25°时调整器整流效果相对较好,可将调整器下游所需直管长度缩短50%,为瓦斯流量测量减小空间成本、提高测量准确性提供理论参考。     

深海集矿作业车行走控制系统的研究

针对深海稀软底质上采集多金属结核的集矿作业车行走控制问题,采用了上位机-下位机控制模式。采用NI控制器、采集板卡和实时操作系统,基于LabVIEW进行控制系统的软件开发,综合利用惯导、多普勒计程仪(DVL)以及声学定位技术等进行作业车姿态测量和轨迹跟踪,采用分层控制策略实现对集矿作业车水下行走的智能控制。通过实验室水池实验,检验了集矿作业车控制系统的运行性能,为后续海上试验奠定了基础。     

深海采矿系统浮力配置对集矿车受力状态的影响

基于1 000 m深海采矿试验系统设计参数, 分析了不同工况条件下软管的受力状态和空间形态的特征规律, 研究集矿车接地比压和水平拖曳力的变化规律, 并模拟软管浮力配置的选取, 结果表明:当浮力配置大小及位置固定时, 随着软管内流颗粒体积浓度增高, 集矿车受到的水平拖曳力减小且接地比压增大; 集矿车与中间仓之间水平距离增大时, 软管对集矿车水平方向上的分力增大, 集矿车受到的水平拖曳力增大, 反之减小。通过研究软管形态和集矿车受力状态的变化规律及内在机理, 可为深海采矿系统软管输送参数的优化提供依据。     

深海采矿系统软管段输送阻力损失研究

基于深海采矿软管输送模拟试验系统, 分析了不同混合物流速、不同颗粒粒径、不同颗粒体积浓度、不同软管形态条件下软管阻力损失变化特征, 为深海采矿系统软管设计提供参考。结果表明, 水力坡度随物料体积浓度增大而增大, 随粗颗粒粒径增加而呈下降趋势, 随软管弯曲度增大而增加。复杂形态软管中粗颗粒输送水力坡度变化与水平管道、垂直管道和倾斜管道具有一定的相似性, 对比分析了倾斜直管和软管的水力坡度, 拟合了复杂形态软管输送的水力坡度计算公式, 误差范围控制在1.6%以内。     

深海扬矿硬管系统设备可行性分析

较全面地介绍了国外深海采矿扬矿硬管系统设备的结构和主要技术参数, 对国内潜水电泵、石油套管生产厂家和研究部门进行了调研和分析。根据我国深海采矿扬矿硬管系统工艺要求, 讨论了泵的工作参数和管接头的结构。提出的潜水电泵的设计参数和管接头设计的技术要求, 已应用于海上中试扬矿硬管系统设备的设计和研制之中。     

深海粗颗粒矿石垂直管道水力提升技术

全面论述了近30年来国内外深海采矿垂直管道水力提升技术的发展和研究现状, 对十几个国家深海采矿垂直管道水力提升系统进行了描述和分析, 重点介绍了我国深海采矿垂直管道水力提升技术的研究成果。从管道输送安全角度考虑, 论述了垂直管道堵塞的关键问题和解决措施, 可为我国深海多金属结核、富钴结壳和热液硫化物等金属矿产资源垂直管道水力提升技术的研究提供参考。     

连续采煤机双巷掘进工艺及参数优化研究

为了合理确定使用连续采煤机的掘进工作面最大控顶距,运用UDEC4.0数值模拟软件对乌兰木伦煤矿61401和61402运输巷掘进过程中的顶板活动规律进行了模拟研究,提出将工作面最大控顶距由12.5 m提高到13.5 m,循环进尺由11 m提高到12 m。据61401和61402运输巷掘进实践,介绍了连续采煤机应用于煤巷掘进的连续采煤机—梭车工艺系统、设备配套、落煤、装煤、运煤、清理浮煤和锚杆锚索支护的循环工艺过程。结果表明,乌兰木伦煤矿使用连续采煤机进行煤巷掘进,单进可达到2 000 m以上。