富钴结壳微地形建模及分析

简述了海底富钴结壳的分布特征,把富钴结壳微地形简化为一系列圆锥表面,从数学的角度及采矿车采矿头的角度对富钴结壳的微地形进行了分析。认为以采矿头开采富钴结壳,其实就是再现富钴结壳层的下表面或基岩表面,因此可将其看作是数学上的曲面拟合问题。其次,从采矿头的角度提出了“伪突起”的概念,且找出了“伪突起”的大小与结壳厚度及要求的矿石贫化率之间的关系。本文的微地形建模及其分析对海底采矿车行走机构、采矿头的设计及富钴结壳厚度的检测等有一定的参考价值。     

深海富钴结壳滚筒式采矿头最佳切削位姿问题建模

滚筒式采矿头在起伏不定的微地形上切削富钴结壳，本文就滚筒的切削深度及姿态问题或称滚筒最佳切削位姿问题建立了数字模型，并给出了数学上原则解答与简化解答。此问题的建模对于钴结壳的厚度检测，及微地形起伏的检测等也有重要的指导意义。     

洋底富钴结壳矿床微地形和物理特性

在收集了大量洋底富钴结壳开发资料的基础上，详细介绍了洋底富钴结壳矿区的微地形和矿床赋存特征，介绍了结壳层、基底层以及海洋沉积物的物理特性；这些特性对采矿机的工作原理选择与工作机构设计和具体组织开采作业具有重要意义。     

滚筒式采矿头最佳切削位姿的建模

用滚筒式采矿头在起伏不定的微地形上切削海底富钴结壳时，需按开采要求确定其切削厚度。就滚筒的切削深度及姿态问题或称滚筒最佳切削位姿问题建立了数学模型，并给出了数学上的原型解答与简化解答。此问题的建模对于钴结壳厚度及微地形起伏的检测也具有重要指导意义。     

深海浮游式采矿车性能的影响因素研究

游式采矿车（ROV采矿车）是切削头和集矿头作业的载体,是采矿系统的行走平台,该平台的性能直接关系到切削头和集矿头作业。因此根据钴结壳矿床赋存区矿岩的物理力学特性和微地形地貌特点,研究浮游式采矿车在钴结壳富存地面上的行驶特性,分析牵引性、稳定性。分析其部件受力情况,找出对浮游式采矿车作业性能有重要影响的因素,并进行尺寸预测,对于论证浮游式缆控水下机器人用于钴结壳开采的可行性具有重要的参考价值,对于钻结壳开采具有指导意义。     

适应富钴结壳微地形的采矿头控制系统设计及试验研究

大洋富钴结壳富含战略金属钴等元素,极具开采价值。然而富钴结壳厚度的变化及其赋存的海底微地形的复杂性使得其开采比较困难。为现有的适应富钴结壳微地形的采掘机构合理搭建控制系统,并针对该系统设计有效的控制算法成为目前的关键技术。针对采矿头的特点,对其控制系统的研究与设计,控制系统共由5部分组成:液压系统、微地形检测装置、通讯装置、控制和监测装置及数据存储装置。根据深海实际开采要求采用了广泛用于采掘机械的微控制器和监视器,设计了参数模糊自整定PID控制器。在深水池进行了模拟料切削试验。结果表明,该控制系统各部分协调性好,具有适应微地形的能力。     

适应富钴结壳微地形的采矿头失控故障分析

富钴结壳富含战略金属钴等元素,其表面一般有微地形起伏。介绍了深海集矿机滚筒式采矿头的控制系统原理及相应的控制器。分析了滚筒式采矿头易出现的故障、故障原因,提出了若干切实可行的解决办法,并在实验中加以验证。     

海底采矿车获得国家发明专利

2017年12月,长沙矿山研究院有限责任公司院海洋采矿研究所传来喜讯：“一种海底富钴结壳矿区采矿实验车”荻批国家发明专利。该专利为“十二五”国家大洋重大专项“富钴结壳资源评价”的重点专项“富钴结壳开采可行性及规模取样装置研究”前期研究的阶段成果。     

海底取样对富钴结壳力学性能影响的模型

富钴结壳宏观力学性能参数是富钴结壳采矿车设计的关键参数之一。针对深海取样，建立了海水压力变化对钴结壳作用的数学模型，计算了取样时由于海水深度的变化而引起的作用于钴结壳上的附加压力，并利用SEM和OM研究了结壳微细观形态。结果表明，在取样速度不大时此种附加压力很小，结壳样品中未观察到由于附加力的作用而形成的微观裂纹，取样对富钴结壳力学性能影响不大。     

基于分形理论的富钴结壳微地形可视化实现

海底富钴结壳矿床的开采,需要实时掌握富钴结壳矿区的微地形特性。全文首先通过线形变换,把富钴结壳矿区所测的原始数字高程数据映射到[0,1]区间;然后,根据微地形的分形特性,采用常见的中点位移法对微地形高程数据进行分形插值,并进行三角网格剖分,在VC 环境下,利用OpenGL三雏图形标准,编程绘制出海底微地形图。整个系统编程算法精练高效、界面友好,并通过实验验证,仿真地形形象逼真、真实可靠,为实现深海微地形可视化提供了解决途径。     

应用SolidWorks软件对海底钴结壳微地形仿真

本文运用易学易用的三维设计软件SolidWorks2003对深海富钴结壳的微地形进行仿真,仿真的微地形比成本昂贵的海底照片更具直观性,且我们还可以在仿真微地形上进行操作。如计算钴结壳的体积含量与模拟切削实验等。     

海底采矿车计划今年下海采样:验证深海富钴结壳矿开采技术可行性

正长沙矿山研究院有限责任公司海洋采矿研究所不久前传来喜讯——"一种海底富钴结壳矿区采矿实验车"获得国家发明专利。该专利为"十二五"国家大洋重大专项"富钴结壳资源评价"的重点专项"富钴结壳开采可行性及规模取样装置研究"前期研究的阶段成果。该成果计划今年在西太平洋我国富钴结壳合同区内应用。     

基于航位推算的深海采矿车定位系统研究

针对深海钴结壳矿区地形不平坦, 采矿车作业环境恶劣, 车体打滑严重等复杂情况, 设计了一种基于从动轮测速的航位推算定位方法。用不同时刻、不同斜面复合三维地形的方法, 建立非平坦地形上作业采矿车的航迹推算模型, 采用电子罗盘、角位移传感器等测量采矿车的动态参数, 实现采矿车连续、实时定位。试验结果表明, 该定位系统能适应复杂的工作环境, 具有较高的定位精度。     

我国首次完成深海富钴结壳采掘试验

正2016年6月12日,由长沙矿山研究院研制的海底采矿头,随中国"海洋六号"科考船前往南海开展富钴结壳采掘试验。此次采矿试验历时近3 h,试验水深达959 m。试验表明,研发设计的深海富钴结壳采矿头截割效率高,运行稳定可靠,收集到了一定数量的结壳矿粒样品。这是我国首次开展深海富钴     

基于螺旋截齿切削技术的深海富钴结壳切削参数计算与试验研究

对海底富钴结壳底质特性进行了研究,提出适合于富 钴结壳矿体资源的切削破碎方法,基于灰铸铁切削经验公 式,采用等值换算法,构建了深海富钴结壳切削破碎技术参 数计算模型,获得切削力与功率的经验计算公式;基于富钴 结壳矿床特性,研制了富钴结壳模拟底质和地形,开展了实验室 模拟结壳切削试验。试验结果表明,切削深度为2.5cm 时,试 验获得的单齿切削力为1360N,与理论经验计算值1317N 接 近;另外,试验消耗功率8.55kW 和理论经验计算值8.12kW 也 较为接近,验证了该理论经验公式计算方法的合理性和可行性, 为后续深海富钴结壳资源开采技术研究打下了基础。     

一种新型的深海钴结壳作业车行驶性能仿真研究

钴结壳作业行走车作为深海钴结壳采集系统的工作平台行走在海山上进行作业。本文提出了一种新型的钴结壳作业车结构。基于大型机械系统动力学仿真软件（ADAMS／ATv）,构建了典型海山地形和新型作业行走车的虚拟样机模型,通过四种典型工况的仿真分析,对作业车的行走性能作出了预测。     

富钴结壳抗剪强度试验研究

获取富钴结壳的抗剪强度等参数,对富钴结壳采矿头具有重要意义。运用变角板剪切法,对我国大洋富钴结壳样品进行截割,制作成50 mm×50 mm×50 mm的试样,安装在变角板剪切夹具内,采用位移控制法进行加载,记录在变角为50°、60°、70°时试样破坏下最大载荷。建立了富钴结壳的抗剪强度与法向应力经验公式,获取了内聚力和内摩擦角等参数,分别为0.275 MPa和54.43°。受样品数量限制及实验室测试的局限性,应开展原位抗剪试验,以修正和完善所提出的经验公式。     

某大洋富钴结壳选矿试验研究

富钴结壳是海洋中最具潜在经济价值的矿产类型之一,其加工技术研究一直是深海资源开发技术发展的热点。富钴结壳矿石以铁锰水合氧化物为主,锰、钴、铁主要赋存在结壳矿物的铁锰水合氧化物中,而富钴结壳中的基岩脉石因站位不同而有所不同,致使适宜富钴结壳选矿的方案也有所不同。现根据太平洋某站位富钴结壳矿石的矿物组成特点,对其进行了强磁选、重选-强磁选和浮选三个方案的试验研究,在试验的基础上确定了各方案处理该富钴结壳矿石相应的最佳试验参数。在对三方案试验指标和优缺点对比分析的基础上,提出了采用强磁选处理该站位富钴结壳矿石的选矿回收方案建议。     

洋底富钴结壳的开采方法

在收集了大量洋底富钴结壳开发资料的基础上，详细介绍了日本进行的CLB（连续绳斗）法开采试验。重点介绍了美国富钴结壳矿床开采系统方案，包括采矿机切割头、水力吸矿、行走机构的设计、软管、缓冲仓的功能以及扬矿钢管的振动和应力问题。     

基于螺旋切削法破碎钴结壳分形行为研究

将分形理论应用于滚筒式采矿头截割钴结壳破碎情况的研究, 建立了富钴结壳破碎的分形模型, 推出了分形维数的理论计算公式和利用称重法处理的实际计算公式, 并通过大量实验验证了该模型的正确性。初步测定, 在2 ～4 cm 切削深度内, 破碎钴结壳分布的分形维数为2.5 左右, 由此证明破碎过程中的能耗比较符合邦德的裂缝学说。对破碎情况的研究表明滚筒式采矿头破碎剥离钴结壳的方法是比较理想的。