富钴结壳截割粒度分布分形规律的研究

应用分形理论研究螺旋切削采集法截割富钴结壳粒度分布规律，结果表明，其粒度分布具有很好的分形结构，可以用分形维数定量描述。通过大量试验，初步测定截割破碎富钴结壳及其模拟料粒度分布的分形维数在2．4236～2．6112之间，提出了切削深度与粒度分布关系的回归模型，用于预测截割破碎富钴结壳的情况，对于深海采矿系统的设计具有重要意义。     

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。     

深海钴结壳采掘机器人滚筒式采集头优化设计

根据国内外钴结壳开发研究的经验,论证了滚筒式采集头在深海钴结壳开采过 程中的可行性和经济性,讨论了采集头能耗特性的意义,建立了其能耗特性的数学 模型,并按照能耗最小为目标进行了钴结壳采集机器人采集头优化设计。     

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。     

基于遗传算法的螺旋滚筒最小能耗设计

深海钻结壳开采的关键是如何设计出采集覆盖于复杂基岩上的钻结壳的采矿头,这是钻结壳采集技术研究的重点,也是钴结壳采矿系统的关键装置。在几千米深的海底进行采矿作业,能量的供应是突出的难题之一。设汁出来的切削头必需具有能耗低的特点。钴结壳采掘机器人在一段时间内的功耗正比于工作速度。因此,研究采掘机器人采矿头采集钴结壳消耗的功率和采集头与其工作速度之间的相互关系,具有十分重要的理论和实际意义。     

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。     

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。     

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。     

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     

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。     

海底钴结壳开采的畅想

在海底有许多"壳状"沉积广布于水下海山上,成分主要为富钴结壳,是我们日常新能源电池、航空工业等生产不可或缺的重要元素,我国钴资源十分稀缺,其中大量需从国外进口,但其却在太平洋、印度洋、大西洋的海底均有大量分布。目前我国许多科学家都在对如何开采海底的富钴结壳进行研究,但所有的进展都还仅仅停留于实验阶段。因此对于海底富钴结壳开采需要我们大胆的畅想设计,只有这样才能勇于突破现有的瓶颈,最终实现海底富钴结壳的开采。     

大洋富钴结壳调查进展及开采技术

大洋富钴结壳富含陆地上相对缺乏的战略金属钴等元素,而世界各国尤其是发达国家对钴的需求量日益增加,因此许多国家将目光转向深海富钴结壳的开发。介绍了德国、美国、日本、韩国以及中国等国的调查开发情况,并分析和探讨了富钴结壳切削破碎方法和技术。     

板状富钴结壳浮选优化试验研究

在"十五"期间所开发板状富钴结壳浮选流程的基础上,进行了药剂制度的优化,优化后的工艺可以获得较高的浮选指标,该工艺流程为下一步富钴结壳的工业化生产提供了技术保障。优化后的选矿指标为:富钴结壳精矿含钴、锰分别为0.51%、17.82%,钴、锰的回收率分别为96.07%、96.65%。     

振动切削钴结壳破碎减阻机理分析

将螺旋滚筒式振动切削应用于深海钴结壳的开采, 对振动切削钴结壳的过程进行了分析, 从理论上研究了振动切削钴结壳的减阻机理, 认为振动所产生的应力脉冲是引起裂纹高速扩展的原因, 只有当振动频率在一定的范围之内时才能引起裂纹的高速扩展、分叉, 最后导致破碎。同时分析了施加振动后对切削阻力的影响。通过实验证实, 引入振动脉冲, 滚筒截齿切削力确有较大幅度的降低, 载荷波动也有所减缓, 并使钴结壳粒度更集中控制在某一范围内。     

大倾角煤层采动裂隙演化规律

通过离散元UDEC数值模拟计算,分析了大倾角煤层开采过程中,扰动岩体裂隙的演化规律,同时采用相似材料模拟实验结果验证了数值计算结果的可靠性。大倾角煤层采动岩体裂隙发展初期以平行于工作面倾向的离层裂隙为主,后期离层裂隙的高度基本恒定,竖向裂隙扩展加速,直至延伸到地表,形成错断式裂缝和塌陷坑。在此基础上,建立了大倾角煤层采动裂隙分形维数D和采深的关系式,以及逾渗概率p和采深的关系式,实现了定量描述裂隙的演化规律。通过拟合分形维数D和逾渗概率p的关系式,可求得分形维数的峰值,进而可求得对应的采深,此采深即为破碎覆岩压密沿倾斜方向重新形成稳定结构所需的采深。计算结果可用于预先估算大倾角煤层开采埋深范围内是否可形成基本顶稳定结构,进而可采取不同的措施指导工作面的安全开采以及巷道的合理支护。     

级配饱和破碎岩石压缩变形与分形特性试验研究

综合利用MTS816.03试验系统与自制的破碎岩石压缩装置进行了不同岩性饱和破碎岩石的压缩试验,分析了岩性、轴向应力、粒径配比和加载速率4种影响因素下试样的压缩变形与分形特性。得出以下结论:1)矸石、泥岩和砂岩试样的压缩过程相似且可分为2个阶段,即为0~4MPa的快速变形阶段和4 MPa后的缓慢变形阶段;而灰岩试样的压缩过程变形速率均匀。2)在相同粒径配比条件下,随着轴向应力的增大,砂岩分形维数单调增大,岩石颗粒破碎程度加剧。轴向应力与分形维数之间关系可用指数函数拟合。3)在试样压缩过程中,Talbol幂指数越大,试样轴向位移越大;加载速率越大,试样轴向位移越小。4)在12 MPa轴向应力下,Talbol幂指数越大,试样压缩后的分形维数增量越大,被压碎的岩石颗粒越多;加载速率越大,试样分形维数越大,破碎程度越低。     

世界海洋结核结壳稀土成因初探

大洋海底蕴藏着丰富的稀土矿产资源,包括深海富稀土软泥和多金属锰结核和富钴结壳。本文则关注了多金属锰结核和富钴结壳中的稀土元素的富集机制。作者首先统计了全世界范围内各重要海域的结核与结壳的稀土元素和钇(REY)的含量,发现重稀土和钇(HEY)在结核结壳中的比重普遍大于15%,而结核与结壳的稀土含量则普遍高于深海洋泥,其中结壳的稀土含量普遍高于结核。针对这类重要的稀土矿藏,作者以库克群岛为例,初步研究了稀土富集机制。分析认为,稀土元素与铁和磷酸盐的含量具有强相关性,且铁锰结核或结壳中的稀土很可能是主要通过胶状羟基氧化铁吸附而缓慢富集起来的。