[0001] 本发明涉及一种深海采矿装置，具体涉及一种深海采矿采集头装置，属于深海采矿技术领域。

[0002] 随着全球资源的不断开采，陆地矿产资源逐渐减少，深海矿产资源的开发逐渐成为矿产资源开发的新领域。深海矿产资源丰富，但采集难度大，需要借助专业的设备和技术。传统的深海采矿设备在采集效率和环境适应性方面存在一定的局限性，因此，研发新型、高效的深海采矿设备成为行业迫切的需求。

[0003] 在众多深海采矿技术中，水力集矿技术因其高效、环保、适应性强的特点而备受关注。水力集矿技术利用高压水流冲刷海底矿物，通过水力作用将矿物颗粒悬浮并输送到收集装置中。该技术具有对海底环境扰动小、采集效率高、适应性强等优点，是深海采矿领域的重要发展方向。

[0004] 然而，传统的水力集矿装置在深海环境下存在诸多不足。首先，由于深海水压巨大，水流在通过管道时会产生较大的阻力，导致流量和流速下降，影响矿石的抽吸能力。其次，深海海底地形复杂，水流在流经不同区域时会产生不同的流动特性，难以保证集矿区域的均匀性和稳定性。此外，传统装置的结构复杂，体积庞大，难以满足深海作业的空间紧凑性要求。

[0005] 鉴于深海采矿技术的挑战和现有技术的局限性，开发一种能够显著提升对于矿石的抽吸能力、适应高水压低流速的深海环境、结构紧凑且操作简便的深海采矿采集头装置显得尤为重要。

[0031] 下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

[0032] 在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。下述实施例中的部件或设备如无特别说明，均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

[0033] 以下结合附图对本发明的实施例做出详细说明，在下面的详细说明中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明的实施例的全面理解。然而，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被本领域技术人员所实施。

[0034] 本发明的实施例公开了一种深海采矿采集头装置，如图1‑3所示，该深海采矿采集头装置包括采集罩1、第一内衬件2、第二内衬件3、第一射流喷嘴4和第二射流喷嘴5。

[0035] 采集罩1底部设有采集口101，采集罩1顶部设有截面积小于采集口101的抽吸口102，采集罩1前部具有弧顶朝向于采集口101的第一弧面103，采集罩1后部具有弧顶朝向于采集罩1前部的第二弧面104。

[0036] 第一内衬件2设于邻近第一弧面103的采集罩1内部且与采集罩1内壁之间具有间隙，第一内衬件2的截面弧线的弧顶朝向于采集口101，第一内衬件2的截面弧线曲率大于第一弧面103的截面弧线曲率。

[0037] 第二内衬件3设于邻近第二弧面104的采集罩1内部且与采集罩1内壁之间具有间隙，第二内衬件3的截面弧线的弧顶朝向于采集罩1前部，第二内衬件3的截面弧线曲率小于第二弧面104的截面弧线曲率。

[0038] 第一射流喷嘴4设于采集罩1前部，第一射流喷嘴4自采集罩1前部朝向于采集口101；第二射流喷嘴5设于采集罩1后部，第二射流喷嘴5自采集罩1后部朝向于采集口101，且第二射流喷嘴5的喷口邻近于第二内衬件3底端。

[0039] 具体的，如图4所示，深海采矿采集头装置的中部区域流量Q′为第一内衬件2与采集罩1内壁之间的间隙的流体流量q1、第二内衬件3与采集罩1内壁之间的间隙的流体流量q2、以及抽吸口102部位流量Q的总和，即：Q′＝Q+q1+q2。

[0040] 其中，Q＝Q0‑ξQ0，Q0为采集罩1前部内壁与采集罩1后部内壁之间的理论抽吸流量，ξ为流量减小系数， h1为第一内衬件2与采集罩1内壁之间的平均间隙，w1为第一内衬件2与采集罩1内壁之间的平均流量，h2为第二内衬件3与采集罩1内壁之间的平均间隙，w2为第二内衬件3与采集罩1内壁之间的平均流量，H为采集罩1前部内壁与采集罩1后部内壁之间的平均最小间距，w为采集罩1前部内壁与采集罩1后部内壁之间的理论平均流量，C为常数系数。

[0041] q1＝Q(λ1L1+λ2L2)，L1为第一内衬件2底端与采集罩1内壁之间的间隙，λ1为该处间隙位置的阻力系数，L2为第一内衬件2顶端与采集罩1内壁之间的间隙，λ2为该处间隙位置的阻力系数。

[0042] q2＝Q(λ3L3+λ4K4)，K3为第二内衬件3底端与采集罩1内壁之间的间隙，λ3为该处间隙位置的阻力系数，L4为第二内衬件3顶端与采集罩1内壁之间的间隙，λ4为该处间隙位置的阻力系数。

[0043] 具体的，第一内衬件2底端与采集罩1内壁之间的间隙L1，以及第一内衬件2顶端与采集罩1内壁之间的间隙L2，满足以下关系式：15mm>L1>L2>5mm。第二内衬件3底端与采集罩1内壁之间的间隙L3，以及第二内衬件3顶端与采集罩1内壁之间的间隙L4，满足以下关系式：10mm>L3>L4>2mm。第一内衬件2与采集罩1内壁之间的平均间隙h1，以及第二内衬件3与采集罩1内壁之间的平均间隙h2，满足以下关系式：0.3H>h1>h2>2mm，其中H为采集罩1前部内壁与采集罩1后部内壁之间的平均最小间距。

[0044] 由于第一内衬件2和第二内衬件3的布置，在一定程度上改变了整体的抽吸流量，第一内衬件2和第二内衬件3的轴面堵塞使得总体流量减少5％～10％，但是其对于流量的正向增益是使总体流量增加10％～40％，最终使总体流量增加5％～35％。

[0045] 现有技术中，水力集矿装置的采集罩内结构轮廓如图5所示，由于深海水压巨大，水流在通过管道时会产生较大的阻力，导致流量和流速下降，并且，水力集矿装置需要水射流冲刷海底冲起矿石，抽吸流量和流速的下降，叠加射流喷嘴的射流对抽吸流体的影响，采集罩1内部流道的多个部位容易产生涡流，如图5中所示的a、b、c、d部位。

[0046] 本实施例的深海采矿采集头装置，通过在采集罩1内部设置第一内衬件2和第二内衬件3，大幅降低射流喷嘴的射流与抽吸流体混合作用产生的涡流的产生几率，提高采集罩1内部的局部流量，显著提升对于矿石的抽吸能力。该深海采矿采集头装置不仅解决了深海采矿过程中流量和流速不足的问题，还兼顾了深海作业的空间紧凑性要求。

[0047] 具体的，该深海采矿采集头装置还包括四个驱动件8。其中，如图6所示，两个驱动件8设于采集罩1前部且这两个驱动件8的输出端连接第一内衬件2的底端。另一个驱动件8设于采集罩1前部且该驱动件8的输出端连接第一内衬件2的顶端。如图7所示，又一个驱动件8设于采集罩1后部且该驱动件8的输出端连接第二内衬件3的顶端。驱动件8为电驱或液压驱动的直线推杆，可根据需要调节第一内衬件2、第二内衬件3相对于采集罩1内壁的间隙，从而适应不同深度、不同矿物赋存条件下的采集需求。当然，驱动件8的数量可以根据实际需要进行调整。

[0048] 具体的，第一内衬件2的顶端与驱动件8的输出端相接的部位设有调节槽201，调节槽201沿第一内衬件2的长度方向延伸。在对第一内衬件2进行调节时，由于调节槽201的设置，可使第一内衬件2更好的匹配驱动件8的连接部位。

[0049] 具体的，该深海采矿采集头装置还包括设于采集罩1内壁与第一内衬件2之间的支撑件6。支撑件6对第一内衬件2的弧顶部位进行辅助支承，避免流体冲力使第一内衬件2的弧顶部位产生形变。

[0050] 具体的，支撑件6的两端分别与采集罩1内壁和第一内衬件2铰接连接。在对第一内衬件2进行调节时，铰接连接的支撑件6能够更好的适配第一内衬件2的姿态改变。

[0051] 具体的，该深海采矿采集头装置还包括设于采集罩1前部的格栅组件7，如图8所示，格栅组件7包括连接轴701、格栅板703和紧固件。格栅板703顶部与连接轴701固定连接，连接轴701两端通过紧固件连接采集罩1。紧固件为紧固螺母702连接轴701的两端通过紧固螺母702固定在采集罩1前部开设的侧孔处。采集罩1前部内壁还设有与其固定连接的限位块105，格栅板703在旋转至限位块105时被限位块105阻挡实现锁死状态，确保格栅组件7相对于采集罩1的稳定。

[0052] 将本实施例的深海采矿采集头装置与如图5所示的现有技术结构的采集头装置进行管路特性对比，管路特性曲线及泵特性曲线如图9所示，可以看出，本实施例的深海采矿采集头装置具有更高的抽吸流量。

[0053] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。