[0001] 本发明涉及海洋工程和深海采矿装备领域，具体地说是一种深海多金属结核尾水复用式采集系统。

[0002] 在全球矿产资源较为匮乏的背景下，通过开发深海矿产资源来缓解人类社会资源匮乏这一难题已成为全球趋势。深海的矿产资源丰富，主要分为多金属结核、富钴介壳以及多金属硫化物三种，而对各种深海矿产资源的采集，都离不开先进的深海采矿装备，其中深海多金属结核矿产资源的开采开发与常规陆地采矿形式有所不同，其通常需要深海采矿车搭载专用的采集作业工具进行开采，另外面对国际上严苛的海底矿产资源开发政策法规要求，还需要保证深海多金属结核开采作业过程中的绿色环保，同时深海采矿过程中的能耗巨大，为了实现低成本商业化开采，亦需降低采集系统的整体功耗水平。

[0003] 目前国内外常见的深海多金属结核采集系统主要包括机械式采集系统、气力式采集系统以及水力式采集系统，其中相较于前两种系统，水力式采集系统的综合采集效率更高，且连续长期水下作业的故障率更低，但是目前的水力式采集系统普遍存在采集头位置海底沉积物高扰动以及水泵尾水就地排放环境污染等问题。

[0004] 授权公告号为CN112983426B的中国发明专利中公开了一种仿蟹螯式深海采矿集矿头，该装置包括旋转射流扬矿装置、导流通道和输送通道，其中所述旋转射流扬矿装置采用开放式旋转鳌式射流臂实现采集，但该装置工作时部分射流会将沉积物及结核向外推出，这会导致采集效率降低并加重海底沉积物扰动，污染环境。

[0005] 授权公告号为CN117027810B的中国发明专利中公开了一种旋转射流式深海多金属结核集矿装置，该装置包括壳体、滚筒、配流盘、滚齿等结构，但该装置工作时需要利用滚齿从海底稀软底质中划过，再加上滚筒和喷管的双重作用以及没有设置防护措施，这些都会造成采集头位置较大的沉积物扰动扩散，产生环境污染。

[0006] 授权公告号为CN116291462B的中国发明专利中公开了一种基于康达效应的集矿装置及方法，该装置包括射流采集装置、泵吸管道、矿石储存仓等结构，其中射流采集装置采用液态二氧化碳作为射流流体以解决采集效率与海底环境干扰之间的矛盾。但该装置结构相对复杂且能耗较高，其中由于液态二氧化碳的温度需要保持在一定范围内，因此该装置需要在储存罐上设置温度控制组件，还需要在射流喷嘴内部设置加热丝，并且为了防止扰动的羽流大规模外溢并防止热量的外散，上述射流采集装置、泵吸管道、矿石储存仓等结构均需要设置于羽流防溢罩中。

[0024] 下面结合附图对本发明作进一步详述。

[0025] 如图1～5所示，本发明包括集矿头1、缓冲料仓7、抽吸水泵3、输料机6和提升管路5，其中集矿头1包括封闭罩102，并且所述封闭罩102上侧一端设有抽吸口103、另一端设有射流口101，如图2～3所示，所述缓冲料仓7内部通过过滤板702分隔成缓存腔706和出水腔
701，其中所述缓存腔706设有结核入口703和结核出口705，所述出水腔701设有尾水出口
704，所述抽吸口103通过抽吸管路8与所述结核入口703连接，所述尾水出口704通过尾水管路9与所述抽吸水泵3的入水端连接，所述抽吸水泵3的出水端通过射流管路2与所述射流口
101连接，所述结核出口705与所述提升管路5之间设有输料机6。本发明工作时，所述抽吸水泵3启动实现抽吸功能以将所述封闭罩1内的流体吸入缓冲料仓7的缓存腔706中，其中流体中的多金属结核10通过所述过滤板702阻拦留在所述缓存腔706中，流体中的尾水进入出水腔701中，并依次经尾水管路9、抽吸水泵3和射流管路2形成尾水射流重新回到所述封闭罩
101中，此时的尾水射流可以带动多金属结核10向抽吸口103运动以提高采集效率，另外所述封闭罩102形成半封闭空间以有效将流体限制在封闭罩102范围内，这可以避免海底沉积物的大范围扰动扩散，从而降低了采集作业过程中的环境污染，而当所述缓存腔706内的多金属结核10富集到设定程度时，所述输料机6启动将多金属结核10输入提升管路5中，并经所述提升管路5提升至水面进行收集。

[0026] 如图2和图4所示，本实施例中，所述输料机6包括输料外壳601以及设于所述输料外壳601中的叶轮602，其中所述输料外壳601上设有输料机入口603和输料机出口604，并且所述输料机入口603与所述缓冲料仓7的结核出口705连通，所述输料机出口604通过管路与所述提升管路5连通，所述叶轮602通过设于输料外壳601上的电机驱动旋转，其中如图5所示，所述输料外壳601两侧为弧形壁，所述叶轮602的叶轮片头端设有密封垫605，并且当任一叶轮片转至水平状态时，所述密封垫605可与对应侧弧形壁接触以阻断提升管路5内流体对缓存腔706内流体的影响。

[0027] 如图2所示，本实施例中，所述提升管路5包括依次连接的海水输入段502和上升管路段501，其中海水输入段502与所述输料机6连接，并且所述海水输入段502头端设有海水入口，上升管路段501设有提升水泵4，并且当所述提升水泵4启动后，海水经由所述海水入口吸入提升管路5中并将进入到提升管路5中的多金属结核10沿着上升管路段501提升至水面实现收集。另外所述海水输入段502的海水入口位置可接近封闭罩后部，这样通过提升水泵4抽吸入的流体可进一步降低半封闭式封闭罩102位置处产生的泄漏污染，保证采集系统作业过程的绿色环保性。

[0028] 本发明的工作原理为：

[0029] 本发明工作时，所述抽吸水泵3先启动将所述封闭罩1内的固液混合流体吸入缓冲料仓7的缓存腔706中，其中流体中的多金属结核10通过过滤板702阻拦留在所述缓存腔706中，流体中的尾水进入出水腔701中，并依次经尾水管路9、抽吸水泵3和射流管路2形成尾水射流重新回到所述封闭罩101中，此时的尾水射流可以带动多金属结核10向抽吸口103运动以提高采集效率，而当所述缓存腔706内的多金属结核10富集到一定程度时，所述输料机6和提升水泵4启动，其中所述输料机6通过叶轮602旋转将多金属结核10输入提升管路5的海水输入段502，提升水泵4则将海水吸入海水输入段502中，并且吸入的海水带动多金属结核10沿着上升管路段501提升至水面进行收集。

[0030] 本发明通过抽吸方式将封闭罩102内的流体吸入缓冲料仓7中以实现多金属结核10的分离和暂存，并且本发明的采集方式可以降低海底沉积物的扩散，另外尾水射流虽然经射流口101重新流入封闭罩102内，但本发明将流体限定在封闭罩102范围内，这可以避免海底沉积物的大范围扰动扩散，从而可以降低采集过程中的环境污染。另外本发明仅利用一个抽吸水泵3即可实现多金属结核10的采集作业，这既简化了系统结构，也降低了系统整体能耗。

[0031] 本发明的海水输入段502位置接近封闭罩102后部，通过提升水泵4抽吸作用进入的流体可进一步降低半封闭式封闭罩102位置处产生的泄漏污染，保证采集系统作业过程的绿色环保特性。

[0032] 本发明在输料机6的叶轮602上设有密封垫605，并且输料外壳601两侧为弧形壁，如图4～5所示，当任一叶轮片转至水平状态时，该叶轮片头端的密封垫605可与对应侧弧形壁接触以阻断提升管路5内流体对缓存腔706内流体的影响，也即有效隔断抽吸水泵3和提升水泵4之间的相互影响，提高尾水复用效率。