深海鈷結(jié)殼螺旋滾筒切削采集法的理論及實驗研究.pdf

1、深海富鈷結(jié)殼是一種生長在水深500~3000m平坦海山坡上,富含有鈷、銀、銅、金、鉑、銻及稀土元素的多金屬礦石,其中多種元素的含量均超過陸地上的礦蕆.隨著陸地礦產(chǎn)資源的日趨枯竭和人類對海洋的認識日益深化,大洋鈷結(jié)殼資源已成為世界各國矚目的21世紀具有商業(yè)開發(fā)前景的戰(zhàn)略資源.根據(jù)專家預(yù)測,本世紀中葉就有可能進入鈷結(jié)殼商業(yè)開采的階段.為正確把握國際海底區(qū)域資源研究開發(fā)形勢,穩(wěn)步推進中國國際海底資源開發(fā)事業(yè),中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會在其制

2、定的《國際海底區(qū)域研究開發(fā)"十五"計劃》和《國際海底區(qū)域研究開發(fā)"十五"立項指南》中均將"鈷結(jié)殼資源評價與研究"(DY105-01)和"鈷結(jié)殼采集模型機關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究"(DY105-03-02)立為開發(fā)研究的重點項目.該論文就是在這種背景和形勢下,從理論上對鈷結(jié)殼深海采礦技術(shù)進行技術(shù)論證和可行性分析,尋求深海采集富鈷結(jié)殼資源較好的技術(shù)路線和采礦方案.作者在查閱大量文獻的基礎(chǔ)上,綜合分析了國內(nèi)外鈷結(jié)殼資源開發(fā)技術(shù)研究的現(xiàn)狀以及未來的發(fā)

3、展趨勢,論證了中國開展深海富鈷結(jié)殼資源的開發(fā)研究的必要性和迫切性;借鑒大洋錳結(jié)核開發(fā)研究的經(jīng)驗和成果,成功地將現(xiàn)代化采煤的理論和方法應(yīng)用到深海富鈷結(jié)殼的開發(fā)研究上,通過對比分析認為:采用"海底自行履帶式采礦車(螺旋滾筒式采礦頭)--水力吸引集礦裝置--管道揚礦系統(tǒng)"的鈷結(jié)殼開采技術(shù)方案在中國不僅是可行的,而且是最經(jīng)濟、最快速的,可以說是目前最佳的方案選擇.作者從斷裂力學(xué)和巖石力學(xué)的觀點出發(fā),分析了鈷結(jié)殼在螺旋滾筒式切削刀具作用下的破碎機

4、理,通過對螺旋滾筒運動特性的研究,建立了其截齒運動的運動學(xué)方程,通過計算機仿真得出:螺旋滾筒式工作機構(gòu)切削鈷結(jié)殼時,切屑的形狀是"鐮刀"的一部分,并推導(dǎo)出了這種切屑的平均切屑厚度的近似計算方法;然后根據(jù)深海開采鈷結(jié)殼的特殊的工作條件,分析了螺旋滾筒截齒平均載荷的計算方法,以及在設(shè)計過程中參數(shù)的選擇依據(jù),建立了螺旋滾筒平均能量消耗的數(shù)學(xué)模型.作者根據(jù)螺旋滾筒式切削頭切削鈷結(jié)殼的粒度特性方程,對開采鈷結(jié)殼期望的粒度組成進行了分析和計算.為了

5、克服了螺旋滾筒傳統(tǒng)設(shè)計方法無法直接預(yù)測切削效果的缺陷,作者還編制了專門繪制截齒排列與切削圖分析的計算機軟件,提高了設(shè)計水平,縮短了設(shè)計周期,為螺旋滾筒切削頭的設(shè)計提供了一種新方法.作者建立了螺旋滾筒載荷波動的數(shù)學(xué)模型,編制了專門計算螺旋滾筒載荷及其波動性指標的計算機程序,為校驗和優(yōu)化設(shè)計的螺旋滾筒式切削頭提供了方便.最后根據(jù)上述研究,作者設(shè)計制造了螺旋滾筒采掘頭模擬實驗臺,并對其進行了實驗研究,通過實驗測試證明,實驗結(jié)果與設(shè)計結(jié)果吻合良

6、好,達到了預(yù)期的理論研究的目的.該論文分析并研究了螺旋滾筒式截齒切削法在深海開采鈷結(jié)殼過程中所面臨的實際問題,并根據(jù)鈷結(jié)殼開采的具體條件,根據(jù)相關(guān)的科學(xué)技術(shù)和研究成果,在理論上探討了深海鈷結(jié)殼開采采礦頭的設(shè)計方案,為在本世紀中葉實現(xiàn)鈷結(jié)殼的商業(yè)化開采進行了技術(shù)上的儲備和理論上的論證.雖然該論文中螺旋滾筒式切削頭的設(shè)計是專門針對大洋富鈷結(jié)殼采集進行的,但其中的一些設(shè)計思想和方法(或稍做調(diào)整)仍然可以借鑒到其它海洋資源的開發(fā)和有關(guān)的切削頭設(shè)