何志强[1]2004年在《适应深海富钴结壳微地形的采矿头研究》文中研究指明本文主要目的是为大洋富钴结壳的开采提供一种具有良好切削性能的并能够适应起伏不平的微地形的采矿头。 本文首先了解了国内外对大洋富钴结壳开发的研究现状。然后从数学的角度对海底富钴结壳微地形进行了数学描述，并提出了海底富钴结壳开采的“基岩表面拟合论”以及伪突起与基本伪突起高度的概念，使我们对钴结壳微地形特征有了更明确的认识。为了适应起伏不平的富钴结壳微地形，本文构思设计了多种采矿头方案，并选用了其中的由I型二自由度滚筒和叁自由度滚筒组成的主副滚筒式采矿头方案，同时为了改善滚筒式采矿头的切削性能，本文设计了一种振动式螺旋滚筒，并通过试验研究得到了验证，且得到了一组优化的振动切削工作参数组。另外，本文还对滚筒式采矿头开采的最佳切削深度问题进行了数学建模并给出了算法与解答。 本论文在采矿头如何适应钴结壳微地形方面进行了一系列颇有实际应用价值的创新性研究。为将来钴结壳的实际开采打下了良好的基础。
张大庆, 何清华, 罗伟, 李爱强[2]2010年在《适应富钴结壳微地形的采矿头控制系统设计及试验研究》文中研究指明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。
朱建新, 罗伟, 邹湘伏, 陈勇[3]2007年在《适应富钴结壳微地形的采矿头失控故障分析》文中进行了进一步梳理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。
刘伟[4]2018年在《深海富钴结壳四履带采矿车底盘研究与设计》文中进行了进一步梳理富钴结壳是一种极具开发价值的深海固体矿产资源,生长于500m~3000m的海山斜坡基岩上,开发难度极大。采矿车是富钴结壳开采的基础核心装备,它需要在地形复杂的钴结壳生长区域完成自主行走和采集,需具备优良的机动性、稳定性和可靠性。本文按照“十二五”大洋专项课题“富钴结壳开采规模取样可行性及装置研究”要求,以富钴结壳微地形特征、基岩物理特性作为设计依据,结合国内外研究成果,对四履带采矿车的底盘展开设计与研究。本文研究了四履带底盘的通过性能,从动力学角度建立了四履带采矿车的越障模型,以某一参数确定的四履带采矿车为例,通过数值求解分析了四履带采矿车整个越障过程中牵引系数的变化情况,并得出越障能力的大小与所需牵引系数的对应关系。对于某一附着系数下的富钴结壳地形,利用该模型研究了四履带采矿车各设计参数对越障能力的影响。通过研究发现:驱动轮离地高度增加、引导轮半径增大,接近角增大会使得越障能力下降,且质心距前轴距与轴距之比介于0.45~0.48之间时对越障最为有利,并且给出了上述参数设计的参考范围。建立了考虑打滑条件下的四履带采矿车转向数学模型并求解。得到了履带的内、外侧速度之比与转向半径、滑转率、驱动力之间的关系。通过对影响转向性能各参数的敏感度进行分析,发现四履带采矿车履带的长度和宽度均对其转向性能不敏感;质心位置纵向偏移几何中心对转向有利,但影响较小;轴距与轨距之比对转向性能影响很大,给出了富钴结壳采矿车的轴距和轨距之比的设计取值范围在1~1.4之间。结合上述理论分析,完成了四履带底盘的参数设计和结构设计,为了进一步验证所建立的四履带车爬坡、越障、转向数学模型,同时对所设计的采矿车进行性能验证,基于Recurdyn完成了富钴结壳常规地形和复杂地形的建模,建立了四履带底盘的动力学仿真模型。分别进行了四履带底盘的爬坡、越障、平地转向性能仿真,得到了四履带底盘的爬坡驱动力变化曲线、越台阶驱动力变化曲线、转向半径与转向驱动力关系曲线,仿真结果与理论求解结果基本保持一致。根据所设计的参数完成了四履带底盘的加工和制造,并搭载液压驱动系统和测控系统形成试验样机。通过开展底盘样机的直线行走性能和调速性能试验,得到比例阀的实际调速范围;通过转向试验,得到内外侧马达转速与转向半径的对应关系数据,将数据与转向数学模型的求解结果对比,进一步证实了转向模型的可靠性。为了验证四履带底盘的水下行走性能,国内首次开展了复杂地形条件下采矿样车的水池行走试验,水池试验为采矿车的下一步海试奠定了基础。
李雪治[5]2006年在《大洋富钴结壳综合评价》文中提出开发大洋矿产资源,开辟新的资源基地,是未来实现国民经济建设可持续发展目标的重要举措。含有多种战略稀缺矿种的富钴多金属结壳具有重要的开发价值,在海洋矿产资源的勘探开发日渐紧迫的形势下,对富钴结壳矿区进行综合评价是对富钴结壳进行研究和开发的必要环节。 本文总结了对富钴结壳矿区进行储量评估所必需的各种评估参数和评估方法,主要涉及到结壳的厚度、丰度、金属品位、覆盖率、含水率、密度、坡度、海山地形、水深、海山面积、坡度等参数。比较常用的资源量计算方法包括传统计算方法(算术平均法、邻近区域法、地质块断法)、克立格法、分形方位-估值等。目前普遍认为在富钴结壳的初查阶段和详查阶段应用算术平均法计算资源量较好,而在整个调查的中期阶段则需用克立格方法才能较好地达到正确评估的目的。 根据A海山的资料,对A海山的地形地貌、测线分布、结壳特征和基岩特征进行了初步分析,并选择算术平均法,估算了A海山的储量。在此基础上,参考国外TAMU4个金属生产模式,进行经济评价。探讨了在该区建一年产300万吨干结壳的矿场的可能性。生产周期为30年,同时回收Mn,Cu,Co,Ni四种金属,冶炼厂址设在青岛,通过投入产出分析,研究了影响大洋富钴结壳开发企业投资构成的因素,分析了企业静态和动态条件下的经济效益。研究表明,大洋富钴结壳资源的勘探开发,虽投资巨大,技术复杂,且有很大的风险,但却是一项有利可图的事业。只要法律问题能得到保障,海洋环境污染问题能有效的加以控制,不对生态构成严重的破坏,再过20-40年,或者更长一点时间,大洋富钴结壳的商业性开采必将成为现实。
何清华, 李爱强, 邹湘伏[6]2005年在《大洋富钴结壳调查进展及开采技术》文中研究说明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。
夏毅敏, 聂四军, 卜英勇, 赵海鸣[7]2007年在《钴结壳螺旋切削采矿头截齿最大载荷的分布特性》文中研究指明考虑海水力的作用,建立深海钴结壳微地形的数学模型和采矿头截齿切削过程的数学模型,应用Matlab软件GUI工具编制相应的仿真程序,并通过实验验证仿真模型的正确性和仿真软件的工程有效性。在此基础上,随机生成200个典型海底地形,对采矿头截齿最大载荷的分布特性进行研究;应用置信度为0.95的柯尔莫哥洛夫-斯米尔诺夫(Kolmogorov-Smirnov)检验验证参数估计所得的正态总体与样本数据的一致性。仿真结果表明:截齿最大载荷的分布偏于正态分布;通过置信度为0.95的参数估计,得出最大载荷正态分布概率密度函数的参数μ和σ2及其置信区间;由3σ规则确定了截齿最大载荷以99.73%的概率落于区间[2.027 0 11.110 0],截齿最大载荷基本不超过11.11 kN。
洪余久[8]2013年在《水下混响环境微地形探测目标回波检测方法研究》文中认为本项目组现有的单波束微地形探测装置已经能在清洁水域下很好地进行微地形探测,但在混响环境下,目标回波检测准确率低,从而导致重构的数字微地形出现畸变。基于此,本文在湖南省科技计划项目“基于声学探测的海底钴结壳识别及厚度测定方法研究”的资助下,对模拟采矿混响环境下目标回波的检测方法进行研究。主要的研究内容如下：(1)提出了深海采矿复杂混响环境的模拟方法,采集混响干扰下的接收信号,根据其功率谱,设计了用于接收信号预处理的数字滤波器。(2)对混响进行了相空间重构；分析了混响的分形特性；在分析小数据量法的基础上,提出了小数据量法线性区间选取的标准,计算了混响的最大Lyapunov指数；根据Simon Haykin提出的混沌属性判别标准,证明了混响具有混沌属性。(3)在分析比较超定线性方程组求解精度的基础上,提出了利用伪逆法求解Volterra滤波器的权向量,基于混响的混沌属性构建了PIM-Volterra预测模型目标回波检测方法；利用模拟混沌背景下的确知信号,验证了PIM-Volterra预测模型检测方法的准确性和精度；利用PIM-Volterra预测模型对混响背景下的目标回波进行了检测,证明了PIM-Volterra预测模型的可行性。(4)最后,进行了模拟采矿混响环境下微地形的探测实验,实验结果表明：PIM-Volterra预测模型目标回波检测方法能显着降低混响干扰对微地形探测的影响。
夏毅敏[9]2006年在《深海钴结壳螺旋切削采集过程仿真和螺旋采集头工作参数优化研究》文中研究说明深海钴结壳是大洋底部最具吸引力的矿产资源之一，产出在水深800-3000m的平坦海山、岛屿斜坡上，其平均厚度仅为4-6cm，富含钴、铂、镍、锰、铜、铁、磷、钛、锌、铅、铈等战略物质。由于其巨大的战略意义和经济价值，深海钴结壳开采技术与装备的研究已成为国内外研究的一个热点。钴结壳开采研究的第一个难题和关键问题，就是如何从高低不平的海底基岩上将薄薄的一层钴结壳破碎剥离下来，而且要保证足够大的采集率、较小的废石混入率和比能耗，同时破碎钴结壳及其基岩块度的分布要求比较合理，能顺利通过扬矿系统提升到水面支持船上，又能尽量减少对环境的污染。而采集率、废石混入率、破碎能耗和块度分布规律不但与螺旋切削式采集头的结构参数有关，更重要的是与采矿过程中不同海底微地形上采集头的不同工作参数有关。本文在国务院大洋专项的支持下，作为“钴结壳采集模型机关键技术及装备研究”项目的一个子课题，对螺旋切削式采集头截割、破碎钴结壳时的力学特性(包括极限参数)、破碎块度分布规律、不同海底微地形上采集头的工作参数匹配等难题进行了深入研究，旨在为开发具有自主知识产权的钴结壳开采技术与装备提供理论指导和实验依据。论文研究了截齿和采集头的运动规律和截割力学特性，提出了采集头稳定截割、不出现拖削现象的条件，并给出了具体的采集头旋转速度和前进速度之间的约束范围；根据不同地形和采集头不同轴心高度确定截齿的切削区域，得到了切削区域内同时处于切削状态的截齿数模型。为了降低开发成本，减小开发风险和缩短开发周期，本文将计算机仿真技术应用于钻结壳螺旋切削式采集过程的研究中。根据所建立的模型，研制了计算机仿真程序，模拟采集头截割破碎过程，得到采集头的力学参数变化趋势图和极限值，为采集头的设计提供了理论依据。论文通过分析钴结壳螺旋切削式采集过程中切屑的形成机理，建立了不同工况下钴结壳瞬时未变形切屑厚度的计算模型，推导出了切屑的厚度与海底微地形特征、采集头的轴心高度、采集头的前进速度和旋转截割速度有关；根据钴结壳及其基岩的分形特征，将分形理论引入到钴结壳破碎块度分布规律的研究中，提出用分形分布模型来描述钴结壳及其基岩的破碎块度分布规律，该方面的研究尚未见报道。论文针对单独采用遗传算法和模拟退火算法进行寻优时存在的问题与缺陷，提出了一种改进的模拟退火混合遗传算法，并将之应用于采集头工作参数的优化研究中，取得了满意的结果。但由于采用模拟退火遗传算法进行优化迭代比较耗时，满足不了采矿车实时开采控制的需要，为此，本文对复杂的海底微地形按高程差分为11级，建立对应各分级地形特征的工作参数优化结果回归计算模型，在采集头实际工作时，把费时的迭代优化过程改为直接按照地形特征(高程差、粗糙度、均值和方差)用直线方程确定工作参数，从而使原先因数据处理时间过长而不能应用的算法变为切实可行。论文的研究成果，对于未来钴结壳实际开采具有较大的理论与现实意义。
何志强, 何清华[10]2004年在《深海富钴结壳滚筒式采矿头最佳切削位姿问题建模》文中提出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。
参考文献：
[1]. 适应深海富钴结壳微地形的采矿头研究[D]. 何志强. 中南大学. 2004
[2]. 适应富钴结壳微地形的采矿头控制系统设计及试验研究[J]. 张大庆, 何清华, 罗伟, 李爱强. 矿业研究与开发. 2010
[3]. 适应富钴结壳微地形的采矿头失控故障分析[J]. 朱建新, 罗伟, 邹湘伏, 陈勇. 矿业研究与开发. 2007
[4]. 深海富钴结壳四履带采矿车底盘研究与设计[D]. 刘伟. 长沙矿山研究院. 2018
[5]. 大洋富钴结壳综合评价[D]. 李雪治. 中国地质大学（北京）. 2006
[6]. 大洋富钴结壳调查进展及开采技术[J]. 何清华, 李爱强, 邹湘伏. 金属矿山. 2005
[7]. 钴结壳螺旋切削采矿头截齿最大载荷的分布特性[J]. 夏毅敏, 聂四军, 卜英勇, 赵海鸣. 中南大学学报(自然科学版). 2007
[8]. 水下混响环境微地形探测目标回波检测方法研究[D]. 洪余久. 中南大学. 2013
[9]. 深海钴结壳螺旋切削采集过程仿真和螺旋采集头工作参数优化研究[D]. 夏毅敏. 中南大学. 2006
[10]. 深海富钴结壳滚筒式采矿头最佳切削位姿问题建模[J]. 何志强, 何清华. 中国矿业. 2004