一种水下采矿车

摘要

有所本发明涉及一种水下采矿车，包括在水底移动的矿车本体，矿车本体上开设有收集口，丰度探测装置，丰度探测装置设置在矿车本体的外壁上，并用于检测采矿区域的矿产丰度；采矿耙装置，采矿耙装置设置在收集口的侧面，并用于将矿石推向收集口；水下颗粒分离装置，水下颗粒分离装置设置在矿车本体上，并用于将矿石中的沉积物分离；扩散装置，扩散装置设置在矿车本体背离收集口的一侧，扩散装置用于将水下颗粒分离装置中的沉积物缓冲后排入到海底面。解决现有的混合物提升的过程中带出大量淤泥而影响矿物送出海面的效率，增加了周围水体中的浊度，从而导致采矿车的操作能见度较低，不利于对采矿车的操作的问题。

权利要求

1.一种水下采矿车，包括在水底移动的矿车本体，所述矿车本体上开设有收集口，其特征在于，所述水下采矿车还包括：丰度探测装置，所述丰度探测装置设置在所述矿车本体的外壁上，并用于检测采矿区域的矿产丰度；

采矿耙装置，所述采矿耙装置设置在所述收集口的侧面，并用于将矿石推向收集口；

水下颗粒分离装置，所述水下颗粒分离装置设置在所述矿车本体上，并用于将矿石中的沉积物分离；

扩散装置，所述扩散装置设置在所述矿车本体背离所述收集口的一侧，所述扩散装置用于将所述水下颗粒分离装置中的沉积物缓冲后排入到海底面；

其中，所述水下颗粒分离装置包括：传输机构，所述传输机构用于将矿泥混合物定向输送；

吸取机构，所述吸取机构设置在所述传输机构的输送方向的一侧，所述吸取机构用于吸取所述传输机构上的矿泥混合物中的部分矿和淤泥；

所述传输机构包括：

带轮，所述带轮转动设置在输送方向的两端；

输送带，所述输送带套设在两端的所述带轮上，所述输送带通过所述带轮的驱动而循环移动；

挡板，多个所述挡板间隔设置在所述输送带的面板上；

所述吸取机构包括：

吸泥主管道，所述吸泥主管道沿输送方向延伸设置；

吸泥分管，多个所述吸泥分管沿输送方向间隔设置，多个所述吸泥分管连通所述吸泥主管道，所述吸泥分管的开口朝向所述输送带的面板；

喷射器，所述喷射器连通所述吸泥主管道，所述吸泥主管道通过所述喷射器的启动而产生吸力。

2.根据权利要求1所述的水下采矿车，其特征在于，所述丰度探测装置包括：声纳检测装置，所述声纳检测装置朝向所述矿车本体的移动方向设置，并用于通过声纳检测矿石分布密度；

结构光成像装置，所述结构光成像装置朝向所述矿车本体的移动方向设置，并用于通过拍摄图像检测矿石分布密度；

控制装置，所述控制装置分别通讯连接所述声纳检测装置和结构光成像装置，并用于根据矿石分布密度控制所述矿车本体的采矿速度。

3.根据权利要求2所述的水下采矿车，其特征在于，所述采矿耙装置包括：耙体组件，所述耙体组件沿水平方向延伸设置在所述收集口的侧面，所述耙体组件包括第一螺旋部；

旋转组件，所述旋转组件连接在所述耙体组件上，并驱动所述第一螺旋部绕耙体组件的延伸方向旋转，所述第一螺旋部用于通过旋转将矿石推向收集口。

4.根据权利要求3所述的水下采矿车，其特征在于，所述耙体组件还包括主旋转轴，所述主旋转轴的一端连接所述旋转组件、另一端朝向远离所述收集口的方向延伸设置；

所述第一螺旋部包括多个第一耙钉，多个所述第一耙钉沿螺旋线轨迹间隔设置在所述主旋转轴的外壁上。

5.根据权利要求4所述的水下采矿车，其特征在于，所述主旋转轴上还设置有第二螺旋部；

所述第二螺旋部的外边缘到所述主旋转轴中轴线的距离小于所述第一螺旋部的外边缘到所述主旋转轴中轴线的距离。

6.根据权利要求3所述的水下采矿车，其特征在于，所述采矿耙装置还包括摆动组件，所述摆动组件设置在所述收集口的侧面且连接所述耙体组件，并驱动所述耙体组件在水平面上摆动或/和上下方向摆动；

移动组件，所述移动组件活动设置在所述收集口的侧面，所述移动组件驱动所述耙体组件沿上下方向移动。

7.根据权利要求1所述的水下采矿车，其特征在于，所述扩散装置包括壳体，所述壳体内设置有扩散通道，所述扩散通道用于沉积物排出，所述扩散通道沿沉积物排出方向的截面面积逐渐增大；

所述壳体上活动设置有摆动调节组件，所述摆动调节组件内设置有调节通道，所述调节通道与所述扩散通道的输出端相连通；

所述壳体还包括排出部，所述排出部内设置有排出通道，所述排出通道分别连通所述扩散通道与所述调节通道，通过摆动调节组件，使调节通道位于所述排出通道的下方进行摆动。

8.根据权利要求1‑7任一所述的水下采矿车，其特征在于，所述水下采矿车还包括扬矿装置，所述扬矿装置设置在所述矿车本体上，并用于将所述水下颗粒分离装置分离的矿石泵出。

说明书

一种水下采矿车

技术领域

[0001] 本发明涉及水下采矿技术领域，尤其涉及一种水下采矿车。

背景技术

[0002] 海洋底部蕴藏着丰富的矿产资源，随着科学技术的进步和陆地易采矿产资源逐渐减少，海底采矿日益引起重视。

[0003] 现有的海底采矿挖掘机械在进行海底采矿作业时，通常直接采用输送装置将海底挖掘的混合物进行传送。这样输送的是矿产和淤泥的混合物。将混合物提升到海面，在海面
上再进行分离处理。这样在提升混合物的过程中带出大量淤泥，夹带的大量淤泥不仅影响
矿物送出海面的效率。并且带出的大量淤泥排出到水底，导致被排出的沉积物流速较大，增
加了周围水体中的浊度，从而导致采矿车的操作能见度较低，不利于对采矿车的操作。

[0004] 因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

[0005] 鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种水下采矿车，旨在解决现有的混合物提升的过程中带出大量淤泥而影响矿物送出海面的效率、而且沉积物直接泵
出，导致被排出的沉积物流速较大，增加了周围水体中的浊度，从而导致采矿车的操作能见
度较低，不利于对采矿车的操作的问题。

[0006] 本发明的技术方案如下：

[0007] 提供有一种水下采矿车，包括在水底移动的矿车本体，所述矿车本体上开设有收集口，其中，所述水下采矿车还包括：

[0008] 丰度探测装置，所述丰度探测装置设置在所述矿车本体的外壁上，并用于检测采矿区域的矿产丰度；

[0009] 采矿耙装置，所述采矿耙装置设置在所述收集口的侧面，并用于将矿石推向收集口；

[0010] 水下颗粒分离装置，所述水下颗粒分离装置设置在所述矿车本体上，并用于将矿石中的沉积物分离；

[0011] 扩散装置，所述扩散装置设置在所述矿车本体背离所述收集口的一侧，所述扩散装置用于将所述水下颗粒分离装置中的沉积物缓冲后排入到海底面。

[0012] 可选地，所述丰度探测装置包括：

[0013] 声纳检测装置，所述声纳检测装置朝向所述矿车本体的移动方向设置，并用于通过声纳检测矿石分布密度；

[0014] 结构光成像装置，所述结构光成像装置朝向所述矿车本体的移动方向设置，并用于通过拍摄图像检测矿石分布密度；

[0015] 控制装置，所述控制装置分别通讯连接所述声纳检测装置和结构光成像装置，并用于根据矿石分布密度控制所述矿车本体的采矿速度。

[0016] 可选地，所述采矿耙装置包括：

[0017] 耙体组件，所述耙体组件沿水平方向延伸设置在所述收集口的侧面，所述耙体组件包括第一螺旋部；

[0018] 旋转组件，所述旋转组件连接在所述耙体组件上，并驱动所述第一螺旋部绕耙体组件的延伸方向旋转，所述第一螺旋部用于通过旋转将矿石推向收集口。

[0019] 可选地，所述耙体组件还包括主旋转轴，所述主旋转轴的一端连接所述旋转组件、另一端朝向远离所述收集口的方向延伸设置；

[0020] 所述第一螺旋部包括多个第一耙钉，多个所述第一耙钉沿螺旋线轨迹间隔设置在所述主旋转轴的外壁上。

[0021] 可选地，所述主旋转轴上还设置有第二螺旋部；

[0022] 所述第二螺旋部的外边缘到所述主旋转轴中轴线的距离小于所述第一螺旋部的外边缘到所述主旋转轴中轴线的距离。

[0023] 可选地，所述采矿耙装置还包括摆动组件，所述摆动组件设置在所述收集口的侧面且连接所述耙体组件，并驱动所述耙体组件在水平面上摆动或/和上下方向摆动；

[0024] 移动组件，所述移动组件活动设置在所述收集口的侧面，所述移动组件驱动所述耙体组件沿上下方向移动。

[0025] 可选地，所述水下颗粒分离装置包括：

[0026] 传输机构，所述传输机构用于将矿泥混合物定向输送；

[0027] 吸取机构，所述吸取机构设置在所述传输机构的输送方向的一侧，所述吸取机构用于吸取所述传输机构上的矿泥混合物中的部分矿和淤泥。

[0028] 可选地，所述传输机构包括：

[0029] 带轮，所述带轮转动设置在输送方向的两端；

[0030] 输送带，所述输送带套设在两端的所述带轮上，所述输送带通过所述带轮的驱动而循环移动；

[0031] 挡板，多个所述挡板间隔设置在所述输送带的面板上；

[0032] 所述吸取机构包括：

[0033] 吸泥主管道，所述吸泥主管道沿输送方向延伸设置；

[0034] 吸泥分管，多个所述吸泥分管沿输送方向间隔设置，多个所述吸泥分管连通所述吸泥主管道，所述吸泥分管的开口朝向所述输送带的面板；

[0035] 喷射器，所述喷射器连通所述吸泥主管道，所述吸泥主管道通过所述喷射器的启动而产生吸力。

[0036] 可选地，所述扩散装置包括壳体，所述壳体内设置有扩散通道，所述扩散通道用于沉积物排出，所述扩散通道沿沉积物排出方向的截面面积逐渐增大；

[0037] 所述壳体上活动设置有摆动调节组件，所述摆动调节组件内设置有调节通道，所述调节通道与所述扩散通道的输出端相连通。

[0038] 可选地，所述水下采矿车还包括扬矿装置，所述扬矿装置设置在所述矿车本体上，并用于将所述水下颗粒分离装置分离的矿石泵出。

[0039] 有益效果：本发明中的一种水下采矿车，通过矿车本体在水底面进行移动，通过封堵探测装置获取的水面矿石数据，从而精确的得到海底的矿车本体移动方向上一定区域的
矿石密度，进而控制矿车本体的移动速度从而根据采矿区域的矿石结核的情况，合理控制
采矿速度。这样能充分利用采矿设备，提高采矿效率。通过采矿耙装置，将收集口侧面的矿
石掘起，并将矿石推向收集口，通过收集口将水底面的矿石收集，从而进行采矿；当采矿车
在前进的过程中，收集口所能收集的矿石区域不仅包括收集口前进方向的区域，也包括耙
体组件所覆盖的区域。从而在采矿车的一次运动中，能收集到更多区域中的矿石，实现收集
范围大，采矿效率高的优点。通过水下颗粒分离装置，使矿泥混合物中的淤泥（沉积物）和矿
石实现分离，到矿石被输送到另一端时，再被集中后提升到海面。这样，提升过程中不会夹
带大量淤泥，可以只抽取矿石，提高了矿物送出海面的效率，而且在海面上处理极少量的淤
泥，大大减轻了清淤工作。另外通过扩散装置，接收到从水下颗粒分离装置中所输送而来的
沉积物，在扩散装置内对沉积物的流向进行导向，使沉积物顺着扩散通道进行流动，使带沉
积物的水流速度减缓，从而减小所有粒子的速度，从而使沉积物快速沉淀。减速和分流后的
沉积物水流再被排放，就会减小因排放引起的周围水体中的浊度，因此避免了采矿车的操
作能见度较低而不利于对采矿车的操作的问题。而且通过水下颗粒分离装置和扩散装置，
实现了在水下就进行了矿石和沉积物的分离，并将无用的沉积物缓冲后直接排放入海底
面，不需要将大量沉积物提升到矿船上，提高了采矿效率。

附图说明

[0040] 图1为本发明的水下采矿车的实施例的结构示意图；

[0041] 图2为图1的A部放大图；

[0042] 图3为本发明的水下采矿车的实施例的采矿耙装置的结构示意图；

[0043] 图4为本发明的水下采矿车的实施例的耙体组件一种结构的左视图；

[0044] 图5为本发明的水下采矿车中采矿耙装置的实施例应用在区域A和区域B的采矿分析图；

[0045] 图6为本发明的水下采矿车中采矿耙装置的实施例的耙体组件一种结构的主视图；

[0046] 图7为本发明的水下采矿车中采矿耙装置的实施例的耙体组件另一种结构的主视图；

[0047] 图8为本发明的水下采矿车中采矿耙装置的实施例的耙体组件第三种结构的主视图；

[0048] 图9为本发明的水下采矿车中水下颗粒分离装置的原理图；

[0049] 图10为本发明的水下采矿车中水下颗粒分离装置的局部原理图；

[0050] 图11为本发明的水下采矿车中水下颗粒分离装置的安装原理示意图；

[0051] 图12为本发明的水下采矿车中扩散装置的实施例的一种状态下剖视图；

[0052] 图13为本发明的水下采矿车中扩散装置的实施例的另一种状态下剖视图；

[0053] 图14为本发明的水下采矿车中扩散装置的实施例的另一视角的剖视图；

[0054] 图15为本发明的水下采矿车的实施例应用使的路径图；

[0055] 图16为本发明的水下采矿车的丰度探测装置的实施例的结构示意图；

[0056] 图17为本发明的丰度探测装置的实施例的应用在采矿车时的俯视图；

[0057] 图18为本发明中的丰度探测装置的结构光成像装置的工作原理示意图；

[0058] 图19为本发明中丰度探测装置的实施例的结构光成像装置的安装尺寸示意图；

[0059] 图20为本发明中丰度探测装置的实施例的结构光成像装置的检测结果对比图。

[0060] 附图标记说明：10、矿车本体；11、收集口；100、采矿船；1000、丰度探测装置；1120、支架；1121、连接杆；1122、支撑横杆；1200、声纳检测装置；1210、前侧声纳器；1220、侧面声
纳器；1300、结构光成像装置；1310、照明灯；1320、摄像机；1410、测速仪；1420、水下定位装
置；2000、采矿耙装置；2100、耙体组件；2110、主旋转轴；2120、第一螺旋部；2121、第一耙钉；
2130、第二旋转部；2131、第二耙钉；2132、旋转叶片；2200、旋转组件；2300、摆动组件；2310、
摆动支架；2320、驱动油缸；2500、移动组件；2510、液压升降机构；3000、水下颗粒分离装置；
3100、传输机构；3110、带轮；3120、输送带；3121、面板；3130、挡板；3131、透水孔；3140、偏心
滚轮；3150、射流管道；3200、吸取机构；3210、吸泥主管道；3220、吸泥分管；3230、喷射器；
3300、壳体；3310、输送通道；3320、混合物入口；3330、矿石出口；3400、清洗机构；3410、清洗
喷头；3420、供水管；3510、矿车框架；4000、扩散装置；4200、扩散壳体；4210、输入部；4211、
进料腔；4220、缓冲部；4221、扩散通道；4222、前挡板；4223、后挡板；4224、侧面挡板；4230、
排出部；4231、排出通道；4300、输入管道；4400、摆动调节组件；4410、调节通道；4420、转轴；
4421、前转轴；4422、后转轴；4430、摆臂支架；4431、前摆臂；4432、后摆臂；4433、连接底板；
4440、柔性包裹层；4500、连接件；4510、支撑架；4520、通孔。

具体实施方式

[0061] 为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文
所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更
加透彻全面。

[0062] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具
体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

[0063] 如图1所示，本申请的实施例中提供了一种水下采矿车，包括移动的矿车本体10，所述矿车本体10上设置有收集口11，以及在收集口11也设置有常规的挖矿装置，为方便结
构描述，以矿车本体10的前进后退方向为前后方向，以在水平面内垂直于前后方向的方向
为左右方向，以垂直于水平面的方向为竖直方向，收集口11位于矿车本体10的前方，所述矿
车本体10沿前方向移动并进行采矿。所述水下采矿车还包括：丰度探测装置1000，采矿耙装
置2000，水下颗粒分离装置3000以及扩散装置4000。所述丰度探测装置1000设置在所述矿
车本体10的外壁上，并用于检测采矿区域的矿产丰度。所述采矿耙装置2000设置在所述收
集口11的侧面，并用于将矿石推向收集口11。所述水下颗粒分离装置3000设置在所述矿车
本体10上，并用于将矿石中的沉积物分离。所述扩散装置4000设置在所述矿车本体10背离
所述收集口11的一侧，所述扩散装置4000用于将所述水下颗粒分离装置3000中的沉积物缓
冲后排入到海底面。

[0064] 上述方案中，通过矿车本体10在水底面进行移动，通过封堵探测装置获取的水面矿石数据，从而精确的得到海底的矿车本体10移动方向上一定区域的矿石密度，进而控制
矿车本体10的移动速度从而根据采矿区域的矿石结核的情况，合理控制采矿速度。这样能
充分利用采矿设备，提高采矿效率。通过采矿耙装置2000，将收集口11侧面的矿石掘起，并
将矿石推向收集口11，通过收集口11将水底面的矿石收集，从而进行采矿；当采矿车在前进
的过程中，收集口11所能收集的矿石区域不仅包括收集口11前进方向的区域，也包括耙体
组件2100所覆盖的区域。从而在采矿车的一次运动中，能收集到更多区域中的矿石，实现收
集范围大，采矿效率高的优点。通过水下颗粒分离装置3000，使矿泥混合物中的淤泥（沉积
物）和矿石实现分离，到矿石被输送到另一端时，再被集中后提升到海面。这样，提升过程中
不会夹带大量淤泥，只抽取矿石，提高了矿物送出海面的效率，而且在海面上处理极少量的
淤泥，大大减轻了清淤工作。另外通过扩散装置4000，接收到从水下颗粒分离装置3000中所
输送而来的沉积物，在扩散装置4000内对沉积物的流向进行导向，使沉积物顺着扩散通道
进行流动，使带沉积物的水流速度减缓，从而减小所有粒子的速度，从而使沉积物快速沉
淀。减速和分流后的沉积物水流再被排放，就会减小因排放引起的周围水体中的浊度，因此
避免了采矿车的操作能见度较低而不利于对采矿车的操作的问题，因此避免了采矿车的操
作能见度较低而不利于对采矿车的操作的问题。而且通过水下颗粒分离装置3000和扩散装
置4000，实现了在水下就进行了矿石和沉积物的分离，并将无用的沉积物缓冲后直接排放
入海底面，不需要将大量沉积物提升到矿船上，提高了采矿效率。

[0065] 在上述方案的基础上，本实施例的具体结构为：

[0066] 如图1、图2所示，本实施例中的采矿耙装置2000具体包括：耙体组件2100，旋转组件2200。所述耙体组件2100沿水平方向延伸设置在所述收集口11的侧面，所述耙体组件
2100包括第一螺旋部2120。以如果只设置有一个耙体组件2100为例，所述耙体组件2100设
置在收集口11的左右方向的一侧，所述耙体组件2100在水平面内沿远离所述收集口11的方
向延伸设置。耙体组件2100摆出收集口11的正前方区域时，由于采矿车前进带动耙体组件
2100所扫过的区域增大了收集口11所扫过的区域，从而拓展了所述采矿车收集矿石的收集
范围。所述旋转组件2200连接在所述耙体组件2100上，并驱动所述第一螺旋部2120绕耙体
组件2100的延伸方向旋转，所述第一螺旋部2120绕朝向所述收集口11的方向顺时针旋转或
逆时针旋转，将矿石从海底面挖掘出，并通过旋转的螺旋形轨道将矿石推向收集口。具体
为，以正对所述收集口的方向，以左手边为左，以右手边为右。那当耙体组件2100设置在左
边时，沿朝向所述收集口11的方向从远端朝向收集口看，所述耙体组件为逆时针旋转，这样
第一螺旋部2120可以将矿石从海底面挖掘出。那当耙体组件2100设置在右边时，沿朝向所
述收集口11的方向从远端朝向收集口看，所述耙体组件为顺时针旋转，这样第一螺旋部
2120可以将矿石从海底面挖掘出。掘出后的矿石通过旋转形成的螺旋形轨道推向收集口。
因此，将耙体组件2100沿水平方向延伸设置在所述收集口11的一侧，耙体组件2100在收集
口11的侧面前方摆动出一定角度，当采矿车在前进的过程中，耙体组件2100所覆盖的区别
大于收集口11所覆盖的区域。所述旋转组件2200连接在所述耙体组件2100上，并驱动第一
螺旋部2120绕耙体组件2100的延伸方向旋转，转动的第一螺旋部2120将海底的大尺寸的结
核从沉积物中掘起，旋转组件2200使所述第一螺旋部2120绕朝向所述收集口11的方向顺时
针旋转或逆时针旋转，第一螺旋部2120将撅起的结核推向/卷向采矿车的行驶路径中间，即
采矿车的收集口11之前，从而通过收集口11来收集结核矿物。当采矿车在前进的过程中，收
集口11所能收集的矿石区域不仅包括收集口11前进方向的区域，也包括耙体组件2100所覆
盖的区域。从而在采矿车的一次运动中，能收集到更多区域中的矿石，实现收集范围大，采
矿效率高的优点。

[0067] 如图1‑图3所示，所述采矿耙装置还包括移动组件2500，所述移动组件2500活动设置在所述收集口11的一侧。具体为移动组件2500的一端铰接在采矿车上，另一端沿前后方
向延伸至矿车本体10的前方并驱动所述耙体组件2100。如图8所示，所述移动组件2500连接
所述耙体组件2100，并驱动所述耙体组件2100沿上下方向移动。所述移动组件2500上设置
有液压升降机构2510，移动组件2500的后端铰接在矿车本体10上，液压升降机构设置在矿
车本体10上并连接移动组件，这样通过液压升降机构2510的推动可以使移动组件2500位于
收集口11的一端（绕后端的铰接位置转动）沿上下移动。通过移动组件可将耙体组件沿上方
抬起，或沿下方放下。使耙体组件处于不同的高度。从而可以实现耙体组件2100沿上方向收
起，减小了采矿车沿前后方向的长度，这使得采矿车的存放占地面积最小化，从而减小了采
矿车布放和回收设备的尺寸以及水面母船上或布放回收平台上的甲板空间要求。

[0068] 采矿耙装置也可以不采用移动组件2500，这样耙体组件2100就在高度方向固定，也可以对矿石进行收集。

[0069] 如图1、图2所示，耙体组件2100除可以直接通过移动组件2500进行上下方向的大幅度抬起而实现收起功能。还可以在移动组件2500上设置摆动组件2300，通过摆动组件
2300实现在水平面上的摆动或/和上下方向的摆动，当上下方向摆动时，实现将耙体组件
2100进行小幅度的抬起或放下，这样所述摆动组件2300使耙体组件2100沿上下方向有一定
的活动空间。具备在海底形状变化的情况下保持紧贴地面的能力，以保证沿着采矿的扫矿
宽度（从右侧到左侧）上保持持续的采矿/分离效率。当在水平面上的摆动时，即耙体组件
2100左右摆动，这样可以调整耙体组件2100在收集口的展开角度，根据采矿需求进行适应
性调节。

[0070] 所述摆动组件2300设置在所述收集口11左右方向的侧面，且连接所述耙体组件2100。所述摆动组件2300设置在所述移动组件2500朝向收集口11的一端上。根据所述摆动
组件2300的多种功能，而设置有不同的结构。

[0071] 如图1、图2所示，第一种结构，当所述摆动组件2300只实现上下摆动时，所述摆动组件2300包括摆动支架2310，以及驱动油缸2320，所述摆动支架2310的两端均铰接在所述
移动组件2500上，所述驱动油缸2320的一端连接在所述移动组件2500上另一端铰接在所述
摆动支架2310上。所述耙体组件2100和旋转组件2200连接在所述摆动支架2310。驱动油缸
2320启动，推动摆动支架2310绕水平方向的轴线转动，这样使摆动支架2310上下转动，从而
通过所述摆动组件2300带动旋转组件2200和耙体组件2100上下移动。

[0072] 第二种结构中可通过图2中的第一种结构变化得到，当所述摆动组件2300只实现沿左右摆动时，所述摆动组件2300包括摆动支架2310，以及驱动油缸2320，所述摆动支架
2310靠近收集口11的一端铰接在所述移动组件2500上，另一端活动设置。所述驱动油缸
2320的一端铰接在所述移动组件2500上另一端铰接在所述摆动支架2310远离所述收集口
11的一端；并且所述驱动油缸2320与所述移动组件2500的铰接点、所述驱动油缸2320与所
述摆动支架2310的铰接点均设置成可活动式（如鱼眼铰接头），所述耙体组件2100和旋转组
件2200连接在所述摆动支架2310。驱动油缸2320启动，推动摆动支架2310绕铰接点转动，这
样摆动支架2310的另一端就沿左右方向摆动，这样使摆动支架2310可左右摆动，从而通过
所述摆动组件2300带动旋转组件2200和耙体组件2100左右摆动。左右摆动的耙体组件2100
可以调节在水平面上的张开角度。

[0073] 第三种形式（图示中未画出），可以将所述摆动组件实现上下摆动时的结构与当所述摆动组件只实现沿左右摆动时的结构相结合，分别参考上述两种形式，如以所述摆动组
件实现上下摆动时的结构为基础，将连接在摆动支架上的耙体组件和旋转组件替换为摆动
组件只实现沿左右摆动时的结构，并将摆动组件只实现沿左右摆动时的结构中的驱动油缸
连接在第一种结构中的摆动支架上即可。在上述两种结构已说明的基础上，本结构易于想
到，不作具体图示说明。易于想到所述摆动机构还可以采用电动机推动的形式，通过电动机
推动而旋转一定的角度。

[0074] 如图2所示，所述旋转组件2200包括旋转电机，所述耙体组件2100通过联轴器连接在所述旋转电机上，从而通过旋转电机驱动所述耙体组件2100进行转动，进而带动第一螺
旋部2120进行转动。第一螺旋部2120呈螺旋形，当第一螺旋部2120沿朝向收集口11的方向
顺时针转动时，使结核推向/卷向采矿车的收集口11。

[0075] 如图3所示，另外的实施方式中，摆动组件2300还能使耙体组件2100可以以不同的垂向角度展开，即所述耙体组件2100与竖直方向能调整角度a1，其中a1为0‑180°。这样使耙
体组件2100具备在海底形状变化的情况下保持紧贴地面的能力，以保证沿着采矿车的扫矿
宽度（从右侧到左侧）上保持持续的采矿/分离效率。

[0076] 如图2、图3所示，本实施例中的所述耙体组件2100还包括主旋转轴2110，所述主旋转轴2110的一端连接所述旋转组件2200、另一端朝向远离所述收集口11的方向延伸设置。
以耙体组件2100位于收集口11左侧的例，所述主旋转轴2110通过摆动组件2300的驱动可左
右摆动或/和上下摆动，使主旋转轴2110向左侧摆开。所述第一螺旋部2120包括多个第一耙
钉2121，多个所述第一耙钉2121沿螺旋线轨迹间隔设置在所述主旋转轴2110的外壁上。通
常第一耙钉2121设置的较长，这样当主旋转轴2110转动时，第一耙钉2121插入到淤泥内较
深，能将大尺寸的结核从沉积物（淤泥）中掘起，且转动时，螺旋形排列的第一耙钉2121利于
对大尺寸的结核进行输送，将大尺寸的结核从远离收集口11的一侧推动到收集口11的中
间。而第一耙钉2121与第一耙钉2121之间是间隔设置的，这样细小的颗粒和淤泥可以从相
邻第一耙钉2121之间的间隙中漏出，不会把大量的淤泥和沙土带到收集口11处。易于想到，
所述第一螺旋部2120可以直接采用螺旋叶片，但较大的螺旋叶片在收集矿石的同时会带来
大量淤泥。

[0077] 所述主旋转轴2110可以是实心的，也可以是筒形的，这取决于是需要使用时的负荷大小。筒形的主旋转轴2110可以填充生物可降解润滑油，以便在水下深处部署，或者也可
以填充轻型不可压缩材料，这样增加结构强度。另外的筒形的主旋转轴2110中，主旋转轴
2110的外壁上开设通孔，通过在其上通孔让水进入其内，从而免除深水压力作用。

[0078] 如图3、图4所示，本实施例中的所述主旋转轴2110上还设置有第二旋转部2130，所述第二螺旋部的外边缘到所述主旋转轴2110外壁表面的距离（H2）小于所述第一螺旋部
2120的外边缘到所述主旋转轴2110外壁表面的距离（H1）。第二旋转部2130具有较短的长
度，当耙体组件2100放置在海底时，较短的长度的第二旋转部2130的顶端到海底面之间的
间隙比较小，这样使小尺寸的矿物不会从间隙中漏出，从而可以用于收集较小尺寸的矿物。
这样实现选择性地从水底小粒径沉积物中提取多金属结核（或锰结核）。

[0079] 通常海底的结核分布的丰度随位置而变化，结核的形状有粗糙的球状体、椭球体或片状结核。它们经常部分陷入更细的海底沉积物中。通常结核的尺寸在直径15厘米以下，
偶尔会有过大的结核—通常是连体结核。可以预见，只带有第一耙钉2121（较长的耙钉）的
耙体组件2100用于收集典型矿区中可遇到的典型结核尺寸成分，而采用带第一螺旋部2120
和第二螺旋部的耙钉样式则适合于具有相同大尺寸结核和又具有大量散布的较小可用结
核的矿区。

[0080] 如图5所示，图中两条曲线分别代表区域A和区域B的矿石尺寸分布情况，本实施例中的所述第一螺旋部2120的外边缘到所述主旋转轴2110外壁表面距离大于30毫米；所述第
二螺旋部的外边缘到所述主旋转轴2110外壁表面的距离小于30毫米，可设置为14‑16毫米。
当只采用带动第一螺旋部2120的耙体组件2100进行收集时，A区中将会有高达50%的结核被
漏掉了，应用于B区能基本上收集所有结核。如果将同时带有第一螺旋部2120和第二螺旋部
的耙体组件2100应用于A区，则能收集到A区所有的结核，同时也能收集到B区所有结核。

[0081] 具体结构中，所述第二螺旋部可以采用多种形式。

[0082] 如图6所示，第一种形式：所述第二螺旋部只包括第二耙钉2131，多个所述第二耙钉2131沿螺旋线轨迹间隔设置。所述第二耙钉2131设置在所述第一耙钉2121的螺旋轨迹
上，即所述第二耙钉2131可设置在在螺旋轨迹上相邻的两个第一耙钉2121之间。如果所收
集的矿物尺寸范围较大，即收集区域既有大颗粒矿物，又有小颗粒矿物，则耙体组件2100在
收集矿物时，通过长度较长的第一耙钉2121对大矿物进行收集，较短的长度的第二耙钉
2131用于收集较小尺寸的矿物。在这种情况下，矿物的最小截留尺寸可优化。这将使结核收
集的最大化具体到矿物大小的特定值（或者最小尺寸）。

[0083] 如图7所示，第二种形式：所述第二螺旋部包括旋转叶片2132，旋转叶片2132呈螺旋形缠绕在所述主旋转轴2110上，所述第一耙钉2121分布于所述旋转叶片2132的外壁上。
具体为所述第一耙钉2121可以焊接在所述旋转叶片2132的外边缘上，这样借助旋转叶片
2132的外侧长度，使第一耙钉2121增长，能节约材料，便于生产。另外还可以将第一耙钉
2121焊接在主旋转轴2110上和旋转叶片2132上，这样增加了旋转叶片2132和第一耙钉2121
的结构强度，使整个耙体组件的承载能力加强。同样，旋转叶片2132在旋转过程中其低于第
一耙钉2121的高度确保可收集到较小的表层结核。

[0084] 如图8所示，第三种形式：所述第二螺旋部包括旋转叶片2132和第二耙钉2131，旋转叶片2132呈螺旋形缠绕在所述主旋转轴2110上，所述第一耙钉2121分布于所述旋转叶片
2132的外壁上，所述第二耙钉2131焊接在所述旋转叶片2132的外壁上。同样，第二耙钉2131
到主旋转轴2110外壁的距离小于第一耙钉2121到主旋转轴2110的长度。采用该形式的耙体
组件，不仅结构稳定，而且节约材料，可收集到较小的表层结核。

[0085] 以上各形式中，所述第二耙钉2131的中线与所述旋转轴110的中轴线可以垂直设置，即第二耙钉2131和第一耙钉均沿所述旋转轴110的径向设置在所述旋转轴110的外壁
上。而本实施例中的所述第二耙钉2131的中线与所述主旋转轴2110的横截面倾斜设置 。这
样通过第二耙钉2131对小颗粒的矿石进行倾斜推动，能使小颗粒矿石顺着倾斜的螺旋线移
动到收集口11的中间，不易使小颗粒矿物被推到收集区之外，对收集区所收集的矿石更彻
底。

[0086] 如图2、图3所示，本实施例中的所述耙体组件2100、旋转组件2200以及摆动组件2300均设置有两个，两个所述耙体组件2100分别位于所述收集口11左右方向的两侧。位于
左右两侧的耙体组件2100可以分别向左侧和右侧展开。两侧展开的耙体组件2100进一步增
加了集矿区的面积，一次可收集更多的矿石。位于左右两侧的耙体组件2100可以以不同的
垂向角度展开，从而具备在海底形状变化的情况下保持紧贴地面的能力，以保证沿着采矿
车的扫矿宽度（从右侧到左侧）上保持持续的采矿/分离效率。

[0087] 当位于左右两侧的耙体组件2100同时旋转时，当螺旋的第一耙钉2121和第二耙钉2131接触结核时，第一耙钉2121和第二耙钉2131通常在垂直于主旋转轴2110的方向上向结
核施加力和速度。当使用第二组耙钉或连续螺旋叶片时，螺旋本身使矿物向采矿车中部运
动，使左右两侧的矿物向收集口11中间靠拢，耙体组件2100的运动使结核向机器中间收集
口11的运动。由于第一耙钉2121和第二耙钉2131之间有间隙，在螺旋耙旋转期间，虽然一些
不需要的物质被耙体组件2100聚向收集口11，这些物质可能在随后的每次旋转中被耙钉漏
过，尺寸过小的物质就会从耙钉之间的间隙穿过并被留在海面上。由于位于螺旋轨迹上的
相邻耙钉之间的间距的限制，过大的物体（或结核）将无法通过。利用耙钉间距、采矿车的可
变行进速度和旋转组件2200的可变旋转速度之间的组合配置，可以最佳地匹配当地的矿物
丰度范围。根据当地的矿物丰度范围，可以自动调整行进速度以匹配矿物丰度。实现智能化
采矿。

[0088] 本实施例中通过采矿耙装置将所需的结核或颗粒收集并集中成堆放带，并通过耙钉之间的间隙，将绝大多数不需要的沉积物留在海底。因此，本采矿耙装置对矿粒的分选和
收集是同时进行的，即在对矿石进行收集的同时，使矿石和沉积物分离，提高采矿效率。

[0089] 另外的功能中，采用本采矿耙装置，且改变第一螺旋部2120距离海底表面的高度，可以通过旋转组件2200使所述第一螺旋部2120的转向改变，还可以实现不同的功能，如将
耙体组件2100距离海底的高度升高，第一螺旋部2120绕朝向所述收集口11的方向逆时针旋
转时，可实现水下石块清除功能。在采矿车前进的路上，通过摆动耙体组件2100从预定的水
下挖沟路线上清除不需要的石块。

[0090] 耙体组件2100为水下采矿车前部的主要触地工具。耙体组件2100使采矿车能够选择性地从较细的沉积物中提取结核状物质，并将其集中堆积以进行后续收集和处理。当两
侧的耙体组件2100通过摆动组件2300展开后，采矿车可以获得比其他情况下更宽的扫描宽
度。在不进行采矿时，两侧的耙体组件2100通过移动组件向上抬起，置于采矿车体的上方
向。这使得采矿车的存放占地面积最小化，从而减小了采矿车布放和回收设备的尺寸以及
水面母船上或布放回收平台上的甲板空间要求。

[0091] 如图1、图2所示，本采矿耙装置采用一对耙体组件2100（旋转螺旋耙），它们安装在能提供精确方向控制的可移动水下采矿车上。该工具增加了车辆的扫矿收集宽度，并将矿
物聚集到采矿车中部的收集口11前，实现对有价值矿石的一次性提取。该工具也可以作为
两次提取系统的第一部分。在这种情况下，矿物被留在海底（或内陆水体的底部），为后续收
集做好准备。在任一种情况下，该工具将增加目标矿物的收集量，并降低不需要的淤泥或沉
积物的比例。这样可以更有效地提取矿物，减少在车上对废物的处理以及下游的其他处理
过程。这种工具的使用不仅限于矿物的采集，也可用于分离任何尺寸上有大小差异的物质，
例如它可用于水下污染物的收集或溢出物质的清理。

[0092] 如图1、图9所示，进入到收集口11后的混合物能被送入到水下颗粒分离装置3000。所述水下颗粒分离装置3000包括传输机构3100，以及吸取机构3200。所述传输机构3100用
于将矿泥混合物定向输送，具体为，本实施例中为方便结构描述，以将矿泥混合物从前方传
动到后方作为参考。所述吸取机构3200设置在所述传输机构3100的输送方向的一侧，所述
吸取机构3200用于吸取所述传输机构3100上的矿泥混合物中的部分小粒级矿和淤泥。所述
吸取机构3200可以设置在传输机构3100的上侧、下侧、左侧或/和右侧，均能实现吸取矿泥
混合物中的部分小粒级矿和淤泥的功能。为使吸取效果更优，本实施例的所述吸取机构
3200设置在所述输送机构的上侧。

[0093] 通过上述方案，矿泥混合物先被集中在传输机构3100的一端，启动传输机构3100，通过传输机构3100将矿泥混合物定向输送到另一端。在矿泥混合物沿输送方向被传送的过
程中，位于所述传输机构3100一侧的吸取机构3200启动，启动后的吸取机构3200产生吸力，
用于吸取所述传输机构3100上的矿泥混合物中的部分小粒级矿和淤泥。通过吸取机构3200
将传输机构3100上混合物中的淤泥吸走，使矿泥混合物中的淤泥和矿石实现分离，到矿石
被输送到另一端时，再被集中后提升到海面。这样，提升过程中不会夹带大量淤泥，只抽取
矿石，提高了矿物送出海面的效率，而且在海面上处理极少量的淤泥，大大减轻了清淤工
作。另外吸取机构3200还能吸取出较小粒级矿石，而较大粒级矿石由于吸力不足而留在传
输机构3100上。这样还能实现对矿石颗粒进行分拣的功能。被吸取机构3200所吸取的小粒
级矿石可以通过安装和连接额外的分离单元来实现进一步分离。

[0094] 如图9、图10所示，本实施例的具体结构中，所述水下颗粒分离装置还包括壳体3300，所述壳体3300内形成输送通道3310，所述输送通道3310沿前后方向开设，所述传输机
构3100设置在所述输送通道3310内，具体结构中，所述传输机构3100可设置多个，多个传输
机构3100沿左右方向并排设置在输送通道3310内。通过设置多个传输机构3100，同时启动
多个传输机构3100，在保证传输的稳定性的同时，增加输送宽度，可以提高传输效率。另外，
所述壳体3300的内壁挡在传输机构3100的上方和下方，壳体3300上方内壁与传输机构3100
之间形成一定高度的限位空间，可以对传输机构3100的输送量有一定的限定作用，使输送
机构的输送量不会过大，对本装置造成损坏，这样不同的通道高度可以用来适应特定的应
用参数，如最大结核尺寸，以防止堵塞，并确保最高的分离效率。所述吸取机构3200设置在
所述壳体3300上，所述壳体3300上方内壁上开设有多个通孔，吸取机构3200通过通孔与输
送通道3310进行连通，这样完成吸取机构3200的吸矿功能。

[0095] 如图9所示，本实施例中的所述传输机构3100具体包括：带轮3110，输送带3120，以及挡板3130。所述带轮3110转动设置在输送方向的两端，即前、后端均设置有带轮3110。所
述输送带3120套设在两端的所述带轮3110上，所述输送带3120通过所述带轮3110的驱动而
循环移动。多个所述挡板3130间隔设置在所述输送带3120的面板3121上。所述带轮3110所
在的两端的折返处，挡板3130在输送带3120的循环移动下到达前端的折返处，运动的挡板
3130从下向上转动，这样挡板3130能托起流入到输送带3120上的矿泥混合物，从而使矿泥
混合物位于相邻的两挡板3130之间被稳定传输，矿泥混合物被传输到后端的折返处时，挡
板3130向下运动，这样位于输送带3120上的矿泥混合物被送出输送带3120，完成输送过程。
本实施例的具体结构中，所述壳体3300内设置有固定架（图示中未画出），所述带轮3110通
过转轴转动连接在所述固定架上，所述固定架上还连接有动力装置，如电动机和减速器等，
为其中一个带轮3110提供动力，驱动带轮3110转动。如图2所示，所述输送带3120的一种形
式中，可由多个相铰接的面板3121组成，面板3121具体一定的结构强度，可以支持足够的矿
泥混合物。当矿泥混合物带有质量较大的矿石时，输送带3120也能实现稳定支撑，实现大矿
石的稳定输送。

[0096] 如图10所示，本实施例中的所述挡板3130上开设有透水孔3131。透水孔3131设置有多个，这样使挡板3130具有透水的功能，当输送带3120在输送过程中，输送通道3310内也
能产生一定的水流，这样便于水流通过透水孔3131冲洗矿石上的淤泥，这样使矿石更清洁。
另外当挡板3130运动到输送带3120的下方时，输送通道3310内通过挡板3130的运动而产生
一定的水流，这样可以把挡板3130上的淤泥冲掉，实现挡板3130的清洁，减轻挡板3130的负
载。

[0097] 如图9、图10所示，本实施例中的所述挡板3130与所述输送带3120的面板3121倾斜设置或垂直设置，即挡板3130与所述输送带3120之间的角为锐角或直角。当为锐角时，所述
输送带3120的面板3121指承载矿泥混合物的表面板3121。所述挡板3130背离所述输送带
3120的面板3121的一端沿输送方向逐渐远离所述输送带3120的面板3121。具体为当挡板
3130运动到输送带3120上方时，上方的所述挡板3130的前端与输送带3120的面板3121相连
接，上方的挡板3130的后端朝向上的方向上翘，这样使挡板3130和输送带3120的面板3121
之间形成外形轮廓为锐角的槽，从而当矿泥混合物置于槽内时，矿泥混合物不易脱出输送
带3120。多个所述挡板背离所述输送带的面板的一端的外形轮廓为L形或/和T形。即一条输
送带上的所有挡板上端设为L型，或一条输送带上的所有挡板上端设为T型，或一条输送带
上的部分挡板上端设为T型和部分挡板上端设为L型。从而把矿泥混合物限制于由输送带面
板、挡板以及面板形成的槽内，使矿泥混合物不易脱出输送带。

[0098] 如图9、图10所示，本实施例中的所述吸取机构3200具体包括：吸泥主管道3210，吸泥分管3220，以及喷射器3230。所述吸泥主管道3210沿输送方向延伸设置，多个所述吸泥分
管3220沿输送方向间隔设置，多个所述吸泥分管3220连通所述吸泥主管道3210，所述吸泥
分管3220的开口朝向所述输送带3120的面板3121，所述吸泥分管3220的开口连通所述输送
通道3310。所述喷射器3230连通所述吸泥主管道3210，所述吸泥主管道3210通过所述喷射
器3230的启动而产生吸力。通过启动喷射器3230，喷射器3230使连通的吸泥主管道3210中
产生吸力，通过各个吸泥分管3220将吸力释放到输送带3120上方的各个位置，使输送带
3120的上方均能产生吸力。本实施例中的喷射器230采用喷射泵。通过吸泥分管3220中的吸
力吸取所述传输机构3100上的矿泥混合物中的部分矿和淤泥。具体结构中，所述吸泥主管
道3210与所述吸泥分管3220可单独由各标准管焊接而成，也可以直接在外壳上通过各种板
焊接出各管道，从而形成吸泥主管道3210及吸泥分管3220。

[0099] 如图9、图10所示，本实施例中的所述吸泥分管3220倾斜设置在所述外壳上，所述吸泥分管3220连接所述吸泥主管道3210的一端沿输送方向逐渐远离所述输送带3120的面
板3121。具体为所述输送带3120的面板3121与所述外壳的上内壁平行设置，所述吸泥分管
3220与所述外壳的上内壁形成一定倾斜角度。这样吸泥分管3220中吸力的倾斜施加到所述
输送带3120面板3121的矿泥混合物上，这样有对吸泥分管3220吸取口位置的泥矿混合物有
一定的缓冲作用，防止直接吸取混合物，产生过大吸力而堵住吸泥分管3220吸取口。

[0100] 上述采用输送机构和吸取机构3200协同工作，可通过控制输送带3120运输速度和喷射器3230流量来适用同不的输送环境。改变控制输送带3120运输速度和喷射器3230流
量，以适应不同重量和尺寸的两种（或更多）材料类型的分离。且每组吸取机构3200可在输
送带3120沿线（前后方向）的不同位置所设置的吸泥分管3220的开口大小不一样，这样可以
控制不同位置的吸力与流量。如靠前端的吸泥分管3220的开口大于靠后端的吸泥分管3220
的开口，这样大量淤泥在前端吸取，而后端可重点吸附贴附在矿石表面的淤泥，从而使矿石
表面更加干净。

[0101] 如图9、图10所示，本实施例中的所述水下颗粒分离装置3000还包括偏心滚轮3140。所述偏心滚轮3140设置在所述传输机构3100上，所述偏心滚轮3140通过转动用于将
所述传输机构3100上的矿泥混合物扰动。偏心滚轮3140转动时，偏心滚轮3140使输送带
3120产生振动，从而输送带3120上的矿泥混合物由于输送带3120的抖动而分散，由于输送
通道3310内水流的作用，这样将矿泥混合物扰动。通过将混合物扰动，可使较轻较细的矿石
颗粒和淤泥悬浮在液体中，这确保了不同颗粒流的分离。较大/较重的颗粒流留在传送带
上，较轻/较小的颗粒在偏心滚轮3140的扰动下被释放产生悬浮，有利于淤泥的分离和大小
矿石的分拣。本实施例的具体结构中，所述偏心滚轮3140设置在所述输送带3120所围成的
空间内，且所述偏心滚轮3140为椭圆形偏心滚轮3140，椭圆形偏心滚轮3140设置有多个，多
个所述椭圆形偏心滚轮3140沿前后方向间隔分布，所述椭圆形偏心滚轮3140通过转轴转动
连接在固定架上，这样椭圆形偏心滚轮3140的两端均为凸起部，当椭圆形偏心滚轮3140转
动时，可以同时对输送带3120的上部和输送带3120下部进行间歇性顶动，不仅对输送带
3120上部的矿泥混合物进行扰动，而且可将下部输送带3120上未清理的淤泥抖落。通过一
个偏心滚轮3140同时实现两种功能，提高了工作效率。

[0102] 如图9、图10所示，本实施例中的所述水下颗粒分离装置3000还包括射流管道3150，所述射流管道3150设置在所述传输机构3100的一侧，所述射流管道3150用于朝向所
述传输机构3100上的矿泥混合物喷水。通过射流管道3150对传输机构3100上的矿泥混合物
喷水，可以将较轻较细的颗粒释放到悬浮液中，这样对输送带3120上的矿泥混合物进行进
一步扰动，提高了扰动幅度，使矿石和淤泥分离的更充分。本实施例中的具体结构中，所述
射流管道3150设置有多个，多个所述射流管道3150沿前后方向间隔分布，多个射流管道
3150与多个所述椭圆形偏心滚轮3140可互相配合实现对矿泥混合物的扰动。多个所述射流
管道3150可布置在输送带3120的左侧、右侧或下侧。当射流管道3150布置在输送带3120的
下侧时，所述输送带3120的面板3121上开设有若干小孔，该小孔不足以漏出矿石。所述射流
管道3150朝向所述输送带3120的面板3121的表面喷水，这样不仅能使输送带3120上部的面
板3121上的矿泥混合物进行扰动，而且对输送带3120下部的面板3121表面可进行清洗，同
时实现扰动和清洗的功能。本实施例中的所述射流管道3150的出水口朝向所述输送带3120
的面板3121，所述射流管道3150中的水流方向垂直于所述输送带3120的面板3121。这样通
过射流管道3150中的水流直接对输送带3120上部的面板3121上的矿泥混合物进行冲击，使
扰动力度大，扰动更充分。

[0103] 上述过程中，矿泥混合物进入本水下颗粒分离装置3000，通过输送带3120进行输送。通过偏心滚轮3140和/或射流管道3150中的喷射流进行搅拌，将较轻较细的颗粒释放到
悬浮液中。这确保了不同颗粒流的分离：较大/较重的颗粒流留在输送带3120上，较轻/较小
的颗粒扰动到悬浮液中，进而悬浮液更靠近吸取机构3200而被吸走。当矿石和淤泥有彼此
粘附的情况，通过偏心滚轮3140和射流管道3150中的喷射流共同作用进行搅拌，能更好的
实现其粘性粘土或颗粒的混合物的分离效果。

[0104] 如图9、图10所示，本实施例的具体结构中，所述水下颗粒分离装置3000还包括清洗机构3400，所述清洗机构3400包括清洗喷头3410，所述清洗喷头3410位于所述输送带
3120的折返处，所述清洗喷头3410用于朝向所述挡板3130和所述输送带3120的面板3121喷
射水帘。通过清洗喷头3410所喷射出的水帘，对输送完矿石后的挡板3130进行冲洗，这样将
挡板3130上的淤泥可冲洗下来，防止挡板3130回带淤泥。本实施例的具体结构中，所述清洗
喷头3410设置在所述壳体3300的后端，所述清洗喷头3410所喷射出的水帘朝向从上方转动
到下方的挡板3130，这样可将淤泥冲洗后，使泥水从矿石的出口被冲出。本实施例中的所述
清洗喷头3410和所述射流管道3150可共用一条供水管3420。这样可以节约管道。

[0105] 本水下颗粒分离装置的工作原理为：结核和淤泥混合物（矿泥混合物）进入机器后，被转移（根据需要可选用转移轮）到输送带3120的面板3121上。输送带3120上有足够大
档板，以配合最大结核的尺寸。通过设置在输送带3120面板3121边缘的射流管道3150中射
出的水射流，水射流与输送带面垂直，使用水射流清除矿石结核中夹带的沉积物，并将两种
物质类型分开。偏心滚轮3140的使用也增加了沉积物的搅拌和释放。通过射流管道3150中
射出的水射流和偏心滚轮3140对输送带3120的顶动，将淤泥/粘土/砂/碎屑颗粒从沉积物
中释放出来，并使其悬浮。位于提升带面板3121的顶棚/屋顶一组吸取机构3200用于将悬浮
泥沙从混合物中吸出。吸取机构3200的喷射流量可以改变（从而改变吸入流量）以优化淤泥
吸取，并使与淤泥一同进入淤泥回路的细小矿石损失降至最低。输送带3120的速度也可以
从最低要求的传送速率往上变化。结合上述调整可优化分离效率，以适应各种不同的现场
条件（不同的粒级、不同的材料）。

[0106] 上述的水下颗粒分离装置的一个典型应用是：使用在海底环境中收集多金属结核，其中海底收集多金属结核的过程中会夹带一定比例的细粒粘土/粉土/砂/碎屑，在这种
情况下，两种类型的颗粒在粒级上存在显著的粒径差异，通过本装置中的吸取机构吸取出
较小粒级矿石，而较大粒级矿石由于吸力不足而留在传输机构上。这样还能实现对矿石颗
粒进行分拣的功能。

[0107] 当应用在近海或内陆水体中，壳体上的混合物入口和其中一个出口（例如淤泥出口）向水体开放，将淤泥直接排放到原有水环境中。而所需矿物被排放至下游矿石运输系
统。

[0108] 在陆上加工情况下，则可提供水源来湿润混合物，而提供的水可以在循环系统中循环使用。如果两条/多条通道都是矿石，即所述吸取机构的出口处也有矿石，所述传输机
构的出口处有矿石，两处均需要进行分离，以便对不同的粒度进行不同的加工。例如，其一
矿石流可被送至压滤机或泡沫浮选回路，而另一股矿石流则被送至脱水回路。

[0109] 如图11所示，所述矿车本体10上设置有矿车框架3510，所述传输机构3100沿斜上方延伸设置在所述矿车框架3510上。

[0110] 所述壳体3300的斜下方设置为混合物入口3320，混合物入口3320连接所述收集口，所述壳体3300的斜上方为矿石出口3330，所述传输机构3100将矿泥混合物从混合物入
口3320定向输送到矿石出口3330。矿泥混合物在传输过程中，经过吸取机构3200吸取矿泥
混合物中的部分矿和淤泥，形成干净的大矿石出矿石出口3330中流出。本采矿车中，通过传
输机构3100将矿石结核进行提升。

[0111] 这里使用图9、图11作为示例，在海底采矿的应用场景中进一步阐述了本采矿车的使用原理。水下颗粒分离装置的输入是多金属结核和海底沉积物/淤泥的混合物。在这种情
况下，输送带3120是一个提升带，允许提升足够的高度，使清洁后的结核通过车载破碎机和
泵送系统排出，并向提升系统输送清洁产品。从吸取机构排出回路的海底沉积物（粘土/淤
泥/砂/碎屑）废物被送入采矿车上的扩散器，扩散器可以将其海底沉积物（粘土/淤泥/砂/
碎屑）散布到采矿车后面已采过的路径上，在海床或内陆水下采矿作业中，它的淤泥排放还
可以恢复海床。本水下颗粒分离装置的特性和设计的简单性可易于构建扩展结构，以便在
特殊应用场景中使用。可调整皮带速度和流量，以优化混合物的分离效率。

[0112] 因此，在水下矿物工业应用中，通过本水下颗粒分离装置能生产出比其他情况更清洁的矿石产品，避免大量淤泥被带上海面，从而降低立管系统（将矿石输送到海面上）和
基于船舶/平台的淤泥处理和脱水系统所需的容量和运行成本。而且水下颗粒分离装置可
用于有水源的任何处理回路中，以从材料混合物中分离多个不同粒度级的物流——从混合
物中把矿产品和废物分离或分离出不同粒度等级的矿产品。水下颗粒分离装置可用于废
水‑污水系统中，以分离大颗粒废物和小颗粒废物。另外，当安装在移动式水下设备上时，水
下颗粒分离装置可用于各种需要从源头上分离的应用，包括清理海滩和近岸污染。

[0113] 如图1、图12所示，从水下颗粒分离装置3000中的吸取机构中排出的沉积物被输送到扩散装置4000。所述水下扩散装置4000可拆卸连接在所述矿车本体10上。具体为所述水
下扩散装置位于所述矿车本体10的后方。本实施例的水下扩散装置包括扩散壳体4200，所
述扩散壳体4200内设置有扩散通道4221，所述扩散壳体4200上连接有采矿车上的沉积物分
离装置的输入管道4300，输入管道4300内泵出采矿时收集的沉积物，沉积物主要是粘土/淤
泥/沙子颗粒等废物，沉积物从输入管道4300内泵出到扩散壳体4200内的扩散通道4221，所
述扩散通道4221用于沉积物排出，所述扩散通道4221沿沉积物排出方向的截面面积逐渐增
大，由于尽量将沉积物排出到海床表面，因此沉积物排出方向为倾斜向下，或竖直向下。所
述扩散壳体4200上活动设置有摆动调节组件 4400，所述摆动调节组件 4400位于所述扩散
壳体4200的下方，所述摆动调节组件 4400内设置有调节通道4410，所述调节通道4410与所
述扩散通道4221的输出端相连通。

[0114] 通过上述方案，水下扩散装置通过在壳体内设置扩散通道，壳体与泵出沉积物的管道连接，使沉积物能送入到所述扩散通道内，再通过扩散通道对沉积物的流向进行导向，
使沉积物顺着扩散通道进行流动，从而形成沉积物的排出方向。通过外壳将沉积物罩住，从
而避免沉积物在水底中进行扩散，而且将扩散通道设计成沿沉积物排出方向的截面面积逐
渐增大的结构形式，使带沉积物的水流速度减缓，从而减小所有粒子的速度，从而使沉积物
快速沉淀。减速和分流后的沉积物水流再被排放，就会减小因排放引起的周围水体中的浊
度，因此避免了采矿机的操作能见度较低而不利于对采矿机的操作的问题。当被分散和减
速后的沿沉积物到达扩散通道的输出端后，通过摆动调节组件的位置调整，在不同的海底
形状和采矿车沉陷深度的情况下，使调节通道底部的排放口与海底面之间保持恒定的高度
和间隙，以保持流体的稳定排放，利于沉积物排放后的快速沉降，减小采矿车周围水体中的
浊度。另外，还可以将减速后的沿沉积物经过调节通道排放到不同的高度，使沉积物从海底
开设逐级堆高，而不是距离海底面有一定距离的固定高度进行排放，这样通过摆动调节组
件尽量减小了调节通道的出口距离海底面的距离，避免沉积物从该距离缝隙中露出而飘
散，进一步避免使周围水体中的浊度升高。而且通过摆动调节组件将调节通道的出口降低，
避免了流速大的沉积物的流体会产生的漂浮羽流对海底的环境会产生潜在影响。不会破坏
了自然物种，特别是穴居微型动物的居住环境。漂浮的杂物通过摆动调节组件对出口的调
节，避免了漂浮的杂物会再次进入到随后的附近采矿作业的采矿车中，不需要重新处理被
再次采集的沉积物，不会增加处理工作量，提高了采矿效率。

[0115] 在上述方案的基础上，如图12、图13、图14所示，本实施例的具体结构为：所述扩散壳体4200包括输入部4210，以及缓冲部4220。所述输入部4210位于所述缓冲部4220的上方，
所述输入部4210内设置有进料腔4211，所述进料腔4211内连通用于输送沉积物的输入管道
4300。所述缓冲部4220连接所述输入部4210，所述扩散通道4221位于所述缓冲部4220内，并
连通所述进料腔4211。扩散壳体4200由多个挡板组装而成，多个挡板围成各种通道。所述输
入部4210位于扩散壳体4200的上部，所述缓冲部4220位于扩散壳体4200的中部，输入管道
4300连接在输入部4210上，输入管道4300内的水流进入到输入部4210后，再经输入部4210
流入到缓冲部4220，这样使沉积物水流在扩散壳体4200内是一个从上移向下的过程。所述
进料腔沿沉积物排出方向的截面面积小于所述扩散通道沿沉积物排出方向的截面面积，即
输入部4210中的进料腔4211在上下方向的横截面积要小于缓冲部4220上的扩散通道4221
在上下方向的横截面积。当输入管道4300内的沉积物水流进入到进料腔4211中，通过进料
腔4211内壁进行一次缓冲，缓冲后的沉积物水流再进入到空间较大的扩散通道4221内。这
样壳体内的通道沿沉积物排出方向的截面面积逐渐增大，从而使液体流速逐渐减小。当进
入到扩散通道内后，沿流量方向逐渐变大的扩散通道能尽快消除高速进入通道中的液体中
的涡流/紊流，从而降低流体中沉积物的运动速度和能量。从而使沉积物水流进一步分散，
沉积物水流在扩散通道4221内的速度减缓，便于将沉积物以很缓的速度排放到海床上。一
部分颗粒较大的沉积物将沉淀于扩散装置下方的海底面上，颗粒较小的沉积物随流体排
出。由于沉积物的运动速度和能量在经过扩散装置后大幅降低，排出后能迅速沉降，从而减
小了采矿车周围水体中的浊度，避免影响采矿机的操作能见度。

[0116] 本实施例中的所述输入管道4300设置有多个，多个所述输入管道4300分别位于所述输入部4210相对立的两侧。两侧的输入管道4300相对设置，当同时进行沉积物排放时，位
于进料腔4211内的两股沉积物水流形成对冲，可以互相抵消彼此的冲击力，使对冲后的沉
积物水流由于重力作用下朝向扩散通道4221内扩散。本实施例中的所述输入部4210的左右
两侧分别连接有输入管道4300，这样左右两侧同时进行排放，提高排放效率且对冲能改变
水流的方向，使水流向上下扩散，而上方被输入部4210所密封，促进了水流向下方的缓冲部
4220扩散。

[0117] 如图12、图13所示，本实施例中的所述扩散壳体4200还包括排出部4230，所述排出部4230连接在所述缓冲部4220的输出端，具体为所述排出部4230连接在所述缓冲部4220的
下方，所述摆动调节组件 4400活动设置在所述排出部4230上，所述摆动调节组件4400设置
在所述排出部4230的下方，所述排出部4230内设置有排出通道4231，所述排出通道4231分
别连通所述扩散通道4221与所述调节通道4410。通过摆动调节组件4400，使调节通道4410
可以位于所述排出通过的下方进行摆动，所述调节通道4410的下方为开口，该开口为沉积
物水流的出口。所述排出通道4231沿竖直方向设置，所述扩散通道4221倾斜于所述竖直方
向设置。以上关于排出通道4231和扩散通道4221的方向描述，是以位于扩散壳体4200宽度
方向的中心线所在的竖直截面作为参照，在该竖直截面上，所述扩散通道4221倾斜设置，所
述排水通道沿竖直方向设置。通过将扩散通道4221设置为与竖直方向倾斜，这样使向下流
动的沉积物水流被扩散通道4221的内壁所挡住，从而实现对沉积物水流进行导向，使沉积
物水流能沿倾斜方向缓缓下移，使沉积物水流中的沉积物进行减速，进一步减缓了沉积物
水流的冲击能量，通过扩散通道4221的引导，使沉积物水流进入到竖直方向的排出通道
4231中时，排出通道4231的内壁对沉积物水流进行阻挡，将倾斜的沉积物水流导向下方，对
沉积物水流进行一次换向，对沉积物水流抵挡换向的过程进一步减少沉积物水流的冲击能
量。

[0118] 如图12、图13、图14所示，本实施例的所述缓冲部4220的具体结构为，所述缓冲部4220具体包括前挡板4222和后挡板4223，以及连接所述前挡板4222和后挡板4223的左右两
侧的侧面挡板4224。左右两侧的所述侧面挡板4224的前后两端分别与所述前挡板4222和后
挡板4223进行焊接固定，另外所述缓冲部4220的上端也设置有挡板，将上端与输入部4210
焊接。如图2、图3所示，所述前挡板4222和所述后挡板4223平行设置，左右两侧的所述侧面
挡板4224沿沉积物排出方向相互背向延伸。这样，所述缓冲部4220的外形轮廓为一个梯形，
扩散通道4221的内壁轮廓也为梯形。从而使扩散通道4221沿沉积物排出方向的截面面积逐
渐增大。易于想到，所述前挡板222和所述后挡板223也可采用非平行设置，只是实现扩散通
道221的空间是渐渐增大的结构设计，均能适用于本方案。在沿沉积物排出方向（斜上下方
向），扩散通道4221的空间是渐渐增大的，当沿沉积物水流在渐渐增大的扩散空间中流动
时，能分别向左右两侧进行扩散，这样可以避免沉积物太集中而固结在一起，而分散的沉积
物在排放时，更接近其自然未固结状态，可以促进重新铺设在海床上并重建自然物种，特别
是穴居微型动物。而且特别是前挡板4222和后挡板4223，对刚进入到扩散装置的冲击力较
大的沉积物水流进行阻挡，使水流能进入到左右两侧的侧面挡板4224的拐角（挡板连接处）
位置，由于该位置各个方向的挡板进行阻挡，这样可在扩散通道4221内激发涡流来减速，从
而使沿沉积水流减缓和分散。

[0119] 如图12、图13所示，本实施例中的所述摆动调节组件4400包括：转轴4420，摆臂支架4430，以及柔性包裹层4440。所述转轴4420沿左右方向设置在所述扩散壳体4200上，具体
为所述转轴4420通过轴承座连接在所述扩散壳体4200上，所述摆臂支架4430连接在所述转
轴4420上，通过转轴4420的转动，可以带动摆臂支架4430的转动，所述柔性包裹层4440设置
在所述摆臂支架4430的侧面上，所述柔性包裹层4440内形成所述调节通道4410。所述摆臂
支架4430的下方没有被所述柔性包裹层4440所覆盖，这样使调节通道4410在下方留有供沉
积物排放的出口。另外所述水下扩散装置还设有动力驱动件，如电机，或液压推动连杆等，
通过对动力驱动件进行控制，从而施加转动力到转轴4420，带动转轴4420转动一个角度，转
动的转轴4420带动摆臂支架4430转动一个角度，这样就使整个调节通道4410的出口位置改
变，使调节通道4410的出口可以提高或降低。通过对调节通道4410的出口进行提高或降低，
有以下好处。第一是：当在一个矿石集中的地方进行采矿时，采矿车在该位置的停留时间较
长，在正常排放沉积物的过程中，沉积物是越堆越高的，如果开始就将调节通道4410的出口
进行固定，将调节通道4410的出口高出海底面的距离控制的很小，就会导致沉积物堆积到
水下扩散装置内，这样就不便于沉积物的排出。为了避免这种情况就需要调节通道4410的
出口与海底面的高度之间的距离较大，这样就形成了较大的间隙，沉积物从该距离缝隙中
露出而飘散，使周围水体中的浊度升高。这样就降低了本水下扩散装置的作用。当通过转动
摆臂支架4430而实现调节通道4410的出口的活动调节时，先可以将调节通道4410的出口放
下，这样使调节通道4410的出口距离海底面间隙很小，在排放沉积物时就不会使周围水体
中的浊度升高。当铺完到一定位置高度后，摆动摆臂支架4430，使调节通道4410的出口距离
原始海底面的距离就升高，而距离铺完沉积物后的表面的距离还是不变的，其间隙仍然很
小，继续下一层的排放沉积物。因此，通过逐步提高调节通道4410的出口与海底面之间的距
离，从而实现更好的控制周围水体中的浊度的效果。第二是：可以根据海底的不同地形进行
调节排放高度。通过旋转调节，在不同的海底形状和采矿车沉陷深度的情况下，使调节通道
底部的排放口与海底面之间保持恒定的高度和间隙，以保持流体的稳定排放，利于沉积物
排放后的快速沉降，减小采矿车周围水体中的浊度。根据海底地形高度调节好摆动调节组
件，这样使调节通道的出口保持一定的高度进行持续作业。例如海底是软地基和硬地基所
采用的调节通道的出口高度不同，这样在实现最优采矿效率的同时，产生最小的生态破坏。

[0120] 如图12、图13所示，所述摆动调节组件4400的具体结构中，所述转轴4420包括前转轴4421以及后转轴4422，所述前转轴4421与所述后转轴4422沿前后方向分别设置所述排出
部4230上。通过设置前转轴4421与后转轴4422，使摆臂支架4430的连接更稳定。所述摆臂支
架4430包括：多个前摆臂4431，多个后摆臂4432，以及连接底板4433。多个所述前摆臂4431
沿左右方向并排设置在所述前转轴4421上，多个所述后摆臂4432沿左右方向并排设置在所
述前转轴4421上。所述水下扩散装置在左右方向上具有一定的长度，通过设置多个前摆臂
4431和后摆臂4432能对柔性包裹层4440进行有效支撑，使柔性包裹层4440能稳定的连接在
摆臂支架4430上，从而避免柔性包裹层4440的脱离或破裂，导致调节通道4410产生漏孔，从
而导致沉积物从漏孔处漏出，而使周围水体中的浊度变浑浊。所述连接底板4433铰接在相
邻的所述前摆臂4431与所述后摆臂4432上。通过连接底板4433在底端对扩散通道4221的开
口进行限位，在进行调节高度时，使扩散通道4221的开口的开口面均能保持水平，这样使沉
积物都是直向下落下而堆积。

[0121] 如图12所示，本实施例中的所述水下扩散装置还包括连接件4500，所述连接件4500固定连接在所述扩散壳体4200上，所述连接件4500将扩散壳体4200安装在采矿车本体
上。具体结构中，所述连接件4500包括支撑架4510，所述支撑架4510焊接在所述扩散壳体
4200上，所述支撑架4510上开设有多个通孔4520，通过螺钉穿设过通孔4520而将所述扩散
壳体4200固定在采矿车上。

[0122] 如图13、图14所示，本实施例中的，两侧的输入管道4300具有较小总截面积，沉积物水流以相对较高的速度输送到进料腔4211内，从输入管道4300内导入时的流速是约5米/
秒。通过进料腔4211、扩散通道4221、以及排出通道4231的内壁进行阻挡和缓冲导向，它减
缓粒子的速度，并且进料腔4211、扩散通道4221、以及排出通道4231的横截面积是逐渐增加
的，通过逐渐增加的横截面积对其输出，根据质量流量守恒原则来减缓所有粒子的速度。并
且将作为输出端的调节通道4410可活动设置，实现与采矿车后面的采矿轨道相匹配。沉积
物水流从调节通道4410的下端开口退出时，材料的速度已经足够慢，以促进沉降，从调节通
道4410的下端开口排出时的平均流速是0.06米/秒，沉积物被放置到海底。输入流量和纳入
设计的体积膨胀乘数可以改变，以适应操作要求和沉积物的原位特征，例如根据沉积物颗
粒大小进行调节。

[0123] 采矿车的行走路径如图15所示，所述采矿车沿垂直于所述采矿船100的移动方向进行采矿，采矿运动轨迹呈蛇形。通过水下扩散装置实现边采矿，边对海床进行恢复。

[0124] 如图1、图16所示，本实施例的一种丰度探测装置包括声纳检测装置1200，以及结构光成像装置1300。所述声纳检测装置1200朝向所述矿车本体10的移动方向（前方）设置，
并用于通过声纳检测矿石分布密度。所述结构光成像装置1300朝向所述矿车本体10的移动
方向（前方）设置，并用于通过拍摄图像检测矿石分布密度。控制装置（图示中未画出），所述
控制装置分别通讯连接所述声纳检测装置1200和结构光成像装置1300，并用于根据矿石分
布密度控制采矿速度；所述控制装置可设置在矿车本体10上，也可独立设置在采矿船上。

[0125] 而现有技术中的采矿车，没有用于探测矿石丰度的设备，导致无法测量区域内的矿石丰度。如果采矿挖掘机械进行均速前进采矿，那对于矿石丰度高的区域，造成采矿不充
分，有矿石被漏采集，而且矿浆浓度大；对于矿石丰度低的区域，矿浆浓度低，造成采矿过程
中矿浆浓度变化大，给后续提升泵和矿浆脱水处理带来困难，导致需要在立管提升系统中
的提升泵下方设置一个起缓冲作用的中间舱，该中间舱体积大，费用高，给下放回收操作带
来很多困难。

[0126] 上述方案中，丰度探测装置通过设置在矿车本体10上的声纳检测装置1200对前方的海底面进行检测，由于矿石结核的声反射率与海底沉积物（污泥，沙土等杂质）不同，声纳
检测装置1200根据检测到的数据，通过控制装置能形成声纳图像，并判断出检测区域内的
矿石结核的分布情况，从而可以通过声纳检测装置1200进行丰度测绘。另外，为使检测数据
更精确，通过结构光成像装置1300对采矿区域进一步进行检测，通过结构光成像装置1300
对采矿区域进行拍照，并获取海底面的三维点线，通过对拍摄的轮廓线进行分析，评估其不
规则性和与海底轮廓有关的小轮廓偏差，从而提供关于矿石结核数量和大小的补充信息。
这样就通过声纳检测装置1200，结构光成像装置1300获取的数据，从而精确的得到海底的
一定区域的矿石密度，再通过控制装置对采矿速度进行控制，根据采矿区域的矿石结核的
情况，合理控制采矿速度。从而实现稳定的矿浆浓度和流量，且无需在提升系统中设置中间
舱，提高采矿效率。通过声纳检测装置1200和结构光成像装置1300的共同检测，其检测范围
（图2中a区域），可以覆盖采矿区域。

[0127] 在上述方案的基础上，本实施例的具体为：

[0128] 如图16所示，所述矿车本体10包括主体，以及支架1120，所述支架1120可悬置在所述主体的前方，这样避免主体对声纳检测装置1200以及结构光成像装置1300的检测过程产
生干扰。所述支架1120包括连接在主体上的各连接杆1121，以及连接在各连接杆1121上的
支撑横杆1122，所述支撑横杆1122沿左右方向延伸设置，所述声纳检测装置1200、结构光成
像装置1300均设置在所述支撑横杆1122上，这样支撑横杆1122可以对声纳检测装置1200以
及结构光成像装置1300进行稳定固定。

[0129] 如图16、图17所示，所述声纳检测装置1200具体包括：前侧声纳器1210，以及侧面声纳器1220。所述前侧声纳器1210设置在所述矿车本体10的前端。具体为前侧声纳器1210
设置在所述支撑横杆1122上，通过所述前侧声纳器1210可以覆盖采矿设备前进采矿时的采
矿区域。通过前侧声纳器1210采集的数据，形成声纳图像，判断出采矿设备前进路线上的矿
石密度，进而根据矿石密度来调整采矿设备在该区域的前进速度，使采矿效率最大化。所述
侧面声纳器1220设置有两个，两个所述侧面声纳器1220分别设置在所述矿车本体10的两侧
端。具体为，所述侧面声纳器1220分别固定在所述支撑横杆1122的左右两端，侧面声纳器
1220声纳发射方向朝向斜前方（侧前方）。当前侧声纳被海底的动物、植物挡住时，会造成探
测不准，此时通过侧面声纳器1220进行探测，则能从侧面检测出被遮挡的区域，同时也增加
了检测范围，使检测更全面。

[0130] 本实施例中的所述前侧声纳器1210设置有两个，两个所述前侧声纳器1210沿所述矿车本体10的左右方向上对称设置。两个前侧声纳器1210，同时朝前方进行检测，由于每个
前侧声纳器1210的检测区域都是扇形，通过两个前侧声纳器1210进行检测，使检测区域能
覆盖采矿车所前进采矿的路径上，使检测范围更全面，不易产生遗漏。

[0131] 在声纳检测装置1200使用的过程中，声纳检测装置1200越接近采矿车底部，如近距离（4米到10米）的多束声波后向散射数据能提供更详细的图像。在距离较近的情况下，使
用更高的频率，例如在400kHz–700kHz范围内的声纳参数，可得到更精确的数据。在选定区
域中，平均后向散射声回波取决于结核分布，在预设声纳配置参数，以及预先测得的海底淤
泥的特定声反射率形态参数，得到结核丰度、大小和声级之间的关系。从而根据声纳图像对
矿石结核丰度进行预测。此外，对于前侧声纳器1210所测得的声纳图像，图像分辨率足以表
示直径超过3cm的单个结核。该声纳图像也可以处理，以检测每个结核的单个声回波。

[0132] 如图16、图18所示，本实施例中的所述结构光成像装置1300包括：照明灯1310，以及摄像机1320。通过照明灯1310和摄像机1320组成SLS检测系统（Structure Light 
System）。通过照明灯1310提供光源射到海底面，光幕接触到海底面时，其接触位置会形成
光影轮廓，通过摄像机1320拍摄该光影轮廓，得到三维轮廓线（如图18中c），由于海底矿石
的外形有高有低，该三维轮廓线也是凹凸不平，通过多条三维轮廓线的扫描分析，可以得到
海底面的表面形状，从而分析三维轮廓线的凸点，则可以得到该区域内的矿石分布情况。具
体为：因为矿石结核与海床具有不同的灰度，图像处理可用于通过分析颜色/灰度和斑点区
域提供矿石结核丰度的总体估算，在这些图像中还可以通过边缘检测、数学形态法和区域
拟合检测到单个可见结核矿石。因此，三维轮廓线的分析中可以评估其不规则性和与海底
轮廓有关的小轮廓偏差，从而提供关于结核数量和大小的补充信息。

[0133] 本实施例中的所述照明灯1310设置在所述矿车本体10的前端，所述摄像机1320位于所述照明灯1310的下方。以便能够扫描前方海底格栅，以及其旁边的附近区域。本实施例
中的所述结构光成像装置1300设置有两个，两个所述结构光成像装置1300沿所述矿车本体
10的左右方向上对称设置。两个结构光成像装置1300，同时朝前方进行检测，由于每个结构
光成像装置1300的检测区域进行互相补充，通过两个结构光成像装置1300进行检测，使检
测区域能覆盖采矿车所前进采矿的路径上，使检测范围更全面，不易产生遗漏。易于想到摄
像机还可位于所述照明灯的其他方向，如上、左、右方等，其拍摄效果均达不到摄像机位于
所述照明灯的下方时的拍摄效果。

[0134] 如图19所示，所述光成像装置300距离矿车本体10的底面的距离为3‑4米。并且根据视场和纵向定位可以观测到海床前方6米的海床形状。两个摄像机1320可以观察收集格
栅、螺旋耙和格栅前面的海床附近区域。使用摄像机1320图像进行短距离结核检测和特征
分析是一个非常有价值的工具。从相对较短距离到底部（4到8米之间）拍摄的图像能清楚的
得到矿石结核特征分布和地面真实情况分析。

[0135] 通过摄像机1320拍摄的结果不仅可以提供相对结核丰度的估算，而且还可以用来确定结核平均直径或粒径分布以及结核计数。实际结核直径与基于视觉的估算之间的实际
关系（因为许多结核部分被掩埋）可以通过观察和测量格栅上的结核来调整，并使用机器学
习模块进行校正。

[0136] 以一台60度角垂直视场的相机为例安装在采矿车3米高处可以观察到前方大约6米处。考虑到采矿车行进速度为1.5米/秒，以20帧/秒的速率进行拍摄，每帧覆盖约30厘米
的地面条块。因此可以分析在采矿头前方的多个条块，并确定每个条块的结核数量，包括离
集矿头最近的条块结核数量的最新估计。考虑到典型的300万像素照相机很容易获得，在长
达2米的距离内，可以获得每平方厘米超过9像素的密度。这种分辨率足以用于单个结核的
检测和精确计算。

[0137] 如图19所示，显示了一个模拟视图的示例，该视图由一个3m高的摄像机1320拍摄，水平视场为90度，观察0.5m等间距的结核和一个1m正方形网格（如图19中b）。如图5所示，根
据不同的结核可以得到不同的图形，结核直径为10cm的图像（图20中d和e）；和结核直径为
5cm的图像（如图20中f和g）；结核露出50%的图像（图20中e和g）或结核露出30%的图像（图20
中d和f）。从图中可以看出，在这种配置中，每台摄像机1320在机器正前方5米宽，在机器前
方3米远处为8米宽。机器前部两侧的两个摄像头可以覆盖整个采道，并能覆盖相邻采道几
米宽的范围。

[0138] 考虑到摄像机1320和SLS检测系统的使用要求，前置的摄像机1320需要使用照明灯1310，相对较快的采矿车运动（约1.5m/s）和脉动光将要求时，所使用的摄像机1320具有
全局快门，以消除滚动快门图像传感器的滚动带效应。

[0139] 通过控制装置对采矿区域的矿石结核的图像进行分析，当采矿区域的矿石结核密度大时，通过控制装置对采矿车的速度进行降低，加快收集矿速度，更加充分进行采矿。当
采矿区域的矿石结核密度小时，通过控制装置对采矿车的速度进行提升，使采矿车速度加
快，同样能加快收集矿石速度。这样能充分利用采矿设备，提高采矿效率。

[0140] 另外的功能中，控制装置中设置有机器学习算法。通过已有预期结核丰度的初步估计，加上泥浆浓度和破碎机料斗喂料高度提供了实际收集结核的指示性测量。因此，将这
些信息与前方摄像机1320的视觉图像信息耦合起来，可以用于机器学习算法。这样就将测
量的声级与结核密度参数关联起来。预计丰度估计输出（Kg/m2）是多个来源（声纳、视觉和
三维激光扫描）数据融合的结果。对于这一估计，在采矿车上还可以获得其他信息，例如破
碎机上的喂料的堆积高度和矿浆浓度（主要是结核浓度，因为淤泥已经在很大程度上被清
除）。该信息融合将集成人工神经网络或向量机等机器学习算法，可以调整多个参数。因此，
在实际运行中，系统通过学习声学后向散射水平或图像特征等可观测参数与实际丰度值之
间的关系，可以实现连续丰度映射校准。在使用工作级ROV进行初步调查时，通过分析初步
调查获取的声学和图像信息可得到该区域的初始结核估计值，在实际采矿作业时，采矿车
与工作级ROV上的传感器获取的声学图像以及视频图像一起通过机器学习和数据融合可以
进一步提高丰度映射的精度。此外，在采矿支持船上进行矿浆脱水分离处理后，实际矿石采
出量的测量值可用于输入机器学习过程，从而进一步提高丰度映射精度。

[0141] 因此，如图17所示，所述丰度探测装置可拆卸连接在所述矿车本体10上。所述采矿车还包括：测速仪1410，以及水下定位装置1420。测速仪1410，以及水下定位装置1420分别
与控制装置通讯连接，控制装置可以是控制芯片，PC等。所述测速仪1410设置在所述矿车本
体10上并用于检测所述矿车本体10的移动速度，所述水下定位装置1420设置在所述矿车本
体10上并用于检测所述矿车本体10的位置。所述测速仪1410为多普勒测速仪1410，所述水
下定位装置1420为超短基线水下定位装置1420。

[0142] 所述水下采矿车还包括扬矿装置（图示中未标注），所述扬矿装置设置在所述矿车本体上，并用于将所述水下颗粒分离装置分离的矿石泵出。具体为所述扬矿装置连接所述
壳体3300的斜上方的矿石出口3330，所述传输机构3100将矿泥混合物从混合物入口3320定
向输送到矿石出口3330，并通过扬矿装置送到采矿船或陆地上。

[0143] 应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保
护范围。