权利要求
1.一种深海采矿运输船多船并行的运输方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤S1、将海底采集到的矿物经提升系统输送至深海采矿船的接收区，依次完成预筛分、去杂、清洗与破碎处理，处理后送入储矿舱暂存;
步骤S2、将储矿舱矿物送入制浆舱，补加海水并投加分散、流变调节药剂，经搅拌调制形成矿浆;制浆过程中对矿浆密度、固含量、黏度关键指标在线监测与动态调节;
步骤S3、将制得矿浆通过深海采矿船管路分别引入船艏卸浆泵舱与船艉卸浆泵舱缓冲暂存，利用搅拌与液位控制维持矿浆均匀性;
步骤S4、矿石运输船以并行、陆续的外输模式与深海采矿船建立作业连接，作业期间任一时刻至少有一艘矿石运输船与深海采矿船保持输矿浮管连接，矿浆以平滑、稳定的速率从深海采矿船输出;
步骤S5、运输船接收矿浆后通过船上固液分离系统完成脱水，矿泥入舱堆存，脱水尾水汇入回水系统并与深海采矿船建立回水通道，外输作业期间保持输矿浮管、回水浮管同时连接，使矿浆输送与尾水回收同步连续进行，深海采矿船接收回输尾水后进行尾水处理;
步骤S6、当运输船装载达到上限后，先将输浆通道流量平稳降至停止并完成隔离，再终止回水通道并完成隔离，随后分别解除输矿浮管与回水浮管连接，运输船驶离，由下一艘运输船接替作业。
2.根据权利要求1所述的一种深海采矿运输船多船并行的运输方法，其特征在于，步骤S1中，矿物经破碎处理后颗粒度满足制浆要求，储矿舱通过料位监测与给料机构为后续制浆环节提供连续、可控的供料。
3.根据权利要求1所述的一种深海采矿运输船多船并行的运输方法，其特征在于，步骤S2中，调制形成的矿浆满足泵送与浮管输送的工艺要求，通过动态调节加水量、加药量与搅拌强度，降低矿浆沉积、堵塞与浓度波动的风险。
4.根据权利要求1所述的一种深海采矿运输船多船并行的运输方法，其特征在于，步骤S3中，船艏卸浆泵舱与船艉卸浆泵舱均配置阀组、压力与流量测点及搅拌装置，为矿浆并行外输与接替切换提供缓冲余量。
5.根据权利要求1所述的一种深海采矿运输船多船并行的运输方法，其特征在于，步骤S4中，具体步骤如下：
步骤S41、船舶编号与队列组织：
深海采矿船设置两个运输节点，分别为船艏运输节点与船艉运输节点，并实时统计当前空余运输节点数量;对每一艘进入调度范围的运输船Ti，执行如下分配规则：
当节点数量n=2时，判定当前无运输船占用节点，指令运输船Ti进入单独作业模式，选择其中一个运输节点作为运输船Ti的接收节点;
当节点数量n=1时，判定已有一艘运输船占用其中一个节点，指令运输船Ti进入并行作业模式占用剩余空闲运输节点;
当节点数量n=0时，判定无空闲节点，指令运输船Ti进入待装载状态并在排队等待点保持待机;任一运输船完成接收并解除连接、释放占用节点后，对队列中的下一艘待装载船重新执行上述分配，以实现连续外输;
步骤S42、当为运输船Ti分配目标运输节点且允许靠近窗口判据满足时，深海采矿船向运输船Ti下达由待命点进入对接点的指令，运输船Ti在限定相对速度与相对方位条件下靠近并完成软管连接;当窗口判据不满足时，运输船Ti保持待命状态并滚动评估，直至窗口出现后再触发靠近与连接动作。
6.根据权利要求5所述的一种深海采矿运输船多船并行的运输方法，其特征在于，步骤S42中，运输船Ti与深海采矿船完成连接后，保持两条软管处于连通状态：一条为输矿浮管用于接收矿浆，另一条为回水浮管用于回输尾水，使矿浆输送与尾水回收同步连续进行。
7.根据权利要求5所述的一种深海采矿运输船多船并行的运输方法，其特征在于，步骤S42中，允许靠近窗口判据包括海况条件、船舶相对运动参数、输送通道压力参数、浮管姿态与接头状态参数，所有参数均满足安全阈值时判定窗口判据满足。
8.根据权利要求1所述的一种深海采矿运输船多船并行的运输方法，其特征在于，步骤S5中，运输船的固液分离系统采用筛分、离心、压滤的组合工艺，脱水后形成低含水率矿泥入舱堆存;深海采矿船对回输尾水完成处理后，达标排海。
9.根据权利要求1所述的一种深海采矿运输船多船并行的运输方法，其特征在于，深海采矿船配置储矿舱、制浆舱、矿浆缓冲舱、船艏卸浆泵舱与船艉卸浆泵舱，矿浆先经矿浆缓冲舱稳流后，再通过分配管线分别连通船艏卸浆泵舱与船艉卸浆泵舱。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及深海资源开发技术领域，特别是一种深海采矿运输船多船并行的运输方法。
背景技术
[0002]深海采矿是海洋资源开发的重要方向，随着深海采矿技术与装备的研发迭代，行业内已形成深海采矿船与矿石运输船联合作业的成熟模式。其中，深海采矿船承担海底矿物定点采集的核心任务，矿石运输船负责矿物的远洋外运，矿浆的船间高效转运成为衔接采矿与外运环节的关键。现有矿石外运流程需依次完成靠泊准备、装卸通道连接、矿物装卸、通道分离收回及运输船驶离等环节，各环节衔接形成标准化作业体系，为深海采矿规模化作业提供了基础支撑。
[0003]但现有单船顺序接收的矿浆运输模式存在明显的效率短板，装卸前的准备工作与作业后的收尾工作会形成不可避免的作业停止间隙，无法实现矿物转运的连续化作业。该间隙不仅降低了整体运输效率，还易造成深海采矿船端的矿物堆积，极端情况下会导致采矿作业被迫停滞等待，难以匹配深海采矿的连续采集需求。
[0004]随着深海采矿作业规模持续扩大，加之海洋作业受海况、气象等因素限制，有效作业窗口相对有限，现有运输模式的效率问题愈发凸显。为适配深海采矿产业的发展节奏，突破作业窗口利用率低、转运连续性差的行业痛点，亟需研发一种矿石装卸过程更平滑、作业衔接更稳定的矿浆外输新模式，以此提升深海采矿全流程的作业效率与连续性。
发明内容
[0005]本发明的目的是提出一种深海采矿运输船多船并行的运输方法，解决现有深海采矿船间矿浆运输单船顺序接收效率低、缺乏多船协同作业的问题，实现多船并行接替的连续作业，提升矿浆运输效率、海况窗口利用率及深海采矿作业的整体安全性与连续性。
[0006]为实现上述目的，本发明提出了一种深海采矿运输船多船并行的运输方法，具体步骤如下：
步骤S1、将海底采集到的矿物经提升系统输送至深海采矿船的接收区，依次完成预筛分、去杂、清洗与破碎处理，处理后送入储矿舱暂存;
步骤S2、将储矿舱矿物送入制浆舱，补加海水并投加分散、流变调节药剂，经搅拌调制形成矿浆;制浆过程中对矿浆密度、固含量、黏度关键指标在线监测与动态调节;
步骤S3、将制得矿浆通过深海采矿船管路分别引入船艏卸浆泵舱与船艉卸浆泵舱缓冲暂存，利用搅拌与液位控制维持矿浆均匀性;
步骤S4、矿石运输船以并行、陆续的外输模式与深海采矿船建立作业连接，作业期间任一时刻至少有一艘矿石运输船与深海采矿船保持输矿浮管连接，矿浆以平滑、稳定的速率从深海采矿船输出;
步骤S5、运输船接收矿浆后通过船上固液分离系统完成脱水，矿泥入舱堆存，脱水尾水汇入回水系统并与深海采矿船建立回水通道，外输作业期间保持输矿浮管、回水浮管同时连接，使矿浆输送与尾水回收同步连续进行，深海采矿船接收回输尾水后进行尾水处理;
步骤S6、当运输船装载达到上限后，先将输浆通道流量平稳降至停止并完成隔离，再终止回水通道并完成隔离，随后分别解除输矿浮管与回水浮管连接，运输船驶离，由下一艘运输船接替作业。
[0007]优选的，步骤S1中，矿物经破碎处理后颗粒度满足制浆要求，储矿舱通过料位监测与给料机构为后续制浆环节提供连续、可控的供料。
[0008]优选的，步骤S2中，调制形成的矿浆满足泵送与浮管输送的工艺要求，通过动态调节加水量、加药量与搅拌强度，降低矿浆沉积、堵塞与浓度波动的风险。
[0009]优选的，步骤S3中，船艏卸浆泵舱与船艉卸浆泵舱均配置阀组、压力与流量测点及搅拌装置，为矿浆并行外输与接替切换提供缓冲余量。
[0010]优选的，步骤S4中，具体步骤如下：
步骤S41、船舶编号与队列组织：
深海采矿船设置两个运输节点，分别为船艏运输节点与船艉运输节点，并实时统计当前空余运输节点数量;对每一艘进入调度范围的运输船Ti，执行如下分配规则：
当节点数量n=2时，判定当前无运输船占用节点，指令运输船Ti进入单独作业模式，选择其中一个运输节点作为运输船Ti的接收节点;
当节点数量n=1时，判定已有一艘运输船占用其中一个节点，指令运输船Ti进入并行作业模式占用剩余空闲运输节点;
当节点数量n=0时，判定无空闲节点，指令运输船Ti进入待装载状态并在排队等待点保持待机;任一运输船完成接收并解除连接、释放占用节点后，对队列中的下一艘待装载船重新执行上述分配，以实现连续外输;
步骤S42、当为运输船Ti分配目标运输节点且允许靠近窗口判据满足时，深海采矿船向运输船Ti下达由待命点进入对接点的指令，运输船Ti在限定相对速度与相对方位条件下靠近并完成软管连接;当窗口判据不满足时，运输船Ti保持待命状态并滚动评估，直至窗口出现后再触发靠近与连接动作。
[0011]优选的，步骤S42中，运输船Ti与深海采矿船完成连接后，保持两条软管处于连通状态：一条为输矿浮管用于接收矿浆，另一条为回水浮管用于回输尾水，使矿浆输送与尾水回收同步连续进行。
[0012]优选的，步骤S42中，允许靠近窗口判据包括海况条件、船舶相对运动参数、输送通道压力参数、浮管姿态与接头状态参数，所有参数均满足安全阈值时判定窗口判据满足。
[0013]优选的，步骤S5中，运输船的固液分离系统采用筛分、离心、压滤的组合工艺，脱水后形成低含水率矿泥入舱堆存;深海采矿船对回输尾水完成处理后，达标排海。
[0014]优选的，深海采矿船配置储矿舱、制浆舱、矿浆缓冲舱、船艏卸浆泵舱与船艉卸浆泵舱，矿浆先经矿浆缓冲舱稳流后，再通过分配管线分别连通船艏卸浆泵舱与船艉卸浆泵舱。
[0015]因此，本发明提出了一种深海采矿运输船多船并行的运输方法，其有益效果如下：
(1)本发明通过在深海采矿船船艏与船艉分别建立独立矿浆卸载通道，并允许两艘运输船同时接收矿浆，实现了多船并行运输;相较于单船顺序接收模式，可显著减少因等待、拆解与重新对接造成的空档时间，提高了海况窗口利用率与单位时间转运量。
[0016](2)本发明通过对海况、船舶相对运动、输送通道压力/流量、浮管姿态与接头状态等关键作业参数的全面监测，设定明确的安全作业阈值与船舶靠近窗口判据，仅在满足安全条件时触发运输作业，使多船并行、接替的全流程形成标准化、规则化作业体系，提升协同作业的可控性与可复现性，保障深海采矿作业整体安全性。
[0017](3)本发明中运输船接收矿浆后通过筛分、离心、压滤组合工艺完成固液分离，形成低含水率矿泥入舱堆存，提升矿物储运效率;同时通过输浆、回水双浮管的同步连接设计，实现了脱水尾水的连续回输，深海采矿船对回输尾水统一处理并达标排海，实现了矿浆转运与尾水排放的规范化、可追溯管理，有效控制了海洋作业污染。
[0018](4)本发明提出的方法中的船舶调度分配规则与作业流程可根据深海采矿船船型、海洋作业工况灵活调整，轻松扩展为两艘以上运输船的队列接替作业模式;同时核心的液固两相介质连续泵送、多船协同运输设计思路，可推广至其他海上工程场景的同类介质船间输送作业，应用范围广、适配性强。
[0019](5)本发明通过矿浆制备、缓冲暂存、并行输送的全流程连续化设计，避免了因矿浆转运中断导致的深海采矿船矿物堆积问题，消除了采矿作业停滞等待的风险，实现了海底矿物采集、船上处理、船间转运的全流程衔接顺畅，提升了深海采矿作业的整体连续性与生产效率。
[0020]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0021]图1为本发明一种深海采矿运输船多船并行的运输方法的流程图;
图2为本发明深海采矿运输船多船并行运输方法的作业示意图;
图3为本发明深海采矿运输船多船并行运输方法的深海采矿船舱室布置图。
[0022]附图标记
1、深海采矿船;11、储矿舱;12、制浆舱;13、矿浆缓冲舱;14、船艏卸浆泵舱;15、船艉卸浆泵舱;2、矿石运输船;3、输矿浮管;4、回水浮管。
具体实施方式
[0023]为使本发明的技术方案、优点和目的更加清楚，下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0024]除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
[0025]实施例一
本实施例以西太平洋某多金属结核矿区为作业海域，作业水深约4500m。船队包括：深海采矿船1一艘、矿石运输船2共三艘;深海采矿船设置储矿舱11、制浆舱12、矿浆缓冲舱13;船艏卸浆泵舱14与船艉卸浆泵舱15。
[0026]如图1-图3所示，本发明提供了一种深海采矿运输船多船并行的运输方法，具体步骤如下：
步骤S1、深海采矿船1接收由提升系统输送上船的海底矿物，先经预筛分与去杂单元剔除大块杂物，再进行清洗去泥;随后进入破碎单元，使矿物满足制浆与管内泵送要求后的矿物送入储矿舱11暂存，并通过料位监测与给料机构实现连续、可控下游供料。
[0027]步骤S2、将储矿舱11矿物按设定给料量送入制浆舱12，补加海水并投加分散剂、流变调节剂等药剂，在搅拌与循环作用下形成均匀矿浆，使矿浆满足输矿浮管3泵送要求;通过流量、压力监测，对加水量、加药量与搅拌强度进行动态调节，降低沉积堵塞风险。
[0028]步骤S3、制得矿浆先进入矿浆缓冲舱13稳流，再经分配管线分别连通船艏卸浆泵舱14与船艉卸浆泵舱15形成两个独立运输节点;两节点分别配置阀组、压力、流量测点与搅拌装置，维持矿浆均匀性，为并行外输与接替切换提供缓冲余量。
[0029]步骤S4、三艘矿石运输船2采用并行的协同方式与深海采矿船建立作业联系，具体如下：
步骤S41、在本实施例中，经调度分配后，确定船艏节点作业船、船艉节点作业船，两艘矿石运输船2分别占用船艏运输节点与船艉运输节点同步接收矿浆，形成并行外输作业状态;同时确定一艘待装载的矿石运输船2，在安全域外保持排队等待，并保持动力定位、操纵就绪状态，持续接收深海采矿船1关于接替时刻的指令。
[0030]步骤S42、在确定船艏节点、船艉节点的并行作业关系后，深海采矿船1分别对船艏运输节点与船艉运输节点执行连通前确认，引导矿石运输船2由待命点进入船艏对接点完成输矿浮管3与回水浮管4的连接;连接完成后进行密封性复核与张力稳定性确认，在满足压力建立与张力稳定条件下进入输送状态。
[0031]步骤S5、矿石运输船2在接收矿浆后进入船上固液分离系统完成脱水处理，脱水后的矿泥进入货舱堆存;在外输作业期间，矿石运输船2与深海采矿船1保持两条软管同时处于连通状态：一条为输矿浮管3用于持续接收矿浆，另一条为回水浮管4用于持续回输尾水，使矿浆输送与尾水回收同步连续进行;深海采矿船1接收回输尾水后进入尾水处理流程，达到环保流程后排海。
[0032]步骤S6、当船艏的矿石运输船2装载达到上限后，先停止并隔离输浆通道，再停止并隔离回水通道，随后解除输矿浮管与回水浮管连接，驶离作业区进入外运航次。深海采矿船1执行步骤S4对可用的运输节点再次执行确认，并引导下一艘矿石运输船2完成船艏节点两软管对接，随后恢复船艏节点输送，实现连续的并行作业;保证整体外输连续性。
[0033]值得注意的是，本发明中未详细阐述的内容均为现有技术，为本领域技术人员所熟知。
[0034]因此，本发明提供了一种深海采矿运输船多船并行的运输方法，通过构建多船并行作业组织与输送通道管理机制实现了矿浆连续转运，大幅提升了矿浆运输效率与海况窗口利用率，增强了多船协同作业的可控性与规范性;同时，兼顾了海洋作业的环保要求与后处理效率，具备良好的适用性和可扩展性，提升了深海采矿作业的整体安全性与连续性。
[0035]最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
说明书附图(3)
