输送软管在深海采矿系统设计所面临的问题

随着各国陆地资源的日趋减少，战略资源的   竞争焦点逐步转向海洋，海洋矿产资源已成为世界各国关注的   。目前   有商业开采前景的采矿工艺是固液两相流管道提升式，该工艺利用海底集矿车采集矿石，再利用管道将矿石提升到水面采矿船上。该开采方式具有环保   、低成本和适合深海采矿运输等特点。为满足集矿车回采路径的需要及适应海底地形起伏变化，需在中继仓与集矿车之间连接一段软管，使采矿系统易于控制、操作及采矿，从而使采矿过程   指数显著提高。软管空间形态在整个深海采矿系统中具有重要作用，但软管复杂的空间形态不利于输送固体矿石，容易发生堵管事故。因此如何软管   是深海采矿系统设计所面临的重要问题之一。

目前，已有很多学者通过系统力学特性探究了采矿船和集矿车的运动状态对软管受力特性影响，以及从   作业的角度分析了较优软管初始空间形态。运用非线性有限元法和牛顿迭代法计算软管有限元模型，   软管初始空间构形。针对输送软管两端在采矿船和集矿车的牵引下运动，同时受到多个力和管内流体等复杂载荷祸合作用，结合Morsion阻力方程，建立输送软管和内外流场祸合作用下的力学模型。

运用非线性有限元模拟计算方法，分析了软管长度，软管集中吊挂浮力点配置等因素对软管空间形态的影响，并分析了单拱形和双拱型不同工况下较优软管初始构型。然而，由于试验耗资大、难度系数高等因素，在实际采矿过程中软管形态动态变化及内流对软管形态的影响   成果却鲜见报道。

本文基于粗颗粒深海采矿提升模拟试验系统，   不同工况条件下软管空间形态变化。在试验中主要考虑集矿车移动距离、内流流速、内流密度等主要因素，分析各个因素对软管空间形态的影响，探讨不同工况条件下软管空间形态变化规律以及软管形态变化影响的内在机理。以期为深海采矿系统软管输送参数设计提供   基础。

在重力作用下，软管可能触及海底，管道与海底的摩擦力将使集矿车无法运动，因此，   在软管上加装浮力材料，使其悬浮在海水中。通过在输送软管上添加浮力球，使软管在水中的整体浮力与重力大致相当。如浮力不够，在浓度较大时，软管很有可能触及海底；如浮力比整体重力大很多，将减少集矿车接地比压，影响其运动性能。因此，软管浮力材料的配置需要优化计算。

输送软管的形态变化不仅受到集矿车拖曳力 和软管自身的重力、浮力作用，还受到软管内部固 液两相流对软管的作用力，主要受到的力为内流流体的冲力和重力。

当内流为浆体时，重力增量大于垂向上的冲力增量。因此，当软管中固体颗粒的体积浓度越高时，内流流体密度变大，固液两相流对软管的压力也随之增大，从而导致软管隆起幅度变小，且软管两侧下垂幅度变大。

因此，当软管悬浮在水中且外流条件不变时，软管形态变化主要受集矿车拖曳力和软管内流特J陛的影响。软管形态的主要影响因素有软管的内流流速、内流密度及集矿车的位移距离等。因此本文通过试验，   这几个因素对软管形态变化的影响，探究软管的内流流速、内流密度及集矿车移动距离与软管形态之间的关系。