中国大洋采矿技术发展述评

大洋采矿是海洋高科技的前沿,海洋资源开发的"制高点".我国近年来大洋采矿研究所取得的最新成果,为我国开辟新的矿产资源基地,实现国民经济建设可持续发展的重要战略目标打下了良好的基础.     

大洋多金属结核工业开采前的技术准备

1前言在世界大洋海底表层蕴藏着极其丰富的多金属结核矿产资源，随着《联合国海洋法公约》的生效，大洋开采的法律问题已经解决，新一轮资源开发的技术竞争将日趋激烈。据联合国采矿专家组预测，最早实现大洋多金属结核工业开采的时间是2020年以后，到时深海采矿极有可能成为一门高新技术产业。世界上许多深海采矿研究部门对大洋采矿进行的技术经济分析和预测，认为采矿企业必须获得15％～20％的内部收益率才能盈利，为此年产于结核县领达3Mt，可供20～30年连续开采，且具有开采价值的富矿区面积达20000km’才值得开采。2矿区勘探工业开采…     

21世纪中国的大洋多金属结核工业开采

本文以中国大洋采矿研究最新成果为基础，结合中国矿区开采环境和未来30年科技进步可能实现的技术，对大洋多金属结核工业开采的前期技术准备，采矿系统，设备及人员配置等一系列问题做一探讨。     

中国大洋采矿技术研究述评

大洋采矿面对的是５０００ｍ左右水深的海底复杂环境和恶劣条件，它是海洋高科技的前沿。本文介绍了近年来我国在大洋采矿系统、基础理论与试验研究及试验室建设方面所取得的进展。对今后研究工作进行前瞻。     

大洋钴结壳资源研究开发现状

简要概述了国内外有关大洋钴钻壳资源勘查及冶炼加工的现状,同时指出我国应加大投资力度,研究采矿和冶炼加工方法,为下世纪开发利用大洋钴结壳资源奠定技术基础。     

大洋采矿集矿机行走技术的试验研究

1前言集矿机是大洋采矿系统中技术最复杂、难度最大、最关键的部分之一。它要求在水深4800～5200m的大洋软底正常可靠地高效进行采矿作业。因此行走方式的好坏直接关系着大洋采矿的成败。选择行走方式的核心问题就是集矿机能在剪切强度极低的软海底上行走，满足承载能力高、牵引力大、压陷深度小、搅动海底轻的要求。2行走方式的选择在过去30年间，国际上已开发和试验了的某矿机行走方式主要有拖曳式、螺旋桨式、阿基米德螺旋式和履带自行式四大举型（图1）。（1）拖曳式：由海面采矿船钢绳牵引，结构简单，对海底扰动和破坏小，但不便控制…     

国际采矿技术发展的趋势

介绍了国际上溶浸技术、深部开采、矿山环保与治理，充填技术和大洋采矿的现状及发展趋势。     

深海采矿矿石输送软管有限元动力分析

在大洋海底,存在丰富的矿产资源,其中锰结核分布于4000～6000m的海底,钴结壳分布于1500～4000m的海山之上,这两种矿产资源极具开采价值。从上世纪初,人类就研究其开采方法,而由海底采矿车、采矿船和水力输送系统组成的采矿系统被认为具有商业开采价值,该采矿系统又可分为硬管采矿系统和软管采矿系统。     

中国大洋矿区采矿环境研究

深海采矿面对的是5000m左右水深的海底复杂环境和条件，把赋存于海底表层的多金属结核采集起来，并将其输送至海面采矿船上，需要考虑海水压力、腐蚀、海流冲击、海底地形、地质、矿床位置、海洋气象及海况等因素。本文从采矿工程角度对中国大洋矿区采矿环境进行分析研究。     

大洋多金属结核采矿软管输送系统的研究

叙述了大洋多金属结核中试采矿系统中软管输送系统的研究内容,介绍了软管输送系统的组成、及其工艺和参数研究所取得的成果。     

深海采矿集矿机的研究与开发

介绍了我国深海采矿集矿机的研制背景和研究开发历程,对我国现有深海采矿集矿机的组成与结构特点、关键技术问题及其解决情况进行了总结。对集矿机在我国深海采矿研究中的应用,及其在深海底栖工程装备方面的移植和拓展前景进行了展望。     

中国深海采矿技术的发展

我国深海采矿技术的研究历经15年的发展,基本完成了深海多金属结核开采专有技术体系的构建及主要装备的研制。在解析发展背景、总结技术进步的基础上,对如何加快我国发展深海采矿技术提出了新的见解。     

基于AMESim的深海采矿车液压执行系统建模与仿真

以深海采矿车液压执行系统为研究对象,利用AMESim软件建立仿真模型,模拟深海环境下采矿车越障的典型工况,通过设置主要系统参数,实现深海采矿车液压执行系统的动力学仿真。仿真结果表明,液压执行系统及各液压元件在深海采矿各种越障工况下安全可靠,系统稳定性好。模拟结果可以为深海采矿车液压系统的优化设计及控制提供理论依据。     

大洋锰结核深海开采扬矿技术

介绍了国外大洋锰结核深海开采扬矿技术与关键设备的研究开发状况和我国扬矿技术研究现状。通过对各种扬矿方法优缺点的分析评价得出采用矿浆泵水力提升和气举泵提升进行深海开采扬矿的现实可行性, 认为矿浆泵提升最有可能成为商业开采的第一代扬矿方法。为了有效开采大洋锰结核, 应十分重视扬矿参数的基础研究和扬矿设备的研制。     

深海粗颗粒矿石垂直管道水力提升技术

全面论述了近30年来国内外深海采矿垂直管道水力提升技术的发展和研究现状, 对十几个国家深海采矿垂直管道水力提升系统进行了描述和分析, 重点介绍了我国深海采矿垂直管道水力提升技术的研究成果。从管道输送安全角度考虑, 论述了垂直管道堵塞的关键问题和解决措施, 可为我国深海多金属结核、富钴结壳和热液硫化物等金属矿产资源垂直管道水力提升技术的研究提供参考。     

深海采矿扬矿管的横向运动响应分析

在陆地矿产资源日渐枯竭与工业需求不断增长的矛盾下,深海矿物的开采已是势在必行。深海采矿扬矿管有区别于石油平台立管的特殊之处,由于处于悬垂状态而具有高自由度,因此其水平运动响应值得关注。采用有限元软件Abaqus的Aqua模块对其进行有限元模拟,通过建模计算,得到扬矿管在作业状态与不同拖航速度下的水平偏移与弯矩分布情况,得到了一些具有参考价值的结论。     

深海采矿车控制技术研究

深海采矿对人类具有重要的意义,目前尚处于原理性研究阶段,面临着很多技术难题和科学问题。由于试验的困难、技术瓶颈的存在,我们迫切需要对深海采矿技术进行广泛全面的探讨,有利于对必需技术进行提前储备。文中对深海采矿国内外研究现状进行了综述,对深海未知极限环境下采矿车建模与仿真、深海强作业条件下采矿车导航、采矿车下放姿态控制、稀软底强扰动采矿车高精度轨迹跟踪、集矿头位姿跟随控制、集矿系统故障诊断与容错技术等关键技术进行了探讨,指出了它们的困难所在与研究方向。     

深海矿产资源勘探开发产业创新发展短板与对策

深海矿产资源是全球战略性资源,商业性开采时代或即将来临,迫切需要强化我国深海矿产资源勘探和开发利用布局,加快商业化开发步伐。本文通过文献分析、案例研究和一线调查等方法,深入研究国内外深海矿产资源开发产业的发展情况,系统梳理了深海矿产资源技术创新、创新资源、重大装备与关键技术、产业链培育四个方面内容。分析结果表明,我国在深海矿产资源开发利用方面存在区域发展不平衡、产业培育重视不足、核心技术对外依赖严重等问题,在深海矿产资源精细勘探、绿色开采、安全开发等环节中仍存在较大的技术瓶颈。本文提出了深海矿产开发产业技术发展的重点方向,并据此给出4方面建议,即建构学科耦合和多圈层意识、研判产业技术着力点促进形成产业链优势、加强政策支持促进多元化投入、完善合作共享机制等,以期加快推动我国深海矿产资源开发利用。     

深海采矿矿石输送软管的力学实验分析

根据深海采矿软管输送系统的主要参数,建立了采用实验对输送管道进行力学分析的相似理论。根据相似理论,选取了一根模型输送管道,对其进行了力学实验,同时采用有限元方法对相应情况进行了力学分析。两种分析方法所得结果基本一致,从而证明了采用有限元方法可以对深海采矿输送软管进行力学分析。     

坐底式深海采矿系统力学分析

为了隔离中继站与软管及采矿车的相对运动,提出了一种坐底式深海采矿系统,建立了考虑波浪、海流等因素影响的采矿船、张紧器和输送管的全系统耦合分析模型,对各设计工况下张紧器张力、输送管等效应力以及挠性接头转角等参数进行了计算分析,结果均满足相关规范要求,验证了坐底式深海采矿系统的可行性和作业的安全性。