基于SWOT分析的深海采矿发展策略研究

深海中蕴藏着丰富的矿产资源,对高科技与低碳转型发展具有巨大的潜在经济价值,世界各国对深海采矿的关注度正在不断提高,但深海采矿目前仅停留在局部勘探阶段。本文采用SWOT分析方法,对深海采矿的优势、劣势、机会和风险进行了可行性分析。分析结果表明,相较于陆地采矿,深海采矿在技术、环境和政策等方面都具有特殊性。深海矿产在富集程度、二氧化碳排放、基础设施需求等方面具有独特优势,并可能带来经济、社会、科学等领域的多重额外效益;但深海采矿可能会破坏深海生态环境,并存在一定的经济风险和政治风险,相关法规也尚未明确。在此基础上,本文提出了加大国际合作和跨学科合作,建立海底观测系统,实施生态环境评估,构建绿色经济框架,加强国际社会监管等方面的深海采矿发展策略。     

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。     

ADAMS在深海采矿系统虚拟样机建模中的应用

对深海采矿系统进行动力学分析，可以为系统的研制和开采（试验）作业提供理论依据和技术参考。本文介绍了利用ADAMS建立深海采矿系统虚拟样机模型的过程，为深海采矿系统动力学分析提供了有效的仿真平台。     

台风对深海采矿海试的影响分析与对策

南海台风严重威胁深海采矿海试工程的安全,因此,分析了台风给深海采矿海试工程带来的主要挑战,对台风环境下深海采矿海试工程的安全性和应对台风灾害的策略进行了研究。结果表明:台风工况下影响作业安全的最主要因素为悬挂点处倾角;在时间允许的情况下,采用回收水下系统后撤离的避台风模式可以最大限度保障作业人员和设备安全;在选择海试时间时宜避开6~11月的台风高发期,以减少海试过程遭遇台风的风险。     

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。     

深海采矿综合控制系统设计与研究

深海采矿综合控制系统是深海采矿船的顶层控制系统,涉及采矿作业多系统的集成监测与智能化协同控制。从系统功能架构、采矿作业基本流程、协同作业规则与策略以及调度指挥模型等方面对深海采矿综合控制系统进行了分析与研究,提出了综合控制系统总体方案及协同控制调度指挥策略,并基于粒子群-遗传(PSOGA)算法实现采矿资源的合理调度与分配,为深海采矿综合控制系统的研制提供了理论基础。     

针对深海采矿车的遍历路径规划方法研究

针对深海采矿车在海底复杂条件下周围环境信息缺少,实时处理数据能力低,环境建模困难复杂,难以自主和高效完成深海采矿作业等问题,提出一种深海采矿车遍历采矿作业的全覆盖路径规划方法。首先利用AUV(自主水下机器人)采集数据得到的水下DEM(数字高程模型)数据模型构建出海底的三维静态地图模型,根据得到的底质类型数据划分障碍物构建出二维静态栅格环境模型;然后考虑栅格状态、距离因素和转向因子建立启发函数,实现遍历路径采矿工作。结合实际采矿过程中出现的采矿死区问题,引入改进A*算法规划逃离出死区路径,保证了重复率尽可能小;最后通过MATLAB仿真验证。结果表明,该算法确保采矿覆盖率为100%的同时降低了重复率和转弯次数,提高了深海采矿车的工作效率和经济效益,为深海采矿车海底路径规划提供了理论基础。     

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。     

深海采矿船设计的研究

就流体提升式采矿法所拟用的深海采矿船的设计问题做一探讨。提出了对深海采矿船的设计要求、采矿船特性参数和基本结构以及采矿设备配置等问题。同时，还介绍两种采矿船设计方案，并对重点设计问题作了技术说明。     

深海多金属结核采矿环境影响分析

深海多金属结核采矿一直是国内外研究热点,由采矿可能引发的系列环境问题也成为研究关注的焦点。介绍了深海多金属结核矿区环境以及开采工艺与装备,分析了矿区采矿可能产生的不利环境影响,提出了减轻环境影响相应措施,对我国深海多金属结核采矿技术的环境影响研究具有一定参考价值。     

基于遗传算法的螺旋滚筒最小能耗设计

深海钻结壳开采的关键是如何设计出采集覆盖于复杂基岩上的钻结壳的采矿头,这是钻结壳采集技术研究的重点,也是钴结壳采矿系统的关键装置。在几千米深的海底进行采矿作业,能量的供应是突出的难题之一。设汁出来的切削头必需具有能耗低的特点。钴结壳采掘机器人在一段时间内的功耗正比于工作速度。因此,研究采掘机器人采矿头采集钴结壳消耗的功率和采集头与其工作速度之间的相互关系,具有十分重要的理论和实际意义。     

深海采矿扬矿管的运动对流动参数影响的研究

结合深海开采扬矿应用条件建立了模拟扬矿管升沉、摆动和倾斜的提升试验系统, 进行了较大摆幅和较宽频率范围的试验, 获得了比较全面的试验数据, 建立了计算模型。研究所确定的提升管升沉、摆动和倾斜对管内流动参数的影响规律已应用于5 000 m深海采矿系统中试技术设计和1 000 m水深海试采矿系统设计及其扬矿设备的研制。     

Analysis of a Green Transport Plant for Deep Sea Mining Systems

Deep sea mining was identified in the middle of last century. However, its industrialization and commercialization today are limited in the costal mining industry due to the high mining cost and technical issues. The purpose of this paper is to analyze a green transport plan of deep sea mining systems in terms of the optimal efficiency of the rigid pipe lifting system and the total energy consumption. The deep sea mining facilities considered in this paper consist of a mineral collecting machine, a flexible hose, a rigid pipe, a grinding machine, a concentrating machine and a horizontal pipe conveyor. Centrifugal pump modelling and its working principle are researched, because it is the major transport facility. The relationship between the optimal efficiency, total energy consumption, transport loss factor, and the relating mining parameters is determined by numerical simulations and fittings under Fortran and Matlab environment, and the optimization under 1st Opt environment. The research conducted in this paper is valuable for the pre-evaluation of deep sea mining transport systems and the further realization of its industrialization and commercialization process.

     

基于Galerkin法的阶梯式扬矿管偏移分析

深海采矿系统中，连接在采矿船上的扬矿管受多种因素的影响。呈现出相当的复杂动力学特性，将扬矿管考虑成弹性梁，通过分析梁单元在垂直平面所受的各种横向载荷的影响，建立起了梁单元横向振动的数学模型，同时根据扬矿管的边界条件，利用Galerkin法，对此数学模型进行了求解，得到扬矿管相对于船的偏移，以及扬矿管的弯曲应力等。     

一种新型的深海钴结壳作业车行驶性能仿真研究

钴结壳作业行走车作为深海钴结壳采集系统的工作平台行走在海山上进行作业。本文提出了一种新型的钴结壳作业车结构。基于大型机械系统动力学仿真软件（ADAMS／ATv）,构建了典型海山地形和新型作业行走车的虚拟样机模型,通过四种典型工况的仿真分析,对作业车的行走性能作出了预测。     

锰结核开采的气力提升参数研究

气力提升是大洋锰结核开采的主要扬矿方法之一。气力提升的工艺参数,如固,液两相的体积率,管道压力损失,注气深度,注气量,注气力,提升能力,提升浓度,提升效率和三相流型,对深海采矿气力提升系统的设计非常重要。     

鑫达黄金矿业急倾斜薄矿体中深孔采矿方法的研究与优化

近年来，随着开采技术的发展，急倾斜薄矿脉采用中深孔采矿越来越多。为了降低生产成本，提高经济效益和安全系数。通过在矿房对扇形中深孔和平行中深孔进行现场试验，得到扇形中深孔比平行中深孔工程量少、千吨采切比小的结论。将扇形中深孔采矿方法在急倾斜薄矿脉中进行推广应用，取得了一定经济效益。     

深海集矿机行走的视景仿真系统设计与实现

针对深海采矿系统在海底黑暗地带工作无法直观、便捷地监测这一问题,设计和实现了一种基于Visual C++和Vega Prime软件联合开发的深海采矿视景仿真系统。利用Terra Vista软件和Multigen Creator软件构建了三维虚拟场景,包括采矿系统三维实体模型的创建和海底地形的生成,并在Vega Prime软件中实现了视景仿真。介绍了利用Visual C++二次开发Vega Prime视景仿真系统的方法,根据加载的实时数据驱动集矿机模型,控制其运动路径。阐述了Vega Prime与OpenGL联合开发的关键技术及方法,并绘制了集矿机的行走轨迹图。仿真结果表明:此方案能逼真、准确、实时地模拟集矿机在海底的动态运动,对深海采矿作业的顺利进行具有一定的参考意义。     

基于MATLAB的深海行走机构液压系统建模及仿真研究

在研究深海行走机构液压系统工作原理的基础上,设计了行走机构液压控制系统,采用变量泵-变量马达容积调速回路,对液压控制系统进行建模仿真分析,为行星轮式海底行走机构整机设计的合理性提供依据。