國內(nèi)外水下采礦技術(shù)及裝備發(fā)展現(xiàn)狀

1、國內(nèi)外水下采礦技術(shù)及裝備發(fā)展現(xiàn)狀第一頁，共21頁。一、研究背景海底的礦藏 廣袤無垠的海洋是人類擁有的巨大資源寶庫。除油氣資源和海濱礦砂外，還有多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼和多金屬硫化物等金屬礦產(chǎn)資源。這些礦物中富含鎳、鈷、銅、錳及金、銀金屬等，總儲(chǔ)量分別高出陸上相應(yīng)儲(chǔ)量的幾十倍到幾千倍。多金屬結(jié)核富鈷結(jié)殼多金屬硫化物第二頁，共21頁。一、研究背景圈地運(yùn)動(dòng) 西方各國從 20 世紀(jì) 50 年代末開始投資進(jìn)行“區(qū)域”活動(dòng)，搶占最具商業(yè)遠(yuǎn)景的多金屬結(jié)核富礦區(qū)，并且已形成了多金屬結(jié)核商業(yè)開采前的技術(shù)儲(chǔ)備。第三頁，共21頁。一、研究背景中國的加入 1991年3月我國取得國際海底開發(fā)先驅(qū)投資者資格。2001年，在東

2、北太平洋的取得一塊面積為7.5萬平方公里的多金屬結(jié)核勘探合同礦區(qū)。2011年，在西南印度洋取得一塊多金屬硫化物礦區(qū)。2013年，在西北太平洋海山區(qū)，獲得一塊面積為3000平方公里的富鈷結(jié)殼礦區(qū)。第四頁，共21頁。一、研究背景面臨的環(huán)境 第五頁，共21頁。二、技術(shù)方案 第六頁，共21頁。二、技術(shù)方案 1960 年初由美國加利福利亞大學(xué)Mero教授設(shè)計(jì)。 該系統(tǒng)由采礦船、拖纜和鏟斗3部分組成。第七頁，共21頁。二、技術(shù)方案 主要由采礦船、拖纜、繩斗和牽引機(jī)等部分組成。 1972 年，日本對(duì)連續(xù)鏈斗法進(jìn)行采礦試驗(yàn)，但作業(yè)中鏈索纏在一起而使試驗(yàn)終止。第八頁，共21頁。二、技術(shù)方案 1979 年，法國工

3、程師提出穿梭艇式采礦系統(tǒng)方案，該系統(tǒng)設(shè)想由一系列能自由潛入海底的獨(dú)立采集器(穿梭艇)組成，到達(dá)海底后采集器排出壓載物采集結(jié)核后再浮上水面，但可行性研究表明系統(tǒng)過于昂貴。第九頁，共21頁。二、技術(shù)方案 1978 年，OMI 采用該系統(tǒng)在太平洋進(jìn)行了數(shù)次深海多金屬結(jié)核采礦海試，成功地從 5200m水深海底采集到數(shù)百噸多金屬結(jié)核，最大產(chǎn)能超過40t/h，驗(yàn)證了該系統(tǒng)原理及其深海采礦的技術(shù)可行性。第十頁，共21頁。二、技術(shù)方案 右圖是鸚鵡螺礦業(yè)的深海多金屬硫化物商業(yè)采礦系統(tǒng)示意圖，據(jù)報(bào)道該系統(tǒng)于2013年完成組成。第十一頁，共21頁。三、關(guān)鍵技術(shù)第十二頁，共21頁。三、關(guān)鍵技術(shù)多金屬結(jié)核采集技術(shù) 多金

4、屬結(jié)核賦存于水深40006 000 m 的海底沉積物表層，往往處于半埋藏狀態(tài)；多為球形或橢球形，粒徑一般為 210 cm，密度約 2100 kg/m。第十三頁，共21頁。三、關(guān)鍵技術(shù)多金屬硫化物采集技術(shù) 礦體在海底呈大塊狀，厚度高達(dá)十幾米或數(shù)十米。根據(jù)對(duì)大量樣品的力學(xué)性能測試，海底多金屬硫化物礦的斷裂特性類似于煤，韌性和塑性類似于鹽和碳酸鉀。第十四頁，共21頁。三、關(guān)鍵技術(shù)富鈷結(jié)殼采集技術(shù) 富鈷結(jié)殼礦床主要分布于4004 000 m 水深的海山、中脊和海臺(tái)的斜坡和頂部表面，以 220 cm 厚度的結(jié)殼狀黏附在基巖上。 總體上說，深海富鈷結(jié)殼的采集是一項(xiàng)尚未解決的難題，由此也將影響富鈷結(jié)殼商業(yè)開

5、采的時(shí)機(jī)。關(guān)鍵問題是如何將結(jié)殼從基巖上有效剝離 方法：主要是陸地巖石切削螺旋滾筒截齒軋削、盤刀切削、拖刀耙削等機(jī)械式破碎剝離方法。水射流剝離、聲波破碎等概念和方案也曾被考慮，但由于破碎能耗高等原因暫時(shí)難以獲得實(shí)際應(yīng)用。第十五頁，共21頁。三、關(guān)鍵技術(shù)海底采礦車行走技術(shù) 在這方面，德國、韓國以及我國中南大學(xué)、長沙礦山研究院等單位的研究團(tuán)隊(duì)開展過大量的理論分析與試驗(yàn)研究履帶-底泥的作用機(jī)理 壓陷強(qiáng)度-切應(yīng)力-滑移的復(fù)雜規(guī)律海底實(shí)時(shí)定位 組合導(dǎo)航水動(dòng)力特性第十六頁，共21頁。三、關(guān)鍵技術(shù)海底采礦車行走技術(shù) 在這方面，德國、韓國以及我國中南大學(xué)、長沙礦山研究院等單位的研究團(tuán)隊(duì)開展過大量的理論分析與試驗(yàn)研究履帶-底泥的作用機(jī)理 壓陷強(qiáng)度-切應(yīng)力-滑移的復(fù)雜規(guī)律海底實(shí)時(shí)定位 組合導(dǎo)航水動(dòng)力特性第十七頁，共21頁。三、關(guān)鍵技術(shù)礦物從海底向海面的輸送技術(shù)第十八頁，共21頁。三、關(guān)鍵技術(shù)水面支持系統(tǒng)面臨的問題：深海采礦系統(tǒng)整體聯(lián)動(dòng)動(dòng)力定位升沉補(bǔ)償系統(tǒng)第十九頁，共21頁。四、發(fā)展趨勢 目前水下礦產(chǎn)資源開采技術(shù)的研究主要是圍繞多金屬結(jié)核和多金屬硫化物，西方發(fā)達(dá)國家目前已實(shí)現(xiàn)技術(shù)儲(chǔ)備，一旦時(shí)機(jī)成熟，稍微吸收科技發(fā)展，就可以進(jìn)行商業(yè)開發(fā)。 圍繞著關(guān)鍵技術(shù)，西方國家在做精做細(xì)，而我國現(xiàn)在處于初步階段，相關(guān)勘探、實(shí)驗(yàn)不