深海采矿潜在环境影响因素及监测技术体系研究

目前深海采矿潜在的生态环境影响引起来了广泛关注,文章针对工业化深海金属矿产资源开采潜在的环境影响监测评估需要,系统地总结了深海铁锰多金属结核、铁锰富钴结壳以多金属硫化物等主要深海资源的基本产状,分析了“物质迁移-羽流产生-声光电磁噪声-耗氧-有毒物质释放”等主流采矿工艺潜在的环境影响因素,基于深海采矿生态环境影响评估调查研究的技术需求,从实施深海采矿环境监测实验工程、建立深海重大装备系统、发展原位监测传感器等方面提出了深海采矿环境监测技术体系建设构架,以期为我国深海采矿生态环境监测保护技术发展提供借鉴。     

深海采矿技术在缓慢中持续发展

概述７０年代以来深海采矿技术的发展，重点对日本的深海采矿系统进行了展示，指出了未来１０年深海采矿技术的发展方向。     

关于中国国际海底区域矿区采矿的思考

文章结合国际深海采矿的现状和中国现有国际海底区域矿区的情况,分析中国国际海底区域矿区采矿存在缺少法律依据、尚未完成矿区资源评价和"区域"放弃、深海采矿技术发展相对滞后、海洋环境影响评估尚有不足等问题;在此基础上提出未来发展建议,即开展与国际海底管理局的深度合作,在制定"区域"内矿产资源开发规章中有所作为;加快对中国国际海底区域的勘探工作,尽快完成矿区资源评价和"区域"放弃;跟踪国际深海采矿行业进展,加快推进中国深海采矿系统的建造并尽快试开采;继续加大深海采矿对海洋环境的影响研究,尽快形成深海采矿环境影响预测评价技术指南。     

挪威深海矿产资源开采战略路径分析及启示

挪威近年来大力推动深海采矿,在地质科研勘探、技术装备研制、环保政策制定等领域已经走在世界前列,率先为深海采矿商业化提供了实现可能。挪威政府凭借其过硬的工程装备基础与深厚的法律政策积淀,因时制宜积极转变深海采矿路径,目前已在商业化开发与环境保护中找到平衡点,形成了完备的深海开发战略路径。文章通过中国和挪威两国深海资源开展战略对比分析,提出4点建议：加快深海产学研深度合作,带动新兴产业发展;以《深海法》为基石,构建深海采矿产业政策;加强深海环境保护研究,打造环境友好的深海开发路线;把握深海国际机制,争取深海国际规则主动权。多角度提升深海实力,以尽快实现“深海开发”。     

深海采矿环境影响研究：进展、问题与展望

系统介绍了深海采矿环境影响研究的历史、现状及所取得的主要成果;分析了现有深海采矿环境研究存在的问题;提出了今后深海采矿环境影响研究的对策和主要发展方向。     

我国深海多金属结核采矿试验之初论

文章在分析国际深海资源勘探活动最新进展的基础上,针对我国"十三五"国家重点研发计划"深海多金属结核采矿试验工程"项目的总体目标、主要内容、组织模式等进行了介绍,对目前国际社会普遍关注的深海采矿与环境保护、商业开发时机、国际深海开发规章等问题进行了分析,对后续我国深海采矿试验工作提出了建议。     

推进器失效对深海采矿船动力定位性能的影响分析

深海中蕴藏着丰富的矿产资源,深海采矿船是深海采矿的重要装备,通过动力定位系统控制采矿船的海上位置,动力定位系统由若干推进器组成。采矿船在海上受到风浪流作用,推进器一旦失效极易发生采矿船运动失控等安全事故,本文研究推进器不同失效方式下动力定位性能,分析推进器不同失效方式动力定位功能的损失。根据势流理论计算波浪载荷,数值模拟深海采矿船不同位置的单个推进器失效和多个推进器失效方式下的时域运动响应,对比各种失效方式对深海采矿船纵荡、横荡、艏摇三个自由度运动的影响,分析各种失效方式对剩余推进器推力的影响。研究结果表明：采矿船空载90°浪向,推进器不同失效模式对于纵荡运动影响远小于对横荡和艏摇运动影响,船艉单推进器失效对于纵荡和艏摇动力定位的影响大于两个推进器失效影响;对于采矿船多自由度运动动力定位两个推进器失效大于单推进器失效影响;一侧两个推进器或两侧推进器同时失效,对动力定位的影响相同,对于横荡运动的影响最大。本文揭示了深海采矿船推进器失效对于采矿船运动的影响程度和机理,对于深海采矿船的安全作业具有指导意义。     

自治水下机器人在深海采矿系统湖试中的应用

以大洋采矿前期的湖试为例,介绍了AUV在矿产资源调查和深海采矿中的应用。在深海采矿系统作业前期,利用AUV调查湖底的地形地貌、结核的分布与覆盖率,确定集矿机作业地点的大地坐标。在深海采矿系统作业后期,利用AUV调查集矿机在湖底的行走轨迹和压陷深度,估算回采率。     

关于深海矿产资源研究中几个问题的浅见

对深海矿产资源研究中的几个问题进行了简要的论述和分析,包括深海采矿对环境的影响及破坏作用;深海采矿的技术经济评价的相关问题的研究及作出正确评价的依据,深海矿产资源的分布特点,开发顺序及与经济价值的关系。     

履带式深海采矿车软底质行走性能分析

海底底质的物理力学参数不同于陆地土壤,其极低的抗剪强度和承压强度对深海采矿车的行走性能提出高要求。分析基于车辆地面力学理论,开展了底质土力学特性试验研究,建立了深海底质力学模型。根据深海重载作业采矿车样机结构参数,在大型动力学仿真软件Recurdyn中建立了仿真模型。通过直线行走多体动力学仿真与直线行走海试试验的对比,验证了仿真模型的准确性。在此基础上开展了采矿车样机在深海软底质上的多种行走工况动力学仿真,分析与评价其行走性能。结果表明,采矿车样机可以顺利完成转弯、爬坡、越障等基本功能。该研究成果可为深海采矿车海底行走性能评估提供理论参考,为深海采矿车和软底质的相互作用力学研究提供借鉴。     

深海采矿整体联动风险分析及应急撤离策略研究

深海采矿作为新领域资源重点开发项目,国外已开展部分试验研究,国内现阶段仅停留在重点设备部件级功能验证,还未开展过系统整体联动,距离海洋油气等正在进行的规模化商业开采还有很大距离。本文以深海采矿系统整体联动模型为基础,与海洋油气工程作业平台技术模型进行对比,对整体联动风险点进行深度分析,并根据重点风险部件开展其悬挂模式、力学模型研究,探讨深海采矿系统整体联动时应急撤离的策略。研究总结了深海采矿系统整体联动的特点,提出了管道摇摆幅度超出设计范围、平台升沉行程超出伸缩冲程范围等两大关键风险点、提升硬管受力分析方法和对应的应急撤离方案,对深海采矿工程总体设计和工程实施具有指导意义和参考价值。     

深海采矿机器人行走液压系统特性研究

针对深海采矿机器人"鲲龍500"行走液压系统,建立深海采矿机器人行走液压系统理论模型,分析深海高压和低温环境对油液特性影响,并基于AMESim软件平台,建立深海采矿机器人行走液压系统数值模型,研究了0～6 000 m不同作业深度下的行走液压系统泵和马达的动态特性,以及在6 000 m水深时不同牌号液压油和行走启动特性对其行走性能的影响,对比分析了深海采矿机器人水池行走试验和500 m海底行走试验的行走泵的输出压力与流量曲线与其数值模拟曲线。研究表明,随着超过1 000 m作业水深的增加,深海行走液压系统的动态响应性能和稳定性显著降低,通过减小行走输入电压斜坡斜率和减小控制电压可以提高行走液压系统的稳定性,并通过试验验证了行走液压系统数值建模与仿真的正确性,为深海液压系统研究提供理论基础。     

基于最优切削深度的深海采矿车定位研究

最优切削深度对矿石开采有着重要意义.为了获取相关深海地貌数据计算采矿车最优切削深度,实现最优开采,先要获得该地貌的准确位置数据,即采矿车准确定位的位置.考虑到深海地貌崎岖不平、车轮打滑、周围能见度低等复杂的工作环境,提出了一种基于从动轮的航位推算定位.通过建立非平坦地形上采矿车的运动学模型,采用电子罗盘等传感器测量采矿车的动态参数,依据运动学模型进行航位推算,从而实现采矿车的准确定位.试验结果较好地达到了预期的要求,为深海采矿车的最优切削深度控制、自主导航、路径规划等提供了前提条件.     

深海水泵与储料罐组合采矿硬管输送系统研究

通过对沙浆泵接力输送和水泵与储料罐组合输送两种深海采矿输送方法进行分析,可知采用沙浆泵对矿石流体进行接力输送的方法,沙浆泵容易磨损破坏,安装维护困难;而水泵与储料罐组合的输送方法在理论上具有扬程高,输送量大,能长期可靠地工作,当应用于深海硬管采矿系统时,输送设备的主水泵和主要动力设备安装于采矿船上,相对于深海工作,在技术上易于实现,工作可靠,操作和维修方便。并对四种输送系统参数进行分析,水泵与储料罐组合的输送方法在理论上可行,采用现有技术容易实现,是一种具有应用前景的深海采矿输送方法。     

基于深海采矿过程的环境影响分析与管理对策建议

深海矿产开发所产生的环境影响是目前制约深海采矿的重要问题之一,了解开发全过程的环境影响和生态响应是商业化开采的前提。本文以多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物三种具有代表性的深海固体矿产资源为例,分析了开发前赋存环境、开发过程中及开发后的环境影响。结果表明：①不同深海固体矿产资源的分布规律、深度以及生物特征等赋存环境存在较大差异,因采矿活动带来的赋存环境改变、对环境的影响以及采矿潜在影响区域、影响时长和恢复潜力也有所不同。②多金属结核开采的环境影响着重考虑了沉积物羽流的影响,结壳开采活动从沉积物扰动、外壳去除以及栖息地改变三个方面考虑环境影响,多金属硫化物开采的环境影响还要增加对有毒物质的释放以及栖息地移除两个方面的考虑。③深海采矿对底栖生物种群的数量和物种组成皆会造成不同程度的影响。最后,从持续跟进监测评估、充实数据、提升采矿技术与设备、顶层设计与决策管理、规则制定等方面提出了环境保护与可持续发展对策建议,为深海采矿的环境影响评价及规则制定提供参考。     

含月池和输运管的深海采矿船水动力特性研究

深海采矿船是未来人类获取深海矿产资源的重要装备,研究其水动力特性具有重要意义。月池和输运管是影响深海采矿船水动力特性的重要因素。以世界上第一艘超深水采矿船“鹦鹉螺新纪元”号为研究对象,基于三维势流理论,分析月池尺寸、输运管长度及内径对采矿船水运动特性的影响。结果表明：月池开口会使采矿船垂荡、纵荡和纵摇运动出现共振峰,峰值随着开口尺寸的增加而增大,其中垂荡运动峰值可增加将近2倍;输运管的存在会明显改变采矿船横摇运动固有周期,增大垂荡运动峰值,降低横摇运动峰值,对横荡和纵荡运动的影响亦较大,当输运管长度为 5 000 m,内径为0.480 5 m时,横荡和纵荡响应峰值能够达到无输运管时的3倍以上。通过探究月池开孔和输运管不同参数对采矿船运动的影响,为深海采矿船月池和输运管设计提供一定的借鉴和参考。     

动力定位采矿船高海情下的运动响应分析

本文对具有动力定位深海采矿船高海情下的运动响应及运动特性开展研究。针对具有6个推进器构成的动力定位系统,考虑高海情及空载和满载两种典型工况,基于推力最小和运动最小条件,应用卡尔曼滤波器结合线性二次型最优控制理论的控制算法优化推力,进行动力定位系统的参数整定,实时优化调整推力的方向和大小,计算采矿船高海情下的运动和推力的时间历程响应和分析运动特性。经计算,得到了深海采矿船空载和满载工况在高海情下实施海上定位的浪向及需要的推力大小,确定了采矿船动力定位系统在高海情下的适应性,评估了高海情下深海采矿船的定位能力。     

海底热液硫化物——深海采矿前沿探索

结合深海采矿的现状,以海底热液硫化物这一潜在开采对象为基础,对国内外的相关研究与开发动态情况进行了介绍,分析了海底热液硫化开采远景,在剖析海底热液硫化物开采研究现实意义的基础上,提出海底热液硫化物是我国海洋采矿发展的新契机.并建议相关部门结合大洋战略逐步完善我国深海基础机电产品及工程装备研发体系.结合海底热液硫化物探测技术的发展,同步开展开采系统的前期研究工作,从而引导并推进我国深海采矿及海洋工程技术的发展.     

深海大型爬行机器人研究现状

对海底不同作业形式的深海大型爬行机器人进行了分类综述，依据当前深海大型爬行机器人在各方面的应用，将其分为了深海采矿机器人和深海挖沟机器人两大类，并对这两类中的一些性能突出的机器人进行了详细的介绍。重点介绍我国第一代、第二代多金属结核采矿机器人，SMD的3个多金属硫化物开采机器人，中科院深海所的富钴结壳规模采样爬行机器人，喷射式挖沟爬行机器人QT2800和机械式挖沟爬行机器人BT2400。并对深海大型爬行机器人的海底复杂行走技术和导航定位技术进行了阐述。行走技术方面，重点介绍Nexans公司的带有铰接式行走腿系统的Spider Dredger，中南大学的铰接履带式采矿机器人和北京矿冶研究总院的复合轮式机器人。导航定位方面，介绍了当前一些在用的深海导航定位技术。最后，对未来深海大型爬行机器人的发展趋势进行了展望。     

深海多金属硫化物采矿研究进展及其前景探讨

随着陆地金属矿产资源的日渐枯竭,深海多金属硫化物逐渐成为海洋矿产资源勘探的新趋势。文章介绍了全球主要海底多金属硫化物矿床的成因及分布特点,阐述了多个国际矿业公司和国际海洋组织对西南太平洋、大西洋和印度洋海底块状多金属硫化物勘探活动的最新进展。从海底多金属硫化物的金属品质、深海采矿的法律政策和环境保护等方面对海底多金属硫化物的开发前景进行探讨,并提出积极投身国际海底资源开发规章制定,进一步细化国内法律制度,为深海采矿提供良好的法律制度环境;提升深海治理能力,增强我国在深海领域的话语权;完善深海技术装备体系,提高深海开发创新能力等建议。