深海采矿循环式水力集矿系统设计与数值研究

为使深海采矿作业更为高效、环保,提出了一种用于深海采矿的循环式水力集矿系统设计方案。该系统主要由集矿头、矿-沙分离器、水-沙分离器、水泵以及连接各部件的管道组成。采用基于欧拉法的液固两相流计算模型对该系统的关键问题,即矿-沙分离器和水-沙分离器的泥沙颗粒流动进行数值研究。相间拖曳力采用Richardson-Zaki模型。液相与固相湍流分别采用标准k-ε模型和Tchen湍流响应模型。该模型经验证对于直径0.165 mm与0.27 mm细颗粒具有较高精度。利用该模型,以0.165 mm泥沙颗粒为例,得到了两种分离器的分离效果与入口流速之间的规律,分析了两者颗粒浓度分布与流场特征。结果表明,两种分离器的性能均与入口流速有关,在选取适当入口条件时均可取得良好效果。     

双轨D-InSAR技术监测矿区地面沉降的应用

合成孔径雷达差分干涉测量(Differential interferometry synthetic aperture radar,D-InSAR)技术在矿区地面沉降监测领域具有独特的优势和巨大的发展潜力。为分析并掌握济宁某矿区地面沉降的变化状况,选取具备高穿透植被能力的L波段的ALOS PALSAR数据,基于双轨D-InSAR技术对采煤塌陷进行动态监测,获取矿区的形变信息,并与水准数据进行对比分析,进而为有效的进行矿山地质环境保护与治理恢复提供一定的理论依据和技术支持。     

Research on reflux in deep-sea mining pump based on DEM-CFD

Abstract

The complex circumstances of deep-sea mining result in unexpected accidents. When a pump abruptly stops working during mining in deep seas, several tons of minerals need to be refluxed. The commonly used computational fluid dynamics (CFD) method cannot simulate the required reflux because the volume of particles is neglected. However, this parameter can be calculated using Discrete Element Method-computational fluid dynamics (DEM-CFD). Using this method, the movement of particles and the location of the blockage becomes evident. In this study, DEM-CFD was used to simulate the reflux of nodules of diameter d?≤?10, d?≤?20, and d?≤?50?mm with a volume concentration of 8%. The results indicated that particles of diameter d?≤?50?mm cannot be refluxed and they are likely to accumulate at the junction of the impeller and vanes. Thus, the diameter of the particles needs to be controlled for effective functioning of the lifting pumps, and prevent deep-sea mining accidents.     

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。     

空间前方交会原理在相似模拟实验中的应用

根据空间前方交会原理在实验室内对进行开采沉陷的相似模拟实验中的形变过程,将采集的数据进行处理,并且根据移动变形的相互关系,分析得到地表的真实形变情况,解决了相似模拟移动数据采集的问题。通过实践表明,该理论在数据采集过程中,实测方便、简洁。     

粗颗粒两相流计算方法研究

针对具有颗粒粒级跨度大且粒径大特点的固液两相流系统,如深海采矿系统等,开发新型粗颗粒—均质浆体计算模型,该模型采用欧拉—拉格朗日计算法,大粒径颗粒视为固相粗颗粒,其余视为细颗粒与海水组成液相均质浆体。固—液相间滑移速度v_(slip)作为粗细颗粒划分标准,通过联立颗粒雷诺数Re_p,液相对颗粒绕流阻力系数C_d,颗粒粒径d_p等参数,得到滑移速度v_(slip)与颗粒粒径d_p的相关函数,获得粗细颗粒的划分粒径,进而得到两相流控制方程。利用CFD软件,使用该方法对粗颗粒固—液两相流垂直管提升系统进行仿真计算,并将所获得的仿真结果与已发表成果进行对比,发现数据较为吻合,从一定程度上验证了该计算模型的准确性。     

Production key figures for planning the mining of manganese nodules

Under the impression of decreasing ore grades and increasing production costs in conventional mining, seafloor minerals came into focus. Having gained a basic understanding of geological settings, there is still a lack of tools to assess and plan future mining projects in the deep-sea. This paper contributes to a mining concept which is inspired by the high-tech farming industry: strip mining. Potential mining fields are identified using image filters in conjunction with hydroacoustic backscatter data and slope angles and are portioned into long, narrow strips. In the framework of the EU-funded Blue Mining project, these methods were applied to a part of the eastern German exploration area, located in the manganese nodule belt of the Clarion Clipperton Zone, Pacific Ocean. Both, the mapping technique and the mining concept presented in this paper can be used in early-stage feasibility studies to derive estimates on production key figures for seafloor manganese nodule mining.     

土耳其天然碱溶采钻井项目管理实践

土耳其天然碱溶采钻井项目包括ETI SODA开发合同一~六期和KAZAN SODA开发合同一~三期,共成功实施溶采井组200余组。海外钻井工程涉及的影响因素较多,除常规的钻井工程技术问题外,还需要适应当地的政治、法律、风俗、汇率、海运、关税等问题。项目部在实施过程中根据海外钻井工程特点以及现场施工环境,加强项目人员、设备材料、现场作业、安全及风险等方面的管理,发挥指导、管理、控制作用,降低工程风险,提高收益,确保项目顺利完工。本文就土耳其天然碱溶采对接井钻井项目人员组织管理、设备器具管理、现场作业程序管理、HSE管理及风险管理进行了介绍,总结了一些海外钻井项目管理经验。     

冲击扰动诱发蠕变岩石加速失稳破坏试验

矿山开采中,岩石长期处于蠕变状态,开采扰动会诱发此类岩石的加速失稳破坏。但破坏往往晚于开采活动,表现出明显的时间滞后效应,这给预报工程灾害的发生时间带来了极大困难。针对这一问题,在岩石流变?冲击试验机上对岩石试样进行了多次循环落锤冲击?蠕变试验。分析岩样应变变化规律,探讨岩石蠕变状态、落锤冲击次数和冲击能量对蠕变岩石变形破坏特征的影响,从能量角度阐述了蠕变岩石在冲击扰动作用下的破坏规律。试验结果表明：在相同的岩石蠕变状态下,随冲击能量和冲击次数的增加,岩石内部损伤逐渐增多,加速损伤区的形成,岩样吸收更多能量,使岩样发生加速蠕变破坏。冲击扰动使岩样内集聚的弹性能沿着损伤区发生定向释放,发生破坏。研究结果为滞后型冲击工程灾害的预测提供了理论依据。     

地球化学基准与环境监测实验室分析指标对比与建议

全球高质量一致性地球化学基准数据和建立全球地球化学一张图平台,是持续监测全球环境变化的定量参照标尺。本文通过对中国、欧洲、美国和澳大利亚汞、镉、钨地球化学数据对比和中国同一实验室间隔15年两次分析数据对比发现:镉元素在不同实验室和同一实验室间隔15年分析的数据是一致的(相关系数0.96),汞元素一致性较差(相关系数0.74),钨元素不具有可比性(相关系数0.56)。镉元素分析结果的高度一致是因为分析方法相同的和检出限相近;汞元素一致性较差,特别是低含量汞存在显著差异,是因为分析方法不同和检出限不同;钨元素在不同实验室不具有可比性是因为实验室分析方法存在显著差异。环境变化量必须大于野外采样误差(REsmpl)和实验室重复样误差(RDlab)之和(RCenv>REsmpl+RDlab),才能确认观测点发生了环境显著变化。因此,必须将采样误差和实验室分析误差降到最低。本文提出实验室分析的6点基本要求:①原始样品过10目筛,使用无污染加工到粒度小于200目;②使用成熟的多方法分析71种元素+其他指标,其中主量组分以玻璃熔片X射线荧光光谱法(XRF)分析为主,微量元素以四酸分解样品,电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)和电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)为主要分析技术,配合其他特殊分析方法;③分析检出限必须低于地壳克拉克值,报出率不低于90%;④使用的标准物质必须具有涵盖所有分析元素的认定值;⑤实验室重复样分析相对误差含量小于3倍检出限RD≤40%,大于3倍检出限RD≤20%,主量元素、铁族元素和重金属元素重复样分析相对误差RD≤20%;⑥主量组分SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、TiO2、P2O5、H2O^+(结晶水)、有机碳、CO2、SO2等15项,或SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、TiO2、P2O5、LOI(烧失量)等12项加和为99.3%~100.7%。