国际深海矿产资源开发技术装备发展综述0塑料泵

国际深海矿产资源开发技术装备发展综述

国际深海矿产资源开发技术装备发展综述 2011年12月09日 来源： 深海开采是一个多环节串联的系统工程，在数千米水深、承受海流和风浪流影响及海水腐蚀的环境下作业，作业条件恶劣，开采难度很大，这就对开发技术提出了很高的要求和需要较长的周期。据国外的经验，深海开采技术研究开发周期需要15—20年的时间，才能达到深海预开采中间试验的目标。如以美国为首的几个国际财团自上世纪60年代中期研究开发至70年代末进行深海试验，花了近15年时间；日本从1981年开始进行集矿机采集、管道提升开采方案研究，至90年代后期尚未实现深海试验目标。　　尽管研制和开发深海矿产资源技术困难重重，但海底矿产资源具有长远战略意义，世界各国仍很重视这项技术及其配套技术系统地研制和开发。目前，世界发达国家和部分新兴工业国家利用其技术优势，已经开始了包括多金属结核、富钴结壳、热液硫化物和天然气水化合物在内的多元化海底矿产资源的综合勘查与研究开发工作。　　国际上，深海采矿技术从1972年开始研制，经过30年的开发研究，技术日趋成熟。迄今美国、日本、加拿大、德国、法国等已提出了多种开采方案，诸如液压提升式、气压提升式、链斗提升式，深潜器开采等等，作业深度为5000—6000m。液压提升式采矿原理如同水泵，把海底矿物吸扬上来。这种方法被认为是一种较好的开采方法，目前已经研制出若干样机，如日本1989年开发的一种样机，其作业水深达5000m，具有日产矿10000t的能力。　　采矿机技术、向水面输送技术及水面支持系统研究进入工业实用化试验阶段　　采矿机技术在深海采矿中占据十分重要的地位，也是专有技术之一，许多国家都进行了大量的研究工作，提出的专利和设计几十种，有代表性的属70年代末80年代初包括美、日、德、法等国在内的跨国财团研制出的工作原理和土豆收获机相似的链板式机械集矿机，同期日本人还研制出了抽吸式水力集矿机，80年代末90年代初德国人研制出了将水力和机械复合在一起的复合式集矿机，对钴结壳的采掘机也进行过原理研究。　　从海底向水面输送采集到的矿物技术，研究了水力提升技术、气力提升技术、轻介质提升、重介质提升、管道容器提升，以及将收集和运输结合在一起的连续绳斗法、穿梭艇法等近10种方法。以美国为首的几个财团70年代末的海上试验中进行过的输送方法有，OMCO的气力提升，OMI的水力和气力提升，OMA的气力提升，试验证明水力提升和气力提升技术对开采多金属结核具有可行性和工业应用前景。　　在已进行过的海试中，水面系统是采用采矿船、钻井船或打捞船改装而成，用于水下采矿设备的吊放回收则要专门设计加工。采矿系统的测量和控制技术由于是6000m水深条件下使用，也是专门设计的，如动力通讯复合电缆，成像声纳等。进入90年代，西方国家已经具备了进行多金属结核商业开采前的工业实用化试验的技术储备。目前西方发达国家的研究重心转向了深海多种资源的全方位技术开发。俄罗斯2005年前建造3—6艘排水量2万—2.5万吨级的采矿船，船上分别配备有采集洋底多金属结核及采集海山区富钴壳的遥控潜水器。锰结核的开采技术初步进入商业性阶段　　总体上，锰结核的开采至今仍处于详查、评估和试开采阶段，从6000m深的海底开采锰结核要解决一系列技术难题，作为商业性开采和生产还要考虑投入产出比。但是，目前锰结核开采系统的研制技术已基本成熟，大致有流体提升采矿系统、连续链斗采矿系统、海底机器人采矿系统、拖网采集法等。世界普遍趋向采用的是以下三种开采技术：　　一种是流体提升采矿系统，这是世界各国试验研究的重点。根据提升方式不同，又分为水力提升和空气提升。　　水力提升系统，由海底集矿装置、高压水泵、浮筒、采矿管四部分组成。采矿管挂在采矿船和浮筒下，起输送锰结核的作用。浮筒安装在采矿管上部15%的地方，其中充以高压空气，起支撑水泵的作用。高压水泵装置在浮筒内，它的功率为5884kW，通过高压使采矿管内产生每秒5m的高速上升水流，使锰结核和水一起由海底提升到采矿船内，集矿装置起着筛选、采集锰结核的作用。　　空气提升采矿系统，由高压气泵、采矿管、集矿装置三部分组成。高压气泵装在船上，采矿作业时，首先在船上开动高压气泵，气泵产生的高压气流通过输气管道向下，从采矿管得深、中、浅三部分输入，在采矿管中产生高速上升的固、气、液三相混合流，将经过集矿装置的筛滤系统选择过的锰结核提升到采矿船内，其提升效率为30%—35%。为使采矿管中水流的上升速度达到每秒3m，必须用功率为4340kw的空气压缩机，每秒钟吹进225m3的空气。这种开采系统构造复杂，造价昂贵，目前已能在水深5000m处作业。　　以上两种采矿系统已达到日产1万吨的采矿能力。日本正在研制的流体挖掘式采矿实验系统，工作水深可达5250m；英国正在研制的空气提升采矿系统，估计日产结核可达1万吨。　　第二种是海底机器人采矿系统，它是根据机器人的原理研制的深海锰结核采集系统，由很轻但强度很大的材料制成，在水下

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