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深海开采技术的四大组成系统
• (l) 集矿子系统主要功能是为集矿机构和 破碎机构提供工作平台的海底作业车按 预定轨迹运行,完成海底采集结核矿石,并 进行脱泥、破碎、输送作业。
• (2) 扬矿子系统主要功能是将采集的结核 矿石经管道提升到海面船上。由垂直提 升硬管段、中间仓和软管段三部分组成。
• (3) 水面支持子系统(采矿船)它是采矿作业中心,
深海采矿的必要性和技术简介
2011年我国资源生产和消耗概况
• 2011年中国矿产资源开发、矿产品供需形势分析资料 表明：
1、全国生产原煤31亿吨，同比增长11.6%；石油供应基 本稳定，全国规模以上企业生产原油1.87万吨，同比增 长0.6%；铁矿石12.1亿吨，增长27.4%；粗钢6.3亿吨， 增长9.8%；水泥生产18.9亿吨，增长 17.2%。
深海采矿技术简介
一、深海采矿存在的困难 1、深海的极端环境。深海的矿产资源都赋存于 水深数千米的深海底，多金属结核赋存于水深 5000-6000米的海地表面，富钴结壳生长在水深 2000-4000米水深的海山上，热液硫化物多赋存 于2000-2500米水深的海床。 2、海底矿产资源的特殊赋存状态。海底的多金 属结核以直径仅数厘米的结核状赋存于极稀软 的海底沉积物表面、富钴结壳以厚度仅数厘米 的壳层粘附在地形复杂的海山基岩上、热液硫
我国海底资源介绍
• 我国在太平洋7. 5万km2的多金属结核资源专属 区,目前控制了4. 2亿t干结核41量, 11175. 52万t 锰, 406. 40万t铜, 514. 42万t镍,98. 49万t钴的资 源量,可形成年产300万t干结核、开采周期20年 的深海产业。
• 所以从国家的长远利益和当前发展的需要看,全 面进军海洋,开发海底矿产资源,建立新的矿产 资源供给地,是一种必然的选择。
• (4)集矿机集矿和管道提升采矿系统是在上世纪 70 年代深海多金属结核研究高峰期，该系统主 要由集矿、扬矿、水面采矿船和测控动力四个 子系统组成。水力和气力提升两种方法从系统 概念提出以来， 一直被国际社会列为重点试验 研究的开采系统。 这两种采矿方法都是通过自
行式或拖行式集矿机在海底采集矿石，然后通 过垂直管道将矿石提升至水面采矿船，水力提 升是采用连接在管道上的清水泵或矿浆泵提供 动力，气力提升是将压缩的空气注入垂直管形 成三相流来提升。
2、2011年，国内有色金属工业一路回升向好。产品产 量保持平稳增长，10种常用有色金属(铝、铜、镍、铅、 锌、锡、锑、汞、钨、钼)产量为3141.6万吨，同比上 涨9.28%。另外，规模以上企业6种矿产品产量达到734 万吨，同比增长16.48%。
3、国内石油表观消费量达4.28亿吨，同比增长4.6%，进 口依存度56.39%；原油表观消费量4.15亿吨，进口依存 度55.03%；天然气表观消费量1179.4亿立方米，增幅 20.7%；成品油（汽、煤、柴油合计）表观消费量2.39 亿吨，同比增长8.1%。
• (2) 连续绳斗采矿系统 日本于 20 世纪 60 年 代末提出，于 20 世纪 70 年代初进行了大量海 洋试验，取得了预期效果。该系统由采矿船、 拖缆、索斗和牵引机等部分组成，具有系统简 单、投资少等优点，但是由于铲斗在海底无法 控制，不能适应海底地形和丰度变化，致使资 源损失大，工作效率低，于 20 世纪70 年代末 被放弃。
• (4) 测控及动力系统是为整个采矿系统提供动 力和能源支持，集成所有子系统的信息，并具 备安全可靠和符合要求的控制、通信、监测和 导航定位等功能的深海采矿综合管理系统，它 保障开采作业安全、可靠、高效、连续地运行。 我国的测控技术发展迅速，出色地完成了集矿 测控系统、 扬矿测控系统和动力输配方案的设 计。
深海采矿技术发展历史
• (1) 拖斗式采矿系统 由美国加利福利亚大学 于1960 年提出，由采矿船、拖缆和铲斗 3 部分 组成，这是最简单的开采海底锰结核的方法。 在采矿船上安装 1 个铲斗，该铲斗按自由落体 的速度降到海底，系在铲斗上的音响计可以提 示操作者铲斗何时到达海底。铲斗可以在海底 拖动，直到装满结核后将它取回。由于该系统 可操作性差，采集效率低，难以实现商业开采 的目标，不久便停止了研究工作。
为水下设备提供存放、布放、回收、作业支撑
和维修,并贮存结核矿石。水面支持子系统配置 有全球导航定位系统和动力定位系统,具有良好 的操纵与回转性能;配置采扩系统水下设备所必 须的布放、回收、悬吊系统;配置发电机组和相 应的变送电设备,满足水下动力供给要求;船舶 中部设置月池,具有存放水下设备的空间和操作 空间以及维修间;配置水文测量系统,包括海浪、 水流、水深、风及航速、航迹等测量系统;设置 结核脱水及尾矿初步处理与排放系统;配置水下 系统必须的操作控制系统及测量系统,操作定位 及通信系统。
深海界经济一体化的大格局下,我国已成 为世界制造业的重要基地之一,因而大幅 度地提高了金属材料的消费量。据2004 年资料显示,我国陆地的主要有色矿产储 量的静态保有年限:铜为10 a,铅为7 a,锌为 9 a,铝为50 a。2004年国内铜、铅、锌、 铝原料的60%, 40%, 15%, 50%来自进口。 预计到2010年,我国对铜、镍、钴、锰4种 金属的需求将有40% ~60%依赖进口。
• (3)穿梭艇式采矿系统是法国于 1972 年提出的， 类似于潜艇下潜到海底采集结核，装满后上浮
到水面卸载。主要由采矿船、采矿潜水器和无 人无缆的提升潜水器等构成。 由于能源和投资
回收期长， 进行模型试验后而暂停研究。随着
海洋深潜技术的发展，中国上海交通大学运用 该原理于 2006 年研制出了分散式深海局部试 采矿系统，该系统具有灵活性强，成本低，机 动性好等优点，可用于深海多金属结核局部开 采。
化物虽以大块形式存在。但矿床规模相对较小， 沿用陆地上的现有开采技术不具备开采价值。 3、深海采矿环保限制标准。除与陆地采矿一样 有废水废渣的处理外，深海采矿作业中对海底 的扰动程度将是一个重要的有别于陆地采矿的 限制指标，使得深海采矿技术难度进一步增加。
二、深海采矿技术解决的基本问题 如何以最高的效率将海底的矿石集， 提升到海 面，经脱水后运输到港口。
丰富的海底资源
• 其中海底矿物资源的矿种多,数量大,品位富,有 巨大的开发利用前景。如多金属结核富含铜、 钴、镍、锰等,其平均品位分别为. 00%, 0. 22%, 1. 30%, 25. 00%;富钴结壳富含钴、镍、铂、稀 土元素等,其平均品位分别为1. 7%,1. 1%, 1. 3%, 0. 1% ~0. 3%;海底热液硫化物富含锌、铜、金、 银等,其品位分别为3. 3%, 5. 5% ~40.0%, 1. 4% ~55. 0 g/t 42. 0% ~129. 0 g/t天然气水合物是重要 的能源矿产。
4、我国累计进口铁矿石 62200万吨，同比增长10.95%。 全国累计生产黄金323.362吨，预计2012年黄金产量将 超过355吨~360吨左右。
5、全国135家规模以上磷矿开采企业累计生产磷矿石 7355.9万吨（P2O5＞30%），同比增长32.8%。
6、全球生产钨矿58792吨（钨金属，中国产量作了修正)， 其中，中国51250吨，占全球总量的87.17%。