Deep sea mining深海采矿技术
深海矿产资源开发技术的研究进展
深海矿产资源开发技术的研究进展在人类对资源的需求不断增长的今天，陆地资源的有限性促使我们将目光投向了广阔的深海。
深海蕴含着丰富的矿产资源，如多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物等，这些资源的开发对于解决全球资源短缺问题具有重要意义。
然而，深海环境极端恶劣，压力巨大、温度低、黑暗无光，这给矿产资源的开发带来了巨大的挑战。
近年来，随着科技的不断进步，深海矿产资源开发技术取得了显著的研究进展。
一、深海矿产资源的种类与分布深海矿产资源主要包括多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物。
多金属结核广泛分布在深海平原，富含锰、镍、铜、钴等多种金属元素。
富钴结壳则主要分布在海山的斜坡和顶部，钴含量相对较高。
多金属硫化物通常出现在热液活动区域，除了富含多种金属外，还可能含有金、银等贵金属。
这些矿产资源的分布具有一定的规律性，但由于深海环境的复杂性和探测技术的限制，我们对其分布的了解还不够全面和准确，这也给资源的开发带来了一定的困难。
二、深海矿产资源开发的关键技术1、深海探测与勘查技术准确的探测和勘查是深海矿产资源开发的前提。
目前，主要采用的技术包括声学探测、光学探测、地球物理探测等。
声学探测技术如多波束测深系统、侧扫声呐等，可以获取海底地形和地貌信息；光学探测技术如深海摄像机、激光扫描仪等，能够直观地观察海底物体；地球物理探测技术如磁力仪、重力仪等，则用于探测海底地质结构和矿产分布。
2、采矿技术深海采矿技术主要包括连续链斗式采矿系统、穿梭艇式采矿系统和管道提升式采矿系统等。
连续链斗式采矿系统通过一系列链斗挖掘海底的矿石，并将其提升到海面；穿梭艇式采矿系统则利用小型穿梭艇在海底采集矿石并运输；管道提升式采矿系统则通过管道将矿石和海水混合物输送到海面进行分离。
然而，这些采矿技术在实际应用中还面临着诸多问题，如设备的可靠性、对海底环境的影响等。
3、矿石输送技术将深海开采的矿石输送到海面是一个关键环节。
目前，主要的输送方式有液压提升、气力提升和机械提升等。
海底采矿
深海采矿技术70页PPT
集矿机与扬矿管 道结合的流体提
升采矿系统
分类 水力提升 气力提升 轻介质提升
履带式集矿机
水下采矿航行器
多金属结核开采系统基本参数
系统生产能力 年产量：干结核3×106t 年限：20年连续开采 富矿面积：2×104 km2区域
系统日、小时生产能力 每年有效工作日：250d/a 每天效作业时间：20h 日额定产量：6000t/d 小时额定产量：300t/h
集矿机与扬矿管道 结合的流体提升采
矿系统
组成：集矿机 输送软管 中间矿仓 刚性扬矿管 采矿船
组成：集矿机 输送软管 中间矿仓 刚性扬矿管 采矿船
集矿机与扬矿管道结合的流体提升 采矿系统
作业过程 集矿机在海底采集结核(能自动行走
或由采矿船经刚性管道拖拽行走)，采集 的结核在集矿机内清洗脱泥和破碎后， 经软管输送到连接于刚性扬矿管下端的 中间矿仓，然后结核在刚性管道中以浆 体形式被扬送到海面采矿船上。
集矿机
行走装置类型
集矿机
集矿技术的试验研究
国外集矿技术的试验研究主要包括如下几个阶段： (1)室内水槽试验； (2浅海试验； (3)深海试验； (4)中间试验。 室内水槽试验最为关键，满足主要工作要求的集
矿机模型在此阶段产生，其它各阶段试验主要起到 检验和修正的作用。
集矿机
集矿机一般需进行以下试验
A.集矿性能
①集矿性能 ②破碎、供给性能
B. 运动性能
①水中稳定性能 ②着底、离底性能 ③海底拖航性能
集矿机
长沙矿山院设计制造的集矿机
集矿机
长沙矿冶院设计制造的集矿机
扬矿子系统
环境基础数据
平均风速：8m/s 海浪：6级海况，浪高5m，周期10s
深海采矿技术
深海采矿技术嘿，朋友们！今天咱来聊聊深海采矿技术这神奇的玩意儿！你想想看啊，那深深的海底，藏着多少宝贝啊！就好像一个巨大的宝库，等着我们去挖掘。
深海采矿技术呢，就像是一把打开宝库大门的钥匙。
咱先说说这深海采矿的难度。
那海底可不是咱随便能下去溜达的地方，水压大得吓人，就跟无数只大手拼命挤压你似的。
这可咋办呢？嘿嘿，科学家们就想出了各种妙招。
他们研发出了超级厉害的采矿设备，就像一个个勇敢的小战士，不怕水压，勇往直前地冲向海底去寻宝。
这些设备有的能在海底自由行走，就跟小机器人似的，东找找西看看，一发现有矿，立马就开始工作。
有的呢，就像大力士，能把那些大块的矿石给轻松地抓起来。
你说神不神？再说说这深海采矿对我们的好处。
哇，那可多了去了！那些从海底挖出来的矿石，能做成各种各样的东西呢。
咱平时用的手机、电脑，说不定里面就有从深海挖出来的材料呢！这不是给我们的生活带来了很多便利嘛。
而且啊，深海采矿还能带动好多行业的发展呢。
制造那些采矿设备的工厂得忙起来吧，操作这些设备的人得培训吧，这得创造多少就业机会呀！这就跟蝴蝶效应似的，一个小小的深海采矿，能引发一连串的好事儿。
不过呢，咱也不能光顾着高兴。
深海采矿也不是一点问题都没有。
比如说，会不会对海底的生态环境造成破坏呀？那些可爱的小鱼小虾小螃蟹们，它们的家要是被破坏了可咋办呢？这就需要我们在采矿的时候特别小心，要像爱护自己家一样爱护海底。
还有啊，深海采矿技术还在不断发展呢，就跟小孩子学走路似的，得一步一步来。
说不定以后会有更厉害的设备出现，能采到更多更好的矿，还能更好地保护海底环境呢。
反正我觉得吧，深海采矿技术真的是太有意思啦！它就像一个神秘的魔法，能把海底的宝藏变到我们面前来。
虽然现在还有些问题需要解决，但我相信，随着科技的不断进步，这些问题都能迎刃而解。
让我们一起期待深海采矿技术带给我们更多的惊喜吧！原创不易，请尊重原创，谢谢!。
文献检索上机报告
2
摘要：集矿机在数千米以下的深海底进行采矿作业时 ,如何掌握集矿机所在确切位
置,实时跟踪集矿机的运行轨迹,并控制集矿机在特定的矿区按照规划的采集路线 进行行走和采矿,是集矿机导航定位系统研究亟待解决的问题 .由于深海工作环境 的特殊性,目前国内外应用的深海导航定位大多采用应答式的基线水声系统 ,但在 深海应用中暴露出精度不够、干扰严重、滞后严重等问题,无法满足集矿机定位要 求.SGZD-1 型深海集矿机惯性导航定位系统以萨格奈克效应作为理ห้องสมุดไป่ตู้基础 ,利用激 光陀螺捷联惯性测量技术,首次将该项新技术成功应用于深海水下移动设备,有效 地解决了水声定位存在的问题,使深海水下移动设备的导航定位有了突破性进展 , 最大误差降至 1 m 以内,满足了集矿机水下定位要求,并使我国在这一研究领域迈进 世界先进行列.
热液硫化物等几种资源的基本情况.并就相关采矿技术的国内外现状进行了归纳整 理,提出了采矿技术应该研究的问题,针对硫化物开采提出了相应的系统概念.
篇名：SGZD-1型深海集矿机惯性导航定位系统的研究 作者：王平和 王爱武 Wangpinghe Wangaiwu 刊名：采矿技术（Mining Technology） 年，卷（期）：2009, 9(3) 页码：4 机标分类号：TP2 TP1
技术中的一个重要研究内容.深海采矿系统结构庞大 ,无法直接在实验室中进行实 验研究,参考国外相关技术,提出对采矿船纵摇、 横摇和升沉运动进行补偿的实际方 案,并根据相似原理,推导出符合本系统的相似准则 ,从而将实际系统的边界条件 , 缩放到实验室环境.仿照实际系统,设计了试验系统.在试验系统中,可以进行纵摇、 横摇补偿特性、升沉补偿特性、水动力特性以及各功能实现的结构方法的研究,为 实际系统的实现提供参考依据.
探索深海采矿技术的未来发展方向
探索深海采矿技术的未来发展方向在我们所居住的蓝色星球上，海洋占据了绝大部分的面积。
而在那深邃神秘的海洋深处，隐藏着丰富的矿产资源，这些资源对于解决人类日益增长的资源需求具有重要的战略意义。
深海采矿技术，作为获取这些资源的关键手段，正处在快速发展的阶段，同时也面临着诸多挑战。
让我们一同深入探索深海采矿技术的未来发展方向。
随着陆地矿产资源的逐渐枯竭，人类将目光投向了广袤的深海。
深海蕴藏着大量的多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物等矿产资源。
这些资源不仅种类丰富，而且储量巨大，有望成为未来工业发展的重要支撑。
然而，深海环境极为恶劣，巨大的水压、低温、黑暗以及复杂的地形和地质条件，都给采矿作业带来了巨大的困难。
目前，深海采矿技术主要包括海底矿产资源的探测、开采、运输和加工等环节。
在探测方面，先进的声学、光学和电磁学技术被广泛应用，以准确识别和定位矿产资源的分布。
然而，现有的探测技术在精度和效率上仍有待提高，特别是对于深海复杂地质环境下的微小矿脉和分散矿床的探测能力还相对薄弱。
开采环节是深海采矿技术的核心。
当前主要的开采方法包括机械挖掘、水力提升和深海机器人作业等。
机械挖掘方式虽然直接有效，但容易对海底生态环境造成较大破坏；水力提升技术则面临着能量消耗大、管道堵塞等问题；深海机器人作业虽然具有较高的灵活性和适应性，但在作业效率和可靠性方面还存在诸多不足。
因此，未来需要研发更加高效、环保、可靠的开采技术，以实现资源的可持续开发。
在运输环节，如何将从深海开采出的矿石安全、快速地输送到海面平台是一个关键问题。
目前常用的运输方式有管道运输和提升舱运输等。
管道运输虽然可以实现连续作业，但在长距离输送过程中，容易受到水压、腐蚀等因素的影响；提升舱运输则受到容量和提升速度的限制。
未来，可能需要结合新型材料和智能控制技术，优化运输方案，提高运输效率和安全性。
矿石的加工处理也是深海采矿过程中的重要环节。
由于深海矿石的成分复杂，杂质含量高，需要先进的选矿和冶炼技术来提取有用成分。
海底采矿的研究与开发
海底采矿的研究与开发王爱武,王和平（长沙矿山研究院，湖南，长沙 410012）摘要: 深海采矿是人类获取海底资源的重要途径之一，机器人在深海采矿中的广泛应用是大洋开发的必然产物。
文章介绍了海洋采矿的发展状况，采矿系统，机器人在采矿系统中的应用及机器人的发展趋势。
关键词：海洋采矿；集矿机器人；采矿系统; 控制；其他深海机器人；The State of Research And Development of Sea-bed Mining RobotWANG he-ping, WANG ai-wu(Changsha Institute of Mining Research, Changsha, Hunan, 410012, China) Abstract:Deep-sea mining is a way to obtain resources for human being in which robot is used widely, which is inevitable. The paper introduces the developing conditions about deep-sea mining, the system of mining, the type of robot used in the system of mining and the trend of the development of the mining robot.Key Words: Deep-sea mining; mining robot; mining system; control; other Deep-sea robot；由于人类对资源的需求与日俱增，虽然人们不断地在内陆上发现和发掘出了大量的资源，但是随着消耗的增加，陆地资源在不断地减少，人们越来越担心这样无休无止地发掘，将导致陆地资源的匮乏，那样将不仅仅影响了经济建设的发展，而且将导致生态环境的日益恶化，最终影响人类的生存。
矿山开采 英汉词汇短语
台阶：Bench
进路：path
富家坞：Fujiawu
岩崩：rockfall
台阶法：step-method
极近距离：ultra-close
下滑：fall
煤层开采：mining
酒钢：JISCO
露天采场：open-pit
水泥胶砂：mortar
完井：completion
红柱石：Andalusite
等效：equivalent
空洞：Cavity
底盘：chassis
泵送：pumping
复垦：reclamation
工艺学：technology
区划：zoning
激发：excitation
绞车：winch
配套：matching
数据统计：statistics
阻水：water-blocking
胶凝剂：gellant
气举：air-lift
营养成份：Nutrition
刨煤机：plow
可能-满意度：possibility-satisfiability
硫酸钠：NaSO
土壤有机质：SOM
散体：granular
动压：dynamic
向斜构造：syncline
核定：determination
大角度：large-angle
条带：Ribbons
马丽散：malisan
回采：extraction
布置方式：Configuration
疏排水：drainage
硐室：room
滤水：filtering
点柱：pillar
平巷：roadway
深海采矿技术的研究和应用
深海采矿技术的研究和应用全球不断增长的工业化进程以及科技的不断发展，对大量原材料和能源的需求越来越大，这意味着许多矿物资源已经被广泛开采并接近枯竭。
因此，寻找新的采矿资源显得越来越必要。
而深海矿产资源则成为了一个备受关注的热点问题。
深海采矿技术的研究和应用也成为当前科技领域的一大热点。
本文将从深海采矿技术的现状、优点以及前景等多个角度来讲述探讨深海采矿技术的研究和应用。
一、深海采矿技术的现状深海矿产资源是指地球表面以下200米以及海洋底部以下500米的深处所蕴藏的矿物资源。
当前已知的深海矿产资源主要包括锰结核、硫化物矿物、金属硫化物、海底晶体和环礁矿物等。
据统计，深海矿产资源的矿产总量是陆地矿产资源的40倍以上。
其中，锰结核是深海矿产资源中量最大、分布范围最广的矿产资源，而硫化物矿物、海底晶体和环礁矿物的矿产含量也很高。
尽管深海矿产资源非常富有，但由于采矿技术的限制，迄今为止只有极少数的项目被积极地开发和利用。
当前的深海采矿技术主要可分为三类：（1）海底钻孔采矿；（2）撞击采矿；（3）水下吸附采矿。
这三种采矿技术在实践中都存在不同程度的技术难点，例如，地震问题、搭设海底钻井设备困难等。
因此，深海采矿技术的研究和应用任重道远，但同时也具有重要的意义和潜力。
二、深海采矿技术的研究与应用优点深海采矿技术相比陆地采矿技术有以下优点：（1）资源丰富深海矿产资源丰富，尚未受到过度开发的影响，未来可以为人类持续提供大量的能源和原材料。
（2）资源分布广泛深海矿产资源分布广泛，不局限于某个地区或国家，具有全球意义，这可以避免地缘政治的限制。
（3）采矿技术成熟随着深海采矿技术的不断进步，其采矿技术已经成熟，能够使成本和风险降至最低。
（4）避免环境影响深海采矿可以避免陆地采矿对环境造成的巨大影响，为保护环境提供了一种新的选择。
（5）技术创新深海采矿技术的研究和应用需要不断的技术创新，推动科技的发展，是当前最具挑战性的技术领域之一。
深海采矿设备和技术的研发与应用研究
深海采矿设备和技术的研发与应用研究近年来，随着人类对地球深海资源的需求不断增长，深海采矿设备和技术的研发与应用也成为了研究的热点。
本文将按照技术研发和设备应用两个方面，对深海采矿设备和技术进行详细阐述。
一、深海采矿技术研发深海采矿技术的研发主要包括矿产勘探、矿产提取和矿产加工三个方面。
首先，通过深海矿产勘探，科研人员可以了解深海中矿产资源的分布情况，确定矿产的类型和含量，为后续的采矿工作提供基础数据。
矿产勘探主要依靠声纳探测、地磁测量和水下无人机等技术手段，通过对海底地壳的探测和样本采集，进一步了解深海矿产资源的分布与富集规律。
其次，深海矿产提取技术的研发是深海采矿的关键环节。
传统的矿产提取主要依赖陆地上的采矿设备和技术，但这些方法在深海环境下难以实施。
因此，研究人员开发了一系列适用于深海环境的矿产提取技术。
例如，利用深海沉积物中的微生物进行有机矿物的生物浸出，或者利用化学溶剂和过滤技术对富集矿物进行提取等。
这些技术的研发不仅可以高效提取矿产，还可以减少对环境的破坏，实现可持续发展。
最后，深海矿产加工技术的研发对于深海采矿的完成也至关重要。
在将深海矿产带上岸之前，需要对其进行加工和提炼，以便更好地利用。
深海矿产加工技术主要包括矿石的破碎、矿石的浮选和电解等步骤。
这些步骤的研发需要克服深海环境的限制，确保加工和炼制的效率和质量，为下一步的利用打下基础。
二、深海采矿设备应用随着深海采矿技术的不断进步，各种先进的深海采矿设备也被广泛应用于实际生产中。
其中，潜水器、水下机器人以及采矿平台等设备是最为重要的。
潜水器是深海采矿中不可或缺的设备。
它可以携带科研人员下潜到深海，进行矿产勘探、采集样本和实施矿藏调查等工作。
潜水器通常具有高耐压性能和自动控制功能，能够适应深海恶劣的环境，并实现远程操控或自主操作。
水下机器人是深海采矿的得力助手。
它们可以在深海中执行复杂的作业任务，如矿产勘探、矿产提取和矿产加工等。
水下机器人通过高精度传感器、多关节机械手和实时图像传输等技术，能够准确控制、实时监测和迅速反应，是深海采矿中不可或缺的重要设备。
深海采矿技术的研究与应用
深海采矿技术的研究与应用深海蕴藏着丰富的矿产资源，对于人类社会的发展和经济的繁荣具有重要意义。
然而，由于深海环境的极端恶劣条件和技术难题，深海采矿一直是一个具有挑战性的任务。
本文将探讨深海采矿技术的研究与应用，从而提高深海矿产资源的开发水平和效益。
一、深海采矿技术的研究1. 环境适应性研究深海环境极具挑战性，温度低、水压高、光线稀缺等特殊条件需要开发针对性的技术。
研究人员通过深海环境模拟实验，掌握深海生物、水文学特征，从而为深海采矿技术的研究提供基础数据。
2. 机器人技术的应用机器人技术在深海采矿过程中的应用已经成为一项热门研究领域。
通过开发智能机器人来替代人工采矿，既能提高效率，又能保证采矿过程中的安全性。
例如，自主式潜水器可以实时探测并采集深海矿产资源，减少人力投入。
3. 深海矿产资源勘探技术深海矿产资源的勘探是深海采矿的关键步骤。
利用声纳、地质探测设备等现代技术，对可能富含矿产资源的区域进行勘探。
同时，结合海底地质构造和成矿作用等知识，进一步分析深海矿产资源的分布和储量。
二、深海采矿技术的应用1. 极地资源开发全球气候变化影响了北极地区和南极洲的冰盖溶解，使得深海矿产资源的开发变得更加具有可行性。
通过开发深海矿产资源，可以缓解人类对陆地矿产资源的过度开采，实现极地资源的可持续利用。
2. 能源开发深海区域潜在的油气和甲烷水合物资源具有巨大的经济价值和战略意义。
开发和利用这些深海能源资源，不仅可以满足世界能源需求，还可以促进能源结构的多元化，减少对传统化石能源的依赖。
3. 矿产资源开采深海地区存在着大量的金属矿产资源，如锰结核、多金属硫化物等。
开发和利用这些矿产资源，可以满足全球对金属的需求，同时促进经济的发展。
深海采矿技术的应用也可以减少对陆地矿产资源的压力，有助于实现可持续发展。
结论深海采矿技术的研究和应用对于深海资源的开发具有重要意义。
随着技术的不断进步，深海采矿将迎来更加广阔的发展前景。
深海矿产资源开发技术的进展与应用
深海矿产资源开发技术的进展与应用在人类对资源的需求不断增长的今天，陆地资源的逐渐枯竭促使我们将目光投向了广袤而神秘的深海。
深海蕴藏着丰富的矿产资源，包括多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物等，这些资源具有巨大的经济价值和战略意义。
然而，深海环境极端恶劣，开发深海矿产资源面临着诸多技术难题。
近年来，随着科技的不断进步，深海矿产资源开发技术取得了显著的进展，并在实际应用中展现出了广阔的前景。
深海矿产资源的分布范围广泛，且赋存环境复杂。
多金属结核主要分布在深海平原，通常位于水深 4000 6000 米的海底；富钴结壳则多附着在海山的斜坡和顶部，水深一般在 800 3000 米；多金属硫化物则主要出现在热液活动区域，水深在 1000 3000 米之间。
这些矿产资源的开采需要克服巨大的水压、低温、黑暗等极端条件，同时还要应对复杂的海底地形和地质结构。
在深海矿产资源开发技术中，勘探技术是首要环节。
目前，常用的深海矿产资源勘探技术包括地质取样、地球物理勘探和海底观测等。
地质取样可以直接获取海底矿产的样品，从而分析其成分和品位。
地球物理勘探则通过测量海底的重力、磁力、地震波等参数，来推断矿产资源的分布和规模。
海底观测技术则利用各种传感器和摄像头，对海底环境和矿产资源进行实时监测和观测。
深海采矿技术是开发深海矿产资源的核心。
目前，主要的深海采矿技术包括连续链斗式采矿系统、穿梭艇式采矿系统和管道提升式采矿系统等。
连续链斗式采矿系统通过链条带动斗子在海底挖掘和收集矿产资源；穿梭艇式采矿系统则利用穿梭艇在海底来回穿梭，将矿产资源装入船舱；管道提升式采矿系统则通过管道将海底的矿产资源提升到海面。
这些采矿技术各有优缺点，需要根据不同的矿产类型和海底环境进行选择和优化。
深海矿产资源的输送和处理也是一个关键问题。
由于深海环境的特殊性，矿产资源的输送需要采用特殊的管道和提升设备，以确保在高压、低温等条件下的稳定运行。
同时，矿产资源的处理也需要采用先进的选矿和冶炼技术，以提高资源的利用率和产品质量。
Deep-sea mining technology in progress(深海采矿技术的发展)
Two IHC Merwede studies highlightedThe dawn of the discovery of minerals and mineral nodules at the bottom of the sea was heralded by the scientific expedition of the British naval corvette HMS CHALLENGER (1872-1876). At that time, however, there was no great need for immediate action, nor did technological possibilities enable large-scale exploration of this unimaginable wealthDeep-sea mining technology in progress26 Ports and Dredging |Spring 2012Spring 2012 | Ports and Dredging27Further research delivered a kind of quantification and in the Eighties the nodule deposits were estimated at 500 billion tonnes, with economically viable concentrations in the Pacific and Indian oceans, and the most promising deposits located between Hawaii and Central America. The nodules contain significant concentrations of manganese, cobalt, nickel, copper , iron, silicon and aluminium, for example.Seafloor massive sulphides (SMS) deposits (figure 1) can be as large as 10 million tonnes locally, and they are very rich in common and precious metals, such as gold, silver, copper, zinc and lead. The amounts of these are expected to represent economically viable metal values per tonne and constitute a resource that can last for many years.The need to explore such treasures was felt more severely after the reporting of the Club of Rome on limits to growth and resources in the Seventies. Large operators combined extensive research and gathered huge investments, and succeeded in collecting manganese nodules and extracting significant quantities of nickel, copper and cobalt from them using complicated processes. Among them were IHC Merwede’s predecessors and Dutch dredging contractor Royal Boskalis [1].After initial enthusiasm and high expectations, deep-sea mining lost momentum. Impediments at that time included high costs and risks, the lack of legislation and many technical challenges. In addition, the predicted rise in commodity prices, implied by the perspective of scarcity, did not materialise. Ideas for deep-sea mining projects were dropped or at least postponed until now [1, 2].Now there is a kind of consensus that the fast-growing world population and subsequent economic requirements, including the increasing need for critical metals and phosphorous artificial fertilisers, demand a shift to new resources and a renewed focus on the ocean floor .However , despite the urgency and the settlement of the legislative issues by the United Nations Convention of the Law of the Sea (UNCLOS, 1994), financial institutions are still hesitant to invest in deep-sea mining. The risks, costs and technical and environmental challenges all remain serious obstacles [2, 4], so in a kind of stalemate, technology developers and investors are gradually starting to work together on this.IHC Merwede and deep-sea miningBy 2008, IHC Merwede already perceived the challenges accompanying the exploration of deep-sea resources and realised that answers to these challenges would require a long-term strategy. Therefore, it established a Deep Sea Dredging & MiningSeafloor massive sulphides (SMS) deposits can be as large as 10 million tonnes locally, and they are very rich in common and precious metals, such as gold, silver, copper, zinc and lead28 Ports and Dredging |Spring 2012department (DSD&M), and began to substantially invest in the technology that could be necessary when the urgency for raw materials would make deep-sea exploration no longer avoidable. It is expected that this market will mature between 2015 and 2020. The department has already grown into a Mining division, which serves both the mature alluvial mining technology and the further development of the young deep-sea technology using all available resources of the company: dredging; alluvial mining; and offshore oil and gas technology. Deep-sea mining cannot exist without that combination of high-level proven and innovative technology. The efforts were amplified by the gradual acquisition of experienced companies in specialist fields such as underwater cable and pipelaying, subsea piling and diving support. In this way, a host of subsea equipment and operational potential was achieved.Another significant step forward was to break the stalemate described above. Therefore, IHC Merwede and DEME established a joint venture in 2011, named OceanflORE. The joint venture is offering integrated solutions, including both operational and technological know-how and equipment for the supply of deep-sea minerals at fixed prices per unit. It has been discussed in more detail in reference [2].Now returning to the IHC Merwede research and development activities: several studies on strategic and technical issues have been initiated – some by IHC DSD&M, others by MTI Holland, the R&D department of IHC Merwede. Many of these studies are conducted in cooperation with other players and universities worldwide. Two of these studies are highlighted in this article: the first has a general strategic and operational focus, while the second concentrates on one of the particular technological and physical challenges.2. Deep-seamining operations involve three main components, drawn schematically in this system architecture diagramSpring 2012 | Ports and Dredging 29First study: critical success factorsThis study has been discussed in more detail in reference [3]. Here, an overview of the significant principal issues is presented. To determine the critical technological success factors for deep-sea mining, the experience in similar activities by reputable large operators in the dredging, mining and offshore industry was taken as the starting point. In addition, an extensive technology scan was performed in the areas of electric, electronic and software solutions, and possible combinations, to achieve safety, operational reliability and low prices per tonne of mined minerals. A testing depth of 2,000 metres below sea level was assumed. One of the main targets for this development was to practice a certain restraint with respect to new technologies because of risks, and to go for a maximum application of proven and/or known technologies.Critical success factors with regard to technology for deep-sea mining operations appeared in four categories:1) Capital investments in a specialised system are unavoidable, because there is no existing system. The combination of requirements for specific operations has not yet been seen in the mining or dredging world. However, most of the critical components already exist. Other systems can be modified for the design depths. A combination of “out-of-the-box thinking” with reliable and proven technology is needed to create a basic deep-sea mining system that is considered both feasible as well as convincing. Quality of the equipment, reliable production figures and predictability of maintenance are important aspects in these considerations.2) The application of the latest state-of-the-art electrical, electronic and software technology appears to be a must for achieving the safest, most reliable and productive operation and efficient life-cycle support during operations with such capital-intensive assets. This seems a logical step forward when compared to other completely automated common dredging vessels such as hopper dredgers and cutter dredgers. Considerable investments were involved during previous years, to make them capable of pumping materials from a depth of more than 120 metres below sea level. The automation developed and tested for these functions performs the required actions accurately and safely – they are considered beyond ordinary human capability.3) The applied technology requires dedicated education and experience of personnel. Such levels of competence cannot be achieved using the existing educational systems around the world. Experience during the last decade teaches that most capital investments in new machines are being accompanied by simultaneous investments in simulator-supported education systems for operators. Being trained on simulators, operators are already accustomed to both the machine and to exploration issues such as seabed preparation, before they actually start touching the levers.4) Dedicated tools play a major role by pushing the technological boundaries step-by-step, every day. Innovation by research and development efforts in critical areas cannot succeed without tools, often costly ones. It requires vision and consistency to develop such tools in order to be finally able to perform operations in areas almost unthinkable a few decades ago.These four technological categories assume that the geological, environmental and processing ins and outs of intended mining locations are studied in their own context. In other words, it is assumed that the geological, environmental and processing aspects influence the building of equipment, which is an integrated and intermediate part of the whole operation.Now the three principal components (figure 2) or systems of that intermediate part are (1)the mining support vessel (MSV), (2)the vertical transport system (VTS), and (3) the subsea mining tool (SMT). All of these incorporate their own challenges. Applying the principles found above to these components, the following statements can be made:•the MSV is the safest place to invest, because of her accessibility, known method of building and operation, and lowest installation and maintenance cost. Additional investment must be made in position control systems (DP) and supervisory control and data acquisition (SCADA) systems, heave compensation, and the launch and recovery system (LARS) for the VTS and SMT. All these are considered not to extend beyond proven technology and require no special tools. Only education must be extended in order to cope with LARS operation (figure 3)•the VTS is very critical, not only because of its length, but also because of the risk that the dynamic effects of the slurry transport, clogging, for example, can paralyse the whole operation and cause considerable downtime and even damage. It is the subject of the study, discussed in the next paragraph. It requires substantial investment, new technology or at least new solutions for certain technical problems, such as deep-sea pump motors and a high degree of education if not sophisticated automation, as discussed •the SMT is the component that can be characterised as the great unknown. Although IHC Holland already proposed solutions with a manned subsea vehicle in 1984 (figure 4), the research of the DSD&M group point in a totally different direction. The main technical challenges of this SMT are its ‘locomotion’ and movement pattern on the sea floor, its power of discrimination between wanted and unwanted layers, its reliability and resistance against wear, and the method of cutting harder soils, rocks and ores. Therefore, this SMT requires large investment (comparable to that of a cutter suction dredger), as well as dedicated and innovative technology and materials in almost all disciplines, because existing technologies will not work. Extensive education of the operators is a must, and tools like training simulators and pressurised vessels for testing allthat innovative technology are vital (figure 5). The cutting properties in particular pose a very difficult challenge, as brittle materials under high pressure are inclined to show ductile cutting behaviour. An extensive study on this subject is under way, which will take some time. The aspect of the shape of cut material is especially influential on the vertical transport, as will be explained shortly.Although the challenges are huge, the study offers the prospect of the technological and economic feasibility, and reliability of subsea mining operations at 2,000 metres within years, by applying a balanced mix of the four critical success factors.Second study: vertical hydraulic transportationThis study is discussed in more detail in references [4], [5] and [6], which will appear in the public domain in the course of this year. The study could not incorporate a number of aspects of the VTS, for example the buoyancy of the riser system and its behaviour in waves, its interfacing to SMT and MSV, and a lot of other aspects. It focuses entirely on assurance of flow in the riser.From experiments in the Seventies it is known by all players in this market that vertical hydraulic transportation is accompanied by particular problems. There is not only the large vertical distance of approximately 2,000 metres, but also the relatively large and irregularly shaped particles in the centimetre range, great hardness/ abrasiveness and solids densities in the order of 3,000-5,000 kg/m3. The constant influence of gravity during the whole transportation process as well as the absence of settled bed formation make the process totally different to the horizontal mixture transport theories so well known within the dredging-related sciences.Just as in horizontal slurry transportation, knowing the fundamental physics is the key to the design of efficient constructional and operational rules and standards for vertical slurry transportation systems. This is especially relevant for the prevention of clogging, the efficient application and control of booster pumps, and the prevention of wear in systems that are developed for decade-long operation. The studying of fundamental physics in order to become practically able to cope with the challenge is the exact purpose of a PhD study currently being conducted at MTI Holland and Delft University of6. Smaller particles are subject to a 8. Particles of low sphericity30 Ports and Dredging |Spring 2012Technology. A more concrete formulation of the investigation could be: “What processes are involved and how do these processes affect the design and operation of the vertical transport operation?”The study encompasses both dynamic numerical simulation of the complex solid-liquid flow in the riser, and experimental studies. A test set-up on laboratory scale in the MTI Holland laboratory is used for validation of several modelling assumptions. The tests are carried out in close collaboration with Delft University of Technology, by having MSc students participate in the test programme. Some surprising results have already been observed, including the following:•two scales of the transport process must be distinguished: the local behaviour of particles and groups of particles over a relatively short length of pipeline and the general macroscopic behaviour of the entire mixture over long lengths•the ratio between the particle dimensions and the pipeline diameter (d/D) is extremely influential. This important parameter determines the local flow regime: smaller particles are subject to a regular, homogeneously suspended flow regime, while larger particles tend to be transported in plug flow (figure 6) when the superficial fluid velocity is too low. The transition point depends on the fluid velocity and the relative diameter d/D of the particles. Transport in plug flow is very efficient, but it is also a very risky transportation mode from a flow assurance point of view•the dimensions, density and shape of the particles determine whether they can be transported at all. These parameters influence the particle’s slip velocity (determined by drag, buoyancy and gravity) and particle spin (inducing lift forces). To bring about transportation, the terminal settling velocity of an individual particle must be overcome. High fluid velocities will do without doubt, but it is interesting to investigate where the lower fluid velocity limit is, because the higher the velocity, the higher the energy consumption of the process and the wear rates of the riser•particles of low sphericity and high angularity (figure 7, shapes C5/D5/D4/E4), such as for example slate shingles, demonstrate a detrimental behaviour. These particles tend to stick to the pipe wall and to each other under normal transport conditions. In doing so, they form large structures with very low permeability (figure 8); these structures then grow by acquisition of more and more particles, ultimately blocking the entire riser within minutes•the general macroscopic behaviour of the mixture is particularly dictated by the particle size distribution. If this is narrow, thebehaviour as set out will dominate over the whole pipeline. But if the size distribution is wide, alternating clusters of relatively fine material and coarse material can develop over time. In the worst case, a cluster of fine material with high transport velocity can overtake a cluster of coarse material with lower transport velocity. Upon merging of these batches, a large concentration peak can develop. The result is easily predictable by numerical simulation: merging of the clusters and the onset of pipeline clogging (figure 9). From these initial results, it turns out that the input of the pipeline determines the success of a large riser installation. So the focus returns to the cutting process and the control of SMT locomotion. Of course, there are other alternatives such as crushing, but they are not considered very profitable and feasible at depths of 2,000 metres. In summary, even the initial results of the study demonstrate how influential the role of understanding physics is, and will be, in the successful design and operation of deep-sea mining explorations. PerspectiveBoth studies discussed above point to a very important strategy to be maintained in deep-sea mining. Simplifying the issue, the perspective is that gradual development and pushing the boundaries will bring profound and fundamental knowledge for improving reliable and feasible deep-sea mining.To arrive on the right track, two approaches should be taken. The first is the gradual intensifying of investment, new technology, education and the use of tools like simulators, in order to minimise risks. ‘Gradual intensifying’ must be understood as an iterative process of seeking new depth boundaries; gathering experience; adapting technology and education; seeking new depths, etc.The second approach is the continual attempt to understand the physics of challenges that at first sight appear as technical problems like cutting behaviour, locomotion and hydraulic vertical transport. Understanding the physics will improve the design of appropriatetechnical, constructional and operational solutions.References[1] “The revival of an old passion: IHC Merwede moves into Deep SeaMining.” Ports and Dredging171. IHC Merwede, Sliedrecht,The Netherlands, 2009. 6-16[2] “OceanflORE: From resources to reserves …” Ports and Dredging178. IHC Merwede, Sliedrecht, The Netherlands, 2011. 20-25[3] Mourik, R. Schutyser, P. and Pieters, B. Automatic control ofsubmerged vertical hydraulic mineral transport from a depth of 2000metres to the surface: a case study by IHC Merwede. Lecture at theOCEANS Conference Haiti 2011. Sliedrecht, The Netherlands, 2011[4] Van Wijk, J.M. et al. An experimental and numerical study ofvertical hydraulic transport for deep-sea mining applications. CEDApaper, proceedings of CEDA Dredging Days, Rotterdam, 2011[5] Van Wijk, J.M. Miedema, S.A. and Rhee, C. van. “Deep Sea MiningTechnologies.” In press for Sea Technology magazine 2012[6] Van Wijk, J.M. Talmon, A.M. and Rhee, C. van. Flow Assurance ofVertical Solid-Liquid Two Phase Riser Flow During Deep Sea Mining.OTC Paper in press, MTI Holland/Delft University of Technology, 2012.9. Simulation of five batches merging and overtakingSpring 2012|Ports and Dredging 31。
深海采矿技术的研究与应用
深海采矿技术的研究与应用深海作为人类探索的“新大陆”，地质资源与生物资源都异常丰富。
其中，深海矿产资源是一种受到瞩目的资源，有着巨大的经济和社会发展潜力。
深海采矿技术的研究与应用是探索深海矿产资源的关键。
本文将就深海采矿的发展现状、采矿技术及其应用前景进行探究分析。
一、深海采矿的发展现状目前，深海采矿在世界范围内的研究开发处于初始阶段。
但由于深海矿物资源的短缺和需求的增长，越来越多的国家将目光投向了深海。
据报道，全球探测到的海底矿产资源价值高达数十亿美元。
因此，各国正在积极投入深海矿产资源勘探、储备、开发研究。
深海采矿的发展现状可分为孟加拉湾、印度洋、太平洋、大西洋等深海矿产资源的勘探与发掘活动。
其中，印度洋、太平洋、大西洋深海矿物资源的勘探较为活跃。
西太平洋区域被认为是未来深海矿产资源开发的重点区域，其中热液硫化物、Mn结核、沉积物等深海矿物资源储量较大，成为深海采矿的主要对象。
二、深海采矿技术的创新深海采矿技术的创新是深海矿物资源勘探与开发实现的关键，其复杂环境要求技术的高度成熟和可靠性。
目前，深海采矿技术涵盖了机械挖掘、水下运输、堆积等方面。
下面，将介绍深海采矿技术的创新：1. 机械挖掘技术机械挖掘技术是由远距离控制抓斗、抛锚桩、加工设备等组成的。
其中，远距离控制抓斗是机械挖掘的核心技术，它能够在深海环境中进行输送、抓取、封口、维护和检修等操作。
远距离操作能够大大提高作业效率、保护人员安全。
2. 水下堆积技术深海矿产资源采集后需要进行处理。
水下堆积技术是深海采矿后的一项重要技术，它可以将采集的深海矿物资源进行初加工和集中处理。
水下堆积过程中，可以对深海环境进行监控，以防止对生态环境产生不良影响。
3. 水下运输技术水下运输技术是连接深海矿物资源采集点与加工处理点的必要技术。
采用自由浮动管道进行水下运输能够大大提高运输效率，减少传统水下管道对深海环境的污染。
三、深海采矿技术的应用前景随着深海矿产资源的开发研究不断推进，深海采矿技术的应用前景更加广阔。
海洋工程中的深海采矿技术资料
海洋工程中的深海采矿技术资料深海采矿技术资料随着人类对海洋资源利用需求的增加，深海采矿技术逐渐成为海洋工程领域的热点话题。
在这篇文章中，我们将探讨深海采矿技术的概念、发展和应用。
一、深海采矿技术的概念深海采矿技术是指利用各种技术手段在深海水域进行矿产资源的开采。
由于深海的环境条件复杂且压力巨大，深海采矿技术相较于陆地采矿具有更高的技术难度和风险。
二、深海采矿技术的发展历程1. 早期阶段早期的深海采矿技术主要集中在海底油气田的勘探和开发，如利用钻井平台进行油气开采。
这一阶段的深海采矿技术还相对简单，对于深海矿产资源的开发还没有形成系统性的技术体系。
2. 中期阶段随着科技的发展，深海采矿技术逐渐进入中期阶段。
这一阶段的深海采矿技术包括遥感技术、海底勘探技术以及海底工程建设。
通过遥感技术，可以对深海地形进行测绘，获取矿产资源分布的初步信息。
海底勘探技术则可以对深海矿产资源进行详细的勘探和评估。
3. 现代阶段随着科技的进步，深海采矿技术进入现代阶段。
现代深海采矿技术主要包括智能化设备的应用、深水开采技术以及环境保护技术。
智能化设备可以实现高效、精准的采矿操作，提高资源利用率和安全性。
深水开采技术使得采矿活动能够在更深的海域进行。
同时，环境保护技术也成为深海采矿技术发展不可或缺的组成部分。
三、深海采矿技术的应用领域深海采矿技术的应用领域主要包括海底能源开发、海底矿产资源开采和海底工程建设。
海底能源开发主要指油气田的勘探、开发和生产；海底矿产资源开采则包括多种矿产资源的开采，如锰结核、多金属硫化物等；海底工程建设主要指海底管道敷设、海底隧道建设等。
四、深海采矿技术面临的挑战和未来发展趋势1. 挑战深海采矿技术面临着诸多挑战，包括环境保护、技术难题和法律监管等。
深海环境的复杂性和脆弱性对采矿活动提出了很高的环境要求。
技术难题如深水作业、高压高温条件下的开采等也是深海采矿技术发展的障碍。
此外，对深海采矿活动的合规性和法律监管也需要进一步加强。
深海采矿的技术与经济分析
深海采矿的技术与经济分析在人类对资源的需求不断增长的今天，陆地资源的逐渐枯竭使得我们将目光投向了广袤无垠的深海。
深海采矿，作为一项充满挑战和机遇的领域，不仅涉及到复杂的技术问题，还与经济因素紧密相连。
一、深海采矿的技术挑战深海环境极为恶劣，巨大的水压、低温、黑暗以及复杂的地形等因素，给采矿作业带来了巨大的技术难题。
首先是深海探测与定位技术。
要在茫茫深海中准确找到有价值的矿产资源并非易事。
目前，各种先进的探测设备如声纳、磁力计、地质雷达等被应用于深海探测，但这些设备在深海环境中的精度和可靠性仍有待提高。
其次是深海采矿设备的研发。
由于深海的高压，普通的采矿设备无法正常工作。
需要研发能够承受巨大水压、耐腐蚀、耐磨损的特殊设备。
例如，用于挖掘和收集矿石的采掘机，必须具备强大的动力和高效的挖掘能力，同时还要能够适应不同类型的海底地质条件。
再者是矿石的提升与运输技术。
从深海底部将矿石提升到海面，需要克服巨大的水压和距离。
传统的提升方式在深海环境中面临诸多问题，因此需要开发新型的提升系统，如管道提升、水力提升等，同时还要确保在提升过程中矿石不会损失和对环境造成最小的影响。
此外，深海通信和控制系统也是关键技术之一。
由于信号在海水中的衰减迅速，如何实现远距离、高可靠的通信，以及对深海采矿设备进行精确的控制，是保证采矿作业安全和高效的重要前提。
二、深海采矿的技术解决方案为了应对上述技术挑战，科学家和工程师们不断探索和创新，提出了一系列解决方案。
在探测与定位方面，多传感器融合技术和人工智能算法的应用，提高了探测的精度和效率。
通过整合多种探测设备的数据，并利用智能算法进行分析和处理，可以更准确地识别矿产资源的分布和特征。
对于采矿设备的研发，材料科学的进步为制造耐高压、耐腐蚀的部件提供了可能。
采用高强度合金和特殊的涂层技术，能够增强设备的性能和使用寿命。
同时，借鉴其他深海工程领域的经验，如深海石油开采，也为深海采矿设备的设计提供了有益的参考。
深海采矿技术的环境影响评估
深海采矿技术的环境影响评估在人类对资源的需求不断增长的今天，深海采矿技术作为获取深海资源的一种手段，逐渐引起了广泛的关注。
然而，与这项技术相伴而生的是一系列潜在的环境影响，这些影响可能对深海生态系统造成深远且难以逆转的损害。
深海，这片神秘而广袤的领域，长期以来被视为地球上最后的未被大规模开发的区域之一。
它拥有独特的生态系统和丰富的矿产资源。
深海采矿的目标通常包括多金属结核、多金属硫化物和富钴结壳等。
这些矿产资源富含锰、镍、铜、钴等关键金属，对于现代工业和技术的发展具有重要意义。
然而，深海采矿的过程并非毫无代价。
从勘探到开采，每一个环节都可能对深海环境产生显著的影响。
首先，勘探活动中使用的声波探测设备可能会干扰海洋生物的声学通讯和导航系统。
例如，鲸鱼、海豚等依靠声音进行交流和定位的生物，可能会因为这些人为的声波干扰而迷失方向，影响它们的觅食、繁殖和迁徙行为。
在开采阶段，主要的环境影响包括对海底地貌的直接破坏。
采矿设备在海底作业时，会掀起大量的沉积物，这些沉积物的扩散可能会覆盖和掩埋周围的生物栖息地。
多金属结核通常分布在海底的软泥表层，采矿过程会将这些结核连同周围的沉积物一并采集，导致海底表层的生态系统遭到破坏。
而对于多金属硫化物和富钴结壳的开采，往往需要挖掘海底的岩石和基岩，这会对海底的地质结构造成永久性的改变。
深海生态系统中的生物多样性也面临着巨大的威胁。
深海生物适应了长期稳定、高压、低温和黑暗的环境，它们的生长和繁殖速度通常极为缓慢。
一旦其栖息地遭到破坏，生物种群可能难以恢复。
许多深海生物具有独特的适应性特征，如特殊的身体结构和生理机制，它们在面对采矿活动带来的干扰和破坏时往往显得极为脆弱。
除了对海底生态系统的直接影响，深海采矿还可能引发一系列的连锁反应。
被掀起的沉积物可能会携带营养物质进入上层水体，导致局部海域的营养盐结构发生变化，进而影响浮游植物的生长和分布。
浮游植物作为海洋食物链的基础，其数量和种类的改变会沿着食物链向上传递，最终影响到整个海洋生态系统的平衡和稳定。
深海采矿技术的创新与挑战
深海采矿技术的创新与挑战在我们这个蓝色星球上，海洋占据了绝大部分的面积。
而在那幽深的海底深处，蕴藏着丰富的矿产资源，深海采矿逐渐成为人类获取资源的新途径。
然而，这一领域充满了创新的机遇，也面临着诸多严峻的挑战。
深海采矿技术的创新，首先体现在探测与勘察手段的进步。
过去，我们对深海的了解极为有限，如今，随着各种先进技术的应用，如多波束测深系统、侧扫声呐、磁力仪等，能够更加精确地绘制海底地形，探测矿产资源的分布和储量。
这些技术就像为我们打开了深海世界的“眼睛”，让我们能更清晰地看到那些隐藏在黑暗中的宝藏。
在开采设备方面，也有了显著的创新。
新型的深海采矿机器人应运而生，它们具备更强的抗压能力、更灵活的操作性能和更高的工作效率。
这些机器人可以在极端的深海环境中稳定运行，完成复杂的挖掘、采集和运输任务。
而且，为了适应深海的高压、低温和高腐蚀性等特殊条件，开采设备的材料也在不断创新，采用了高强度、耐腐蚀的新型合金和复合材料，大大提高了设备的可靠性和使用寿命。
此外，通信技术的创新也为深海采矿提供了有力支持。
由于深海与陆地之间的距离遥远，信号传输存在巨大困难。
但现在，通过卫星通信、水声通信等技术的不断改进，实现了陆地与深海之间的实时数据传输和远程控制，使操作人员能够在千里之外对深海采矿作业进行精准指挥。
然而，深海采矿技术的发展并非一帆风顺，它面临着一系列严峻的挑战。
深海环境的极端恶劣是首要难题。
巨大的水压对设备的抗压能力提出了极高的要求。
每下潜一米，水压就增加一个大气压，这对于设备的结构强度和密封性能是巨大的考验。
而且，深海的低温、黑暗和高腐蚀性，也使得设备容易出现故障和损坏，维修和保养的难度极大。
生态环境保护是另一个重大挑战。
深海生态系统极为独特和脆弱，一旦遭到破坏，恢复的可能性极小。
采矿活动可能会引发海底沉积物的扰动，影响海洋生物的栖息地，破坏生态平衡。
如何在开采资源的同时，最大限度地减少对生态环境的影响，是必须解决的问题。
深海采矿时代已经来临？
Observation观察随着人类对资源的需求不断增加，陆地上的资源供给越来越乏力，一些国家和国际矿业正以极大的关注和热情瞄准深海矿产资源的开采。
新西兰矿企TTR日前获准在该国西海岸塔在这个区域，地球表面的海底地壳的岩石断层让冰冷的海水进入岩石加热。
这种热水含有金、银、铜、锌等金属和稀土元素，当含有矿物质的热水出现在热液口时，与周围的冷水44绿色中国投稿信箱 greenchina_b@粒形成的浓云在热液口周围如同“黑烟柱”一样。
在新西兰政府和企业资助下，正在进行的研究有识别、标注定位矿床的范围。
采矿业提出，基于矿产的规模和经济潜力，每10个当中有一个或20个里有1个海底块状硫化物矿床，在经济上就具有可行性，是可以开采的。
而像这些富含硫和金属的海底热液矿床，在世界大洋水深数百米至3500米处均有分布。
主要出现在2000米深处的大洋中脊和地层断裂活动带，是具有远景意义的海底多金属矿产资源，其主要元素为铜、锌、铁、锰等，另外银、金、钴、镍、铂等在有些地区也达到了工业用量。
全球矿产财富初步评估，海底这些资源的价值达数万亿美元。
随着世界对矿物质的需求，加上技术的进步，促使深海采矿成为可能。
竞争激烈无疑，在寂静的海底，沉睡着一座巨大的“金山”。
令各国矿业公司摩拳擦掌，跃跃欲试，全球逐渐掀起一股新的“海洋淘金热”。
行业巨头、加拿大多伦多的鹦鹉螺矿业公司，15年前就已宣称对巴布亚新几内亚约2000平方英里海床拥有开采权，但它似乎并不急于进入实际开采阶段。
这些年来，它一直专注于扩大自己的“地盘”，在太平洋数百个地点进行勘探，确定了几十个潜在开采对象。
2011年，鹦鹉螺矿业公司赢得太平洋西南部俾斯麦海域一片矿山的20年开采权。
据称，这片矿山距离海面1英里，估计金矿储量为10吨，铜矿储量为12.5万吨。
并获得巴布亚新几内亚政府颁发的世界第一个深海多金属硫化物资源采矿租约，计划于今年进行试开采。
此外，韩国的深海采矿财团也在汤加和斐济专属经济区内申请了矿区并进行资源勘探，计划于2015年进行一个年产30万吨规模的采矿海试。
Deep sea mining深海采矿技术
C drag coefficient (shape and Re),A cross sectional area
Fd C f V 2 A / 2
• Pressure gradient force • Basset force: lagging boundary layer development with changing relative velocity (acceleration) of bodies moving through a fluid • Saffman lift force: Velocity gradient, from the side with low velocity to high • Magnus force https:///watch?v=rcjMs82PAWg
6
Outline
• Seabed Exploration
• Deep sea mining system
• Research on lifting pipe
Mineral from the Seafloor
Hale Waihona Puke Manganese nodule
Unit(MT) Land(1983) Seafloor Mn 1,835 24,650
8
Deep sea mining system
• A prime candidate for the lift system is one which hydraulically transports the nodules as a slurry through a lift pipe string, connecting the collector on the seafloor to the mining vessel on the surface[J.Q. Burns1979]
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• Most ROVs are equipped with at least a video camera and lights. • Additional equipment: sonars, magnetometers, a still camera, a manipulator or cutting arm, grabbing arms, water samplers, and instruments that measure water clarity, light penetration and temperature
9
Lifting pipe
Diameter? Concentration? Velocity?
10
Outline
• Seabed Exploration
• Deep sea mining system
• Research on lifting pipe
Force of nodules in Pipe
• Gravity • Buoyancy • Drag force
C drag coefficient (shape and Re),A cross sectional area
Fd C f V 2 A / 2
• Pressure gradient force • Basset force: lagging boundary layer development with changing relative velocity (acceleration) of bodies moving through a fluid • Saffman lift force: Velocity gradient, from the side with low velocity to high • Magnus force https:///watch?v=rcjMs82PAWg
Deep sea Mining
Outline
• Seabed Exploration
• Deep sea mining system
• Research on lifting pipe
2
Seabed Exploration and Mapping(1)
• Single-Beam Echo Sounder (SBES)_water depth • Multi-Beam Echo Sounder (MBES)_ sending sound waves at various angles ----- comprehensive information on the bottom surface.
8
Deep sea mining system
• A prime candidate for the lift system is one which hydraulically transports the nodules as a slurry through a lift pipe string, connecting the collector on the seafloor to the mining vessel on the surface[J.Q. Burns1979]
17
18
Local concentration:
16Βιβλιοθήκη Other research area
• Dynamic behavior of pipe • The influence of dynamic behavior of pipe on inner flow • Erosion of the pipe • Unsteady flow and block of pipe • Air lifting system
Seafloor Massive sulfide
Ni 49 850 Cu 511 765
Cobalt nodule
Co 2.7 170
7
Deep sea miner
Source: /2013/07/deep-sea-mining-this-shit-just-got-real/
6
Outline
• Seabed Exploration
• Deep sea mining system
• Research on lifting pipe
Mineral from the Seafloor
Manganese nodule
Unit(MT) Land(1983) Seafloor Mn 1,835 24,650
Source: (Jerzy Sobota,2006)
12
Variations of nodules concentration and velocity
Source:Jerzy Sobota,2005
13
Head loss
Source:Jerzy Sobota,2007
14
Slip velocity
11
Loop in Lab
Gamma radiation: particles absorption of gamma radiation Labeled water: radioactive substance distribute in water, particles replaced water, make measurement more sensitive Labeled stone: stone with radioactive---velocity of particles, symbol for circulate
Source:Jerzy Sobota,2007
Slip velocity: difference between a liquid velocity and solid vslip vwater vparticle velocity:
15
Local concentration
Lagging effect:concentration in the pipe is greater than the entrance Particles weight is the same at the entrance and outlet of lifting pipe
AvmCv p ACvl v p p ACvl (v f vs ) p
A(1 Cv )vm p A(1 Cvl )v f f
v v 1 1 v Cvl [1 m ] [ ( m 1)2 Cv m ] 2 vs 4 vs vs
For water:
5
Seabed Exploration and Mapping(4)
• autonomous underwater vehicle (AUV)---robot which travels underwater without requiring input from an operator • echo sounders and various measurement sensors
3
Seabed Exploration and Mapping(2)
• Controlled-source electromagnetic (CSEM) surveying • Magneto telluric (MT) surveying
4
Seabed Exploration and Mapping(3)