国内外水下采矿技术及装备的发展现状讲义

三、关键技术
多金属硫化物采集技术
矿体在海底呈大块状，厚度高达十几米或数十米。根据 对大量样品的力学性能测试，海底多金属硫化物矿的断裂特 性类似于煤，韧性和塑性类似于盐和碳酸钾。
三、关键技术
富钴结壳采集技术
富钴结壳矿床主要分布于400～4 000 m 水深的海山、 中脊和海台的斜坡和顶部表面，以 2～20 cm 厚度的结壳 状黏附在基岩上。 关键问题是如何将结壳从基岩上有效剥离
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一、研究背景面临的环境
拖斗式采 矿系统
二、技术方案
技术 方案
连续绳斗 开采系统
自动穿梭 艇式开采 系统
管道提升 式开采系 统
二、技术方案
拖斗式采 矿系统
连续绳斗 开采系统
自动穿梭 艇式开采 系统
管道提升 式开采系 统
1960 年初由美国 加利福利亚大学Mero 教授设计。 该系统由采矿船、 拖缆和铲斗3部分组 成。
管道提升 式开采系 统
1979 年，法国工程师 提出穿梭艇式采矿系统方 案，该系统设想由一系列 能自由潜入海底的独立采 集器(穿梭艇)组成，到达海 底后采集器排出压载物采 集结核后再浮上水面，但 可行性研究表明系统过于 昂贵。
二、技术方案
拖斗式采 矿系统
连续绳斗 开采系统
自动穿梭 艇式开采 系统
管道提升 式开采系 统
二、技术方案
拖斗式采 矿系统
连续绳斗 开采系统
自动穿梭 艇式开采 系统
1972 年，日 本对连续链斗法进 行采矿试验，但作 业中链索缠在一起 而使试验终止。
管道提升 式开采系 统
主要由采 矿船、拖缆、 绳斗和牵引 机等部分组 成。
二、技术方案
拖斗式采 矿系统
连续绳斗 开采系统
自动穿梭 艇式开采 系统
多金属结核
富钴结壳
多金属硫化物
一、研究背景圈地运动
西方各国从 20 世纪 50 年代末开始投资进行“区域” 活动，抢占最具商业远景的多金属结核富矿区，并且已形 成了多金属结核商业开采前的技术储备。
一、研究背景中国的加入
1991年3月我国取得国际海 底开发先驱投资者资格。 2001年，在东北太平洋的 取得一块面积为7.5万平方 公里的多金属结核勘探合 同矿区。 2011年，在西南印度洋取 得一块多金属硫化物矿区。 2013年，在西北太平洋海 山区，获得一块面积为 3000平方公里的富钴结壳 矿区。
方法：主要是陆地岩石切削螺旋滚筒截齿轧削、盘刀切削、拖刀耙 削等机械式破碎剥离方法。水射流剥离、声波破碎等概念和方案也曾被 考虑，但由于破碎能耗高等原因暂时难以获得实际应用。
总体上说，深海富钴结壳的采集是一项尚未解决的 难题，由此也将影响富钴结壳商业开采的时机。
三、关键技术
海底采矿车行走技术
• 履带-底泥的作用机理
国内外水下采矿技术及装备的 发展现状
Underwater mining technology
姓名： 学号：
一、研究背景海底的矿藏
广袤无垠的海洋是人类拥有的巨大资源宝库。除油气资 源和海滨矿砂外，还有多金属结核、富钴结壳和多金属硫化 物等金属矿产资源。这些矿物中富含镍、钴、铜、锰及金、 银金属等，总储量分别高出陆上相应储量的几十倍到几千倍。
压陷强度-切应力-滑移的复杂规律 组合导航
• 海底实时定位
• 水动力特性
在这方面，德国、 韩国以及我国中南大 学、长沙矿山研究院 等单位的研究团队开 展过大量的理论分析 与试验研究
三、关键技术
海底采矿车行走技术
• 履带-底泥的作用机理
压陷强度-切应力-滑移的复杂规律 组合导航
• 海底实时定位
• 水动力特性
在这方面，德国、 韩国以及我国中南大 学、长沙矿山研究院 等单位的研究团队开 展过大量的理论分析 与试验研究
三、关键技术
矿物从海底向海面的输送技术
三、关键技术
水面支持系统
面临的问题：
深海采矿系统整体联动
• 动力定位 • 升沉补偿系统
四、发展趋势
目前水下矿产资源开采技术的研究主 要是围绕多金属结核和多金属硫化物，西 方发达国家目前已实现技术储备，一旦时 机成熟，稍微吸收科技发展，就可以进行 商业开发。 围绕着关键技术，西方国家在做精做 细，而我国现在处于初步阶段，相关勘探、 实验不足，只是做了一些相关机理的研究 和简单的实验。
管道提升 式开采系 统
通用技术
深海动力、 深海通信等
三、关键技术
深海采矿 技术
深海矿产采 集、输送等
专用技术
三、关键技术
多金属结核采集技术
多金属结核赋存于水深4000～6 000 m 的海底沉积物表层， 往往处于半埋藏状态；多为球形或椭球形，粒径一般为 2～10 cm，密度约 2100 kg/m³。
1978 年，OMI 采 用该系统在太平洋进 行了数次深海多金属 结核采矿海试，成功 地从 5200m水深海底 采集到数百吨多金属 结核，最大产能超过 40t/h，验证了该系统 原理及其深海采矿的 技术可行性。
二、技术方案
拖斗式采 矿系统
连续绳斗 开采系统
自动穿梭 艇式开采 系统
右图是鹦鹉螺矿业 的深海多金属硫化物商 业采矿系统示意图，据 报道该系统于2013年完 成组成。
海底存在着相对封闭的生物圈，如何保护海底 生态系统是发达国家接下来的发展趋势之一
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