1、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。,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
2、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。,一、研究背景面临的环境,二、技术方案,二、技术方案,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。,二、技术方案,主要由采矿船、拖缆、绳斗和牵引机等部分组成。,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。,二、技术方案,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
3、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,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,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。,三、关键技术,三、关键技术,多金属结核采集技术,多金属结核赋存于水深40006 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
4、10 cm，密度约 2100 kg/m。,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4004 000 m 水深的海山、中脊和海台的斜坡和顶部表面，以 220 cm 厚度的结壳状黏附在基岩上。,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。,关键问题是如何将结壳从基岩上有效剥离,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
5、、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。,三、关键技术,海底采矿车行走技术,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,履带-底泥的作用机理压陷强度-切应力-滑移的复杂规律 海底实时定位组合导航 水动力特性,三、关键技术,海底采矿车行走技术,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,履带-底泥的作用机理压陷强度-切应力-滑移的复杂规律 海底实时定位组合导航 水动力特性,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。,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,Thanks for your attention,不足之处，敬请指正！,
