海洋覆蓋著地球上最大的區域,蘊藏著人類社會未來發展所需的各種戰略資源和能源,被譽為21世紀人類可持續發展的戰略“新疆域”,正成為各大海洋強國搶占的戰略制高點。隨著我國“十四五”深地深海深空戰略的推進,我國海洋領域正逐步作為高質量發展的戰略要地,將在轉變發展方式、優化經濟結構、轉換增長動力方面發揮更加重要的作用,而海洋采礦裝備無疑將成為推進海洋深度開發的重要工具。國際海底擁有豐富的礦產資源,以多金屬結核、多金屬硫化物和富鈷鐵錳結核為主。據估計,大洋海底多金屬結核總資源量約3萬億噸,其中有商業開采潛力的達750億噸,而海底富鈷結殼中鈷資源量約為10億噸。近年來,比利時、英國、日本、荷蘭、加拿大等國正在加緊深海采礦技術研發,深海礦產資源開發規章正在加速出臺,商業性開采時代或將來臨。
我院自“八五”起便開始進行深海固體礦產資源開采技術及裝備研究,承擔橫、縱向項目70多項,經過三十余年持續研發,已形成了以多金屬錳結核、富鈷結殼、多金屬硫化物等為主的開采技術研究體系,研制了國內首臺3500米級多金屬錳結核采礦車、國內首臺中式集礦機、國際首臺富鈷結殼采礦裝備、國內首臺多金屬硫化物規模取樣器等深海資源開發重大裝備。
深海多金屬結核采礦車
在多金屬錳結核資源領域,我院承擔了國家863、國家重點研發計劃、國家大洋專項等省部級及以上項目30多項?!熬盼濉逼陂g,取得了突破性進展,成功研制了國內首臺1000米級履帶式多金屬結核湖試集礦機,主導完成了135米水深的湖上試驗,實現了我國深海采礦設備從無到有的跨越?!笆濉逼陂g,研制了國內首臺3500米級多金屬結核采礦車,在開展1300米水深的采礦試驗中獲取了大量礦料。申報數十項專利,獲省級獎1項、五礦集團專利獎1項。項目的實施打通了我國深海采礦系統全流程,是我國深海技術發展史上的又一里程碑,為后續實現深海采礦商業化應用積累了大量工程經驗,奠定了寶貴技術基礎。
圖1 “九五”國內首臺湖試集礦機 圖2 國內首臺3500m級多金屬結核采礦車
深海富鈷結殼采礦車
在深海富鈷結殼資源上,我院依托國家863、國家大洋專項等多個項目,在聲學測厚、四履帶行走、自適應剝離與采集等方面取得了重大技術突破,研制出國際首臺4000米級深海富鈷結殼采礦裝備(車),并在西太平洋合同區完成了2100多米水深的現場采礦試驗,獲取了大量富鈷結殼礦樣。申報專利20余項,獲行業協會獎1項、五礦集團專利獎2項,技術成果經中國有色金屬工業協會成果評價為國際領先水平。項目采用具有國際獨創性的聲學勘探與采礦協同作業下的“探-行-掘-采”一體式作業方式,該方式是繼拖網、淺鉆和ROV之后的又一新取樣采礦技術和方法,具有里程碑的意義,填補了我國在該領域的裝備空白,為國際富鈷結殼商業化開采奠定了基礎。
圖3 國際首臺富鈷結殼采礦車 圖4 采礦試驗裝備入海試驗
深海多金屬硫化物規模取樣裝備
在多金屬硫化物資源領域,多年來我院依托國家863、國家大洋專項等多個項目,突破了螺旋滾筒破碎及水力采集、截割阻抗及截割比能耗原位測試等多項技術瓶頸,研制了我國首臺硫化物規模取樣裝置,完成實驗室技術驗證試驗。項目開發了深海富鈷結殼開采方法與工藝流程,為我國海底多金屬硫化物資源開采奠定了堅實的技術基礎。
圖5 多金屬硫化物行駛原理樣機 圖6 海底硫化物規模取樣裝置
在深海進行經濟開發和戰略布局,科技裝備是基礎保障,沒有一流的科學技術,在深海將寸步難行。雖然開采海底礦產的技術正取得重大進展,但海洋采礦是一項涉及諸多學科的高技術密集型產業,是一項極為復雜的系統工程,亟待開展技術裝備的創新和突破。不怕困難、銳意進取的長礦院人也將積極響應習總書記的號召,向深海進軍,發揚“一天也不耽誤、一天也不懈怠”的企業精神,為實現海洋強國努力奮斗。
(智能礦山事業部 江敏)
長沙礦山研究院
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