什么是海洋采矿方法

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海底采矿

海底采矿
海底采矿技术 haidi caikuang jishu 海底采矿技术 undersea mining technology 开采海底矿产资源所使用的方法、装备和设施。海底矿产资源种类繁多、状态各异、分布广阔、埋深悬殊,开采的方法和使用的装备也不尽相同。 海底采矿技术一般分表层矿开采和基岩矿开采两大类。表层矿大都呈散粒状或结核状存在于海底各类松散沉积层中,例如分布在海滨的磁铁矿、钛铁矿、铬铁矿、锡砂、锆石、金红石、独居石、金、铂、金刚石等重砂矿和砂、砾石等;分布在近海底的磷灰石、海绿石、硫酸钡结核、钙质贝壳和砂、砾石等;分布在深海底的锰结核、多金属软泥、钙质软泥、硅质软泥、红粘土等。基岩矿是指存在于海底岩层和Байду номын сангаас岩中的矿产,如非固态的石油、天然气和固态的硫磺、岩盐、钾盐、煤、铁、铜、镍、锡、重晶石等。 在开采海底矿产之前,须查明所采矿床的分布范围、面积、埋深、储量、品位以及当地自然条件和海陆运输能力等。在此基础上,根据矿产的形态选择合适的开采方法、装备和设施。 海底表层矿开采 由于深海与浅海采矿技术的难度不同,因而分为两种。 海滩、近海底矿的开采 露出水面的海滨砂矿,通常采用露天开采方法。陆地上使用的挖掘机械,如拉杆电铲、钢索电铲、推土机等都可用于海滨砂矿的开采作业。水面以下砂矿床的开采,目前作业水深大多在30~40米范围内,使用的采矿工具有4种:链斗式采矿船、吸扬式采矿船、抓斗式采矿船和空气提升式采矿船(图1[开采近海海底沉积矿的采矿船])。前3种的构造和工作原理与挖泥船类似(见海上疏浚)。空气提升式采矿装置由气管、气泵和吸砂管等部分组成,气管与吸砂管的中部或下端相连通,作业时将吸砂管下端靠近砂矿床,启动气泵,压缩空气使吸砂管内产生向上流动的掺气水柱,从而带进砂矿固体颗粒,连续压气就可达到采矿的目的。这种装置的缺点是作业水深增加时,压缩空气的成本费呈指数倍增长。 此外,70年代以来还发展了一种海底爬行式采掘机,可以载人潜到海底作业,所需空气和动力由海面船只供应。如意大利制造的C-23型潜水挖砂机的作业水深达70米,能在海底挖掘宽5米、深2.5米的沟,每小时前进140米,挖砂230立方米。 深海矿开采 目前最有开采前景的深海底表层矿,是深海锰结核和多金属软泥。 深海锰结核已被公认为是一种具有商业开采价值的矿产资源,近20年来主要在研制低成本、高效率的采矿装置。由于锰结核松散地分布于深海大洋底表层,关键问题是需要找到一种合适的垂直提升装置。目前公认最有希望的有 3种:链斗式采矿装置、水泵式采矿装置和气压式采矿装置。链斗式采矿装置是在高强度的聚丙二醇脂绳上每隔25~50米安装一个采矿戽斗,开采时船首的牵引机带动绳索,使戽斗不断在海底拖过,挖取锰结核并提升到船上。1970年 8月日本已在太平洋水深4000米处成功地进行了试验。气压式采矿装置,是将集矿头置于洋底,开动船上的高压气泵,高压空气沿输气管道向下,从输矿管的深、中、浅三个部分注入,在输矿管中产生高速上升的固、液、气三相混合流,将经过筛滤系统选择过的结核提升至采矿船内,提升效率约30~35%。水泵式采矿装置,是将高效的离心泵放在输送管道中间的浮筒内,浮筒内充以高压空气,支撑离心泵和管道浮在水中。由于高效离心泵的作用而产生高速上升的水流,使锰结核和水一起沿管道提升至采矿船内。 多金属软泥也是一种具有开采价值的深海底矿产资源。联邦德国已研制成功一种开采红海多金属软泥的装备,即在采矿船下拖曳一根2000米长的钢管柱,柱的末端有一个抽吸装置。装置内的电控摆筛能搅动象牙膏状的软泥,通过真空抽吸装置、吸矿管,把含有海水的金属软泥吸到采矿船上来,然后经过处理并除去水分,最后即可获得含有32%锌、5%铜和0.074%银的浓缩金属混合物。 海底基岩矿开采 非固态的石油和天然气开采 使用的开采工程设施主要为固定式平台,在平台上钻井采集到油(气)后,通过输运系统送往岸上;水深较浅处也有用填筑人工岛进行钻井采油(气)的(见彩图[北冰洋波弗特海人工岛上的钻井平台]);而在水深较大的海域,多应用浮式平台或海底采油(气)装置进行开采(见海上石油(气)勘探及开发工程)。 固态的煤、铁、锡等基岩矿开采 一般都从岸上打竖井,通过海底巷道开采;也有利用天然岛屿和人工岛凿井开采的(图2[ 海底固态基岩矿开采方法])。使作业巷道与海水隔绝,从而与开采陆地同类矿藏的方法基本相似,所用机械设备也完全一样。不同之处是海底硐、坑采掘多采用非爆破掘进法,因此影响采矿速度。但自20世纪70年代后,非爆破掘进速度已提高到每小时4.6米,这些采矿业有可能向远离海岸的海区发展。 海底硫磺矿开采 通常采用井下加热熔融提取法,先把加热到350F的海水用泵从边导管注入硫磺矿层,使融化的硫磺液从内套管上升至一定高度,然后用空气提升法采收。 海底钾盐矿和岩盐矿开采 由于钾盐和岩盐也是可溶性矿物,也可用溶解采矿法。其技术原理与开采硫磺矿相同,但一般都采取竖井开采。 海底重晶石矿开采 正在开采的美国阿拉斯加卡斯尔海滨矿离海岸1.6公里,矿脉在海底表土下15.2米。由于覆盖层较薄,所以采取了水下裸露开采法,进行水下爆破,然后用采矿船采集炸碎的岩石。 发展概况 海底采矿已有一段历史,如英国从1620年起就开始了海底采煤,但在20世纪60年代以前,海底采矿的规模小、范围窄、离岸近。60年代以后,受到了人们的重视,特别是海底石油和天然气的开发有了较快发展,深海锰结核和热液矿床的开发也有迅速发展的趋势。目前,全世界从海底开采出来的矿物产值以石油和天然气占首位,达总产值的90%以上;其次是煤,占3~5%,砂砾和重砂矿占2%左右。中国目前正在开采的海底矿物有建筑用的砂砾和钛铁矿、锆石、独居石、磷钇矿等重砂矿以及石油和天然气等,也已从太平洋底取得了一定数量的锰结核。

深海采矿技术

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!。

海洋开发利用方式

海洋开发利用方式

海洋开发利用方式海洋开发利用方式海洋是人类赖以生存的重要资源之一,也是经济社会发展的重要支撑。

随着科技的不断进步和人类对海洋资源的需求不断增加,海洋开发利用方式也在不断改变和完善。

目前,主要的海洋开发利用方式包括渔业、油气勘探开发、海底矿产资源开发、海洋能源利用等。

一、渔业渔业是最早被人类认识和利用的一种海洋资源。

渔业可以分为传统捕捞和现代养殖两种方式。

传统捕捞主要包括各种捕鱼工具的使用,如网具、钓具等。

现代养殖则是指通过人工培育来提高鱼类产量和质量。

渔业是世界上最重要的食品来源之一,同时也为经济社会带来了巨大贡献。

但是,随着全球人口不断增长和环境污染问题日益严重,渔业面临着许多挑战。

因此,在未来的发展中,应该采取可持续性开发策略来保护和管理这一宝贵的资源。

二、油气勘探开发油气勘探开发是一种利用海洋资源的重要方式。

它主要是通过在海底进行勘探和开采来获取石油和天然气等能源资源。

这种方式可以为国家提供大量的能源,同时也为经济社会带来巨大的贡献。

但是,油气勘探开发也存在一些问题。

首先,它会对海洋环境造成一定的影响,如污染和生态破坏等。

其次,油气资源是有限的,如果不加以管理和保护,将会对未来的可持续发展造成威胁。

三、海底矿产资源开发海底矿产资源开发是指在海底进行勘探和开采来获取金属、非金属等矿产资源。

这种方式可以为国家提供大量的原材料,同时也为经济社会带来巨大贡献。

但是,海底矿产资源开发也存在着许多挑战。

首先,它需要高昂的投资成本。

其次,在深海环境下进行勘探和开采也具有很高的技术难度。

最后,在进行这种活动时需要保护海洋环境,防止对生态系统造成破坏。

四、海洋能源利用海洋能源利用是指利用海洋的各种能量形式来发电和供热。

这种方式可以为国家提供清洁的能源,同时也为经济社会带来巨大贡献。

目前,主要的海洋能源利用方式包括潮汐能、波浪能、海流能和温差能等。

这些能源可以通过各种不同的设备进行捕捉和转换,然后输送到陆地上进行使用。

海洋采矿技术及采矿船舶发展综述

海洋采矿技术及采矿船舶发展综述

最后,未来采矿技术将更加注重信息化和数字化。通过数据分析和监测,实现 精准采矿和管理,提高生产效益。
当然,未来采矿技术的发展也面临着一些挑战。例如,技术研发和设备更新的 成本较高,不同地区的矿产资源开采条件差异较大,以及采矿对环境的影响等 等。为了应对这些挑战,我们需要加强技术研发和推广,完善政策法规,提高 行业的协作和自律水平。
结论本次演示综述了国内外充填采矿技术的发展现状,分析了不同类型的矿山 充填采矿技术的应用现状和存在的问题。虽然充填采矿技术在降低环境污染、 提高矿产资源利用率等方面具有显著优势,但在实践中仍存在一些问题,如填 充材料制备成本较高、填充工艺复杂等。因此,未来的研究方向应包括优化填 充材料配方和填充工艺、提高填充材料的性能指标等。
总体来说,当代采矿技术的发展趋势是向更加环保、高效和智能化的方向发展。 未来采矿技术将更加注重对环境的保护和资源的综合利用,通过智能化、自动 化和数字化等技术手段,提高采矿效率和质量。当然,为了实现这些目标,我 们需要加强技术研发和推广,完善政策法规,并提高行业的协作和自律水平。
摘要
本次演示综述了国内外充填采矿技术的发展现状,介绍了充填采矿技术的定义、 应用范围及其重要性,分析了不同类型的矿山充填采矿技术的发展现状和存在 的问题。本次演示旨在为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。
充填采矿技术在我国煤矿、金属矿和其他非金属矿中得到了广泛应用。其中, 水砂充填和膏体充填技术主要应用于煤矿,而胶结充填技术则广泛应用于各类 金属矿。
国内外充填采矿技术发展现状
1、煤矿充填采矿技术
在我国,煤矿充填采矿技术经历了从传统水砂充填到膏体充填、胶结充填等先 进技术的发展过程。其中,膏体充填技术成为了主流,它具有高效率、低成本、 环保等优势。目前,我国一些大型煤矿企业已经采用了膏体充填技术,并且取 得了较好的应用效果。

海底采矿技术

海底采矿技术

海底采矿技术海底采矿,这听起来就像是一场超级酷炫又有点疯狂的冒险。

你可以把海底想象成一个巨大无比的宝藏库,那些矿石就像是被大海这个超级土豪藏起来的金银珠宝。

我们的采矿船就像一个个勇敢的探险家,雄赳赳气昂昂地驶向那神秘的深海。

这些船啊,就像是漂浮在蓝色绸缎上的钢铁巨兽,它们的使命就是去挖掘海底的财富。

而那些采矿设备呢,就像是深海里的怪手,张牙舞爪地准备把矿石都抓进自己的口袋。

先说说开采锰结核吧。

锰结核在海底就像一个个小土豆,不过是金属做成的小土豆。

采矿设备要把它们从海底捞上来,就像是海底捞针之后,还要把针都串起来一样不容易。

这些小土豆可调皮了,散落在海底的各个角落,采矿设备得像个超级侦探,到处寻找它们的踪迹。

热液硫化物矿床就更有趣了。

它在海底就像一座由矿物质组成的小城堡,里面充满了各种宝贝。

我们的采矿技术要去攻克这个小城堡,就像是童话里的勇士去攻打恶龙的巢穴一样。

只不过恶龙变成了深海的压力、黑暗和复杂的地质环境。

还有海底的钴结壳,这东西在海底的岩石上就像一层厚厚的、闪闪发光的铠甲。

要把这铠甲剥下来可不容易,就像是要从一个脾气很倔的巨人身上扒下他心爱的衣服一样。

不过海底采矿也不是一帆风顺的,有时候就像在和大海玩一场捉迷藏。

大海稍微不高兴了,来个风暴或者洋流捣乱,采矿设备就像小蚂蚁在大风暴里一样无助。

但是科学家和工程师们可不会轻易放弃。

他们就像一群超级魔法师,不断地改进采矿技术。

今天发明个新的探测仪,就像给采矿船装上了一个超级透视眼;明天改进个开采工具,就像给深海怪手装上了更锋利的爪子。

海底采矿要是成功了,那可不得了。

就像打开了一个通往财富星球的大门。

我们可以得到无数的资源,把我们的世界建设得更加美好。

到时候,那些从海底采上来的矿石就像是从魔法世界带来的魔法材料,能够创造出各种神奇的东西。

虽然海底采矿充满了挑战,但这也是人类探索未知、追求资源的伟大征程。

就像一场充满惊喜与惊险的大冒险,而我们都在期待着它最终能给我们带来巨大的宝藏。

海洋技术 第四章海洋矿产

海洋技术 第四章海洋矿产

的资料。为了克服这一缺陷,人们才利用水下电视来监测海
底,可以连续、及时地探知海底的情况。
海底矿产资源勘探方法---直接法

利用水下电视可以连续监测海底,并可以将观测结果 制成录像磁带作永久保留。但由于深海缺少光线以及摄 像系统的分辨率有限,每次摄像只能获得相对小范围的 海底像,另外由于摄像机不得不以缓慢的速度拖曳,因 此在水下电视操作期间所耗费的船时相对较多。
海洋矿产资源开发技术
undersea mineral resources
海底的各类矿产资源,包括海滨砂矿在内,统属海
底矿产资源。海底矿产资源丰富,从海岸到大洋均有分
布Hale Waihona Puke 海滨砂矿床很早已被人类开采利用。浅海的石油勘
探已遍及世界各个海域,现已扩展到半深海区域。目前 海上产油量约占世界总产量的四分之一,所占比重今后 还会增长。深海锰结核和海底热液矿床等储量巨大,含 金属品位高,随着开采技术日趋成熟,将进入开发深海
我国滨海砂矿主要有锆石、金红石、钛铁矿、石榴石、独居石、石英砂、海绿石、 金、金刚石和钼、铅、锌等。
锆石、钛铁矿、金红石等在宇宙航行、激光,原子能工业上均有广泛应用。其中 锆石和钛铁矿主要富集于渤海辽东湾浅滩、黄海成山角近海、南海珠江口外和北部湾 北部等地,尤以北部湾北部沿岸的锆石和海南岛东岸的钛铁矿含量最为丰富。含钛的 金红石与含铌、钽等稀有金属的独居石主要富集于北部湾北部。石榴石分布于黄海中 部近岸、渤海湾内和海峡北部,以辽东湾浅滩含量最高。海绿石除了在滨海沿岸有广 泛分布外,还见于渤海海峡北部、东海大陆架中部、南海陆架外缘区和冲绳海槽北坡 等近海海底。
(二)取样 2.柱状取样
新研制一种靠玻璃浮子装置使柱状样品上浮的重力取 样管称为自返式取样管。可以携带重物和采泥器或照相 机,自由降落到海底,在到达海底并采集样品或对海底 照相以后,携带的重物自行脱落,浮出水面,发射无线 电信号,便于工作人员发现并取回样品。

海底采矿方法范文

海底采矿方法范文

海底采矿方法范文海底采矿是指利用水下机器和设备在海底地壳中寻找、开采和提取金属矿产资源的过程。

近年来,由于陆地上的矿藏逐渐枯竭,人们开始关注海底的资源潜力。

然而,由于深海环境的极端条件和技术难题,海底采矿依然处于发展的初级阶段。

本文将简单介绍现有的海底采矿方法。

首先,目前存在的海底采矿方法主要包括深层采矿和浅层采矿。

深层采矿主要指位于水深3000米以上的海域,其采矿原理是利用水下机器和设备在海底地壳中开采和提取金属矿石。

浅层采矿则指位于水深3000米以下的海域,其采矿原理相对简单,主要是通过吸着工具将海底沉积的矿砂吸上水面,并进行分离和精炼。

深层采矿的主要挑战是深海环境的极端条件,如高压、低温和强烈的水流等。

为了应对这些挑战,科学家和工程师们开发了一系列的技术和设备。

例如,水下机械臂可以替代人工操作,在深海环境中进行精确的采矿作业。

此外,由于水下照明条件有限,研究人员还研发了一种名为“发光有机化合物”的物质,可以发出强光,为深海采矿提供足够的照明。

浅层采矿的主要挑战是如何有效分离和提取海底沉积物中的矿砂。

传统的方法是使用水力排沙船,通过高压水流将矿砂吹到水面,然后利用筛子等设备进行精炼。

然而,这种方法通常效率低下,并且对海底生态环境有一定的破坏。

为了解决这个问题,科学家们研发了一种名为“区域探测器”的设备,可以精确识别和分离矿砂,提高采矿效率,并减少环境破坏。

除了传统的机械采矿方法,一些新兴的海底采矿技术也开始受到关注。

例如,溶液采矿技术利用水下钻机将溶剂注入海底矿层,使金属矿石溶解在溶剂中,然后将溶液抽到水面进行提取。

这种方法具有高效、环保的特点。

此外,生物采矿技术也在逐渐发展,利用特定的微生物可以水解矿石,提取金属成分。

尽管海底采矿面临着种种挑战和困难,但随着技术的不断进步和海底资源需求的增长,海底采矿必将成为未来的发展方向。

科学家和工程师们将继续努力,探索更加高效、环保的采矿方法,并确保对海洋生态环境的保护。

海底采矿技术

海底采矿技术

海底采矿技术海底采矿,听起来就像是从大海这个超级大宝藏里挖宝呢。

咱先得知道,海底可不是一般的地方,那是一个神秘又复杂的世界。

就好比是一个巨大无比的迷宫,里面到处都是未知的东西。

海底采矿技术要在这个迷宫里找到宝贝,那可不容易。

这就像在黑夜里,在一个堆满杂物的大仓库里找一颗特别的小珠子一样困难。

那海底有啥好采的呢?有好多好多好东西呢。

像锰结核这种东西,就像是海底的黑色小馒头,不过这馒头可值钱啦。

还有热液硫化物,这就像是海底的小宝藏堆,里面有各种各样的金属。

这些东西在陆地上可不好找,所以大家就把目光投向了海底。

要开采这些海底的宝藏,得有特殊的工具和技术。

那些采矿船啊,就像是海上的移动城堡。

它们又大又结实,上面装着各种各样奇怪又厉害的设备。

这些设备就像是采矿工人的手和眼睛,要在深深的海底找到矿石,然后把它们捞上来。

有一种采矿机,它的样子有点像大螃蟹的钳子,能把矿石紧紧抓住,然后把它们从海底带上来。

这就像大螃蟹在海底夹着食物往回带一样有趣。

不过呢,海底采矿可不是光有个大采矿船和大钳子就行的。

海底的水压可大啦,大到什么程度呢?就好像有无数个大力士在压着你一样。

这么大的水压,一般的设备下去就被压扁啦。

所以开采设备得特别结实,就像超级英雄一样能顶住巨大的压力。

而且海底那么黑,设备得有自己的眼睛,就像蝙蝠在黑夜里能找到路一样,靠声呐等设备来探测矿石在哪里。

还有啊,开采海底的东西,可不能像在陆地上那样随便挖挖就行。

海底是很多海洋生物的家,要是把它们的家破坏了,那可就不好了。

这就好比是有人突然闯进我们的房子,把房子拆了一样,那些海洋生物会很可怜的。

所以海底采矿技术得是一种很温柔的技术,就像妈妈照顾孩子一样,在采到矿石的同时,尽量不打扰那些海洋生物。

这就需要很精细的规划和操作,不能莽撞行事。

再说这开采出来的矿石怎么运上来呢?这也是个大问题。

就像爬山的时候,背着很重的包一样困难。

从海底把矿石运到海面上,要克服重重困难。

要有特殊的管道或者运输设备,就像给矿石搭了个特殊的电梯,让它们能安全地到达海面。

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什么是海洋采矿方法在浩瀚辽阔的海洋中蕴藏着极其丰富的海洋生物资源、取之不尽用之不竭的海洋动力资源,以及储量巨大、可重复再生的矿产资源和种类繁多、数量惊人的海水化学资源。

依据海洋资源的可再生性分为海洋可再生资源与不可再生资源,如图1所示。

显然,海底资源均属于不可再生资源。

依据不同的海水深度,海底资源可分为大陆架资源、大陆坡大陆裙底资源与深海底资源。

.1 浅海底资源开采浅海底资源包括海水深度0~2000m内的大陆架、大陆坡、大陆裙内的海底资源,主要有:石油与天然气、金刚石、磁铁矿、金红石、独居石、锡石等砂矿床及海底基岩矿床煤、铁、硫磺、石膏等矿床。

1)石油与天然气开采海底中储藏着丰富的石油和天然气,石油量约1350亿t,天然气约140万亿m3,约占世界可开采油气总量的45%。

据估计,可能含有油气资源的大陆架面积约2000万km2,可能找到油气的深海面积有5000~8000万km2。

我国海洋石油与天然气十分丰富,经过近三十年的勘察与研究,我国海域共发现有16个中新生代沉积盆地有石油与天然气,油气面积达到130万km2,海洋石油储量达到450亿t,天然气储量达到14万亿m3,分别占全国油气资源量的57%和33%。

海上油气开采的主要设施与方法有:(1)人工岛法:多用于近岸浅水中,较经济;(2)固定式油气平台法:其形式有桩式平台、拉索塔平台、重力式平台;(3)浮式油气平台法:其形式分为可迁移平台法与不可迁移式平台法,可迁移式平台法包括座底式平台、自升式平台、半潜式平台和船式平台等;不可迁移式平台包括张力式平台、铰接式平台等;(4)海底采油装置法:采用钻潜水井的办法,将井口安装在海底,开采出的油气用管线直接送往陆上或输入海底集油气设施。

2)砂矿开采海滨砂矿开采的矿物种类多达20多种,主要有金刚石、砂金矿、砂铂、铬砂、铑砂、铁砂矿、锡石、钛铁矿、锆石、金红石、重晶石、海绿石、独居石、磷钙石、石榴石等。

我国海滨砂矿床,除绝大部分用于建筑材料外,还有许多具有工业开采价值的矿床,比较有名并具开采潜力的矿带有海南岛东岸带、广东海滨、山东半岛南部海滨、辽东半岛海滨及我国台湾西南海滨一带。

对于海滨砂矿,大多是采用采砂船进行开采。

采矿船舶通常是用大型退役油轮、军舰加以改装。

目前有效的开采方法仍然是一种集采矿、提升、选矿和定位为一体的采矿船开采法。

海滨砂矿开采的发展方向是大型化和多功能化,即研制大功率多功能的链斗式采矿船,使链斗斗容接近或超过1m3,开采深度接近或超过100m。

此外,建立全自动具有采选功能的海底机器人也是海滨砂矿开采的发展方向之一,海滨砂矿机械人开采系统具有采选一体化,生产效率高,环境破坏少等优点。

3)岩基矿床开采浅海岩基固体矿床资源有煤、铁、硫、盐、石膏等。

海底岩基矿床有两类,一类是陆成矿床,即在陆地时形成,陆海交替变更沉入海底的矿床;另一类是海成矿床,它是由海底岩浆运动与火山爆发生成的矿床,这类矿床多为多金属热液矿床。

海底岩基矿床在世界许多地方都可以找到,特别是在沿海大陆架位置,许多陆成矿床清淅可见,日本、英国的煤矿及我国的三山岛金矿都属于陆成矿床。

海底岩基矿床的开采方法与陆地金属或非金属矿床的开采方式基本相同,对于海底出露矿床,同样可采用海底露天矿的方法进行开采;对于有一定覆盖层的深埋矿床,为满足与陆地开采相同的技术要求,其开拓方法有海岸立井开拓法、人工岛竖井开拓法、密闭井筒-海底隧道开拓法等。

这类海底岩基矿床开采的关键技术是以最低的成本设置满足工业开采与安全要求的行人、通风、运输通道,以及防止海水渗入矿床内部及采空区,淹没井筒与井下设施。

对于海底露天矿,可供选择的方法有潜水单斗挖掘机-管道提升开采法、潜水斗轮铲-管道提升开采法与核爆破-化学开采法等。

其开采工艺与地表露天矿的开采方法基本相同,但所有设备均在水下不同深度的海底进行,需要有可靠的定位系统、监控系统、机械自行与遥控系统、防水防腐系统等,此外,还需要有能替代人操作的机器人。

对于海底陆成基岩矿的采矿方法有空场法与充填采矿法,其中最为可靠的是胶结充填采矿法,它能有效控制岩层变形与位移,防止海水渗入采空区与井巷,我国三山岛金矿就是采用上向分层充填法。

对于海底岩基矿床的开采,其发展方向是密封空间内的核爆破-化学法开采,即对海底矿床预先密闭,然后采用核爆方法进行破碎,再采用化学浸出,提取有用金属。

2 深海资源开采1)深海底资源赋存特征深海底矿藏大致上可分为三大类:锰团块、热液矿床、钴壳。

(1)锰团块锰团块又叫锰结核、锰矿球,是以锰为主的多金属结核。

它广泛分布在世界各大洋水深2000m~6000m 处的洋底表层,以太平洋蕴藏量最多,估计为1.7万亿t,占全世界蕴藏量约3万亿t的一半多。

结核形态千变万化,多为球状、椭圆状、扁平状及各种连生体。

结核大小不一,绝大部分为30mm~70mm,平均直径为80mm,最大的可达1000mm。

锰结核一般赋存于0°~5°的洋底平原中。

(2)热液矿床热水矿床含有丰富的金、银、铜、锡、铁、铅、锌等,由于它是火山性的金属硫化物,故又被称为“重金属泥”。

它的形成是由于地下岩浆沿海底地壳裂缝渗到地层深处,把岩浆中的盐类和金属溶解,变成含矿溶液,然后受地层深处高温高压作用喷到海底,使得深海处泥土含有丰富的多种金属。

通常深海处温度较低,由于岩浆的高温,使得这些地方温度达到50℃,故称为热水矿床。

热水矿床和锰团块不一样,系堆积在2000~3000m中等深度的海底,所以开采比较容易。

(3)钴壳钴壳是覆盖在海岭中部厚几厘米的一层壳,钴壳中含钴约为1.0%,为锰团块中的几倍。

它分布在1000m~2000m水深处,因此更加容易开采。

据调查,仅在夏威夷各岛的经济水域内,便蕴藏着近1000万t的钴壳。

钴壳中除含钴外,还有约0.5%的镍、0.06%的铜和24.7%的锰,另外还含有大量的铁,其经济价值约为锰团块的3倍多。

2)深海锰结核开采方法传统的水底采矿法已经不能适应水深超过1000m海底锰结核的开采。

深海锰结核的采矿方法按结核提升方式不同分为连续式采矿方法和间断式采矿方法;按集矿头与运输母体船的联系方式不同可分为有绳式采矿法与无绳式采矿法。

具体开采方式众多,如图2所示。

(1)单斗式采矿法单斗式采矿法如图3所示。

由于锰结核矿层很薄,只需从洋底刮起薄层锰结核就可以,因此可采用拖斗采集并贮运结核。

(2)双斗式采矿法由于单斗式采矿法仅采用一只拖斗,拖斗工作周期长,从生产效率与作业成本考虑均不利于深海锰结核的开采,为此提出采用双拖斗取代单拖斗开采。

双拖斗采矿法其采矿系统构成与单拖斗系统基本相同,由采矿船、拖缆和两只拖斗构成。

(3)飞艇式潜水遥控车采矿法这种采矿车是利用廉价的压舱物,借助自重沉入海底采集锰结核,装满结核后抛弃压舱物浮出海面(图4)。

其采矿车上附着有两个浮力罐,车体下装有贮矿舱,利用操纵视窗可直接观察到海底锰结核赋存与采集情况,待贮矿舱装满结核后,利用浮力罐内的压缩空气的膨胀排出舱内压舱物而产生浮力,使采矿车浮出水面。

(4)梭车形潜水遥控车采矿法该车靠自重下沉,靠畜电池作动力。

压舱物贮存在结核仓内,当采矿车快到达海底时,放出一部分压仓物以便采矿车徐徐降落,减小落地时的振动。

采矿车借助阿基米德螺旋推进器在海底行走,一边采集锰结核,一边排出等效的压舱物。

因采矿车由浮性材料制成,所以采矿车在水中的视在重量接近零。

当所有压舱物排出时,结核仓装满,在阿基米德螺旋推进器作用下返回海面,采矿车在锰结核采集过程中均采用遥控和程序进行控制,可潜深度在6000m以上,并可以从海上平台遥控多台采矿车工作(图5)。

(5)单船式CLB采矿法CLB采矿法,又称连续绳斗采矿船法,是日本益田善雄于1967年提出的。

单船式CLB采矿系统如图6所示,由采矿船、无极绳斗、绞车、万向支架及牵引机组成。

采矿船及其船上装置与拖斗式采矿法中的采矿船相同,但绳索则为一条首尾相接的无极绳缆,在绳索上每隔一定距离固结着一系列类同于拖斗的铲斗;无极绳斗是锰结核收集和提升的装置;万向架是绳索与铲斗的联结器,能有效防止铲斗与绳索的緾绕;牵引机是提升无极绳的驱动机械。

开采锰结核时,采矿船前行,置于大海中无极绳斗在牵引机的拖动下做下行、采集、上行运动,无极绳的循环运动使索斗不断达到船体,实现锰结核矿的连续采集。

(6)双船式CLB采矿法双船式CLB采矿系统统构成与单船基本相同。

双船作业时,绳索间距由两船的相对位置确定,因而绳斗间距不受影响,不管多大的绳斗间距均可以通过调节船体的相对位置来确定。

(7)泵升式采矿法水泵提升式采矿法是深海锰结核开采中较具发展前景的采矿方法,该方法用各类水泵(目前比较成功的是砂泵)将海底集矿机采集的锰结核通过管道抽取到采矿船上(图7)。

提升管道中的流体是锰结核固液两相流,当固液两相流流速大于锰结核在静水中的沉降速度时,锰结核就可能达到海表采矿船上,显然其水力提升问题属于垂直管道的固料水力输送问题,可借鉴固液两相流理论及其研究成果。

(8)气升式采矿法压气提升式采矿法是流体提升式采矿法的主要方法之一。

它与水力提升式采矿系统的区别是多设一条注气管道,用压力将空气注入提升管。

压气由安装在船上的压缩空气机产生,通过供气管道3注入充满海水的提升管道1中,在注气口5以上管段形成气水混合流,当空气量比较少时,压气产生小汽泡,逐渐聚集成大气泡,最终充满管道整个断面,使海水只沿管道内壁形成一圈环状薄膜,从而使气体和流体形成断续状态,这种状态称为活塞流(图8)。

由于气水混合流的密度小于管外海水密度,从而使管内外存在静压差,其静压差随空气注入量的增加而加大,当压力差大到足以克服提升管道阻力时,管中海水便会向上流动并排出海面。

若将继续增大注气量,则管内海水流速增加,当流速大于锰结核沉降速度时,就可将集矿机所采集的锰结核提升到采矿船上。

由于气升法是依赖管道内三相流实现锰结核提运的,因此也可以称为三相流提升法。

(9)轻介质采矿法其提升原理与气升法提升原理完全相同,不过是用煤油等密度低于海水的轻介质取代了压缩空气。

在可用的密度低于海水比重的提升媒介中有煤油、塑料小球、氮气等,该类采矿船上具有轻介质与海水、锰结核的分离能力,船下有轻介质压送管及垂直运输管道,以及注入轻介质的混合管。

海底集矿头利用铰链接头与管道相连,能随海底起伏进行作业。

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