Deep sea mining深海采矿技术

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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

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

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70页PPT

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

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

文献检索上机报告

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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

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

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

矿山开采 英汉词汇短语
疏干:unwatering
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
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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]
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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
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Deep sea miner
Source: /2013/07/deep-sea-mining-this-shit-just-got-real/
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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)
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Variations of nodules concentration and velocity
Source:Jerzy Sobota,2005
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Head loss
Source:Jerzy Sobota,2007
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Slip velocity
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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)
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