深海采矿技术,2013

在解析发展背景、总结技术进步的基础上,对如何加快我国发展深海采矿技术提出了新的见解。

海洋的表面积为3．6亿平方千米，约占地球表面积的71%。 根据1994年生效的《联合国海洋公约》(下简称公约)规定，国际海底区域(下简称区域)指国家管辖海域以外的海床和洋底及其底土，其面积约2．517亿平方千米，占地球表面积的49%，区域及其资源是人类共同继承的财产。 深海则包括了绝大部分区域和部分国家管辖的海域。

区域因其在海洋中所处的独特的政治法律地位，更因其拥有的具有多样性的资源，包括战略金属资源、能源资源和生物资源等，既为世界各国提供了一个延展可控制的疆界、争取海洋空间权益的机遇，又为世界各国开辟了一个培育、发展和应用高新技术的重大领域。 在不断谋求生存空间和社会发展需求这个不竭动力的推动下，区域既是国际社会经济、科技乃至政治、外交、军事等多方位合作的重要基地，也是综合实力展示与角逐的竞技场。

我国参与区域的研究开发活动时点可追溯到1978年，当年4月，首次从太平洋特定海区4784 m水深处采集到多金属结核。 然而真正意义上向国际海底进军，当以1991年3月5日获准登记为国际海底区域先驱投资者，及紧随后成立的中国大洋矿产资源研究开发协会(下简称大洋协会)为标志。 与此同时，形成了以长沙矿山研究院和长沙矿冶研究院为主体，具有参与国际技术竞争综合能力的中国深海采矿技术研发团队。 从深海开采技术层面上，为增强我国在区域活动的影响力提供了有力支撑。 当前，区域的活动方式及其科技、经济、政治及法律环境正处于深刻的变化时期，科学地分析变化的背景，积极地把握变化的趋势，审时度势，乘势而上，无疑将会促进我国的大洋事业实现跨越式发展。 二、深海资源环境概况 矿产资源状态：人类的生存和创造均以资源消耗为前提，矿产资源的利用水平从一个侧面直接反映了社会生产力的水平。 矿产资源的危机将对人类社会发展带来灾难性的后果，这是一个全球性的问题。 据科学预测，全球矿产资源的储量增长速度始终高于产量的增长速度。 陆地资源在本世纪大多趋于耗竭，在陆地资源耗竭之前，尽早开辟新的资源供给渠道已是当今各国共同的抉择。 区域是地球上尚未被人类充分认识和利用的的潜在战略资源基地，其中海底矿物资源的矿种多，数量大，品位富，有巨大的开发利用前景。 已探明的深海矿产资源占我国支柱矿产数的67%，占我国主要矿产数的42%，占我国可保障矿产数的13．6%，占我国基本保障矿产数的58．3%，占我国短缺矿产数的72．7%。 深海矿产资源对我国资源需求的保障具有重要意义。 据统计，全球洋底具有商业开发价值的多金属结核700亿t。 天然气水合物的总量换算成甲烷气体约为1．8×108～2．1×108亿t，约相当于全球煤、石油和天然气总储量的两倍。 位于太平洋西部火山和麦哲伦海山两处富钴结壳的资源量约15亿t。 在加拉帕戈期的一个热液硫化物矿床的资源储量达2500万t，目前发现的潜在金属资源量达14亿t。 初步测算，投资该规模的产业总资本14 ～19 亿美元，回收期7 ～12年，可获利润40～50亿美元。

三、世界深海采矿技术研究环境 变理论上的占有区域资源为实际上的可使用区域资源，是进军大洋的主要目的。 区域活动竞争制胜的关键取决于技术创新与进步。

国际社会深海开发技术的发展均以多金属结核开采技术研发为起点。 1970年代以来，西方发达国家通过技术移植、相关技术借鉴和二次开发及技术创新等方面的工作，完成了深海多金属结核开采的技术储备，一旦具备商业开采的其它条件，即可通过吸收当代技术发展的成果，进一步提升其技术竞争力。 3．1多金属结核的开采技术历程 多金属结核的开采技术可行性已得到验证。 其发展过程中形成的具有标志性意义的成果如下。 该系统由美国加利福利亚大学Mero教授1960年提出，由采矿船、拖缆和铲斗3部分组成。

其后虽有人在单斗基础上提出了双斗采矿的改进系统，但因该系统难以实现商业价值，研究工作未持续展开。 (2)连续绳斗法采矿系统(CLB采矿法)。 1967年，日本孟田善雄根据河道疏浚设备的作业原理，提出了单船采矿系统。 这两套系统均由采矿船、拖缆、索斗和牵引机等部分组成。 1968年和1970年，日本住友商事社等单位分别在1410 m水深和3760～4500m水深进行了单船采矿系统开采试验，取得了预期效果。 试验完成后，由来自日本、法国、美国、德国等的20余家公司组成了CLB采矿法国际协会，并于1972年8月在北太平洋进行了一次目标为日产结核百吨级的试验，但仅采到十余吨结核。

双船采矿系统的详细试验计划由法国等在1973年9月至1974年5月完成，因经费问题计划最终被放弃。 CLB采矿法存在铲斗在海底不能得到有效控制、作业不能适应海底地形和丰度的变化等问题，尤其是无法达到工业开采的要求，国际社会的这一研究工作在1970年代末期基本终止。 该项研究始于1972年，由法国人提出，系统有两种形式，分别是飞艇型和梭车形潜水遥控车。

1980年前后，由法国Vertut等人研制了梭车形潜水遥控车，该车实现了集矿扬矿一体化，基本工作原理是利用压载物和自重(550t)遥控潜入海底，集矿装置采集矿物的同时排出压载物，装满矿物后，浮至海面。