金属矿产资源是保障国家经济发展与建设的重要物质基础。在陆地稀有金属供应初显疲态的形势下,世界各国纷纷将资源战略瞄向稀有金属蕴藏丰富的深海。开展深海采矿装备与技术的研发攻关,是实现深海矿产资源高效开采的关键。首先,系统论述深海采矿科学技术与装备发展历程,重点分析拖斗式、连续绳斗式、自动穿梭艇式、管道提升式技术特点,总结梳理国内外深海采矿车、深海扬矿装备、深海采矿船三类装备的发展现状;然后,以当前研究与发展动态为基础,围绕采矿、输运、支撑平台三个领域,梳理采集技术、牵引驱动技术、轨迹与规划技术、羽流演变评估技术四项采矿技术上取得的成效和进展,总结气力提升技术、水力提升技术、过流部件保障技术、力学行为分析技术四项输运技术的研究动态,探讨收放技术、升沉补偿技术两项支撑平台技术的研究方向及进展;最后,鉴于经济、环境、装备与技术三个维度目前的发展形势,提出深海采矿技术科学目标由装备可控转变为绿色采矿、安全采矿,为应对未来深海采矿装备与技术发展面临的环境与安全挑战,分析提出有待于聚焦研究的关键科学与技术问题,以此凝练出绿色行进采集技术、超深安全扬矿技术、全局协同保障技术、数字环境评估技术四项亟待突破的关键技术,以期为我国深海采矿装备体系研究与建设提供参考。
1 深海采矿科学技术与装备发展历程
1.1 深海采矿科学技术发展历程
1.2 深海采矿车
1.2.1 多金属结核采矿车
1.2.2 富钴结壳采矿车
1.2.3 多金属硫化物采矿车
1.2.4 深海稀土采矿概念车
1.3 深海扬矿装备
1.4 深海采矿船
1.4.1 收放系统
1.4.2 升沉补偿系统
2 深海金属采矿关键技术研究动态
2.1 采矿领域关键技术研究
2.1.1 采集技术
2.1.2 牵引驱动技术
2.1.3 轨迹与规划技术
2.1.4 羽流演变评估技术
2.2 输运领域关键技术研究
2.2.1 气力提升技术
2.2.2 水力提升技术
2.2.3 过流部件保障技术
2.2.4 力学行为分析技术
2.3 支撑平台领域关键技术研究
2.3.1 收放技术
2.3.2 升沉补偿技术
3 科学目标与技术挑战
3.1 科学目标
3.2 面临的挑战
3.2.1 环境挑战
3.2.2 安全挑战
3.3 待突破的关键技术
3.3.1 绿色行进采集技术
3.3.2 超深安全扬矿技术
3.3.3 全局协同保障技术
3.3.4 数字环境评估技术
4 结语
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司 中国煤炭学会学术期刊工作委员会