什么是海洋采矿方法

什么是海洋采矿 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 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。 PAGE 10