近日，中交疏浚技術(shù)裝備國家工程研究中心有限公司作為牽頭單位，揭榜2024年度上海市未來產(chǎn)業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)“揭榜掛帥”深海探采領(lǐng)域項(xiàng)目，將開展“深海礦產(chǎn)資源采掘、中繼、提升與分選全系統(tǒng)中試測(cè)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用”研究。

　　“深海采礦系統(tǒng)可謂人類目前復(fù)雜度、難度最高的工程之一，需要大量資金投入，面臨嚴(yán)苛的環(huán)境保護(hù)壓力。迄今為止，全世界也都尚無可以進(jìn)行全系統(tǒng)聯(lián)合中試的陸地測(cè)驗(yàn)平臺(tái)。這成為限制深海探采技術(shù)快速發(fā)展和商業(yè)化進(jìn)程的一大瓶頸。”深海探采領(lǐng)域DARPA創(chuàng)新管理機(jī)制“項(xiàng)目經(jīng)理人”負(fù)責(zé)人張晴波指出。

　去深海探采寶藏

　　正所謂“上九天攬?jiān)�，下五洋捉鱉�！焙Ｑ筇N(yùn)含著豐富的油氣資源、礦產(chǎn)資源、生物資源、化學(xué)資源、空間資源和可再生資源。在氣候變化、人口增長、陸地資源枯竭、生態(tài)和環(huán)境破壞以及建設(shè)海洋強(qiáng)國的戰(zhàn)略需求等大背景下，勘探和開發(fā)深海資源是必然趨勢(shì)。由于海底的巨大水壓、風(fēng)浪流復(fù)雜流場(chǎng)等各種嚴(yán)峻惡劣的極端環(huán)境，以及深海資源的特殊賦存狀態(tài)、特殊環(huán)境保護(hù)要求，對(duì)深海資源開采、工藝裝備提出了更高的要求。深海探采是極地科考和資源開發(fā)裝備體系、特種救援裝備、能源海工裝備、深海采礦裝備等的總稱。

　　深海探采裝備體系發(fā)展是開發(fā)深海資源、建設(shè)海洋強(qiáng)國的國之重器，海洋科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，深海探采裝備的研制，是推動(dòng)新時(shí)代海洋事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、加快海洋強(qiáng)國建設(shè)的重要支撐，已成為全球產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)領(lǐng)域。深海采礦工程是深海探采產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。深海礦產(chǎn)資源已成為21世紀(jì)陸地金屬礦產(chǎn)的最重要可接替資源，作為人類尚未開發(fā)的寶地和高技術(shù)領(lǐng)域之一，已成為各國的重要戰(zhàn)略目標(biāo)，也是關(guān)系到我國是否能夠成為海洋強(qiáng)國的關(guān)鍵區(qū)域。深海礦產(chǎn)資源開發(fā)主要涉及多金屬硫化物、多金屬結(jié)核和富鈷結(jié)殼三種礦物，它們或者像土豆一樣躺在深海海底海床，或者像煙囪一樣矗立在海山，最深可達(dá)6000多米。目前深海采礦還處于初期階段，尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化、大規(guī)模開采。技術(shù)層面，深海采礦面臨環(huán)保、技術(shù)安全性、數(shù)字化融合等方面的壓力。我國是從國際海底管理局獲得資源礦區(qū)種類和數(shù)量最多的國家，也是全球唯一擁有5塊專屬勘探權(quán)和優(yōu)先開采權(quán)礦區(qū)的國家，但從2026年開始勘探合同都將陸續(xù)到期。因而，深海礦產(chǎn)資源開發(fā)方向建設(shè)就顯得尤為迫切和重要。

　　為什么要建設(shè)深海采礦全系統(tǒng)聯(lián)合陸地中試測(cè)驗(yàn)平臺(tái)？

　　本項(xiàng)目旨在建設(shè)深海礦產(chǎn)資源采掘、中繼、提升與分選全系統(tǒng)中試測(cè)驗(yàn)平臺(tái)及采礦車在實(shí)際礦區(qū)開采的應(yīng)用驗(yàn)證�；�于現(xiàn)有水池試驗(yàn)平臺(tái)、垂直管道平臺(tái)等，建設(shè)深海礦產(chǎn)資源采集、提升和分選3個(gè)可獨(dú)立運(yùn)行的大比尺中試平臺(tái)，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)串聯(lián)采掘、提升、分選中試平臺(tái)，形成全系統(tǒng)中試測(cè)驗(yàn)?zāi)芰�，打造為國際首套全系統(tǒng)聯(lián)合陸地中試測(cè)驗(yàn)平臺(tái)。通過研發(fā)高效低擾動(dòng)采集裝置，并搭載到目前已經(jīng)研發(fā)的深海采礦車，實(shí)現(xiàn)高效集礦裝置與集礦車性能的匹配，并在條件允許下開展集礦車海試驗(yàn)證。

　　該試驗(yàn)場(chǎng)建成后具有顯著應(yīng)用價(jià)值：

　�、俸Ｔ嚦杀靖撸�不可控因素多，數(shù)據(jù)獲取難度大、精度低，可開展的試驗(yàn)時(shí)間受限，而研發(fā)能夠進(jìn)行等效試驗(yàn)的固定陸地測(cè)試場(chǎng)所，實(shí)現(xiàn)真實(shí)環(huán)境，真實(shí)檢測(cè)，尤其是實(shí)現(xiàn)深海礦產(chǎn)資源采掘、中繼、提升與分選全系統(tǒng)陸地聯(lián)動(dòng)，形成國內(nèi)首套全系統(tǒng)聯(lián)合陸地中試測(cè)驗(yàn)平臺(tái)和能力，可大幅縮減研發(fā)和試驗(yàn)成本，可大幅提高試驗(yàn)時(shí)長，有利于機(jī)理和技術(shù)的研究與開發(fā)，有利于產(chǎn)品的中試、迭代和完善，有利于新技術(shù)的推廣和深海采礦商業(yè)化。

　�、诓杉�裝置及采礦車方面，本項(xiàng)目針對(duì)不同種類的礦物開展高效挖掘、采集等裝置，實(shí)現(xiàn)開采源頭上的低擾動(dòng)環(huán)�？刂�，與國內(nèi)處于采礦車研發(fā)第一梯隊(duì)的中車艾森迪和上海交大團(tuán)隊(duì)共同研發(fā)具備海試驗(yàn)證基礎(chǔ)的單裝備模塊。

　�、鄞怪碧嵘�系統(tǒng)在采礦產(chǎn)業(yè)鏈中端處于“卡脖子”的地位，將與世界領(lǐng)先水平的技術(shù)團(tuán)隊(duì)共同攻關(guān)此領(lǐng)域關(guān)鍵點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)管道提升關(guān)鍵技術(shù)達(dá)到當(dāng)前國際最接近商業(yè)化的水平，并在其方案基礎(chǔ)上提出成套的完善方案，形成成套垂直提升技術(shù)、方案，并實(shí)現(xiàn)原尺度的中試驗(yàn)證。

　�、芊诌x裝置通過物理分離的方法將懸浮顆粒與其他物質(zhì)分離，是解決懸浮顆粒問題的一種有效手段，可以降低礦物采集過程中對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)實(shí)現(xiàn)礦物的品質(zhì)與質(zhì)量的提升。

　�、萦捎趪鴥�(nèi)該領(lǐng)域目前均處于單一技術(shù)的研發(fā)與驗(yàn)證階段，試錯(cuò)成本高，與其相比本項(xiàng)目具有時(shí)間上的提前量，為進(jìn)一步開展海試提供重要依據(jù)，可廣泛服務(wù)于深海礦產(chǎn)資源開發(fā)領(lǐng)域科研單位和生產(chǎn)主體。

　　建設(shè)該聯(lián)合中試測(cè)驗(yàn)平臺(tái)主要有哪些困難？

　　深海礦產(chǎn)資源開發(fā)是否可行，在很大程度上取決于工業(yè)和技術(shù)開發(fā)人員提供能夠在現(xiàn)實(shí)生活環(huán)境中高效運(yùn)行的系統(tǒng)的能力。隨著技術(shù)層面取得的進(jìn)展，各國經(jīng)模擬、實(shí)驗(yàn)與試采，將“海底采礦車—提升系統(tǒng)—分選系統(tǒng)—海試驗(yàn)證”方案作為目前最具前途的商業(yè)化深海礦產(chǎn)開采系統(tǒng)，其核心部分即為采掘系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、水面支持系統(tǒng)和分選系統(tǒng)�？梢姡�深海礦產(chǎn)開采全系統(tǒng)十分龐雜，各個(gè)部分環(huán)環(huán)相扣，跨度達(dá)6000m，海洋環(huán)境復(fù)雜多變。因此，中試測(cè)驗(yàn)平臺(tái)不僅需要滿足全系統(tǒng)聯(lián)合測(cè)驗(yàn)需求，且國際上并無先例；同時(shí)，還要具備一定海洋環(huán)境條件模擬的能力，以及關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測(cè)、性能評(píng)估的功能，這些都是全世界范圍內(nèi)尚未完全解決的難題。

　　疏浚工程包括“挖掘-裝艙-輸送-脫水-資源化”過程，與深海礦產(chǎn)開采過程極為相近。疏浚國家工程中心圍繞重點(diǎn)工程建設(shè)和行業(yè)發(fā)展需求，建立疏浚共性技術(shù)和關(guān)鍵裝備研發(fā)、試驗(yàn)和工程化平臺(tái)，帶動(dòng)提升了我國疏浚行業(yè)的整體技術(shù)水平和重大疏浚裝備的自主發(fā)展能力。2021年12月順利通過優(yōu)化整合評(píng)價(jià)、納入國家工程中心新管理序列，全面開啟國家級(jí)科研平臺(tái)發(fā)展新征程。中心建有118 m×10 m×6.7 m疏浚過程試驗(yàn)平臺(tái)、107 m×2 m×2.5 m風(fēng)浪流水槽、多功能泥泵管道試驗(yàn)平臺(tái)、DN100-300垂直輸送管道、挖泥船仿真試驗(yàn)平臺(tái)等多個(gè)與項(xiàng)目研究相關(guān)的科研試驗(yàn)平臺(tái)，并配有先進(jìn)測(cè)量技術(shù)手段。其中，疏浚過程試驗(yàn)平臺(tái)獨(dú)家具備“水、土、機(jī)具耦合”綜合中試能力，積累了大量自主研發(fā)的技術(shù)裝備，專為深海采礦輸送研究建設(shè)的垂直輸送管道，為不同粒徑與級(jí)配、粒徑-管徑比、流量濃度等開展垂直提升試驗(yàn)提供了必要硬件條件，并配備放射性濃度計(jì)、自研電阻層析成像設(shè)備(ERT)濃度斷面測(cè)量裝置，為采礦作業(yè)垂直提升技術(shù)研究提供良好的支撐。但這些試驗(yàn)平臺(tái)功能畢竟與深海采礦所要研究的內(nèi)容有一定區(qū)別，且相對(duì)獨(dú)立，因此如何在此基礎(chǔ)上建設(shè)深海采礦試驗(yàn)研究的平臺(tái)，如何將相對(duì)割裂的各個(gè)平臺(tái)進(jìn)行串聯(lián)，形成有機(jī)整體具有很大的挑戰(zhàn)，這需要打破固有思維，重新整合軟、硬件系統(tǒng)。

　　如何克服這些困難？

　　將通過深入剖析深海采礦技術(shù)需求，以現(xiàn)有平臺(tái)為基礎(chǔ)進(jìn)行平臺(tái)建設(shè)，首先實(shí)現(xiàn)三個(gè)獨(dú)立中試平臺(tái)的模擬、測(cè)驗(yàn)功能，進(jìn)一步通過平臺(tái)物理串聯(lián)、控制系統(tǒng)合并和聯(lián)合調(diào)試，確保聯(lián)合中試測(cè)驗(yàn)平臺(tái)的研制。這將成為國內(nèi)首套深海礦產(chǎn)資源全系統(tǒng)聯(lián)合陸地中試測(cè)驗(yàn)平臺(tái)，為深海采礦提供上海方案。

　　為完成該試驗(yàn)場(chǎng)研發(fā)，成立了攻關(guān)聯(lián)合體：由中交疏浚技術(shù)裝備國家工程研究中心有限公司為聯(lián)合體牽頭單位，負(fù)責(zé)未來試驗(yàn)場(chǎng)的建設(shè)、運(yùn)營和推廣應(yīng)用，并基于此開展必要的機(jī)理和技術(shù)研究工作；上海中車艾森迪海洋裝備有限公司為聯(lián)合體參與單位，是場(chǎng)景提供方和應(yīng)用方，負(fù)責(zé)采礦車的研發(fā)，同時(shí)作為應(yīng)用單位，將在所研制的采掘未來試驗(yàn)場(chǎng)開展采礦車中試驗(yàn)證，并聯(lián)合開展采礦車海試驗(yàn)證；中交上海航道局有限公司與上海交通大學(xué)同時(shí)為聯(lián)合體參與單位，負(fù)責(zé)部分裝備及工藝研究、船舶支持和采集裝置的研發(fā)；此外，上海深藍(lán)礦業(yè)有限公司，將作為第三方為本項(xiàng)目未來涉及的海試驗(yàn)證部分提供強(qiáng)有力的裝備保障。(來源：上海經(jīng)信委) 

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編輯：達(dá)利敏