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)試驗場“揭榜掛帥”深海探采領(lǐng)域項目，將開展“深海礦產(chǎn)資源采掘、中繼、提升與分選全系統(tǒng)中試測驗平臺建設(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，面臨嚴苛的環(huán)境保護壓力。迄今為止，全世界也都尚無可以進行全系統(tǒng)聯(lián)合中試的陸地測驗平臺。這成為限制深海探采技術(shù)快速發(fā)展和商業(yè)化進程的一大瓶頸�！鄙詈Ｌ讲深I(lǐng)域DARPA創(chuàng)新管理機制“項目經(jīng)理人”負責(zé)人張晴波指出。

　去深海探采寶藏

　　正所謂“上九天攬月，下五洋捉鱉�！焙Ｑ筇N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。由于海底的巨大水壓、風(fēng)浪流復(fù)雜流場等各種嚴峻惡劣的極端環(huán)境，以及深海資源的特殊賦存狀態(tài)、特殊環(huán)境保護要求，對深海資源開采、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)海洋強國的國之重器，海洋科學(xué)技術(shù)的進步，深海探采裝備的研制，是推動新時代海洋事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、加快海洋強國建設(shè)的重要支撐，已成為全球產(chǎn)業(yè)競爭的重點領(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，也是關(guān)系到我國是否能夠成為海洋強國的關(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6000多米。目前深海采礦還處于初期階段，尚未實現(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)合陸地中試測驗平臺？

　　本項目旨在建設(shè)深海礦產(chǎn)資源采掘、中繼、提升與分選全系統(tǒng)中試測驗平臺及采礦車在實際礦區(qū)開采的應(yīng)用驗證�；诂F(xiàn)有水池試驗平臺、垂直管道平臺等，建設(shè)深海礦產(chǎn)資源采集、提升和分選3個可獨立運行的大比尺中試平臺，并進一步設(shè)計串聯(lián)采掘、提升、分選中試平臺，形成全系統(tǒng)中試測驗?zāi)芰Γ蛟鞛閲H首套全系統(tǒng)聯(lián)合陸地中試測驗平臺。通過研發(fā)高效低擾動采集裝置，并搭載到目前已經(jīng)研發(fā)的深海采礦車，實現(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證。

　　該試驗場建成后具有顯著應(yīng)用價值：

　　①海試成本高，不可控因素多，數(shù)據(jù)獲取難度大、精度低，可開展的試驗時間受限，而研發(fā)能夠進行等效試驗的固定陸地測試場所，實現(xiàn)真實環(huán)境，真實檢測，尤其是實現(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，形成國內(nèi)首套全系統(tǒng)聯(lián)合陸地中試測驗平臺和能力，可大幅縮減研發(fā)和試驗成本，可大幅提高試驗時長，有利于機理和技術(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。

　　②采集裝置及采礦車方面，本項目針對不同種類的礦物開展高效挖掘、采集等裝置，實現(xiàn)開采源頭上的低擾動環(huán)�？刂疲c國內(nèi)處于采礦車研發(fā)第一梯隊的中車艾森迪和上海交大團隊共同研發(fā)具備海試驗證基礎(chǔ)的單裝備模塊。

　�、鄞怪碧嵘到y(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)團隊共同攻關(guān)此領(lǐng)域關(guān)鍵點，實現(xiàn)管道提升關(guān)鍵技術(shù)達到當前國際最接近商業(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，并實現(xiàn)原尺度的中試驗證。

　�、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環(huán)境的影響，同時實現(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)與驗證階段，試錯成本高，與其相比本項目具有時間上的提前量，為進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)合中試測驗平臺主要有哪些困難？

　　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)實生活環(huán)境中高效運行的系統(tǒng)的能力。隨著技術(shù)層面取得的進展，各國經(jīng)模擬、實驗與試采，將“海底采礦車—提升系統(tǒng)—分選系統(tǒng)—海試驗證”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�，深海礦產(chǎn)開采全系統(tǒng)十分龐雜，各個部分環(huán)環(huán)相扣，跨度達6000m，海洋環(huán)境復(fù)雜多變。因此，中試測驗平臺不僅需要滿足全系統(tǒng)聯(lián)合測驗需求，且國際上并無先例；同時，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、性能評估的功能，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)、試驗和工程化平臺，帶動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)化整合評價、納入國家工程中心新管理序列，全面開啟國家級科研平臺發(fā)展新征程。中心建有118 m×10 m×6.7 m疏浚過程試驗平臺、107 m×2 m×2.5 m風(fēng)浪流水槽、多功能泥泵管道試驗平臺、DN100-300垂直輸送管道、挖泥船仿真試驗平臺等多個與項目研究相關(guān)的科研試驗平臺，并配有先進測量技術(shù)手段。其中，疏浚過程試驗平臺獨家具備“水、土、機具耦合”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，為不同粒徑與級配、粒徑-管徑比、流量濃度等開展垂直提升試驗提供了必要硬件條件，并配備放射性濃度計、自研電阻層析成像設(shè)備(ERT)濃度斷面測量裝置，為采礦作業(yè)垂直提升技術(shù)研究提供良好的支撐。但這些試驗平臺功能畢竟與深海采礦所要研究的內(nèi)容有一定區(qū)別，且相對獨立，因此如何在此基礎(chǔ)上建設(shè)深海采礦試驗研究的平臺，如何將相對割裂的各個平臺進行串聯(lián)，形成有機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)有平臺為基礎(chǔ)進行平臺建設(shè)，首先實現(xiàn)三個獨立中試平臺的模擬、測驗功能，進一步通過平臺物理串聯(lián)、控制系統(tǒng)合并和聯(lián)合調(diào)試，確保聯(lián)合中試測驗平臺的研制。這將成為國內(nèi)首套深海礦產(chǎn)資源全系統(tǒng)聯(lián)合陸地中試測驗平臺，為深海采礦提供上海方案。

　　為完成該試驗場研發(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，負責(zé)未來試驗場的建設(shè)、運營和推廣應(yīng)用，并基于此開展必要的機理和技術(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，是場景提供方和應(yīng)用方，負責(zé)采礦車的研發(fā)，同時作為應(yīng)用單位，將在所研制的采掘未來試驗場開展采礦車中試驗證，并聯(lián)合開展采礦車海試驗證；中交上海航道局有限公司與上海交通大學(xué)同時為聯(lián)合體參與單位，負責(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，上海深藍礦業(yè)有限公司，將作為第三方為本項目未來涉及的海試驗證部分提供強有力的裝備保障。(來源：上海經(jīng)信委) 

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編輯：達利敏