深海采矿

摘要： 利用现代图像处理技术探测矿区内矿物基本形态结构、分布状态以及多金属结核的其他赋存数据时,为了进一步提高深海矿物评估精度,提出了基于Sea-thru和Mask R-CNN相结合的深海矿物图像分割系统。实验结果表明,Sea-thru能够对海底矿物图像进行有效增强,还原衰退的矿物图像,Mask R-CNN可提高矿物颗粒分割准确率,进而获取更加准确的矿物颗粒信息,提升矿物资源的评估精度。

摘要： 随着海底采矿深度的不断增加,深海采矿装备功率越来越大,电机功率可达数兆瓦级。与陆地电网相比,船舶电网容量非常小,大功率电机直接启动会对船舶电网造成严重冲击,需要采用软启动的方式减小启动电流,而目前已有项目采用晶闸管式的软启动装置来启动电机,存在电机无法启动、电压谐振、脐带缆绝缘击穿等问题。因此,基于电机启动无冲击和实时可控的项目需求,文章根据水下电机的启动特性和定子及转子的参数,对变压器及供电脐带缆的参数进行匹配计算,提出一种适用于深海的大功率长距离动力输送系统,其具备在线监测和接地检测功能,可满足2000 m水深的电能输配及控制要求。文中搭建了仿真模型进行系统仿真,实现水下大功率电机的平滑启动及实时调控;并通过海试验证了该动力输送系统参数计算的正确性和系统方案的可行性,为后续更大规模的研究及商业项目开展提供了参考。

摘要： 从环境学家、海洋科学家、安全分析专家、气候变化活动家、公共及私营渔业组织,到法律学者,对各行各业的行为者而言,海洋这一话题的重要性日益增强。大国之间也展开竞争,欲在海洋上取得主导地位,太平洋便难免牵涉其中。海洋关乎岛民的起源,对其生存至关重要。但海洋也带来了一些直接的或他因间接引发的生态风险,例如气候变化导致的海平面上升,非法、不报告和不管制捕捞导致的鱼类资源枯竭,以及海洋污染和深海采矿所造成的潜在环境影响。本文基于太平洋岛民与海洋的长期关系这一背景,研究太平洋岛民所面临的若干威胁,探讨确保岛民后代未来可持续发展而应有的策略,以及当前总体上零散且不完善的法律框架所面临的挑战。

摘要： 为了研究复杂阶梯状扬矿管在采矿船升沉运动和海流作用下的纵向振动特性,利用连续弹性杆振动理论,对5000 m长扬矿管纵向振动性能进行分析.首先,根据达朗贝尔原理建立扬矿管纵向振动数学模型,采用分离变量法推导管道固有频率方程;然后,进行振型的质量归一化处理;最后,利用ABAQUS软件建立扬矿管有限元模型,对管道的纵向动态响应进行研究.研究结果表明:扬矿管的一阶纵向共振频率处于矿区海浪能量集中的频带内,随着中间矿仓质量的增加扬矿管固有频率减小,中间矿仓质量对高阶固有频率的影响更加明显;随着海浪频率的增加,纵向振幅、轴向力和轴向应力先增大后减小,并在一阶固有频率时达到峰值,其峰值分别发生在扬矿管5000、0、1000 m处;随着采矿船升沉幅值的增加,扬矿管的动态响应逐渐增大,当升沉幅值大于1.5 m时,扬矿管动态响应的增长速度变缓;扬矿管发生一阶纵向共振时,振动位移和轴向力先增大后作等幅稳态振荡;随着海水深度的增加,沿管长方向的振动幅值逐渐增大,振动平衡位置发生下移,振动响应时间发生延迟,同时轴向力和轴向应力逐渐减小,且轴向应力在每两级阶梯管间急剧变大.

摘要： 为解决采矿作业过程中海洋载荷、硬质提升管道、关键设备对脐带缆的潜在损伤,采用新设计的背负式管夹将脐带缆紧固在提升硬管上,在伸缩装置区域对脐带缆进行升沉运动补偿。在前期研究的基础上,对脐带缆绑扎中的现场作业环境、正常与特殊管段绑扎以及脐带缆升沉补偿中的顶部支撑及弯曲限制等内容进行分析研究,尝试建立一套适用于深海采矿“泵-管”连续提升作业的脐带缆管理系统。该系统可为深海采矿系统脐带缆的安全服役提供一种可靠的工程实例借鉴。

摘要： 海底矿产资源丰富,但环境复杂恶劣,对深海矿物资源开发系统构成极大的危害。本文简述了国内外深海矿物资源开采系统的发展进程及几种典型的深海资源开采系统,基于复杂多变的海况,提出了深海矿物资源开采系统所涉及到的关键力学问题及技术挑战,从矿物资源开采系统的总体设计及集成控制、采矿车采集动态性能控制、立管输送系统动态特性、环境监测与评价等主要关键部分概括了目前采矿系统所面临的技术挑战。

摘要： 为掌握矿浆泵内部颗粒的运动规律,考虑颗粒的体积效应和相内碰撞效应,应用CFD?DEM耦合算法,对扬矿模型泵内的粗颗粒?海水两相流实施了双向耦合非定常流动计算,分析了不同粒径的颗粒在矿浆泵内的空间分布和运动特征.研究结果表明:采用两相耦合的求解方式可以较好地模拟矿浆泵内的两相流场特性;流动域内颗粒浓度略高于管线平均值,叶轮和导叶内颗粒与流体呈现明显的分层运动,小颗粒获取的能量高于大颗粒,颗粒的存在增加了局部漩涡和相内损耗.计算结果与试验结果吻合较好,证明本文计算方法有效,研究结论可为深海矿浆泵的高效无堵塞设计和分析提供理论支撑.

摘要： 基于深海采矿非连续输送模式,设计了一种潜浮式提升舱,用于海底多金属结核的运输.根据潜浮式提升舱的功能需求进行了总体结构及布局设计,并通过流体仿真软件对其进行了水力学仿真分析,研究不同海况下提升舱的受力情况.计算结果表明,提升舱水平运动时,以压差阻力为主,主体所受的阻力最大;提升舱竖直运动时,以声学仓迎流的姿态有利于减少侧向水阻力、提高提升舱的操作和控制性能;在提升舱竖直运动时对不同海流速度下提升舱的受力情况进行了计算,结果表明,随着运动速度增加,X方向阻力变化明显增大,Y和Z方向受力情况变化较小.

摘要： 海洋不仅蕴藏大量的生物资源和能源,而且拥有极其丰富的矿产资源.20世纪70年代,人类开始尝试开采海洋矿产资源,但由于开采难度大、技术及经验积累不足,导致深海资源开发率仅约为5％.期间鹦鹉螺矿产公司结合海洋油气开采和陆地矿产开采等多领域技术,提出了深海采矿总体技术方案及系统配套装备,分析水下挖掘系统、海底软管、水下举升泵、隔水管系统、脱水系统以及存储转运系统各关键技术,对深海装备在天然气水合物等能源开采领域具有借鉴意义,能够为我国深海资源深度开发提供参考.

摘要： 深海采矿布放回收作业的负载大、重复性高、作业速度快、易受波浪和风力影响,可能造成钢结构塔架和底座平台的失稳.根据其工作特点,选取钢结构塔架和底座平台的三个典型截面,参照GB50017-2003《钢结构设计规范》,分别进行整体稳定性理论折算计算、特征值(线性)屈曲和非线性屈曲有限元分析.结果 表明,钢结构塔架和底座平台的整体结构稳定性较好,不会发生整体失稳.计算分析得到的临界屈曲载荷值/屈曲极限载荷值可为深海采矿的钢结构塔架和底座平台的结构设计和载荷选取提供技术借鉴和工程经验.

摘要： 研究深海采矿设备是海洋采矿领域的研究重点和热点.目前国内外几种主流的采矿方式中,扬矿管系统是其中的关键技术之一,而塔架作为扬矿管道布放回收的支撑结构,受到来自扬矿管路由海流、提升泵、波浪等激发的激励,因此塔架的动力学特性分析显得尤为重要.本文针对南海500m海洋采矿试验所设计的塔架采用有限元法进行来了模态以及阶跃载荷下的瞬态响应分析,得到了塔架结构的固有频率和对应的振型,以及冲击载荷下的位移响应,表明该设计可以满足南海500m海洋采矿试验要求.

摘要： TRIZ的研究和应用已经成为目前创新设计领域的研究热点.该文针对笔者前期研究的深海采矿重载升沉补偿系统中存在的问题,运用TRIZ理论对其进行分析,建立其矛盾,并结合TRIZ矛盾矩阵对其进行创新求解.根据TRIZ理论得到的标准解,找出解决升沉补偿系统中存在的问题的方法.文章介绍了深海采矿扬矿管重载升沉补偿系统的节能设计，并从基于功能裁剪和根原因分析法的系统降耗、基于冲突分析和发明原理解决泵控系统响应速度慢的问题两方面探讨了基于TRIZ理论的重载半主动型升沉补偿系统的降耗，分析了基于TRIZ理论的升沉补偿系统执行机构的体积优化。

摘要： 深海采矿一般采用水力提升方式将海底矿石输送到水面.矿石颗粒在管道内上升水流中的运动特性研究是水力提升系统设计的基础.论文采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,研究大密度的矿石颗粒在垂直管道内Poiseuille流中的运动及流场特性.采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法模拟矿石颗粒周围的流场,计算矿石颗粒受到的流体力;采用六自由度(Six-degree-of-freedom,6-DOF)运动求解器计算颗粒在管道中的运动特性.研究发现,颗粒密度是影响颗粒在管道Poiseuille流中运动的重要因素;颗粒释放位置对颗粒的最终运动状态影响较小;不同提升速度下,颗粒在管道Poiseuille流中呈现不同的运动状态.论文分析结果可为深海采矿水力提升系统设计和机理研究提供参考.

摘要： 深海采矿一般采用水力提升方式将海底矿石输送到水面.矿石颗粒在管道中的运动及其周围的流场特性是水力提升系统设计的基础.本文采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,研究矿石颗粒在垂直管道中的运动及流场特性.采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法模拟矿石颗粒周围的流场,计算矿石颗粒受到的流体力;采用六自由度(Six-degree-of-freedom,6-DOF)运动求解器计算颗粒在管道中的运动特性.研究发现,管壁限制了管内流体的运动,从而改变了颗粒的运动形式;不同的管径/粒径比(D/d)条件下,矿石颗粒在管道中的运动发生明显的变化.论文分析结果可为深海采矿水力提升系统设计和机理研究提供参考.

摘要： 海底集矿技术是深海采矿的关键技术,单个球形矿粒在集矿中的受力特性及流场分析是集矿系统水动力特性研究的基础.本文研究直径40mm的球形单颗粒在不同集矿高度、集矿流速的水力集矿过程中的受力特性和流场特征.获得颗粒垂向受力随着集矿流速变化规律.数值计算结果与试验值的比较结果证明了在STARCCM+平台上预报海底集矿工况下单颗粒受力特性的可行性和准确性.研究发现矿粒所受垂向吸力与集矿流速平方呈线性关系.

摘要： 多金属结核是深海矿开发利用的重点资源,深海采矿解决了陆地矿产资源供给不足的难题,但也对海洋环境造成了破坏.本文系统介绍了国内外深海采矿环境影响研究的进展,针对深海多金属结核矿开采对海洋环境的影响展开论述.rn 多金属结核开采造成海底沉积物云团，对海洋生物生境造成破坏；悬浮颗粒物增加为细菌生长提供基质导致氧含量降低；沉积物扰动释放重金属使海水重金属浓度升高；采矿船排放废水、尾矿，羽状流扩散使海洋环境污染范围增加。rn 采矿搬走海底多金属结核、废石等，使长在结核上固着性底栖生物遭到破坏；采矿活动将对部分运动能力弱的动物造成直接伤害；沉积物扰动掩埋底栖生物赖以生存的食物，影响底栖生物的生存。rn 目前，我国已进行了大量关于深海采矿环境影响的工作，但对深海生态学的了解还很有限，不能对大规模深海多金属结核开采的环境风险给出结论性评价。因此，必须继续开展深海生态学研究、深海环境基线调查；在采矿实验区，进行羽状流现场原位监测，建立羽状流扩散模型；同时进行海试区生态环境监测，评估开采试验对海试区环境的影响程度。

摘要： 本文针对金属矿石开采规模扩大，采矿难度增加的现状，结合现代科学技术发展、节能减排和环保生态政策等对采矿技术发展的要求，分析了现代采矿技术发展趋势。分析认为：针对深部矿、难采矿的深井采矿、难采矿体采矿技术和针对低品位矿的溶浸采矿技术将会得到快速发展；为适应节能减排和安全环保的高效采矿设备的研制和应用及与其相应的采矿技术仍然是采矿设备和采矿工艺技术的发展趋势；智能化采矿技术将在智能化采矿设备、智能化采矿通讯、调度、监测等技术发展的基础上获得发展和推广应用；深海采矿技术将在现代科学技术发展的基础上快速发展和完善。

摘要： 针对金属矿开采规模扩大、采矿难度增加的现状，结合现代科学技术发展、节能减排和环保生态政策等对采矿技术发展的要求，分析了现代采矿技术发展趋势。分析认为：针对深部矿、难采矿的深井采矿、难采矿体采矿技术和针对低品位矿的溶浸采矿技术将会得到快速发展;为适应节能减排和安全环保的高效采矿设备的研制和应用，及与其相应的采矿技术，仍然是采矿设备和采矿工艺技术的发展趋势;智能化采矿技术将在智能化采矿设备、通讯、调度、监测等技术发展的基础上获得发展和推广应用;深海采矿技术将在现代科学技术发展的基础上快速发展和完善。

摘要： 深海是人类资源的一大宝库，本文介绍了近期研究的多金属结核、富钴结壳和热液硫化物等几种资源的基本情况，并就相关的采矿技术的国内外现状进行了归纳整理，提出了采矿技术应该研究的问题，针对硫化物开采提出了相应的系统概念。

摘要： 深海是人类资源的一大宝库，本文介绍了近期研究的多金属结核、富钴结壳和热液硫化物等几种资源的基本情况，并就相关的采矿技术的国内外现状进行了归纳整理，提出了采矿技术应该研究的问题，针对硫化物开采提出了相应的系统概念。

摘要： 本发明公开一种深海采矿方法及使用该深海采矿方法进行采矿的深海采矿装置，涉及深海采矿技术领域，深海采矿方法包括以下步骤：打散海底的淤泥，并利用海底与上层海域之间的压差将打散后的淤泥以及淤泥中夹杂的锰结核输送至上层海域，在上层海域进行固液分离，并将固液分离出的固体输送至海平面进行选矿。该深海采矿方法把现有在海底“采矿、选矿、破碎、输矿”的技术优化为在海底“抽矿”、在上层海域“固液分离输矿”以及在海平面“选矿”，在海底进行抽矿即可，这大大降低了深海采矿技术难度，克服了现有技术遇到的瓶颈。

摘要： 本发明公开了一种深海采矿车的轨迹控制系统、方法及深海采矿车，轨迹控制系统包括轨迹监测模块、轨迹规划模块和运动控制模块；轨迹监测模块用于采集采矿车综合位置数据和运动状态数据；轨迹规划模块用于根据操作人员给定的采矿车运动规律及综合位置数据解算采矿车所需运动方向；运动控制模块用于根据车辆状态监测传感器数据和运动状态数据判断采矿车实际运行是否正常，若采矿车实际运行正常则控制采矿车的执行机构按照所需运动方向动作，若运行不正常则控制采矿车的执行机构使采矿车减速或停车。该轨迹控制系统、方法及深海采矿车能在大噪声、强干扰海底环境中精确定位，能使采矿车按既定路线行走，能在采矿车行驶不正常时停止运动。

摘要： 本发明公开了一种用于深海采矿车的料仓及深海采矿车，以解决深海采矿车在打滑时无法通过控制料仓重量缓解或者消除打滑状态的现有技术问题。本发明的料仓包括料仓主体、进料口和料仓控排装置，料仓控排装置包括排料门和排料门控制装置，排料门位于与进料口相对的料仓主体上，远离地面的一边与料仓主体通过合页连接，靠近地面的一边连接排料门控制装置以实现排料门的开合。

摘要： 本发明公开了可用于深海采矿车的打滑状态监控装置、深海采矿车及打滑监控方法，该监控装置包括控制装置、履带测速装置和测速地轮，履带测速装置安装于深海采矿车的履带驱动轮上且通过水下缆线和水密接连件与控制装置连接，测速地轮安装于深海采矿车的尾部并通过轴铰接用于测量深海采矿车相对海底地面的行驶速度，且测速地轮通过水下缆线和水密接连件与控制装置连接。本发明可以判断深海采矿车的打滑状态，并给出对应的处置措施，以解决深海采矿车无法对打滑状态进行监控和判断的现有技术问题。

摘要： 本发明提出一种深海采矿作业中输送软管与采矿车的水下对接方法，完成集矿系统与水下输送系统的对接。该方法主要包含相配合的软管快速对接母接头1和软管快速对接公接头2、旋转环3、牵引装置4、配重块5及水下ROV8，分本发明所对接方法是将采矿车与输送软管可以在船艉和船舯分别布放，采矿车从船艉布放，软管从月池布放，利用配重块控制其水下的摆动，待采矿车着底后再与软管进行对接，使输送软管与采矿车可以进行水下对接和分离，大大提高了布放回收效率，避免软管与船底和其他系统的缠绕。

摘要： 本发明提出一种适用于深海采矿的采矿车布放回收系统，包括包括提升绞车1、转向导轮2、升沉补偿装置3、电缆绞车4、吊放缆5、电缆6、伸缩止荡架7及艉门架8，所述伸缩止荡架7可以有效的减小艉门架在外摆和下放过程中采矿车的前后摆动和左右晃动，保证系统安全；所述升沉补偿装置3可以有效的减小吊放缆受力，保护吊放缆，并有助于采矿车安全平稳的着底；所述电缆绞车4采取恒张力从动形式解决双缆同步的问题。采用本发明提出的一种适用于深海采矿的采矿车布放回收系统，能较好采矿车、吊放缆及电缆的布放回收工程实际问题，有效降低重大采矿设备海上布放回收工作风险，提高操作的稳定可靠性和作业效率。

摘要： 本实用新型公开了一种深海采矿车的轨迹控制系统及深海采矿车，轨迹控制系统包括包括用于采集采矿车的综合位置数据和运动状态数据的轨迹监测模块、用于解算采矿车所需运动方向的轨迹规划模块和用于判断采矿车实际运行是否正常并控制采矿车的执行机构的运动控制模块；轨迹监测模块与轨迹规划模块和运动控制模块相连接，轨迹规划模块与运动控制模块相连接，运动控制模块与采矿车的执行机构相连接。该轨迹控制系统及深海采矿车能在大噪声、强干扰海底环境中精确定位，能使采矿车按既定路线行走，能在采矿车行驶不正常时停止运动。

摘要： 本实用新型公开了可用于深海采矿车的打滑状态监控装置及深海采矿车，该监控装置包括控制装置、履带测速装置和测速地轮，履带测速装置安装于深海采矿车的履带驱动轮上且通过水下缆线和水密接连件与控制装置连接，测速地轮安装于深海采矿车的尾部并通过轴铰接用于测量深海采矿车相对海底地面的行驶速度，且测速地轮通过水下缆线和水密接连件与控制装置连接。本实用新型可以判断深海采矿车的打滑状态，根据打滑状态给出对应的处置措施，以解决深海采矿车无法对打滑状态进行监控和判断的现有技术问题。

摘要： 本实用新型公开了一种用于深海采矿车的料仓及深海采矿车，以解决深海采矿车在打滑时无法通过控制料仓重量缓解或者消除打滑状态的现有技术问题。本实用新型的料仓包括料仓主体、进料口和料仓控排装置，料仓控排装置包括排料门和排料门控制装置，排料门位于与进料口相对的料仓主体上，远离地面的一边与料仓主体通过合页连接，靠近地面的一边连接排料门控制装置以实现排料门的开合。

摘要： 本申请涉及深海采矿技术领域，提供一种海洋采矿的矿浆输送系统以及深海采矿船，用于将采矿船上的矿石输送到运输船上，运输船上设置有收集罐，其中，海洋采矿的矿浆输送系统包括：第一缓冲罐，第一缓冲罐设置在采矿船上，且用于缓存从海底输送来的矿浆；输送主管道，输送主管道连通第一缓冲罐和收集罐，输送主管道上设置有第一泵体，第一泵体将第一缓冲罐内的矿浆输送到收集罐中，使矿浆在收集罐中沉降；沉降罐，沉降罐设置在采矿船上，第一回水管道，第一回水管道上设置有第二泵体，并连通收集罐和沉降罐，第二泵体将收集罐内上部的回水输送到沉降罐内并排海。解决现有技术中的矿石输送过程中易受恶劣天气影响而导致停产的问题。