中国大洋多金属结核集矿技术研究综述

我国大洋多金属结核开采的集矿技术研究始于20世纪90年代,是大洋多金属结核资源开发项目的重点研究课题之一。"八五"期间,在理论研究的基础上,研制出了2台试验集矿模型机,模型机的各项技术指标均达到了设计要求;建成了一座占地4000m2的深海采矿综合实验室。"九五"期间,进行了扩大实验研究,研制出了中试集矿机,并在150m水深的湖中进行了综合湖试,取得了满意的结果。对我国十年来深海采矿集矿机技术的发展作了回顾,总结了攻关解决的一系列关键技术。

深海采矿扬矿管横向液动力分析

深海采矿扬矿管上的横向液动力由两部分组成：海流作用力、波浪作用力。本文从理论上分析了海流速度、海浪水质点速度和加速度、扬矿管直径、海水密度对横向液动力的影响，并且根据摩尔森公式得出了扬矿管所受的横向液动力。

5000m扬矿管纵向振动研究

运用有限元的方法对深海采矿系统中的扬矿管进行了静力分析和动态分析，将５０００ｍ扬矿管等分成２０个两节点梁单元，应用等效线性化方法及结构对地震的反应原理建立了扬矿管纵向运动模型．采用ＡＤＩＮＡ有限元分析软件．通过研究在海水中不同海浪周期下扬矿管的振动特性可知：扬矿管的一阶纵向共振周期处于海洋中海浪通常出现的周期范围内；共振时扬矿管顶端与末端的纵向振动的相位差接近１８０°，产生轴向应力很大，给管子的设计和操作带来极大的影响．

深海采矿扬矿管横向运动特性

将扬矿管考虑成弹性梁 ,通过分析梁单元在垂直平面所受的各种横向载荷的影响 ,建立梁单元横向振动的数学模型 ,同时根据扬矿管的边界条件 ,利用伽疗金法 ,对运动方程进行求解。求出扬矿管相对于船的偏移、扬矿管的弯曲应力以及在不同拖航速度及不同时刻扬矿管的偏移和弯曲应力的变化规律 。

富钴结壳截割粒度分布分形规律的研究

应用分形理论研究螺旋切削采集法截割富钴结壳粒度分布规律 ,结果表明 ,其粒度分布具有很好的分形结构 ,可以用分形维数定量描述。通过大量试验 ,初步测定截割破碎富钴结壳及其模拟料粒度分布的分形维数在 2 .4 2 36～ 2 .6 112之间 ,提出了切削深度与粒度分布关系的回归模型 ,用于预测截割破碎富钴结壳的情况 。

深海采矿复合式集矿方法的试验研究

运用大量的试验数据和理论分析方法，论述了我国“八五”期间深海集矿方法研究的进展及取得的中期结果。文章对中国大洋多金属结核矿产资源的开发，有着重要的文献价值和实用意义。

中太平洋富钴结壳的研究

大洋富钴结壳是国际海底极为重要的矿产资源，它广泛地分布于水深５００～３０００ｍ的海底山坡上，覆盖率可达７０％～１００％，丰度达３０～７０ｋｇ／ｍ２，富含钴、镍、铜、铂、金、锰等多金属元素。从８０年代起，许多发达国家就开展了广泛的研究。本文从采矿工程角度对我国中太平洋富钴结壳初期调查所取得的资料进行分析研究，这对我国大洋富钴结壳的开发利用有着重要的实用价值和指导意义。

德国深海采矿技术的研究

介绍了所考察的德国深海采矿关键技术和设备──集矿机、扬矿系统和环境保护等的研究近况．

深海水力提升式采矿系统的研究

介绍深海水力提升式采矿系统所拟用的采矿船、提升系统、集矿机和监控系统，并就其结构、设备配置、设计要点和半工业试验结果等方面进行探讨，给出了本研究结果。

深海采矿发展现状及我国深海采矿船需求分析

该文通过比较深海矿产资源的分布特性、国内外深海采矿方式及系统特点,介绍了国内外深海采矿装备发展现状,并提出现阶段研发水面支持船的紧迫性。基于现有最通用的深海采矿模式,归纳了深海采矿水面支持船开发的难点及需要解决的关键技术,提出了深海采矿船设计的基本思路。

深海采矿扬矿硬管设计与强度计算

介绍了扬矿硬管设计内容、步骤和方法,参照石油套管设计和API标准,结合扬矿硬管结构特征和作业条件,推导了管体应力和三维抗拉强度计算式。设计计算内容包括扬矿工艺参数和管体结构强度两个组成部分。并结合海上中试扬矿作业条件进行了扬矿工艺参数分析,给出了设计计算实例。

深海多金属结核采集方法的技术评价

本文扼要介绍了深海多金属结核采集技术的研究现状，分析了现有开采方法的技术可行性，并对具有工业应用前景的流体提升式采矿法进行了有关工业试验结果方面的评价。对了解深海采矿技术、确立科研工作的主攻方向具有指导意义。

深海采矿车控制技术研究

深海采矿对人类具有重要的意义,目前尚处于原理性研究阶段,面临着很多技术难题和科学问题。由于试验的困难、技术瓶颈的存在,我们迫切需要对深海采矿技术进行广泛全面的探讨,有利于对必需技术进行提前储备。文中对深海采矿国内外研究现状进行了综述,对深海未知极限环境下采矿车建模与仿真、深海强作业条件下采矿车导航、采矿车下放姿态控制、稀软底强扰动采矿车高精度轨迹跟踪、集矿头位姿跟随控制、集矿系统故障诊断与容错技术等关键技术进行了探讨,指出了它们的困难所在与研究方向。

日本大洋多金属结核开采试验的进展

日本早在 2 0世纪 70年代就把深海资源的开发列为一项基本的矿业政策 ,制定了 17年的大洋多金属结核 (锰结核 )采矿系统研究开发计划 ,投入大量人力、物力和财力 ,经历了单元技术开发、小规模采矿系统的设计和开采系统的详细设计制造阶段 ,于 1997年在北太平洋水深 2 2 0 0m的Marcus-Wake海山上进行了多金属结核的采矿试验并取得了成功。本文较详细地介绍了日本的深海采矿试验系统 ,海上试验———包括结核矿采集试验、在海上扬矿管的下放与回收、陆上软管弯曲试验和陆上空气压缩机运转试验等 。

5000m扬矿管的纵向振动

运用有限元的方法对深海采矿系统中的扬矿管进行了静力分析和动态分析。采用ＡＮＤＩＡ有限元分析软件，通过研究在海水中不同海浪周期下扬矿管的振动特性可知，扬矿管的一阶纵向共振周期处于海洋中海浪通常出现的周期范围内；共振时扬矿管顶端与末端的纵向振动的相位差接近π／２，产生轴向应力很大。

深海采矿流-固耦合软管系统的非线性动力学模型

软管在深海采矿系统中是连接中继舱和集矿机的输送枢纽，目前国内外研究途径通常直接采用离散的有限元方法，没有建立严格的系统的数学模型且计算中提出了许多限制性假设。本文针对这一缺陷，在广泛综合考虑各种因素的基础上，放弃了一些特殊的假定，考虑了应变表达式中位移高阶量的影响与横向剪力的作用，提出了适合大位移几何非线性、流·－固耦合的弹性杆件结构所需满足的三维空间不定常连续性偏微分方程。本文提出的数学模型可应用于任意细长圆截面结构的静力或动力非线性分析。

垂直管水力提升临界淤堵流速的实验

通过试验分析研究垂直管水力提升临界淤堵流速,推导垂直管水力提升临界淤堵流速的半理论半经验公式。颗粒向上运动主要受颗粒周围水流流速影响,当管壁处的流速与此位置的颗粒沉速基本一致时,垂直管处于临界淤堵状态。垂直管水力提升临界淤堵流速不仅随粒径增大而增大,而且随提升浓度增加而增大。所推公式反映了影响临界淤堵流速的主要因素,能够较好的预测临界淤堵流速,对于管路系统设计和运行有较大实际意义。

扬矿管在海水中的整体运动分析

在对扬矿管进行受力分析的基础上 ,运用有限元的方法将 5 0 0 0m扬矿管等分成 2 0个两节点梁单元 ,将梁单元受力简化 ,推导出梁单元运动方程。将单元总装成整体结构 ,并将节点力加到具体节点上 ,得出整体结构运动方程 ,用ADINA得到扬矿管整体运动的动态响应解。分析扬矿管的整体运动过程 ,扬矿管的横向、纵向振动及变形与各因素的关系 ,其结果可作为扬矿管设计和操作控制的依据。

深海采矿集矿机的设计

集矿机是用于水深５０００ｍ左右、环境条件复杂恶劣的海底采集其表层多金属结核矿石的设备。文章以深海采矿最新研究成果为依据，结合科学技术进步可能实现的目标，对工业开采使用的集矿机设计进行了探讨。