Challenges and new insights for exploitation of deep underground metal mineral resources

Long-term and continuous large-scale exploitation has increasingly exhausted shallow metal mineral resources,and deep mining has become inevitable.The current global status of deep mining of metal mineral resources was presented,a series of engineering challenges faced by deep mining were systematically analyzed,and some progress and future innovation focus in key engineering technologies,such as the prediction and prevention of rockburst,cooling techniques,rock support techniques,deep hoisting techniques,and several nontraditional deep mining techniques,were highlighted.Meanwhile,new insights into development strategies of deep mining technology were proposed.The integration of these forward-looking key innovative technologies will form the overall framework of an innovative technology system for the deep mining of metal minerals.This technology system will help to achieve safe,efficient,and green exploitation of deep underground metal mineral resources and ensure the sustainable development of the metal mining industry.

基于Sea-thru和Mask R-CNN的深海多金属结核图像处理

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。

深海金属采矿装备与技术发展现状及分析

金属矿产资源是保障国家经济发展与建设的重要物质基础。在陆地稀有金属供应初显疲态的形势下,世界各国纷纷将资源战略瞄向稀有金属蕴藏丰富的深海。开展深海采矿装备与技术的研发攻关,是实现深海矿产资源高效开采的关键。首先,系统论述深海采矿科学技术与装备发展历程,重点分析拖斗式、连续绳斗式、自动穿梭艇式、管道提升式技术特点,总结梳理国内外深海采矿车、深海扬矿装备、深海采矿船3类装备的发展现状;然后,以当前研究与发展动态为基础,围绕采矿、输运、支撑平台3个领域,梳理采集技术、牵引驱动技术、轨迹与规划技术、羽流演变评估技术4项采矿技术上取得的成效和进展,总结气力提升技术、水力提升技术、过流部件保障技术、力学行为分析技术4项输运技术的研究动态,探讨收放技术、升沉补偿技术2项支撑平台技术的研究方向及进展;最后,鉴于经济、环境、装备与技术3个维度目前的发展形势,提出深海采矿技术科学目标由装备可控转变为绿色采矿、安全采矿,为应对未来深海采矿装备与技术发展面临的环境与安全挑战,分析提出有待于聚焦研究的关键科学与技术问题,以此凝练出绿色行进采集技术、超深安全扬矿技术、全局协同保障技术、数字环境评估技术4项亟待突破的关键技术,以期为我国深海采矿装备体系研究与建设提供参考。

深海重要矿产资源开发研究进展

深海蕴藏了丰富的能源与矿产资源,包括多金属结核、多金属硫化物、富钴结壳、深海稀土、天然气水合物等,是人类社会未来可持续发展的重要储备。当前,社会迅猛发展对能源和关键矿产资源的需求持续增长,引发了又一轮深海矿产资源开发热潮。全球范围内,已发现的深海矿产资源主要集中于太平洋、大西洋和印度洋的国际海底区域,以及沿海国家专属经济区内的海底。与陆地矿床相比,深海矿床具有品位高、种类多、开采地点远离居民生活区、且易于运输转移的优势,但采矿又势必会影响海洋生物生存环境,破坏深海生态系统稳定性。如不加强对环境影响的评估和开采技术的研究,并制定相关的法律法规,未来的深海采矿对海洋环境的破坏将无法估量。鉴于此,本文从深海典型矿产资源开采现状、开采技术研究进展以及对深海生态系统影响等方面进行了系统梳理,并对相关制约因素进行了讨论并提出合理性建议,以期为未来深海采矿技术方案的制定提供有益借鉴。

深海ARV在海洋资源调查中的应用及展望

深海自主/遥控式水下机器人(ARV)作为新兴的复合型水下机器人,融合了自主式水下机器人的灵活性和遥控式水下机器人的人机交互性等优势,开启了自主与遥控混合作业的新模式。深海ARV可切换为AUV自主航行模式,独立采集周边区域近海底地形地貌、地质结构以及环境参数等数据,也能下潜至目标区域后切换为ROV遥控模式进行局部观察和采样操作,其探测作业一体化技术代表了具备复杂使命执行力的第三代深海水下机器人的发展方向。通过分析国内外深海混合型水下机器人的发展现状,结合ARV在中国深海矿产资源调查中的主要应用案例和取得的成果,以6 000米级“问海一号”ARV系统的研发为例,给出其关键技术集成以及面对的技术挑战,并对未来深海ARV的应用场景、功能集成和发展方向提出了一些设想和建议。

基于专利信息的深海矿产资源开发技术趋势分析

为了解深海矿产资源开发技术现状,从专利的视角对深海矿产资源开发技术趋势进行了简要分析。通过incopat全球专利数据库,对2000—2023年全球公开发表的3236件深海矿产资源开发技术相关专利进行检索,分析全球专利申请趋势、地域分布、技术构成、中国专利申请趋势及中国专利申请人来源分布等情况。结果表明,相关专利主要集中在中国、美国、韩国,俄罗斯和日本,技术构成主要包括探测系统、采集系统、输送系统。近年来中国申请人逐渐主导全球相关专利申请,展现出中国在深海矿产资源开发技术研发和市场开拓方面的巨大潜力。

我国深海装备技术发展研究

深海装备是深海安全保障、深海资源开发、深海科学研究的“脊梁骨”,成为全球海洋装备竞争焦点。着眼我国深海装备与技术未来发展布局,梳理主要海洋国家深海装备相关发展战略规划,分析当前深海装备研究热点,围绕深海探测作业通用装备、深海资源开发装备、深海安全保障装备、深海科学研究装备等4个领域总结世界深海装备发展现状以及我国存在的问题,研究分析包括推动深海探测作业通用装备谱系化研发、加快深海资源开发装备研制、加强深海安全保障装备研发、夯实深海科学研究装备研发应用等4个方面11项重点任务方向,并提出顶层设计、资金投入、协同发展、人才培养、技术合作等方面的对策建议,以期为我国深海装备发展布局提供参考。

深海矿产采集车研究进展及关键技术分析

深海矿产采集车通过执行“切割-破碎-采集”作业实现深海固体矿产资源的开发,是水力管道提升式深海矿产开采系统的重要组成部分。恶劣的深海矿区作业环境和商业化开采目标对深海矿产采集车的作业、行进等性能提出了极高要求,需要具备大水深作业、自主移动、环境与状态监测等功能。文章对深海矿产采集车的系统组成进行阐述,分析深海矿产采集车的研究现状及存在的主要问题,并围绕深海矿产采集车设计优化、高品位开采、组合定位导航等关键技术开展探讨,并据此提出采集车的发展趋势。

中国国际海底区域资源勘查开发:现状分析与战略研究

国际海域蕴藏着多种自然资源,对国际海底区域资源勘探开发已成为各国政治、经济、科技、军事角逐的重要赛场。基于中国国际海底区域资源勘查开发的现状,分析了中国在该领域的政策、技术发展现状与国际参与情况,指出了自主创新能力不足、合作平台缺失、人才匮乏及深海权益维护能力短板等挑战。通过回顾挪威、日本在海底资源开发的经验,提出了提升中国在国际海底区域资源勘探开发水平的战略建议。

《“区域”内矿物资源开发规章》草案试采条款要求下的应对建议

《“区域”内矿物资源开发规章》正在协商中,环境保护与保全已成为各方谈判的焦点。2019年,德国提交给国际海底管理局的一项书面意见中建议增加试采的条款,要求承包者在商业性采矿前进行试采。试采作为勘探阶段向开发阶段的过渡期间需求,对采矿技术、经济性和环境影响评估均起到验证性作用。相较来说,我国在深海采矿进程中紧随西方发达国家之后,但技术成熟性较弱。积极应对试采要求,在试采中验证经济性、技术性和环境影响,跨过环境门槛,成为第一批进入商业深海采矿的承包者对我国至关重要。为此,我国需要大力发展深海采矿关键技术、加强深海环境科学研究、参与环境规则的制定,实现深海矿产资源开发与环境保护的平衡。

国际社会深海采矿反对之声的演变、根源与应对

伴随深海采矿业迈入关键阶段,各方围绕深海采矿的立场分歧也愈发凸显,形成开发促进派、环保至上派、开发观望派与开发霸权派等不同立场。深海采矿反对之声历经初现、扩散阶段后,开始在国际海底管理局中扩大影响力。因受生态环境认知不足、自身利益分化以及地缘政治意识等因素影响,环保至上派对深海开发持消极态度,呼吁预防性暂停、暂停或禁止深海采矿,并在国际海底管理局内阻扰深海开发议题的推进,影响深海资源开采相关法律法规的有序出台,加剧国际海底战略博弈。国际社会应增进深海科学领域合作研究,发展绿色采矿技术,提升发展中国家参与国际海底事务的能力,促进“深海采矿规章”谈判工作,并构建深海采矿伙伴关系,维护和平稳定、利益共享的国际海底秩序。中国作为深海采矿的支持者,应不断提升深海开发能力,增强在国际海底管理局中的影响力,成为国际海底事务的引领者与贡献者。

保守主义与卡特政府的联合国海洋法会议施压政策

在保守主义势力上升的国内政治背景下,为了打破第三次联合国海洋法会议在国际海底制度谈判上的僵局,卡特政府制定了坚持国际多边谈判,同时向第三世界施压的政策,以期在保住已谈妥的航行自由条款的同时,迫使七十七国集团在国际海底制度上接受美国的方案。这一施压政策主要包括两项互相补充、彼此加持的措施:一是以国会海底矿业立法为杠杆,推动国际海底问题谈判朝着美国希望的方向前进;二是制定并实施“航行自由计划”,以抗议过度海洋主张、展示美国捍卫航行和飞越权利的意志。《深海底床硬质矿产资源法》和“航行自由计划”是保守主义势力上升的产物,并反过来进一步强化了美国在联合国海洋法会议政策上的保守主义立场,推动着这一政策不断走向单边主义和利己主义。

深部矿产勘查技术发展与高效利用研究

深部矿产资源是地球深处的宝贵财富,具有极高的开发价值。随着地表资源的逐渐枯竭和技术进步,深部矿产勘查成为了资源开发的新前沿。传统的矿产勘查技术在深部资源的探测中面临诸多挑战,如探测深度有限、数据准确性不足等。因此,开发和应用现代深部勘查技术变得至关重要,提高了勘查的准确性和效率,降低作业风险。本文旨在系统性地回顾深部勘查技术的发展历程,分析当前技术的应用现状,并探讨如何通过这些技术提高深部资源的勘查效率和利用率。

深海矿产资源岩芯探测取样技术与装备发展历程与趋势

海底岩芯取样钻机是开展海洋地质及环境科学研究、进行海洋矿产资源勘探和海底工程地质勘察所必备的关键技术装备。首先对世界深海岩芯探测取样技术与装备的发展历程进行了梳理,重点介绍了目前世界上几种典型的海底岩芯取样钻机性能、结构和技术特点;然后,分别对海底岩芯取样钻机中的稳定支撑及调平技术、取芯技术、钻杆钻具接卸存储技术、液压系统与压力平衡技术、光纤动力复合电缆供电与通讯技术、下放与回收技术等关键技术进行了分析;最后,分析和预测了深海矿产资源岩芯探测取样技术与装备的发展趋势——将朝着大型化、多用途化、智能化、专业化和便利化以及高保真取样方向发展。

海洋矿产资源分布及深海扬矿研究进展

海洋蕴藏着丰富的生物、矿产和动力能源,是巨大的资源宝库.开发海洋资源已经逐渐成为各国新的战略目标.深海采矿扬矿的工作环境恶劣,对设备要求较高,技术难度大,因此亟须开展相关研究.文中首先介绍了海底矿产资源的分类及全球分布,并就中国深海采矿现状进行了总结;然后以大洋锰结核的开发为例,重点对各种提升方式进行了综合分析.扬矿技术是深海采矿系统的重要组成部分,其中管道提升被认为是最有发展前景的方法.管道提升包括水力、气力、管道容器、轻介质和重介质等方法,其中矿浆泵水力提升和气举泵提升技术已进行了深海试验,最具发展前景;最后对多级离心式提升泵的设计方法和研发现状进行了介绍,并对深海采矿趋势进行了展望,提出要立足国情,借鉴国外技术经验,吸收近海石油煤炭提升技术,进行技术攻关的发展思路,进而为商业开采提供技术储备.

深海自主水下机器人发展及其在资源调查中的应用

自20世纪90年代以来,深海自主水下机器人技术得到了长足的发展,在深海资源调查、海洋科学研究以及海洋工程等领域得到了广泛的应用。我国的深海自主水下机器人研究与大洋矿产资源调查是同步发展的。本文简要介绍了30年来我国深海自主水下机器人的发展现状,以具有代表性的"潜龙"系列自主水下机器人研发过程为例给出了面对的技术挑战,以及在大洋矿产资源调查中的应用情况和取得的部分成果。最后,对未来深海调查装备的发展提出了若干设想和建议。

蛟龙号载人潜水器在大洋勘探中的发展回顾与展望

本文详细回顾了蛟龙号载人潜水器应用而生的立项背景,介绍了由业主中国大洋协会负责项目组织实施的新模式。总结了蛟龙号的技术优势以及近年来在大洋勘探中的应用情况,阐述了蛟龙号对认识和开发利用深海资源做出的积极贡献,指出了蛟龙号在推动深海技术进步和新兴产业发展过程中起到的重要作用,以及中国载人深潜精神作为项目团队前进动力发挥的指导作用。最后,对蛟龙号载人潜水器在我国下一步国际海底和深海大洋资源开发中的工作进行了展望。

深海矿产资源开发装备现状及发展方向

深海矿产资源开发是解决战略性矿产资源依存度持续高位问题的重要措施,拥有完备且可靠的装备体系,是保证我国站稳深海资源开发脚跟、实现国家战略资源自主可控的先决条件。本文聚焦国内外深海矿产资源勘探装备和开采装备的发展历程和现状,从完整开采系统、核心开采装备、基础装备及元器件三方面剖析国产装备发展不足,总结归纳相关装备亟待解决的科学技术问题,并据此从开展产业融合、完善绿色开采体系和优化技术支撑角度提出发展目标和重点攻关方向。研究建议,优先攻关核心装备短板以支撑我国实现规模化开采;促进多产业融合、推动完整装备链高质量发展;建议开展深海矿产资源开发重大装备攻关工程,聚焦核心装备“卡脖子”技术的“产学研用”深度融合,同时给予多方面政策支持,集中力量推动国产装备的优质创新迭代,以加快我国实现商业化开采进程。

从市场、技术和制度看国际海底矿产资源的商业开采时机

探讨了国际海底矿产资源商业开采的影响因素,分析了深海矿产资源中主要金属镍、钴、铜的近中期供需趋势、深海采矿技术和装备的发展现状、国际海底采矿制度制定面临的难题,在此基础上,对国际海底矿产资源商业开采时机进行了预判,并提出我国应积极应对的建议。

对我国油气资源可持续发展的一些看法

对我国油气资源可持续发展提出了以下看法:①中国原油高峰年产量保持在约1.8×108t,维持的时间长一些对我国的石油供应安全更有利;②大油气田的发现与“难采储量”的发现是长期并存的,因此,在寻找大油气田的同时,也不能放弃对低品位储量的勘探;③我国原油开采应长期走有经济效益的“多井低产”道路;④对我国今后油气资源远景产生重大影响的是那些知之甚少的新区,如南海南沙海域、青藏高原、南海北部陆坡深水区。