深海采矿技术发展战略概述
一、采矿技术开发的意义
深海开采技术是深海金属矿产资源开发的核心，包括深海矿产的采集、海底软管输送系统、海底矿物制备装载和输配电、从深海将矿物输送到洋面的提升、海面支持以及采矿船动力定位和采矿及输送过程的监测控制。其核心技术是适应海底作业环境回采率高的智能化采集设备，回采过程形态复杂多变的软管输送技术，高效、安全可靠的多相流提升技术和设备，深海开采水下设备吊放回收技术及悬吊采矿系统的起伏摇摆补偿装置，开采过程采矿船、提升管道、采集设备随动定位及作业过程的监测控制，水下大功率高压输配电技术。以上核心技术的开发和完善才能建立完整的深海金属矿产的工业开采系统，使我国成为拥有这一高新技术跻身于首批进行深海金属矿产工业开发的行列。
深海开采是一个多环节串联的系统工程，处于数千米水深、承受海流和风浪流影响及海水腐蚀的环境下作业，而且多金属结核赋存在强度极低的软泥，富钴结壳产出在海山山脊，作业条件恶劣，开采技术难度很大，这就对开发技术提出了很高的要求和需要较长的周期。根据国外的经验和我国“八五”期间的工作进展，深海开采技术研究开发周期需要15～20年的时间，才能达到深海预开采中间试验的目标，如以美国为首的几个国际财团自六十年代中期研究开发至七十年代末进行深海试验，花了近十五年时间，日本从1981年开始进行集矿机采集、管道提升开采方案研究已达17年，尚未实现深海试验目标。因此，我国必须在“八五”、“九五”研究开发的基础上，再用10年左右的时间完善开采技术的开发研究，使其达到工业连续生产和提高资源回收率的要求，为在工业开采时机成熟之前作好技术储备。
深海金属矿产开采技术是海洋资源开发技术的最前沿，标志着一个国家开发海洋资源的综合能力和技术水平。它的开发成功不仅可为我国建立深海金属矿产开采产业提供技术保证，并可为其它海洋资源开发和海洋工程提供相应的技术支撑，其中某些尖端技术可转为国防军工所用。
二、技术发展背景
采矿机技术在深海采矿中占据十分重要的地位，也是专有技术之一，包括我国在内的许多国家都进行了大量的研究工作，提出的专利和设计几十种，有代表性的属七十年代末八十年代初包括美、日、德、法等国的跨国财团研制出的工作原理和土豆收获机相似的链板式机械集矿机，同期日本人研制出了抽吸式水力集矿机，八十年代末九十年代初德国人研制出了将水力和机械复合在一起的复合式集矿机，钴结壳的采掘机构也进行过原理研究。我国在“八五”期间也进行了两种原理集矿机的研制，在其他国家研究工作的基础上分别研制出了改进型的复合式集矿机构和水力式集矿机构，与测控系统进行了联动调试，实验室集矿率达到90％以上。集矿机的行走有拖曳式和自行式两种方式，自行式集矿机有轮式、阿基米德螺旋式和履带式，其中阿基米德螺旋式和拖曳式行走已进行过深海采矿的试验开采。
从海底向水面输送采集到的矿物技术研究了水力提升技术，气力提升技术、轻介质提升、重介质提升、管道容器提升，以及将收集和运输结合在一起的连续绳斗法，穿梭艇法等近十种方法。以美国为首的几个财团的七十年代末的海上试验中进行过输送方法有，OMCO的气力提升，OMI的水力和气力提升，OMA的气力提升，证明了水力提升和气力提升对开采多金属结核的技术可行性和工业应用前景。我国“八五”期间在深海采矿的提升方面进行了水力提升、气力提升的实验室研究，取得了多相流提升机理、工艺和参数方面的研究成果和经验。
在已进行过的海试中，水面系统是采用钻井船或打捞船改装而成，用于水下采矿设备的吊放回收则要专门设计加工。采矿系统的测量和控制技术由于是6000米水深条件下使用，也是专门设计的，如动力通讯复合电缆，成像声呐等。
“九五”期间我们完成了深海采矿系统的中试技术设计以及部分采矿系统的150米湖试，积累了丰富的经验，“十五”期间展开了1000米海试准备工作以及针对其他资源的采矿关键技术开发。
三、研究开发的重点
1、深海底金属矿产资源集矿技术
研究内容
a．研制适应水深6000米及极稀软海底上行走的采矿作业车，研究作业车的定位、姿态、行走测控技术；
b．研制适应深水、丰度变化和微地形变化的多金属结核集矿机构；研制满足钴结壳或热液矿床采掘作业要求的海底作业站及测控技术；
c．漂浮材料开发应用研究；
d．恶劣环境下开采系统机电设备耐压技术和材料防腐技术的研究。
2、深海采出矿物向水面输送技术
研究内容
a．深海底向海面输送技术，研究能从深海底向海面输送多种固体矿物的输送技术（包括适合不同水深和开采条件的机械提升、管道提升和机械管道联合提升技术），研究固体矿物制备装载技术，研制适用于深海矿物提升的管道和设备定位、及提升设备作业控制的测控技术；
b．研制大功率高扬程粗颗粒深水输送泵及电机，研制功率1000千瓦，扬程1000米以上的多级深水粗颗粒潜水输送泵；研究水下大功率高压输配电及大型设备的控制与保护技术；
c．固体物料在柔性管道中的输送技术；
·研制能适应深海工作、空间形态变化的柔性管道输送工艺和技术及相应的监测技术；
·研制运输船与采矿船之间动态对接输送固体物料技术和相应的监测技术；
d．轻型、高强度、耐磨、防腐管材及泵材研制。
3、深海采矿的水面支持系统
研究内容
a．深海采矿船用悬挂、吊放、解脱及动力定位技术；
·研制深海采矿船用起伏摇摆伸缩补偿装置，用于悬挂大吨位的水下设备；
·研究深海采矿水下设备的吊放回收技术和控制技术，包括采矿机、输送系统及动力通讯电缆的吊放与回收，以及此作业过程中的测控技术；
·研究深海采矿水下系统和水面系统的紧急解脱装置，用于恶劣气候或其他灾害时将水下系统和水面系统迅速脱开；
·研制水面采矿船的在风、浪、流作用下动力定位技术；
b．水面采矿船动态跟踪和随动海底采矿系统集矿路线的导航与控制技术。海底设备高精度动态三维定位技术；
c．采集输送过程监测控制技术，采矿作业整体系统监测、控制与信息集中管理；
d．深海采矿系统及作业过程的故障诊断、自动修复及可靠性保障技术。
四、对产业的带动
深海金属矿产资源的开发，由于技术难度特别大，加之各方面的制约，到21世纪，随着陆地金属矿产资源逐渐枯竭和我国国民经济发展对这些矿产资源需求的日益增加，随着科学技术的进一步发展及国际关系的逐步缓和，深海金属矿产资源开发必将成为一项高产出、高效益的产业。
深海采矿技术的开发成功，伴随这个产业形成深海装备制造业和技术配套能力，可使我国参与国际商业竞争成为可能。
海洋金属矿产资源的开发涉及海洋、地质、气象、环境、船舶工程、海洋工程、采矿、机械、冶金、材料、电子及自动控制等众多学科，在进行技术准备过程中，将会促进我国相关的机械工业、造船业、电子技术的进步，使这些行业的加工水平和装备水平上一个新台阶。例如，深海采矿用作业车可应用于海底电缆铺埋，海上石油开发中的铺管作业等行业；大功率输送泵可为海水温差发电提供技术基础；为深海采矿技术开发而建设的深海实验室可为许多其他行业提供高水平的研究条件。
深海开采技术开发，将采用国内研究和国际合作相结合的办法，这使得通过民用途径获取一些国际上的深海高技术，打破封锁成为可能，从而用于军事技术领域，这对加强国防建设无疑是十分有利的。
五、近期目标（2006～2010年）
利用“十一五”计划的头两年完成深海采矿系统1000米海试的试验工作，积累海上大型系统施工作业的经验。试验完成后开展针对6000米的关键技术攻关，为6000米海上试验开采做好准备。与此同时在“十一五”计划期间展开其他资源的开采方案和部分关键技术的研究，力争深海采矿技术能面向多种资源。
六、远期目标（2006～2020年）
以发展深海通用技术为基础先导，逐步建立和完善深海金属矿产资源、天然气水合物、深海基因资源的勘探与开发综合技术体系，重点领域达到国际先进水平。包括开发多种资源勘探技术系列和装备、建立和完善多种深海资源的开发与加工技术系列和装备、优先完成具有商业前景矿种商业开采前的系统设计加工和深海试验研究、建设国际一流开放型综合试验基地。
摘自《国际海底开发动态》2004年第一期《战略论坛》