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国之重器4000米下海底“挖宝” 深海重载作业采矿车“开拓二号”创我国深海采矿领域6项纪录

位于上海长兴海洋实验室的深海重载作业采矿车工程样机“开拓二号”。  .jpg

位于上海长兴海洋实验室的深海重载作业采矿车工程样机“开拓二号”。

“开拓二号”在海底开采获取的深海矿产样品。均 徐瑞哲 摄  .jpg

“开拓二号”在海底开采获取的深海矿产样品。均 徐瑞哲 摄

  记者 徐瑞哲

  近日,由上海交通大学自主研制的深海重载作业采矿车工程样机“开拓二号”搭乘“向阳红03”号科考船,在西太平洋着底4102.8米,成功取回深海多金属结壳与结核,海试取得圆满成功。试验航次中,“开拓二号”5次探采,创下我国深海采矿领域6项纪录,技术性能达到国内领先、国际先进水平。这是“国之重器”服务国家海洋强国战略和上海科创中心、现代海洋城市建设的一次重大突破。

  7月9日,记者在长兴岛的上海长兴海洋实验室,见到了“开拓二号”。它长6米、宽3米、高2.5米、重14吨,好似一台水下数千米的海底掘进机。

  五次下潜深海

  大洋海底蕴藏着丰富的多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等矿产资源,富含铜、钴、镍、锰等关键材料,应用价值极高。在未来10年到15年,深海矿产资源开发有望取得突破性进展,实现商业化开发利用。

  海试首席科学家、上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院教授杨建民介绍,长期以来,深海采矿在国际上存在三大技术难题:一是矿区海底地形异常复杂,装备安全行进困难;二是深海矿产赋存形式与物理特性复杂多样,高效开采收集困难;三是深海重载作业装备在海上风浪条件下,安全布放回收困难。

  这次深海试验,“开拓二号”在海底多金属结壳与结核矿区,连续成功完成了5次下潜,其中4000米级深度1次,2000米级深度4次,这是国内深海重载作业采矿车首次在4000米以下深度的海底开展深海矿产资源试开采试验。而且,“开拓二号”还展现出强大的海底矿岩钻进与采集能力,对紧密附着在坚硬矿岩上的多金属结壳、浅埋于稀软深海沉积物中的多金属结核等不同类型海底矿物进行了高效开采收集,成功获得了200多千克的多金属结壳、多金属结核、海底基岩等各类深海矿产样品。

  六项研究突破

  无论是坡度达30多度的陡峭海山,还是由高黏性稀软沉积物堆积的海底“滩涂”,“开拓二号”都能顺利行进、爬坡和原地回转。据介绍,为了让采矿车的行进更加自由,杨建民团队研发了相关技术,帮助采矿车不需任何人工操控,就能自主感知采矿环境。采矿车的4条履带可根据海底实际地形实时调整方向和状态,适应海底复杂地形行走需要,这在国内还是首创。

  据介绍,“开拓二号”共实现了国内同类研究的6项突破:首次实现深海重载作业采矿车布放作业水深突破4000米大关,获得了大量多金属结壳、多金属结核等深海矿产样品;首创深海复杂海底地形高机动行进技术,实现在30度以上陡峭海山、深海稀软沉积物等各种复杂海底地形的安全稳定行进;首创深海多矿类复合钻采技术,实现对多金属结壳、多金属结核等不同类型矿石高效开采与收集;首创深水重载作业智能精细控制技术,形成作业路径智能规划、跟踪与避障能力,实现深水厘米级精准定位;首创非金属缆深海重载布放回收技术,安全工作负载等指标位居国内前列;创新深海环境扰动监测评估技术,采矿车还搭载了环境监测系统,对海底羽状流生成扩散、水下作业噪声等环境影响情况进行了全面监测与评估,为我国深海矿产资源勘探与绿色环保开采提供了珍贵的一手材料和数据。

  随船参加海试的青岛海洋地质研究所深海地质与矿产室副主任黄威表示,针对附着在斜坡基岩之上的多金属结壳,“开拓二号”的切削能力可以把结壳和基岩快速分离开,高效地把结壳矿石吸入集矿箱。同时,该深海采矿车的爬坡和避障能力可以让它在复杂地形环境下实现多方向进行,从而大范围覆盖结壳矿区,提升矿石采收率。此外,“开拓二号”连续5天在6级风、4级海况条件下作业,成功完成了多次、连续深海布放、海底作业与提升回收,装备安全性、可靠性得到了检验。

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