深海采矿被动升沉补偿系统参数设计与仿真.研究

《深海采矿被动升沉补偿系统参数设计与仿真.研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、中南大学硕上学位论文第一章绪论1．1课题研究背景第一章绪论1．1．1开发深海矿产资源的必要性随着世界经济的迅速发展，人类对矿产资源的需求日益增加，资源的开采亦日益加剧，陆地资源正日趋贫化和枯竭，丰富的海底矿产资源将成为人类可持续发展的重要物质基础【l】。许多国家已经把开发利用海洋资源作为基本国策；许多著名的政治家、经济学家都预言，二十一世纪将是“海洋经济时代"【2．3】。根据国内外科学家多年的勘探和研究表明，占地球表面积约71％的海洋是一个巨大的资源宝库，其矿产资源存储量大大高于陆地的存储量，而且一些新的矿床还不断被发现【4】。在已发现的深

2、海矿产资源中，对人类生产生活有重大应用价值的主要有多金属结核矿、铁锰结壳矿和海底热液矿等。其中大洋多金属结核是一种富含锰、铜、钴、镍等多种金属的结核矿，主要分布在世界大洋底部水深3500．6000rn的海底表层，在整个大洋底的储量约为3万亿吨，其中仅太平洋地区就达1．7万亿吨【5】，并且其储量还将以每年100万吨的速度增长。大洋多金属结核所含的锰、铜、钴、镍等金属的储量分别是陆地相应储量的200，40，129和328倍【6】。可见，深海的矿产资源不仅储量丰富，且矿产的品位极高，其所含的多种矿产都是人类工业生产和国防等工业的必备资源。因此，深

3、海底丰富的矿产资源已成为世界瞩目的具有商业开发前景的战略资源，深海矿产资源开发技术成为世界各国的重要研究课题。据我国国土资源部发布的《全国矿产资源规戈1](2008至2015年)》说，中国经济社会发展对矿产资源的需求持续快速增长，矿产资源保障程度总体不足，中国正成为一个能源消费大国。据预测，如不加强勘查，到2020年，在中国45种主要矿产中，有19种矿产将出现不同程度的短缺，其中11种为国民经济支柱性矿产，我国矿产资源的的对外依存度将上升到60％，资源紧缺将严重制约中国经济的快速、可持续发展。所以，走向大洋，在深海开辟新资源，是中国一项重大

4、的海洋发展战略。海洋研究开发不只是关系到一个国家的资源战略问题，而且与国家的安全息息相关，这个安全涵盖一个国家的政治、经济权益。位于国家管辖海域之外的国际海底区域，面积约为2．517亿平方公罩，约占地球表面积的49％，根据《联合国海洋法公约》的规定，这一区域及其蕴藏的丰富资源是全人类共同继承的财产，由国际海底管理局代表全人类进行管理和协调。但从20世纪60年代起，国际海底资源开发的实际“游戏规则’’就是捷足先登，谁投资谁占有，谁开发谁受益。中南大学硕士学位论文第一章绪论只要有能力有实力，开发就有优先权。一些发达国家利用自己资金、技术上的优势

5、，竞相开始争夺国际海底资源。因此，我国也必须通过积极参与深海采矿领域的勘探开发活动和有关的国际事务，打破西方国家对“人类共同继承财产”的垄断，促进国际海底资源开发制度建立的公正性和合理性，维护我国开发国际海底资源的应有权益。1．1．2深海采矿系统的构成大洋多金属采矿系统是处在海洋环境中的复杂系统。目前，国际上对于深海多金属结核的开采方法主要有拖斗式采矿船法、潜艇式遥控车开采法、连续索斗采矿船法和流体管道提升法四种【．7‘81。根据我国“八五’’期间深海采矿技术基础研究成果和“九五’’前期对系统的运动学和动力学特性进行的理论研究和室内试验，对

6、四种方法的采矿系统及其各种变型方案的技术经济分析和研究相关技术的最新发展，最终确定我国大洋多金属结核采矿系统为自行式集矿机加水力管道提升采矿系统【91。该系统主要由水面支持子系统，扬矿子系统和集矿子系统(SeafloorMiningT001．SMT)组成【101。2／“＼．1．布放回收装置2．采矿支持船3—扬矿输送系统4．集矿机图1-1深海采矿系统结构简图图1．1是系统的结构示意图。集矿子系统为集矿机构和破碎机构提供工作平台，完成海底采集结核矿石、脱泥、破碎等工作后，将采集的矿料通过扬矿子系统输送至洋面的采矿母船上。扬矿子系统由垂直提升硬管

7、段、中间仓和软管段三部分组成。为了保证自行式集矿机的机动性，避免扬矿管对其产生动力影响，扬矿管通过一段软管与集矿机相连。中问仓设置在垂直管与软管之间，当结核丰度化引起采集结核量改变时，保持向扬矿管供矿稳定，提高扬矿效率。由于多金属结核矿深处于5000．6000m的深海底，扬矿子系统需将采集的矿料垂直输送至离2中南大学硕士学位论文第一章绪论洋底数千米的水面采矿母船上，水面支持子系统即采矿母船(MiningSupportVessel，MSV)除有足够大的吨位来支撑扬矿子系统外，必须具有可靠的定位系统以及补偿升沉和纵横摇运动的装置来保证扬矿系统安

8、全地进行工作。可见，水面支持子系统是整个深海采矿系统的基础。1．1．3深海采矿升沉补偿系统的重要性升沉补偿系统作为水力提升式深海采矿系统水面支持子系统的重要组成部分，是联接船体和