新型深海采矿平台概念设计及水动力学分析.docx

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1、新型深海采矿平台概念设计及水动力学分析在深海研究领域,一个国家管辖海域范围之外的海床、洋底等称之为深海海底区域。它的面积占到地球表面积的49%,达到将近2.517亿平方公里。在其范围内,包含储量巨大的油气以及多金属结核和硫化物等资源。随着2016年《深海海底区域资源勘探开发法》的出台,深海矿区开采成为社会关注的焦点。目前“发展深海探测、大洋钻探、海底资源开发利用、海上作业保障等装备和系统、推动深海空间站、大型浮式结构开发和工程化”已经列入“十三五”规划,作为国家未来重点发展和投入的领域,因此有必要对深海矿产开采所需的大型浮式结构进行研究。目前的采矿系统水面支持平台主要为采矿船,但是随着开采深度

2、以及矿区海洋环境的变化,采矿船呈现出越来越大的趋势,而采矿船对于采矿作业的缺陷,如能耗高、载重小、外形复杂、稳定性差等,限制了不同矿区环境深海采矿的需求。本文的主要工作是基于水动力学理论,参考已有采矿船和超大型浮式结构物的基础上,进行新型深海采矿平台的概念设计,最后考核其在水动力学特性方面的可行性。(1)新型深海采矿平台的设计。考虑到深海采矿环境的恶劣性、商业开采的大规模性和未来减轻陆地环境污染等因素,基于超大浮体的概念,提出满足未来大规模海洋矿产资源开发的专用采矿平台的新概念;参考现有半潜式开采平台和目前采矿船的现状,并基于模块化的思想,初步设计了单个标准模块的尺寸和平台的整体组合方式,考虑

3、了模块间的组合和连接方式,确定了平台的主体结构。并简单阐述了新型采矿平台的主要功能、具体作业流程等。初步给出了该新型深海采矿平台的整体概念设计方案。(2)新型采矿平台的水动力学特性研究。基于三维势流理论,对新型深海采矿平台进行频域计算,分析其不同吃水、各个浪向角下的附加质量、阻尼系数、幅值响应算子等参数,预测了采矿平台各自由度运动的危险波频;对新型深海采矿平台进行时域计算,分析其在中国深海矿区海洋环境下的响应情况,通过对其在四级和六级海况以及不同浪向角下的垂荡、横摇、纵摇等自由度方向的运动情况分析,初步验证了采矿平台主体结构在水动力学特性方面的可行性。