開采海底礦產資源所使用的方法、裝備和設施。海底礦產資源種類繁多、狀態各異、分布廣闊、埋深懸殊,開采的方法和使用的裝備也不盡相同。
海底采礦技術一般分表層礦開采和基巖礦開采兩大類。表層礦大都呈散粒狀或結核狀存在于海底各類松散沉積層中,例如分布在海濱的磁鐵礦、鈦鐵礦、鉻鐵礦、錫砂、鋯石、金紅石、獨居石、金、鉑、金剛石等重砂礦和砂、礫石等;分布在近海底的磷灰石、海綠石、硫酸鋇結核、鈣質貝殼和砂、礫石等;分布在深海底的錳結核、多金屬軟泥、鈣質軟泥、硅質軟泥、紅粘土等。基巖礦是指存在于海底巖層和基巖中的礦產,如非固態的石油、天然氣和固態的硫磺、巖鹽、鉀鹽、煤、鐵、銅、鎳、錫、重晶石等。
在開采海底礦產之前,須查明所采礦床的分布范圍、面積、埋深、儲量、品位以及當地自然條件和海陸運輸能力等。在此基礎上,根據礦產的形態選擇合適的開采方法、裝備和設施。
海底表層礦開采 由于深海與淺海采礦技術的難度不同,因而分為兩種。
海灘、近海底礦的開采 露出水面的海濱砂礦,通常采用露天開采方法。陸地上使用的挖掘機械,如拉桿電鏟、鋼索電鏟、推土機等都可用于海濱砂礦的開采作業。水面以下砂礦床的開采,目前作業水深大多在30~40米范圍內,使用的采礦工具有4種:鏈斗式采礦船、吸揚式采礦船、抓斗式采礦船和空氣提升式采礦船(圖1)。前3種的構造和工作原理與挖泥船類似(見海上疏浚)。空氣提升式采礦裝置由氣管、氣泵和吸砂管等部分組成,氣管與吸砂管的中部或下端相連通,作業時將吸砂管下端靠近砂礦床,啟動氣泵,壓縮空氣使吸砂管內產生向上流動的摻氣水柱,從而帶進砂礦固體顆粒,連續壓氣就可達到采礦的目的。這種裝置的缺點是作業水深增加時,壓縮空氣的成本費呈指數倍增長。
此外,70年代以來還發展了一種海底爬行式采掘機,可以載人潛到海底作業,所需空氣和動力由海面船只供應。如意大利制造的C-23型潛水挖砂機的作業水深達70米,能在海底挖掘寬5米、深2.5米的溝,每小時前進140米,挖砂230立方米。
深海礦開采 目前最有開采前景的深海底表層礦,是深海錳結核和多金屬軟泥。
深海錳結核已被公認為是一種具有商業開采價值的礦產資源,近20年來主要在研制低成本、高效率的采礦裝置。由于錳結核松散地分布于深海大洋底表層,關鍵問題是需要找到一種合適的垂直提升裝置。目前公認最有希望的有 3種:鏈斗式采礦裝置、水泵式采礦裝置和氣壓式采礦裝置。鏈斗式采礦裝置是在高強度的聚丙二醇脂繩上每隔25~50米安裝一個采礦戽斗,開采時船首的牽引機帶動繩索,使戽斗不斷在海底拖過,挖取錳結核并提升到船上。1970年 8月日本已在太平洋水深4000米處成功地進行了試驗。氣壓式采礦裝置,是將集礦頭置于洋底,開動船上的高壓氣泵,高壓空氣沿輸氣管道向下,從輸礦管的深、中、淺三個部分注入,在輸礦管中產生高速上升的固、液、氣三相混合流,將經過篩濾系統選擇過的結核提升至采礦船內,提升效率約30~35%。水泵式采礦裝置,是將高效的離心泵放在輸送管道中間的浮筒內,浮筒內充以高壓空氣,支撐離心泵和管道浮在水中。由于高效離心泵的作用而產生高速上升的水流,使錳結核和水一起沿管道提升至采礦船內。
多金屬軟泥也是一種具有開采價值的深海底礦產資源。聯邦德國已研制成功一種開采紅海多金屬軟泥的裝備,即在采礦船下拖曳一根2000米長的鋼管柱,柱的末端有一個抽吸裝置。裝置內的電控擺篩能攪動象牙膏狀的軟泥,通過真空抽吸裝置、吸礦管,把含有海水的金屬軟泥吸到采礦船上來,然后經過處理并除去水分,最后即可獲得含有32%鋅、5%銅和0.074%銀的濃縮金屬混合物。
海底基巖礦開采 非固態的石油和天然氣開采 使用的開采工程設施主要為固定式平臺,在平臺上鉆井采集到油(氣)后,通過輸運系統送往岸上;水深較淺處也有用填筑人工島進行鉆井采油(氣)的(見彩圖);而在水深較大的海域,多應用浮式平臺或海底采油(氣)裝置進行開采(見海上石油(氣)勘探及開發工程)。
固態的煤、鐵、錫等基巖礦開采 一般都從岸上打豎井,通過海底巷道開采;也有利用天然島嶼和人工島鑿井開采的(圖2)。使作業巷道與海水隔絕,從而與開采陸地同類礦藏的方法基本相似,所用機械設備也完全一樣。不同之處是海底硐、坑采掘多采用非爆破掘進法,因此影響采礦速度。但自20世紀70年代后,非爆破掘進速度已提高到每小時4.6米,這些采礦業有可能向遠離海岸的海區發展。
海底硫磺礦開采 通常采用井下加熱熔融提取法,先把加熱到350°F的海水用泵從邊導管注入硫磺礦層,使融化的硫磺液從內套管上升至一定高度,然后用空氣提升法采收。
海底鉀鹽礦和巖鹽礦開采 由于鉀鹽和巖鹽也是可溶性礦物,也可用溶解采礦法。其技術原理與開采硫磺礦相同,但一般都采取豎井開采。
海底重晶石礦開采 正在開采的美國阿拉斯加卡斯爾海濱礦離海岸1.6公里,礦脈在海底表土下15.2米。由于覆蓋層較薄,所以采取了水下裸露開采法,進行水下爆破,然后用采礦船采集炸碎的巖石。
發展概況 海底采礦已有一段歷史,如英國從1620年起就開始了海底采煤,但在20世紀60年代以前,海底采礦的規模小、范圍窄、離岸近。60年代以后,受到了人們的重視,特別是海底石油和天然氣的開發有了較快發展,深海錳結核和熱液礦床的開發也有迅速發展的趨勢。目前,全世界從海底開采出來的礦物產值以石油和天然氣占首位,達總產值的90%以上;其次是煤,占3~5%,砂礫和重砂礦占2%左右。中國目前正在開采的海底礦物有建筑用的砂礫和鈦鐵礦、鋯石、獨居石、磷釔礦等重砂礦以及石油和天然氣等,也已從太平洋底取得了一定數量的錳結核。
煤礦的開采技術好,目前煤礦可實現井下無人開采,煤的硬度較小,井下采掘運輸全部是機械化,自動化,單個工作面日產量可達到4-5萬噸;金屬礦石硬度高,開采難度大,大多數采用爆破落礦。
煤的開采 采煤向來是一項最艱苦的工作,當前正在花較大的力量來改善工作條件。由于煤炭資源的埋藏深度不同,一般相應的采用礦井開采(埋藏較深)和露天開采(埋藏較淺)兩種方式。可露天開采的資源量在總資源量中的...
采礦權合同 第一條 本合同當事人雙方: 出讓人: 受讓人: 根據《中華人民共和國礦產資源法》、《礦業權出讓轉讓管理暫行規定》、《中華人民共和國合同法》等法律、法規的規定,當事人雙方本著平等、自...
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當代采礦技術發展趨勢及未來采礦技術的探討 作者: 黃禮富 作者單位: 《金屬礦山》雜志社 相似文獻(7條) 1.會議論文 王運敏 . 黃禮富 現代金屬礦采礦技術發展趨勢 2008 針對金屬礦開采規模擴大、采礦難度增加的現狀,結合現代科學技術發展、節能減排和環保生態政策等對采礦技術發展的要求,分析了現代采礦技術發展趨勢。分析認為:針對 深部礦、難采礦的深井采礦、難采礦體采礦技術和針對低品位礦的溶浸采礦技術將會得到快速發展;為適應節能減排和安全環保的高效采礦設備的研制和應用,及與其相應的采礦技 術,仍然是采礦設備和采礦工藝技術的發展趨勢;智能化采礦技術將在智能化采礦設備、通訊、調度、監測等技術發展的基礎卜獲得發展和推廣應用;深海采礦技術將在現代科學技術 發展的基礎上快速發展和完善。 2.會議論文 王運敏 “十五”金屬礦山采礦技術進步與“十一五”發展方向 2007 為了促