李向陽

(中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會 北京 100860)

我國深海多金屬結(jié)核采礦試驗之初論

李向陽

(中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會 北京 100860)

文章在分析國際深海資源勘探活動最新進展的基礎(chǔ)上，針對我國“十三五”國家重點研發(fā)計劃“深海多金屬結(jié)核采礦試驗工程”項目的總體目標、主要內(nèi)容、組織模式等進行了介紹，對目前國際社會普遍關(guān)注的深海采礦與環(huán)境保護、商業(yè)開發(fā)時機、國際深海開發(fā)規(guī)章等問題進行了分析，對后續(xù)我國深海采礦試驗工作提出了建議。

深海；多金屬結(jié)核；采礦

1 概述

深海海底區(qū)域蘊藏著豐富的礦產(chǎn)資源[1]?，F(xiàn)階段，國際社會普遍關(guān)注并且已經(jīng)著手勘探的海底礦產(chǎn)資源，主要有多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼和多金屬硫化物3種。按照《聯(lián)合國海洋法公約》，國家管轄范圍以外的國際海底區(qū)域由國際海底管理局代表全人類行使管轄權(quán)利。自20世紀90年代以來，國家海底管理局先后出臺了針對多金屬硫化物、多金屬結(jié)核和富鈷結(jié)殼的勘探規(guī)章[2]，并開始接受勘探申請。2001年，經(jīng)過前期的調(diào)查工作，中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會在東北太平洋獲得了7.5萬km2的多金屬結(jié)核礦區(qū)。2011年和2014年，中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會再次在西南印度洋申請獲得了1萬km2的多金屬硫化物礦區(qū)，在西北太平洋獲得了3 000萬km2的富鈷結(jié)殼礦區(qū)，并與國際海底管理局簽訂了勘探合同。2015年，中國五礦集團公司在東太平洋保留區(qū)申請了7.3萬km2的多金屬結(jié)核礦區(qū)。

根據(jù)國際海管理局頒布的勘探規(guī)章，合同承包者在開展資源勘查的同時，須開發(fā)相應(yīng)的采礦技術(shù)與設(shè)備，并開展相關(guān)的環(huán)境調(diào)查與評價[2]。因此，組織開展相關(guān)的采礦系統(tǒng)試驗，是合同承包者忠實履行國際海底資源勘探合同的具體體現(xiàn)。

2 國際海底資源勘探形勢

截至2016年8月1日，國際海底管理局已經(jīng)核準了28份勘探合同申請，并已經(jīng)簽訂勘探合同25份。其中，多金屬結(jié)核勘探合同的數(shù)量最多，已經(jīng)簽訂勘探合同的共有16份，1份待簽；多金屬硫化物勘探合同已經(jīng)簽訂5份，1份待簽；富鈷結(jié)殼勘探合同已簽訂4份，1份待簽。尤其是2011年以來，勘探合同數(shù)量從8份增長到25份，增長了2倍之多[3]。

截至2015年7月，國際上首批6個多金屬結(jié)核勘探合同到期。按照之前的制度預(yù)期，各承包者應(yīng)在勘探合同到期前具備進入開發(fā)階段的技術(shù)準備。然而，在過去15年的勘探活動中，受世界金融危機影響，有色金屬價格大幅下挫，市場條件仍不具備，而且6個合同承包者受經(jīng)費、技術(shù)等條件的限制也未開展全系統(tǒng)的深海多金屬結(jié)核采礦試驗，技術(shù)儲備工作仍在繼續(xù)。同時，國際海底管理局也未制定相應(yīng)的開發(fā)規(guī)章。因此，國際海底管理局在批準首批6個合同承包者合同延期的同時，隨即將國際海底資源開發(fā)規(guī)章的制定列為后續(xù)工作的重要議程[3]。

深海采礦試驗是深海資源開發(fā)前的重要技術(shù)積累階段，也是制定國際海底資源開發(fā)規(guī)章的重要前提。在我國沒有開展系統(tǒng)深入的深海采礦試驗之前，試圖有效參與制定相關(guān)國際開發(fā)規(guī)章是無法想象的，也是不切實際。

鑒此，“十三五”期間，國家重點研發(fā)計劃啟動了“深海多金屬結(jié)核采礦試驗工程”項目。由國家海洋局推薦，中國大洋協(xié)會作為項目牽頭單位，聯(lián)合中國五礦集團、中國中車集團、國家海洋局等國內(nèi)優(yōu)勢單位共同承擔了該項目。

3 我國“十三五”深海多金屬結(jié)核采礦試驗的總體計劃

3.1 總體目標

“十三五”期間，我國“深海多金屬結(jié)核采礦試驗工程”項目的總體目標是研制3 500米級的深海采礦試驗系統(tǒng)及成套技術(shù)裝備；完成不小于1 000米級的海上整體聯(lián)動試驗；建立環(huán)境影響評價模型，初步構(gòu)建具有國際先進水平的深海采礦技術(shù)體系，為未來3 500米級和6 000米級海試奠定堅實基礎(chǔ)。

3.2 技術(shù)指標

技術(shù)指標主要包括以下各項:設(shè)計工作水深為3 500 m;試驗水深為不小于1 000 m;模擬結(jié)核產(chǎn)能為30 t/h;最大結(jié)核采集粒徑為100 mm;采礦車最高行駛速度為1 m/s；揚礦體積濃度不小于5%;輸送物料粒徑不大于20 mm;越障高度不高于0.5 m;爬坡能力不大于10°;越溝寬度不超過1 m。

3.3 系統(tǒng)組成及主要研究內(nèi)容

根據(jù)項目目標，本項目設(shè)立5項任務(wù)，具體系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 深海多金屬結(jié)核采礦試驗工程系統(tǒng)

第一項任務(wù)為總體技術(shù)集成、水面支持系統(tǒng)與海上試驗。重點解決整個采礦系統(tǒng)的總體技術(shù)方案，落實項目的組織管理與技術(shù)接口協(xié)調(diào)，確?？傮w技術(shù)方案的可行性和技術(shù)接口的有效銜接，保障項目的順利組織實施；同時，針對采礦試驗要求，落實采礦試驗船，并實施改裝，開展水面布放回收系統(tǒng)研發(fā)，為海上試驗提供基礎(chǔ)平臺。

第二項任務(wù)為海底集礦及導航定位系統(tǒng)開發(fā)。主要解決多金屬結(jié)核水下采集和水下導航定位的問題，即通過自主導航定位控制的水下采礦車工作完成多金屬結(jié)核的水下集礦、破碎等工作，為后續(xù)多金屬結(jié)核的水下輸運提供基礎(chǔ)。

第三項任務(wù)為水下輸送系統(tǒng)開發(fā)。主要解決多金屬結(jié)核通過管道和輸送泵等裝置輸送至海面的問題。

第四項任務(wù)為動力輸送與控制系統(tǒng)研發(fā)。主要解決整個采礦系統(tǒng)的動力輸配和各種信息的監(jiān)控融合問題，為整個采礦試驗的監(jiān)控、指揮、調(diào)度提供技術(shù)和決策支持。

第五項任務(wù)為環(huán)境調(diào)查與環(huán)境影響評估。主要針對深海多金屬結(jié)核采礦對深海海底環(huán)境保護工作的要求，開展采礦前后深海底海洋環(huán)境的調(diào)查，掌握采礦前后深海海底環(huán)境的變化，基于海上調(diào)查和室內(nèi)研究數(shù)據(jù)的掌握建立相應(yīng)的環(huán)境影響評價模型，有針對性地提出具體的防治措施及建議，為后續(xù)深海采礦工作提供政策性支持。

3.4 組織模式

按照多年來深海工程項目的管理經(jīng)驗[4]，本項目成立了行政指揮線和技術(shù)協(xié)調(diào)線來共同保障項目的實施。其中，行政指揮線主要負責宏觀任務(wù)層面的保障與協(xié)調(diào)；技術(shù)指揮線則主要負責技術(shù)把關(guān)與技術(shù)接口協(xié)調(diào)。本項目將建立相對獨立的質(zhì)量控制體系，以確保整個項目技術(shù)指標及總體目標的實現(xiàn)。

在重要的研發(fā)節(jié)點，本項目將成立由國內(nèi)知名院士和專家組成的技術(shù)專家組，對重要技術(shù)文件進行技術(shù)把關(guān)和審查。在海上試驗階段，將成立相應(yīng)的現(xiàn)場機構(gòu)以組織指揮海上現(xiàn)場的試驗工作。

3.5 需密切關(guān)注的幾方面工作

3.5.1 深海環(huán)境保護問題[5-6]

深海環(huán)境保護是一個與深海資源開發(fā)同等重要的問題。在國家重點研發(fā)計劃明確相關(guān)深海環(huán)境工作的基礎(chǔ)上，項目組將設(shè)立專門的環(huán)境首席科學家，負責對深海采礦相關(guān)的環(huán)境問題進行全面的研究和部署，從礦區(qū)環(huán)境基線、環(huán)境友好型采礦裝備、采礦過程監(jiān)測、尾礦處理及礦區(qū)環(huán)境恢復(fù)等多方面對環(huán)境工作進行研究和部署，力爭將采礦對環(huán)境的影響降到最低。

3.5.2 商業(yè)開發(fā)時機問題

從目前全球金屬市場持續(xù)低迷的情況看，近期開展商業(yè)深海采礦的市場條件仍不具備?？v然國際上很多技術(shù)實力雄厚的公司揚言可在數(shù)年內(nèi)形成商業(yè)開發(fā)能力，但受全球，尤其是國內(nèi)“去產(chǎn)能”“調(diào)結(jié)構(gòu)”等宏觀經(jīng)濟政策的導向所限，全球金屬市場短期內(nèi)再次出現(xiàn)2008年金融危機前的“井噴”現(xiàn)象幾無可能。在此期間，加強國內(nèi)深海開發(fā)技術(shù)的儲備與積累，布局未來深海采礦產(chǎn)業(yè)，即顯得尤為急迫和關(guān)鍵。

3.5.3 國際深海開發(fā)規(guī)章問題

國際海底管理局深海資源開發(fā)規(guī)章的制定事關(guān)所有參與國際海底資源勘探國家的現(xiàn)實利益和未來全人類對國際海底資源這一繼承遺產(chǎn)的利益共享。扎實推進深海多金屬結(jié)核采礦試驗工作，不僅有利于提升我國在深海資源開發(fā)規(guī)章制定中的話語權(quán)，提高采礦對深海環(huán)境影響的認識水平，樹立我負責任大國的形象，而且將有利于提高全人類對深海采礦工作的整體認識水平，促進國際深海資源開發(fā)與深海環(huán)境保護并重的規(guī)章制定。

3.5.4 與市場主體對接問題[7]

深海采礦工作本質(zhì)上應(yīng)是一個以盈利為目的的市場行為。但鑒于其技術(shù)開發(fā)的難度，國家作為一項新興產(chǎn)業(yè)前期進行了基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)投入。中國大洋協(xié)會作為國際海底礦區(qū)的承包者，在項目申報時，既組織國內(nèi)優(yōu)勢國有大型企業(yè)參與項目的研發(fā)工作，同時，深海采礦項目組也積極鼓勵國有企業(yè)，乃至民營企業(yè)參與深海采礦項目，對接未來深海采礦工作的全產(chǎn)業(yè)鏈。

4 結(jié)語

隨著國家重點研發(fā)計劃“深海多金屬結(jié)核采礦試驗工程”的啟動，我國深海采礦技術(shù)研發(fā)工作將進入一個新的歷史階段。從全面推進深海采礦工作角度出發(fā)，提出如下建議：

(1)積極謀劃更大作業(yè)深度的海上試驗工作。雖然“十三五”期間的目標是完成1 000米級的海上試驗，但若要實現(xiàn)深海采礦試驗工作的持續(xù)發(fā)展，必須提前謀劃3 500米級海上試驗的支撐保障能力和更大深度的設(shè)計、建造與試驗支撐保障能力。

(2)利用深海多金屬結(jié)核采礦試驗之機，積極開展富鈷結(jié)殼和多金屬硫化物資源的采礦試驗研究。3種深海資源的采礦雖然在提升和水面支持部分具有共性，但是水下礦物破碎、采集、行走等方面針對不同的資源仍具有較大的差異性，作為履行國際海底資源勘探合同的義務(wù)，應(yīng)同時開展其他兩種資源的采礦技術(shù)研究與試驗工作[8]。

(3)加強對國際深海采礦工作的跟蹤和對國際深海采礦規(guī)則的對接，實時掌握國際深海采礦動態(tài)[9-10]，根據(jù)國際海底管理局規(guī)則制定進程和國際采礦試驗進展，對我國深海采礦試驗工作及時做出調(diào)整和部署，確保我國深海采礦技術(shù)的國際先進性。

[1] R.柯林斯基.海洋礦物資源[M].北京：海洋出版社，2001：3.

[2] 中國大洋協(xié)會辦公室.國際海底區(qū)域資源探礦和勘探規(guī)章[M].北京：海洋出版社，2015：28，65，103.

[3] http://www.isa.org.jm/sessions/22nd-session-2016

[4] 李向陽，劉峰.蛟龍?zhí)栞d人潛水器研制及海試的組織[J].中南大學學報：自然科學版，2011，42(2)：10-12.

[5] 何宗玉.深海采礦的環(huán)境影響[J].海洋開發(fā)與管理，2003，20(1)：61-65.

[6] 王春生，周懷陽.深海采礦對海洋生態(tài)系統(tǒng)影響的評價[J].海洋環(huán)境科學，2001，20(1)：1-6.

[7] 孫晉，張?zhí)?，孔天?我國深海采礦主體資格制度相關(guān)法律問題研究[J].溫州大學學報：社會科學版，2014，27(3)：1-11.

[8] 鄔長斌，劉少軍，戴瑜.海底多金屬硫化物開發(fā)動態(tài)與前景分析[J].海洋通報，2008，20(6)：101-109.

[9] 劉少軍，劉暢，戴瑜.深海采礦裝備研發(fā)的現(xiàn)狀與進展[J].機械工程學報，2014，50(2)：8-18.

[10] 戴瑜，劉少軍，李流軍，等.Nautilus礦業(yè)公司在海底塊狀硫化物勘探中采用的取樣技術(shù)與裝備[J].海洋地質(zhì)與第四紀地質(zhì)，2008，28(4)：141-146.

Preliminary Discussion on Chinese Deep-sea Polymetalllic Nodules Pilot Mining Test

LI Xiangyang

(China Ocean Mineral Resources R & D Association，Beijing 100860，China)

The paper introduced the general target，main content and organization mode of National Key R&D Programme，the project of “Pilot Mining Test of Deep-sea Polymetallic Nodules” during the Thirteen-five Plan，based on the analysis of the latest progress in international deep sea resources exploration activities.The international concerned issues such as deep-sea environmental protection，commercial exploitation opportunities and international mining rules were also described in detail，and suggestions on subsequent pilot mining test were provided.

Deep-sea，Polymetallic nodules，Mining

2016-08-30；

2016-12-08

深海多金屬結(jié)核采礦試驗工程項目(2016YFC0304100).

李向陽，博士，高工，研究方向為大型深海調(diào)查裝備及深海采礦技術(shù)，電子信箱：lixy@comra.org

P751

A

1005-9857(2017)01-0063-04