童 波 劉學(xué)勤 任 鐵

（中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海200011）

引 言

海洋中蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源，目前關(guān)注最多的是多金屬結(jié)核、多金屬硫化物和富鈷結(jié)殼，這些礦產(chǎn)資源主要集中于太平洋、大西洋和印度洋的國際海底區(qū)域，以及沿海國家專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)的海底。深海礦產(chǎn)資源量巨大，擁有許多陸地稀有的重要戰(zhàn)略性資源和貴金屬資源，且品位普遍高于陸地。多金屬結(jié)核多賦存于水深4000 ～ 6000 m的深海平原，全球資源總量約3萬億t［1］，其中太平洋底克拉里恩-克里帕頓斷裂帶（簡稱“CC區(qū)”）的多金屬結(jié)核數(shù)量最多且品位最富。多金屬硫化物多存在于水深800 ～ 3000 m的大洋中脊，富鈷結(jié)殼多存在于水深800 ～ 4000 m的海山、海脊和海臺(tái)。作為首批海洋礦產(chǎn)資源勘探先驅(qū)投資者，我國先后與海管局簽訂了5個(gè)礦區(qū)（圖1中標(biāo)示的A、B、C、D和E這5處區(qū)域）的勘探合同，成為世界上首個(gè)在國際海底區(qū)域擁有3種資源礦區(qū)的國家。

圖1 我國深海礦產(chǎn)五大區(qū)塊分布

20世紀(jì)70年代世界深海礦產(chǎn)開發(fā)開創(chuàng)期，美國、英國、德國、加拿大、日本和法國等國家，以多金屬結(jié)核為研究對象，開展了大量海上原位開采試驗(yàn)，相繼完成了5000米級(jí)的多金屬結(jié)核采礦系統(tǒng)技術(shù)原型的整體聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)，驗(yàn)證了深海采礦技術(shù)的可行性，打通了采礦系統(tǒng)流程。自21世紀(jì)初以來，深海礦產(chǎn)資源的開發(fā)工作進(jìn)入以商業(yè)開采為目標(biāo)以及維護(hù)國家海洋權(quán)益和經(jīng)濟(jì)利益并重的激烈競爭期，歐盟及各參與國已展開新一輪較量：歐盟計(jì)劃開展國際海底礦區(qū)4500 m水深的多金屬結(jié)核采礦和環(huán)境試驗(yàn)；日本已成為唯一開展3種礦物開采試驗(yàn)的國家；加拿大已基本具備硫化物商業(yè)開采能力。我國自20世紀(jì)90年代便進(jìn)行多金屬結(jié)核采礦技術(shù)研發(fā)，目前也已掌握了海底采礦原理，并進(jìn)行了陸上試驗(yàn)和仿真研究，完成了部分采礦系統(tǒng)135 m水深湖試。我國在“十二五”期間已開展了“多金屬結(jié)核集礦系統(tǒng)500 m海上試驗(yàn)”，“十三五”期間也安排了“深海多金屬結(jié)核采礦試驗(yàn)工程”等項(xiàng)目，這些均為未來研制更高性能的采礦系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)［2］。

本文結(jié)合深海礦產(chǎn)開發(fā)技術(shù)發(fā)展趨勢，分析了目前采礦模式的關(guān)鍵技術(shù)與挑戰(zhàn)，提出水面分布式和水下分布式礦產(chǎn)開發(fā)新模式以及總體方案構(gòu)想。

1 深海礦產(chǎn)開發(fā)現(xiàn)有模式

深海采礦需要解決的一個(gè)重要問題是如何高效地采集海底礦石并提升至海面。為此，美國、英國、法國和日本等國自20世紀(jì)70代開始，便圍繞多金屬結(jié)核開展形式多樣的采礦系統(tǒng)開發(fā)和可行性驗(yàn)證，先后研制出拖斗式采礦系統(tǒng)、連續(xù)繩斗法采礦系統(tǒng)、穿梭艇式采礦系統(tǒng)和集礦機(jī)結(jié)合管道提升的采礦系統(tǒng)（水力和氣力提升）等［1］。歷經(jīng)多年，如今采礦方法已從拖斗、拖曳式水力/機(jī)械集礦機(jī)和阿基米德螺旋驅(qū)動(dòng)自行式集礦機(jī)，不斷升級(jí)到自行履帶式集礦機(jī)等，而水面采礦船集成礦漿水力提升管和自行式集礦機(jī)（如圖2所示），是目前公認(rèn)的最具商業(yè)開采優(yōu)勢的深海采礦模式［3］。

圖2 管道提升采礦系統(tǒng)圖

目前我國籌備的“深海多金屬結(jié)核采礦試驗(yàn)工程”項(xiàng)目也是履帶式集礦機(jī)與管道水力提升相結(jié)合的采礦系統(tǒng)，該項(xiàng)目擬于2021年下半年開展1700 m海上整體聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)。此外，日本于2017年成功完成的海底多金屬硫化物采掘與礦石提升試驗(yàn)，以及加拿大鸚鵡螺礦業(yè)公司積極推進(jìn)的富含銅金的深海多金屬硫化物采礦項(xiàng)目，都采用了管道水力提升式采礦系統(tǒng)［4］。

該模式的水面采礦船是整個(gè)水下采礦設(shè)備布放、作業(yè)支持，以及礦物水面處理、儲(chǔ)存、外輸?shù)母?dòng)工作平臺(tái)。由于深海采礦至今還沒有進(jìn)入規(guī)?；纳虡I(yè)開采階段，無論是系統(tǒng)試驗(yàn)還是海上試開采，大多是基于技術(shù)原理和設(shè)計(jì)驗(yàn)證的短期行為。因此出于經(jīng)濟(jì)性考慮，現(xiàn)階段的采礦船基本上是根據(jù)海試驗(yàn)證要求對舊船進(jìn)行改造所得，專業(yè)化、集成化、模塊化和智能化等的程度都較低，未達(dá)到商業(yè)采礦實(shí)際工程化作業(yè)要求［5］。由于當(dāng)前全球首艘用于商業(yè)開采的深海采礦船“鸚鵡螺新紀(jì)元”仍未交付，故缺少實(shí)際工程檢驗(yàn)和行業(yè)規(guī)范的指導(dǎo)。

2 現(xiàn)有模式面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題

未來用于商業(yè)開采的深海采礦船（如圖3所示）是整個(gè)深海采礦系統(tǒng)中功能復(fù)雜、投資最大的關(guān)鍵系統(tǒng)，是海上作業(yè)的基礎(chǔ)。其不僅是水下采集輸送系統(tǒng)的浮動(dòng)支持平臺(tái)，也是整個(gè)采礦系統(tǒng)的綜合保障平臺(tái)和操作中控樞紐，還是礦物處理、存儲(chǔ)、外輸系統(tǒng)，以及工作人員的居住場所。深海采礦船攜帶采礦機(jī)、集礦機(jī)、提升系統(tǒng)（礦物輸送系統(tǒng)）及其收放裝置，對從海底采集并提升至水面的礦物進(jìn)行處理、存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)運(yùn)外輸。

圖3 采、輸、儲(chǔ)一體化深海采礦船

深海采礦船集航行、作業(yè)和居住和保障等功能于一體，系統(tǒng)復(fù)雜且集成度高。下文將對該作業(yè)模式存在的主要技術(shù)問題和挑戰(zhàn)作簡要闡述。

2.1 現(xiàn)有深海礦產(chǎn)開發(fā)模式可靠性問題

開發(fā)深海礦產(chǎn)資源與開發(fā)蘊(yùn)藏于海底泥面以下數(shù)千米的高溫高壓油氣資源不同。油氣資源開采適合“水面平臺(tái)+立管系統(tǒng)+水下生產(chǎn)系統(tǒng)”這種串聯(lián)的定點(diǎn)作業(yè)式生產(chǎn)模式，而深海礦產(chǎn)開發(fā)模式則采用“多功能水面平臺(tái)+礦漿水力提升管道+自行式集礦機(jī)串聯(lián)”的作業(yè)模式。

以多金屬結(jié)核為例，其分布于最深達(dá)6000 m的數(shù)萬平方公里海底平原。當(dāng)采用深海礦產(chǎn)開發(fā)模式時(shí)，6000 m深水成為了水面、水下的天然阻隔，并且由于附連著數(shù)根臍帶纜，當(dāng)持續(xù)在數(shù)萬平方公里的海底平原長期聯(lián)動(dòng)采礦時(shí)，極易造成水面與水下系統(tǒng)的相互干擾，以及指揮控制延遲和聯(lián)動(dòng)采礦效率低等問題。

2.2 全天候作業(yè)問題

深海采礦平臺(tái)通常在公海作業(yè)，具有離岸距離遠(yuǎn)、補(bǔ)給困難、可能遭遇惡劣環(huán)境等問題。所以，如何提高海域生存能力、擴(kuò)大作業(yè)窗口期、保障自持力并具備良好總體性能，是首要考慮技術(shù)挑戰(zhàn)因素。深海采礦平臺(tái)作業(yè)水深達(dá)6000 m，僅能采用動(dòng)力定位，而且需要足夠的倉儲(chǔ)空間，平臺(tái)基本采用大尺度的船形設(shè)計(jì)，即便應(yīng)用大功率推進(jìn)系統(tǒng)也難以抵御臺(tái)風(fēng)等惡劣海況，難以實(shí)現(xiàn)全天候作業(yè)，而且在臺(tái)風(fēng)來臨前后的水下管道及采礦機(jī)的解脫、回收布放也嚴(yán)重影響作業(yè)效率。

2.3 能耗與新能源應(yīng)用問題

大型水下設(shè)備作業(yè)以及船舶系統(tǒng)運(yùn)行需要水面平臺(tái)提供強(qiáng)大的動(dòng)力，能源消耗十分高。目前通過礦漿水力提升至水面平臺(tái)的結(jié)核含量僅約10%，脫水后通過水面運(yùn)輸船送至陸上處理。海底礦物采集、水中長距離礦漿輸送和脫水，以及水面平臺(tái)動(dòng)力定位等都能耗很大，而且深海采礦平臺(tái)通常在公海作業(yè)，離岸距離遠(yuǎn)，故補(bǔ)給運(yùn)輸成本很高。因此，采用新能源技術(shù)保障能源供給，同時(shí)降低深海礦產(chǎn)開發(fā)水面與水下系統(tǒng)以及維護(hù)保障系統(tǒng)的能耗，已成為商業(yè)化運(yùn)營的主要挑戰(zhàn)。

2.4 產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)性問題

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，滿足深海多金屬結(jié)核開采經(jīng)濟(jì)性要求的年產(chǎn)量為干結(jié)核300萬t，以目前的水面、水下聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)模式，預(yù)計(jì)我國2035年的技術(shù)能力為單系統(tǒng)的干結(jié)核年產(chǎn)量110萬t。該產(chǎn)量不僅距離經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)相差甚遠(yuǎn)，而且多套系統(tǒng)作業(yè)成本又高。因此若要滿足礦產(chǎn)開發(fā)高產(chǎn)量要求，不僅給現(xiàn)有裝備提出了較高的技術(shù)挑戰(zhàn)，同時(shí)也需要?jiǎng)?chuàng)新性的技術(shù)來解決水面、水下系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性問題。

2.5 連接與解脫問題

深海采礦平臺(tái)在海上長周期作業(yè)過程中，難免會(huì)遇到極端惡劣天氣，甚至?xí)霈F(xiàn)因來不及回收水下全部采礦系統(tǒng)而危及水面船舶和人員設(shè)備安全的狀況。此時(shí)，如何開展應(yīng)急避臺(tái)以及如何實(shí)現(xiàn)緊急情況下的水下采礦系統(tǒng)與水面平臺(tái)的快速連接與解脫，是關(guān)系整個(gè)系統(tǒng)安全的實(shí)際工程問題。

3 水面分布式礦產(chǎn)開發(fā)模式

隨著深海礦產(chǎn)商業(yè)化開發(fā)的臨近，礦產(chǎn)開采產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)性是技術(shù)裝備模式的基本考量因素?，F(xiàn)有水面采礦船集成礦漿水力提升管和自行式集礦機(jī)的一體化模式，無法有效擴(kuò)展采礦和輸送系統(tǒng)規(guī)模，單套系統(tǒng)也就無法滿足年產(chǎn)干結(jié)核300萬t的指標(biāo)。因此，為了提高礦產(chǎn)開采產(chǎn)量和礦產(chǎn)價(jià)值，擴(kuò)大作業(yè)窗口期，提出了水面分布式礦產(chǎn)開發(fā)模式。該模式將采礦船的一體化功能拆分，將海底采集、垂直提升作業(yè)系統(tǒng)集中于半潛式平臺(tái)，將礦物脫水處理和儲(chǔ)存集中于大型礦物處理運(yùn)輸船，進(jìn)而提高采集效率，增加礦艙容量，提高礦物轉(zhuǎn)運(yùn)周期，降低運(yùn)輸成本。

水面分布式礦產(chǎn)開發(fā)系統(tǒng)面向深海6000 m水深，海底已探明資源和地形地貌的多金屬結(jié)核礦區(qū)。水面由4座半潛式采礦平臺(tái)、1艘大型礦物處理運(yùn)輸船和浸沒式輸送管線組成（如圖4所示），平臺(tái)總采集輸送結(jié)核能力600 t/h，一次運(yùn)輸和整體轉(zhuǎn)運(yùn)周期為10天，海底開采面積10 km2。

圖4 水面分布式采礦模式

半潛式采礦平臺(tái)滿足單臺(tái)產(chǎn)量150 t/h的采礦機(jī)布置、布放、維修和轉(zhuǎn)運(yùn)；滿足6000 m水深硬管和軟管的堆放及轉(zhuǎn)運(yùn)流程；滿足塔架、中繼站布置及轉(zhuǎn)運(yùn)流程（如圖5所示）。關(guān)鍵指標(biāo)如下：作業(yè)水深500 ～ 6000 m，甲板可變載荷5000 t，采用DP-2動(dòng)力定位系統(tǒng)，可在5級(jí)浪、7級(jí)風(fēng)下進(jìn)行采礦作業(yè)，可在7級(jí)浪、12級(jí)風(fēng)下生存。

圖5 半潛式采礦平臺(tái)

水面分布式礦產(chǎn)開發(fā)系統(tǒng)的4座半潛式平臺(tái)區(qū)域中央設(shè)置大型礦物處理運(yùn)輸船，半潛平臺(tái)和運(yùn)輸船間通過浸沒式管線連接，半潛式平臺(tái)提升的礦漿經(jīng)離心泵和浸沒式管線水面輸送至大型礦物處理運(yùn)輸船進(jìn)行礦物脫水處理，該船礦物載重量10萬t，具備礦漿脫水、處理、儲(chǔ)存和自航運(yùn)輸功能。

4 水下分布式礦產(chǎn)開發(fā)模式

針對多金屬結(jié)核開發(fā)模式中難以解決的水面水下系統(tǒng)串聯(lián)聯(lián)動(dòng)可靠性，以及惡劣海況作業(yè)、能耗與經(jīng)濟(jì)性、應(yīng)急解脫等技術(shù)難題，提出了涵蓋分布式采礦機(jī)和中繼站的水下采礦系統(tǒng)、海底長距離的6000 m垂直輸送系統(tǒng)，以及以核能供應(yīng)和維修保障為主的海底綜合作業(yè)平臺(tái)，并融合水下環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)、水下導(dǎo)航定位系統(tǒng)、水下電網(wǎng)、水下數(shù)聯(lián)智控網(wǎng)和?？瞻锻ㄐ啪W(wǎng)，構(gòu)建深遠(yuǎn)海水下分布式礦產(chǎn)開發(fā)系統(tǒng)，形成全天候、高產(chǎn)量、低能耗、無人化、無大型水面平臺(tái)且可移動(dòng)轉(zhuǎn)場的商業(yè)化開發(fā)概念模式。

4.1 方案闡述

礦產(chǎn)開發(fā)系統(tǒng)面向深海6000 m水深、海底100 km2（10 km×10 km）已探明資源和地形地貌的多金屬結(jié)核礦區(qū)，該礦區(qū)由16個(gè)2.5 km×2.5 km的分布式區(qū)塊組成。

在100 km2的礦區(qū)中心設(shè)置了具備核能供應(yīng)、電力分配、中央控制、礦物緩存和維修保障等功能的海底綜合作業(yè)平臺(tái)（簡稱“平臺(tái)”），外圍配置礦物儲(chǔ)存堆場，平臺(tái)連接6000 m垂直輸送系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)頂部連接水面多功能浮筒。該中央系統(tǒng)的四周為4個(gè)2.5 km×2.5 km的區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊中心設(shè)有泵送和緩存礦物功能的中繼站。中繼站不僅通過懸浮式立管和臍帶纜連接采礦機(jī)，也通過水平輸送管道連接礦物儲(chǔ)存堆場。

此外，該礦產(chǎn)開發(fā)系統(tǒng)還配置了水下有纜遙控潛器（Remote Operated Vehicle，ROV），以實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)維修保障；配置了深海潛標(biāo)、浮標(biāo)、滑翔機(jī)、自主水下航行潛器（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）等，以構(gòu)建完善的水下環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)；配置了采礦機(jī)通導(dǎo)裝置、水下無線聲光通信裝置、水下基站等，以構(gòu)建水下導(dǎo)航定位系統(tǒng)；配置了深海智能監(jiān)測設(shè)備、立體態(tài)勢生成顯控中心、云邊協(xié)同綜合計(jì)算、深海物理場數(shù)據(jù)融合管理、協(xié)同規(guī)劃控制等，以構(gòu)建數(shù)聯(lián)智控網(wǎng)。深遠(yuǎn)海水下分布式礦產(chǎn)開發(fā)系統(tǒng)場景圖和平面區(qū)塊分布圖見圖6和圖7。

圖6 深遠(yuǎn)海水下分布式礦產(chǎn)開發(fā)系統(tǒng)場景圖

圖7 深遠(yuǎn)海水下分布式礦產(chǎn)開發(fā)系統(tǒng)平面區(qū)塊分布圖

4.2 作業(yè)流程

采礦機(jī)進(jìn)行2.5 km×2.5 km區(qū)塊的多金屬結(jié)核采集作業(yè)，礦物經(jīng)懸浮式立管泵送至中繼站后由接力泵經(jīng)浮管送至礦物儲(chǔ)存堆場。穿梭礦砂運(yùn)輸船定期航行至預(yù)定海域連接水面浮筒的礦物輸送接口，由集礦機(jī)、平臺(tái)和垂直輸送系統(tǒng)中的提升泵，將礦物儲(chǔ)存堆場的礦物通過水力提升至礦砂運(yùn)輸船。4個(gè)2.5 km×2.5 km區(qū)塊完成采集后，由自帶行走裝置的中繼站、采礦機(jī)以及懸浮式立管組成的采集系統(tǒng)通過平臺(tái)中的軟管和臍帶纜絞車轉(zhuǎn)場移位至臨近的2.5 km×2.5 km區(qū)塊。

4套采集系統(tǒng)轉(zhuǎn)場至臨近3個(gè)區(qū)塊后繼續(xù)采集作業(yè)，10 km×10 km的多金屬結(jié)核礦區(qū)采集系統(tǒng)共需3次轉(zhuǎn)場，全部采集完成后實(shí)施全系統(tǒng)轉(zhuǎn)場。水面浮筒配置全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器輔助垂直輸送系統(tǒng)定位；平臺(tái)配置推進(jìn)系統(tǒng)和壓排載系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起浮和移位轉(zhuǎn)場；采礦機(jī)、中繼站和平臺(tái)間通過臍帶纜實(shí)現(xiàn)動(dòng)力以及控制和通信；平臺(tái)、垂直輸送系統(tǒng)和浮筒間也通過臍帶纜實(shí)現(xiàn)動(dòng)力以及控制和通信； 水面浮筒配置通信設(shè)備通過衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)岸基遠(yuǎn)程通信。

4.3 關(guān)鍵系統(tǒng)配置

4.3.1 海底綜合作業(yè)平臺(tái)

無人化海底綜合作業(yè)平臺(tái)具備核能供應(yīng)、電力分配、礦物緩存和維修保障等功能。深海水下分布式礦產(chǎn)開發(fā)系統(tǒng)所有設(shè)備工作所需的電能均由海底綜合作業(yè)平臺(tái)提供，通過分布式配電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對各設(shè)備的電能分配。分布式配電系統(tǒng)以核電站為核心主電站，縱向延伸至立管頂端的動(dòng)力浮筒，為浮筒所搭載的設(shè)備供電；同時(shí)，橫向展開覆蓋各水下分電站，向采礦機(jī)、中繼站、集礦機(jī)和垂直輸送系統(tǒng)等海底設(shè)備供電；另外在海底設(shè)置了維修保障系統(tǒng)，ROV可對采集礦機(jī)以及輸送泵組等進(jìn)行維護(hù)和部件更換。維保系統(tǒng)集成在海底綜合作業(yè)平臺(tái)內(nèi)，可由其提供動(dòng)力，并一起完成轉(zhuǎn)場。

4.3.2 采集礦機(jī)

基于水力采集、螺旋槳推進(jìn)、零浮力和雪橇的浮游式采礦機(jī)可有效解決打滑與沉陷等問題，且具有對海底擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)采用4臺(tái)浮游式采礦機(jī)進(jìn)行結(jié)核采集，并將結(jié)核輸送至堆場。堆場處則采用絞吸式集礦機(jī)，將礦物經(jīng)海底綜合作業(yè)平臺(tái)輸送至垂直立管。

4.3.3 輸送系統(tǒng)

水力管道提升被認(rèn)為是當(dāng)前最具有商業(yè)化前景的深海礦物提升方案。該方案利用礦漿泵等將海底集礦機(jī)采集的礦物與海水混合通過立管提升到海面；垂直輸送立管系統(tǒng)用于連接海底平臺(tái)和水面浮筒，并將礦漿輸送泵串接在垂直輸送立管上。

4.3.4 中繼站

中繼站為采礦機(jī)與海底堆場的中間平臺(tái)，與采礦機(jī)通過浮管相連，以更好地適應(yīng)采礦機(jī)的自由運(yùn)動(dòng)。中繼站與海底堆場間采用浮管敷設(shè)，以免影響采集礦機(jī)作業(yè)。中繼站設(shè)有行走裝置，自主完成轉(zhuǎn)場；設(shè)有礦漿泵，可將采集礦機(jī)收集礦物輸送至堆場；中繼站同時(shí)也為深海定位潛標(biāo)提供安裝平臺(tái)。

4.3.5 水面浮筒

在水面設(shè)置具有動(dòng)力定位功能的浮筒，配置推進(jìn)器，底部結(jié)構(gòu)與垂直礦物輸送系統(tǒng)相連，浮筒輔助輸送系統(tǒng)的水平定位。浮筒甲板面配置了轉(zhuǎn)運(yùn)礦物至運(yùn)輸船的接口管系，并配置了通信設(shè)備以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程岸基控制。

4.3.6 岸、海、空通信網(wǎng)

為實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)開發(fā)平臺(tái)與岸基的必要通信，滿足大量水下設(shè)備之間的無人通信互聯(lián)，設(shè)計(jì)了1套礦產(chǎn)開發(fā)平臺(tái)專用的深海通信網(wǎng)。深海礦產(chǎn)開發(fā)系統(tǒng)與岸基中心的信息交互通過布放在立管頂端的水面浮筒實(shí)現(xiàn)，水面浮筒下端通過光纜連接水下中繼光端機(jī)，獲取水下設(shè)備傳輸上來的各種信息，通過自身搭載的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“海-岸”信息交互。水下中繼光端機(jī)依附于立管安裝，中繼光端機(jī)之間通過光纖連接，可建立千兆級(jí)通信傳輸網(wǎng)絡(luò)，形成溝通海底與水面的“深海信息走廊”。此外，在海底的信息來源端布設(shè)深海聲光通信潛標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)深海工作面通信網(wǎng)絡(luò)的平面展開。深海通信潛標(biāo)固定安裝在水下中繼站頂部，與立管下端的中繼光端機(jī)通過光纖連接，向4個(gè)方向呈輻射狀分布，形成覆蓋海底工作面的局域網(wǎng)。每個(gè)通信潛標(biāo)搭載聲光通信模塊，通過聲光通信手段與海底各設(shè)備建立可靠連接，并將采集到的信息轉(zhuǎn)換成光信號(hào)進(jìn)行傳輸。

5 結(jié) 語

深海礦產(chǎn)開發(fā)是海洋新興產(chǎn)業(yè)的重要戰(zhàn)略方向，也是未來高新技術(shù)的制高點(diǎn)。深海礦產(chǎn)開發(fā)不僅涉及多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，技術(shù)體系復(fù)雜，還具有高技術(shù)集中且密度高等特點(diǎn)。

本文探討了目前水面采礦船采、輸、儲(chǔ)一體化模式的技術(shù)難點(diǎn)及挑戰(zhàn)，提出水面分布式和水下分布式礦產(chǎn)開發(fā)模式，闡述此創(chuàng)新模式的概念。鑒于深海礦產(chǎn)開發(fā)的難度與技術(shù)復(fù)雜性，建議我國盡快啟動(dòng)采輸儲(chǔ)一體化模式下的深海采礦平臺(tái)和系統(tǒng)裝備研究以及工程化開采試驗(yàn)驗(yàn)證，形成深海礦產(chǎn)資源開發(fā)能力，并推動(dòng)水面分布式和水下分布式礦產(chǎn)開發(fā)等顛覆性技術(shù)研究頂層規(guī)劃。