我国深海多金属结核采矿试验之初论

李向阳

(中国大洋矿产资源研究开发协会 北京 100860)

我国深海多金属结核采矿试验之初论

李向阳

(中国大洋矿产资源研究开发协会 北京 100860)

文章在分析国际深海资源勘探活动最新进展的基础上，针对我国“十三五”国家重点研发计划“深海多金属结核采矿试验工程”项目的总体目标、主要内容、组织模式等进行了介绍，对目前国际社会普遍关注的深海采矿与环境保护、商业开发时机、国际深海开发规章等问题进行了分析，对后续我国深海采矿试验工作提出了建议。

深海；多金属结核；采矿

1 概述

深海海底区域蕴藏着丰富的矿产资源[1]。现阶段，国际社会普遍关注并且已经着手勘探的海底矿产资源，主要有多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物3种。按照《联合国海洋法公约》，国家管辖范围以外的国际海底区域由国际海底管理局代表全人类行使管辖权利。自20世纪90年代以来，国家海底管理局先后出台了针对多金属硫化物、多金属结核和富钴结壳的勘探规章[2]，并开始接受勘探申请。2001年，经过前期的调查工作，中国大洋矿产资源研究开发协会在东北太平洋获得了7.5万km2的多金属结核矿区。2011年和2014年，中国大洋矿产资源研究开发协会再次在西南印度洋申请获得了1万km2的多金属硫化物矿区，在西北太平洋获得了3 000万km2的富钴结壳矿区，并与国际海底管理局签订了勘探合同。2015年，中国五矿集团公司在东太平洋保留区申请了7.3万km2的多金属结核矿区。

根据国际海管理局颁布的勘探规章，合同承包者在开展资源勘查的同时，须开发相应的采矿技术与设备，并开展相关的环境调查与评价[2]。因此，组织开展相关的采矿系统试验，是合同承包者忠实履行国际海底资源勘探合同的具体体现。

2 国际海底资源勘探形势

截至2016年8月1日，国际海底管理局已经核准了28份勘探合同申请，并已经签订勘探合同25份。其中，多金属结核勘探合同的数量最多，已经签订勘探合同的共有16份，1份待签；多金属硫化物勘探合同已经签订5份，1份待签；富钴结壳勘探合同已签订4份，1份待签。尤其是2011年以来，勘探合同数量从8份增长到25份，增长了2倍之多[3]。

截至2015年7月，国际上首批6个多金属结核勘探合同到期。按照之前的制度预期，各承包者应在勘探合同到期前具备进入开发阶段的技术准备。然而，在过去15年的勘探活动中，受世界金融危机影响，有色金属价格大幅下挫，市场条件仍不具备，而且6个合同承包者受经费、技术等条件的限制也未开展全系统的深海多金属结核采矿试验，技术储备工作仍在继续。同时，国际海底管理局也未制定相应的开发规章。因此，国际海底管理局在批准首批6个合同承包者合同延期的同时，随即将国际海底资源开发规章的制定列为后续工作的重要议程[3]。

深海采矿试验是深海资源开发前的重要技术积累阶段，也是制定国际海底资源开发规章的重要前提。在我国没有开展系统深入的深海采矿试验之前，试图有效参与制定相关国际开发规章是无法想象的，也是不切实际。

鉴此，“十三五”期间，国家重点研发计划启动了“深海多金属结核采矿试验工程”项目。由国家海洋局推荐，中国大洋协会作为项目牵头单位，联合中国五矿集团、中国中车集团、国家海洋局等国内优势单位共同承担了该项目。

3 我国“十三五”深海多金属结核采矿试验的总体计划

3.1 总体目标

“十三五”期间，我国“深海多金属结核采矿试验工程”项目的总体目标是研制3 500米级的深海采矿试验系统及成套技术装备；完成不小于1 000米级的海上整体联动试验；建立环境影响评价模型，初步构建具有国际先进水平的深海采矿技术体系，为未来3 500米级和6 000米级海试奠定坚实基础。

3.2 技术指标

技术指标主要包括以下各项:设计工作水深为3 500 m;试验水深为不小于1 000 m;模拟结核产能为30 t/h;最大结核采集粒径为100 mm;采矿车最高行驶速度为1 m/s；扬矿体积浓度不小于5%;输送物料粒径不大于20 mm;越障高度不高于0.5 m;爬坡能力不大于10°;越沟宽度不超过1 m。

3.3 系统组成及主要研究内容

根据项目目标，本项目设立5项任务，具体系统组成如图1所示。

图1 深海多金属结核采矿试验工程系统

第一项任务为总体技术集成、水面支持系统与海上试验。重点解决整个采矿系统的总体技术方案，落实项目的组织管理与技术接口协调，确保总体技术方案的可行性和技术接口的有效衔接，保障项目的顺利组织实施；同时，针对采矿试验要求，落实采矿试验船，并实施改装，开展水面布放回收系统研发，为海上试验提供基础平台。

第二项任务为海底集矿及导航定位系统开发。主要解决多金属结核水下采集和水下导航定位的问题，即通过自主导航定位控制的水下采矿车工作完成多金属结核的水下集矿、破碎等工作，为后续多金属结核的水下输运提供基础。

第三项任务为水下输送系统开发。主要解决多金属结核通过管道和输送泵等装置输送至海面的问题。

第四项任务为动力输送与控制系统研发。主要解决整个采矿系统的动力输配和各种信息的监控融合问题，为整个采矿试验的监控、指挥、调度提供技术和决策支持。

第五项任务为环境调查与环境影响评估。主要针对深海多金属结核采矿对深海海底环境保护工作的要求，开展采矿前后深海底海洋环境的调查，掌握采矿前后深海海底环境的变化，基于海上调查和室内研究数据的掌握建立相应的环境影响评价模型，有针对性地提出具体的防治措施及建议，为后续深海采矿工作提供政策性支持。

3.4 组织模式

按照多年来深海工程项目的管理经验[4]，本项目成立了行政指挥线和技术协调线来共同保障项目的实施。其中，行政指挥线主要负责宏观任务层面的保障与协调；技术指挥线则主要负责技术把关与技术接口协调。本项目将建立相对独立的质量控制体系，以确保整个项目技术指标及总体目标的实现。

在重要的研发节点，本项目将成立由国内知名院士和专家组成的技术专家组，对重要技术文件进行技术把关和审查。在海上试验阶段，将成立相应的现场机构以组织指挥海上现场的试验工作。

3.5 需密切关注的几方面工作

3.5.1 深海环境保护问题[5-6]

深海环境保护是一个与深海资源开发同等重要的问题。在国家重点研发计划明确相关深海环境工作的基础上，项目组将设立专门的环境首席科学家，负责对深海采矿相关的环境问题进行全面的研究和部署，从矿区环境基线、环境友好型采矿装备、采矿过程监测、尾矿处理及矿区环境恢复等多方面对环境工作进行研究和部署，力争将采矿对环境的影响降到最低。

3.5.2 商业开发时机问题

从目前全球金属市场持续低迷的情况看，近期开展商业深海采矿的市场条件仍不具备。纵然国际上很多技术实力雄厚的公司扬言可在数年内形成商业开发能力，但受全球，尤其是国内“去产能”“调结构”等宏观经济政策的导向所限，全球金属市场短期内再次出现2008年金融危机前的“井喷”现象几无可能。在此期间，加强国内深海开发技术的储备与积累，布局未来深海采矿产业，即显得尤为急迫和关键。

3.5.3 国际深海开发规章问题

国际海底管理局深海资源开发规章的制定事关所有参与国际海底资源勘探国家的现实利益和未来全人类对国际海底资源这一继承遗产的利益共享。扎实推进深海多金属结核采矿试验工作，不仅有利于提升我国在深海资源开发规章制定中的话语权，提高采矿对深海环境影响的认识水平，树立我负责任大国的形象，而且将有利于提高全人类对深海采矿工作的整体认识水平，促进国际深海资源开发与深海环境保护并重的规章制定。

3.5.4 与市场主体对接问题[7]

深海采矿工作本质上应是一个以盈利为目的的市场行为。但鉴于其技术开发的难度，国家作为一项新兴产业前期进行了基础研究和技术开发投入。中国大洋协会作为国际海底矿区的承包者，在项目申报时，既组织国内优势国有大型企业参与项目的研发工作，同时，深海采矿项目组也积极鼓励国有企业，乃至民营企业参与深海采矿项目，对接未来深海采矿工作的全产业链。

4 结语

随着国家重点研发计划“深海多金属结核采矿试验工程”的启动，我国深海采矿技术研发工作将进入一个新的历史阶段。从全面推进深海采矿工作角度出发，提出如下建议：

(1)积极谋划更大作业深度的海上试验工作。虽然“十三五”期间的目标是完成1 000米级的海上试验，但若要实现深海采矿试验工作的持续发展，必须提前谋划3 500米级海上试验的支撑保障能力和更大深度的设计、建造与试验支撑保障能力。

(2)利用深海多金属结核采矿试验之机，积极开展富钴结壳和多金属硫化物资源的采矿试验研究。3种深海资源的采矿虽然在提升和水面支持部分具有共性，但是水下矿物破碎、采集、行走等方面针对不同的资源仍具有较大的差异性，作为履行国际海底资源勘探合同的义务，应同时开展其他两种资源的采矿技术研究与试验工作[8]。

(3)加强对国际深海采矿工作的跟踪和对国际深海采矿规则的对接，实时掌握国际深海采矿动态[9-10]，根据国际海底管理局规则制定进程和国际采矿试验进展，对我国深海采矿试验工作及时做出调整和部署，确保我国深海采矿技术的国际先进性。

[1] R.柯林斯基.海洋矿物资源[M].北京：海洋出版社，2001：3.

[2] 中国大洋协会办公室.国际海底区域资源探矿和勘探规章[M].北京：海洋出版社，2015：28，65，103.

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

[4] 李向阳，刘峰.蛟龙号载人潜水器研制及海试的组织[J].中南大学学报：自然科学版，2011，42(2)：10-12.

[5] 何宗玉.深海采矿的环境影响[J].海洋开发与管理，2003，20(1)：61-65.

[6] 王春生，周怀阳.深海采矿对海洋生态系统影响的评价[J].海洋环境科学，2001，20(1)：1-6.

[7] 孙晋，张田，孔天悦.我国深海采矿主体资格制度相关法律问题研究[J].温州大学学报：社会科学版，2014，27(3)：1-11.

[8] 邬长斌，刘少军，戴瑜.海底多金属硫化物开发动态与前景分析[J].海洋通报，2008，20(6)：101-109.

[9] 刘少军，刘畅，戴瑜.深海采矿装备研发的现状与进展[J].机械工程学报，2014，50(2)：8-18.

[10] 戴瑜，刘少军，李流军，等.Nautilus矿业公司在海底块状硫化物勘探中采用的取样技术与装备[J].海洋地质与第四纪地质，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

深海多金属结核采矿试验工程项目(2016YFC0304100).

李向阳，博士，高工，研究方向为大型深海调查装备及深海采矿技术，电子信箱：lixy@comra.org

P751

A

1005-9857(2017)01-0063-04