我國深海多金屬結核采礦試驗之初論

李向陽

(中國大洋礦產資源研究開發協會 北京 100860)

我國深海多金屬結核采礦試驗之初論

李向陽

(中國大洋礦產資源研究開發協會 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上，針對我國“十三五”國家重點研發計劃“深海多金屬結核采礦試驗工程”項目的總體目標、主要內容、組織模式等進行了介紹，對目前國際社會普遍關注的深海采礦與環境保護、商業開發時機、國際深海開發規章等問題進行了分析，對后續我國深海采礦試驗工作提出了建議。

深海；多金屬結核；采礦

1 概述

深海海底區域蘊藏著豐富的礦產資源[1]。現階段，國際社會普遍關注并且已經著手勘探的海底礦產資源，主要有多金屬結核、富鈷結殼和多金屬硫化物3種。按照《聯合國海洋法公約》，國家管轄范圍以外的國際海底區域由國際海底管理局代表全人類行使管轄權利。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、多金屬結核和富鈷結殼的勘探規章[2]，并開始接受勘探申請。2001年，經過前期的調查工作，中國大洋礦產資源研究開發協會在東北太平洋獲得了7.5萬km2的多金屬結核礦區。2011年和2014年，中國大洋礦產資源研究開發協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，在西北太平洋獲得了3 000萬km2的富鈷結殼礦區，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申請了7.3萬km2的多金屬結核礦區。

根據國際海管理局頒布的勘探規章，合同承包者在開展資源勘查的同時，須開發相應的采礦技術與設備，并開展相關的環境調查與評價[2]。因此，組織開展相關的采礦系統試驗，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。

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核準了28份勘探合同申請，并已經簽訂勘探合同25份。其中，多金屬結核勘探合同的數量最多，已經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簽訂5份，1份待簽；富鈷結殼勘探合同已簽訂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個多金屬結核勘探合同到期。按照之前的制度預期，各承包者應在勘探合同到期前具備進入開發階段的技術準備。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個合同承包者受經費、技術等條件的限制也未開展全系統的深海多金屬結核采礦試驗，技術儲備工作仍在繼續。同時，國際海底管理局也未制定相應的開發規章。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規章的制定列為后續工作的重要議程[3]。

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

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

3 我國“十三五”深海多金屬結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及成套技術裝備；完成不小于1 000米級的海上整體聯動試驗；建立環境影響評價模型，初步構建具有國際先進水平的深海采礦技術體系，為未來3 500米級和6 000米級海試奠定堅實基礎。

3.2 技術指標

技術指標主要包括以下各項:設計工作水深為3 500 m;試驗水深為不小于1 000 m;模擬結核產能為30 t/h;最大結核采集粒徑為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 系統組成及主要研究內容

根據項目目標，本項目設立5項任務，具體系統組成如圖1所示。

圖1 深海多金屬結核采礦試驗工程系統

第一項任務為總體技術集成、水面支持系統與海上試驗。重點解決整個采礦系統的總體技術方案，落實項目的組織管理與技術接口協調，確保總體技術方案的可行性和技術接口的有效銜接，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研發，為海上試驗提供基礎平臺。

第二項任務為海底集礦及導航定位系統開發。主要解決多金屬結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核的水下集礦、破碎等工作，為后續多金屬結核的水下輸運提供基礎。

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

第四項任務為動力輸送與控制系統研發。主要解決整個采礦系統的動力輸配和各種信息的監控融合問題，為整個采礦試驗的監控、指揮、調度提供技術和決策支持。

第五項任務為環境調查與環境影響評估。主要針對深海多金屬結核采礦對深海海底環境保護工作的要求，開展采礦前后深海底海洋環境的調查，掌握采礦前后深海海底環境的變化，基于海上調查和室內研究數據的掌握建立相應的環境影響評價模型，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驗[4]，本項目成立了行政指揮線和技術協調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層面的保障與協調；技術指揮線則主要負責技術把關與技術接口協調。本項目將建立相對獨立的質量控制體系，以確保整個項目技術指標及總體目標的實現。

在重要的研發節點，本項目將成立由國內知名院士和專家組成的技術專家組，對重要技術文件進行技術把關和審查。在海上試驗階段，將成立相應的現場機構以組織指揮海上現場的試驗工作。

3.5 需密切關注的幾方面工作

3.5.1 深海環境保護問題[5-6]

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

3.5.2 商業開發時機問題

從目前全球金屬市場持續低迷的情況看，近期開展商業深海采礦的市場條件仍不具備。縱然國際上很多技術實力雄厚的公司揚言可在數年內形成商業開發能力，但受全球，尤其是國內“去產能”“調結構”等宏觀經濟政策的導向所限，全球金屬市場短期內再次出現2008年金融危機前的“井噴”現象幾無可能。在此期間，加強國內深海開發技術的儲備與積累，布局未來深海采礦產業，即顯得尤為急迫和關鍵。

3.5.3 國際深海開發規章問題

國際海底管理局深海資源開發規章的制定事關所有參與國際海底資源勘探國家的現實利益和未來全人類對國際海底資源這一繼承遺產的利益共享。扎實推進深海多金屬結核采礦試驗工作，不僅有利于提升我國在深海資源開發規章制定中的話語權，提高采礦對深海環境影響的認識水平，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與深海環境保護并重的規章制定。

3.5.4 與市場主體對接問題[7]

深海采礦工作本質上應是一個以盈利為目的的市場行為。但鑒于其技術開發的難度，國家作為一項新興產業前期進行了基礎研究和技術開發投入。中國大洋協會作為國際海底礦區的承包者，在項目申報時，既組織國內優勢國有大型企業參與項目的研發工作，同時，深海采礦項目組也積極鼓勵國有企業，乃至民營企業參與深海采礦項目，對接未來深海采礦工作的全產業鏈。

4 結語

隨著國家重點研發計劃“深海多金屬結核采礦試驗工程”的啟動，我國深海采礦技術研發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，提出如下建議：

(1)積極謀劃更大作業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，但若要實現深海采礦試驗工作的持續發展，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計、建造與試驗支撐保障能力。

(2)利用深海多金屬結核采礦試驗之機，積極開展富鈷結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，應同時開展其他兩種資源的采礦技術研究與試驗工作[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則的對接，實時掌握國際深海采礦動態[9-10]，根據國際海底管理局規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整和部署，確保我國深海采礦技術的國際先進性。

[1] R.柯林斯基.海洋礦物資源[M].北京：海洋出版社，2001：3.

[2] 中國大洋協會辦公室.國際海底區域資源探礦和勘探規章[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.蛟龍號載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.深海采礦的環境影響[J].海洋開發與管理，2003，20(1)：61-65.

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

[7] 孫晉，張田，孔天悅.我國深海采礦主體資格制度相關法律問題研究[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動態與前景分析[J].海洋通報，2008，20(6)：101-109.

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

[10] 戴瑜，劉少軍，李流軍，等.Nautilus礦業公司在海底塊狀硫化物勘探中采用的取樣技術與裝備[J].海洋地質與第四紀地質，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查裝備及深海采礦技術，電子信箱：lixy@comra.org

P751

A

1005-9857(2017)01-0063-04