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中科院首次完成深海采矿车与载人潜水器的联合作业

2020-10-15 10:18:16来源:仪器网整合 阅读量:219

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  【重工机械网 国内新闻】海底采矿是对海底矿产资源进行开采的工作,主要采集水深较浅的海底表层沉积物,如砂矿、磷灰石及多金属结核等。现阶段海底资源的开采关键技术主要有 2 个方面:一是海底矿体的采掘;二是矿石的水下提升运输。而其中的核心是技术难度较大的海底采矿设备和矿石提升设备
 
  近期,我国首次完成深海采矿车与载人潜水器的单船联合作业试验。采用了我国自主研制的富钴结壳采矿车、“深海勇士”号载人潜水器、光电缆和绞车、超短基线定位和相参高频浅地层剖面仪等多台国产设备,在水深1300多米的海山区开展了采样机海底行走、矿石切削和环境影响调查等综合试验。
 
  通过与“深海勇士”号载人潜水器联合作业,实现采矿试验区连续原位实时监测和取样,并对试验前、试验后的环境分别采样调查。
 
  载人潜水器是具有水下观察和作业能力的潜水装置。主要用来执行水下考察、海底勘探、海底开发和打捞、救生等任务,并可以作为潜水人员水下活动的作业基地。
 
  载人潜水器,特别是深海载人潜水器,是海洋开发的前沿与制高点之一,其水平可以体现出一个国家材料、控制、海洋学等领域的综合科技实力。它可以完成多种复杂任务,包括通过摄像、照相对海底资源进行勘查、执行水下设备定点布放、海底电缆和管道检测等。
 
  深海勇士号载人潜水器简称“深海勇士”,是中国第二台深海载人潜水器,它的作业能力达到水下4500米。潜水器取名“深海勇士”,寓意是希望凭借它的出色发挥,像勇士一样探索深海的奥秘。研发团队历经八年持续艰苦攻关,在“蛟龙”号研制与应用的基础上,进一步提升中国载人深潜核心技术及关键部件自主创新能力,降低运维成本,有力推动深海装备功能化、谱系化建设。“勇士号”浮力材料、深海锂电池、机械手全是中国自己研制的,国产化达到95%以上。这不仅让潜器的成本大大降低,也让国内很多生产和制造潜器相关配件的厂商升级产品水平。
 
  2017年12月1日,在北京完成验收,正式交付中国科学院深海科学与工程研究所。2018年3月11日,中国自主研发的“深海勇士”号载人潜水器首次对公众开放,播出了“深海勇士”号4500米载人潜水器于2017年8月至10月在南海进行首次载人深潜试验的纪录片。
 
  2018年6月4日上,“深海勇士”号结束为期2个多月的南海试验性应用科考航次,返回三亚。2019年11月30日,被评为第二届优秀海洋工程。2020年3月10日上午,中科院“探索一号”船载着“深海勇士”号载人潜水器在三亚崖州湾科技城南山港码头启航。
 
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  光电缆是将光纤单元与金属导线有机结合一体化传输介质。其金属导线部分除了能保证正常的电能传输,满足一般电力线缆对温度、拉力的要求之外,因其具备足够的机械强度,还能为光纤提供可靠的机械支撑,有效克服光纤的脆性和微弯损耗增加的特性,承受安装、使用时所遭受的外力,确保其稳定性和可靠性,满足在野外工作时气候和环境的变化。
 
  光电缆中的光纤作为一种高速、双向、实时、集成的通信系统,是实现智能电网的基础,它为智能电网的数据获取、保护和控制、用户与电网互动信息的传输以及智能化决策的信息交互提供了功能强大的通道,其功能完善和高效是其他通信方式无可比拟的。光电缆按电压等级可分为高压光电缆、低压光电缆;按应用领域可分为室内型光电缆和室外型光电缆,其中室外型光电缆又可分为架空光电缆和直埋光电缆。按结构可分为层绞式和平行式,可以满用户的不同需求。
 
  绞车用卷筒缠绕钢丝绳或链条提升或牵引重物的轻小型起重设备。绞车可以垂直提升、水平或倾斜拽引重物。绞车分为手动、电动及液压三种。以电动绞车为主。可单独使用,也可作起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件,因操作简单、绕绳量大、移置方便而广泛应用。气动绞车是以空气压缩机提供的压缩气体为动力源的一种绞车,与传统的电动绞车相比,气动绞车具有防爆,防尘及防液体飞溅等特点,更能适应在恶劣的环境下工作,所以气动绞车广泛地使用于船舶,石油开采,采矿及电力等行业。
 
  USBL(超短基线定位系统)是一种水下定位技术,被普遍应用于海洋石油勘探开发、海洋打捞等海洋生产开发方面,主要用于确定ROV、ads、潜水员、水下其他载体的水下精确位置。超短基线定位系统由发射换能器、应答器、接收基阵组成。发射换能器和接收基阵安装在船上,应答器固定在水下载体上。发射换能器发出一个声脉冲,应答器收到后,回发声脉冲,接收基阵收到后,测量出X、Y两个方向的相位差,并根据声波的到达时间计算出水下装置到基阵的距离R,从而计算得到水下探测器在平面坐标上的位置和水下探测器的深度。
 
  浅地层剖面仪是利用声波探测浅底地层的剖面结构的仪器。是在超宽频海底剖面仪基础上的改进,是利用声波探测浅地层剖面结构和构造的仪器设备。以声学剖面图形反映浅地层组织结构,具有很高的分辨率,能够经济高效地探测海底浅地层剖面结构和构造。
 
  浅地层剖面仪是在测深仪基础上发展起来的,只不过其发射频率更低,声波信号通过水体穿透床底后继续向底床更深层穿透,结合地质解释,可以探测到海底以下浅部地层的结构和构造情况。浅地层剖面探测在地层分辨率(一般为数十厘米)和地层穿透深度(一般为近百米)方面有较高的性能,并可以任意选择扫频信号组合,现场实时设计调整工作参量,可以在航道勘测中测量海底浮泥厚度,也可以勘测海上油田钻井平台基岩深度。
 
  浅地层剖面仪采用的技术主要包括压电陶瓷式、声参量阵式、电火花式和电磁式4种。其中,压电陶瓷式主要分为固定频率和线性调频两种;电火花式主要利用高电压在海水中的放电产生声音原理;声参量阵式利用差频原理进行水深测量和浅地层剖面勘探;电磁式通常多为各种不同类型的Boomer,穿透深度及分辨率适中。
 
  深海采矿技术是深海采矿业中的支柱性技术,它对海洋的其他产业技术,如近海矿产业、深海油气业、海洋能源业、船舶制造业等等都会有重大的影响,专家们预测,未来的深海采矿业很可能是一组采矿、海洋能源利用和深海农牧渔业等综合发展的高新技术产业群。深海采矿技术是未来海洋产业中的先导性行业技术,它对整个海洋高新技术的潜在影响是深远的。
 
  新闻来源:中国科学院深海科学与工程研究所
 
  原标题:中科院首次完成深海采矿车与载人潜水器的联合作业

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