《海底多金屬硫化物切削破碎及採集的理論與試驗研究》是依託中南大學，由劉少軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：海底多金屬硫化物切削破碎及採集的理論與試驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉少軍
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
開發國際海底多金屬硫化物具有增加資源儲備和擴展戰略空間的重大意義。採礦技術研究是海底多金屬硫化物資源開發研究中不可缺少的關鍵環節。本申請課題對海底多金屬硫化物的切削破碎和採集技術開展研究，根據降低採礦作業能耗、減小採礦對海底環境影響的要求，提出為防止切削粒度過大需二次破碎增加能耗、切削粒度過小易漂浮擴散增加環境污染而進行切削粒度控制的設計思想，通過對截齒螺旋滾筒和旋轉切削頭兩種方法和技術開展理論和試驗研究，探明切削頭齒布置方案、轉速與推進速度的關係與規律；提出兩旋轉切削頭相向旋轉切削以將礦石碎片集中送至集礦口，從而抑制由微小碎片形成向外擴散濁流的構想，通過理論和試驗研究分析驗證其可行性和實施效果。通過本申請項目研究，構建海底多金屬硫化物採礦裝置設計理論與方法，形成高效環保、具有自主智慧財產權的海底多金屬硫化物採礦技術原型，拓展和豐富礦業工程學科的研究領域和研究內涵。
結題摘要
隨著陸地礦產資源的不斷枯竭國際社會對深海礦產資源開採的關注日益高漲，鸚鵡螺礦業已經獲得了世界上第一個深海採礦許可對巴新專屬經濟區的深海多金屬硫化物進行商業開採。本項目對深海多金屬硫化物的切削破碎和採集技術開展研究，取得多方面進展： 1. 收集和分析了國內外已有海底多金屬硫化物勘查參數，從中國大洋樣品館申請並獲取了總計70公斤深海多金屬硫化物礦樣，利用高性能岩石三軸試驗系統MTS 815等進行了物理與力學特性試驗，在國內首次獲得深海多金屬硫化物礦樣的密度、抗壓強度、彈性模量、泊松比等物理和力學參數，並根據莫爾-庫侖理論推算了三軸應力狀態下樣品的抗剪強度參數，為深海多金屬硫化物開採方法和技術研究提供了可靠的原始參數； 2. 提出了可降低水下採礦污染的雙旋轉切削頭採集頭設計方案，申請了發明專利； 3. 進行了截齒螺旋滾筒切削裝置設計，開展了切削破碎過程仿真，計算了滾筒截齒的運動和切削受力情況，以降低載荷波動為目標對滾筒的結構和工作參數進行了最佳化設計，取得了可有效降低波動的最佳化結果； 4. 針對所提出的雙旋轉切削頭採集裝置，建立了切削頭旋轉和抽吸作用下的流場分析模型，並對其採集罩內流場進行了固液兩相流仿真計算和分析，揭示了硫化物顆粒在集礦罩內的分布規律，並確定了抽吸壓力對硫化物提升效果的影響； 5. 完成了多金屬硫化物模擬料切削與採集水池實驗系統的詳細設計與改造方案。 上述工作為形成可行的深海多金屬硫化物採礦方案並提高採集效率和減小環境污染提供了相關基礎研究成果。 在項目資助下，本課題開展了深海採礦整體系統的一些研究工作，多次受邀為國內高水平期刊撰稿介紹深海採礦技術研發情況、參加國內外高水平學術會議並作特邀報告。
