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第1章 大洋固体金属矿产资源概述 1

1.1 大洋多金属结核资源 3

1.1.1 多金属结核资源探查概况 3

1.1.2 多金属结核的形成和地域分布 5

1.2 大洋富钴结壳资源 11

1.2.1 富钴结壳资源探查概况 11

1.2.2 富钴结壳的形成和地域分布 13

1.3 大洋多金属硫化物资源 18

1.3.1 多金属硫化物资源探查概况 18

1.3.2 多金属块状硫化物的形成和地域分布 20

1.4 深海生物多样性 28

1.4.1 与海底多金属块状硫化物矿床相关的热泉生物多样性 28

1.4.2 与深海底多金属结核相关的生物多样性 30

1.4.3 与海底富钴结壳相关的生物多样性 31

第2章 资源勘查 32

2.1 地质勘查阶段 32

2.1.1 术语 32

2.1.2 地质勘查阶段 33

2.1.3 各勘探阶段的工作 34

2.2 调查方法 36

2.2.1 区域性调查 36

2.2.2 普查 37

2.2.3 勘探 41

2.2.4 关于海底块状硫化物找矿 43

2.3 资源评价 44

2.3.1 储量和资源量评价要求 44

2.3.2 评价原始材料的要求 51

2.3.3 资源量评价矿段划分和储量计算 52

2.3.4 资源量计算 57

2.3.5 地质经济评价 59

第3章 资源勘查技术装备概述 68

3.1 调查船 70

3.2 探测技术装备主要类型 77

3.3 探测仪器设备 79

3.3.1 拖网 79

3.3.2 沉积物取样器 80

3.3.3 采水器和生物取样器 81

3.3.4 电视抓斗 82

3.3.5 遥控深海底岩心钻机 82

3.3.6 光学图像系统 111

3.3.7 声学探测系统 111

3.3.8 综合探测拖体 114

3.3.9 海洋地震探测系统 116

3.3.10 专用拖曳式快速探矿系统 120

3.4 水下机器人 126

3.4.1 载人潜水器 126

3.4.2 ROV 130

3.4.3 AUV 137

3.4.4 AROV 140

3.4.5 底行式遥控作业车 142

3.4.6 水下机器人的比较 145

3.5 海洋长期观测站网络系统 147

3.5.1 观测站基本类型 147

3.5.2 海底观测网络系统支持技术设备 151

3.5.3 观测站技术 156

3.6 中国深海调查船及技术装备 160

3.6.1 “大洋一号”调查船 160

3.6.2 “向阳红九号”调查船及“蛟龙号”7000m载人潜水器 161

第4章 大洋金属矿床 164

4.1 多金属结核矿床 164

4.1.1 中国矿区资源概况 164

4.1.2 矿区水文气象 165

4.1.3 海底地质 168

4.1.4 结核矿床特征 174

4.2 富钴结壳矿床 177

4.2.1 区域海洋环境 178

4.2.2 地质构造和基岩特征 178

4.2.3 矿区地形 180

4.2.4 微地形特征 182

4.2.5 富钴结壳矿床特征 183

4.2.6 中国申请的富钴结壳勘探矿区概况 190

4.3 多金属块状硫化物矿床 193

4.3.1 海底块状硫化物矿床类型 193

4.3.2 海底块状硫化物矿田的主要特征 194

4.3.3 块状多金属硫化物矿物理力学特性 215

4.3.4 商业开采矿床实例-Solwara 1海底块状硫化物矿床 217

4.3.5 中国申请的海底多金属块状硫化物勘探矿区 224

4.4 深海多金属沉积物（软泥）矿床 226

4.4.1 位置 226

4.4.2 勘探概况 227

4.4.3 地质环境 229

4.4.4 矿床特征概述 229

第5章 深海固体金属矿产资源开采技术发展概况 232

5.1 国际上深海固体矿产资源开采技术发展概况 232

5.1.1 20世纪60年代起步 232

5.1.2 20世纪70年代达到高潮 232

5.1.3 20世纪80年代进入低潮 234

5.1.4 20世纪90年代转入多种资源开发研究，亚洲新兴国家积极介入 234

5.1.5 21世纪海底块状硫化物矿床将进入商业试采阶段 235

5.2 中国开采技术发展概况 237

5.2.1 研究开发准备阶段 237

5.2.2 1991—2005年实施深海采矿技术的第一期发展规划 237

5.3 多金属结核开采系统主要类型 244

5.3.1 拖斗采矿系统 244

5.3.2 连续索斗采矿系统（CLB） 245

5.3.3 往返潜水采运车采矿系统 245

5.3.4 集矿机-流体提升采矿系统 247

5.4 国外20世纪70年代末多金属结核海试采矿系统实例 249

5.4.1 OMA海试采矿系统 249

5.4.2 OMCO海试采矿系统 255

5.4.3 OMI海试采矿系统 281

5.5 亚洲国家多金属结核采矿系统研发的浅海试验概况 287

5.5.1 日本多金属结核采矿系统集矿机浅海试验 287

5.5.2 韩国多金属结核采矿系统设备浅海试验 290

5.5.3 印度多金属结核采矿系统设备浅海试验 292

5.5.4 俄罗斯多金属结核采矿系统设备浅海试验 294

第6章 大洋多金属结核矿床开采 296

6.1 开采工艺方法和系统 296

6.1.1 矿床开采条件 296

6.1.2 确定开采工艺系统的准则 297

6.1.3 开采工艺系统 297

6.1.4 开采规划 298

6.2 集矿子系统技术 300

6.2.1 基本功能 300

6.2.2 基本技术要求 301

6.2.3 集矿原理和集矿机组成 301

6.2.4 采集机构设计 309

6.2.5 履带行驶机构设计 318

6.2.6 破碎机 327

6.2.7 集矿机构与履带行驶机构的连接机构 328

6.2.8 几种典型的自行式集矿机 328

6.3 提升子系统技术 330

6.3.1 矿浆泵水力提升系统 330

6.3.2 气力提升系统 347

6.3.3 气力提升与泵提升的比较 356

6.4 供电与测控子系统技术 357

6.4.1 水下供电系统 358

6.4.2 测控系统 358

6.5 水面支持系统 368

6.5.1 对水面支持系统的基本要求 368

6.5.2 水面支持系统的类型 369

6.6 中国中试采矿系统 372

6.6.1 系统结构 372

6.6.2 系统的主要技术性能 379

6.6.3 浅水试验 380

6.7 开采多金属结核的投资和运营费估计 386

第7章 富钴结壳矿床开采 388

7.1 富钴结壳矿床开采条件和技术难点 388

7.1.1 富钴结壳矿床开采条件 388

7.1.2 富钴结壳矿床开采难点 388

7.2 富钴结壳矿床开采规模和能力 389

7.2.1 生产能力确定 389

7.2.2 总回采率估算 389

7.2.3 不同生产能力所需矿床面积 390

7.3 开采工艺方法和设备 391

7.3.1 履带自行多滚筒截割采矿机-管道水力提升采矿系统 391

7.3.2 绞车牵引挠性螺旋滚筒截割采矿机-管道水力提升采矿系统 392

7.3.3 采矿机破碎-链斗管道提升采矿系统 395

7.4 滚筒截割机构设计 396

7.4.1 采掘机构必须满足的技术条件 396

7.4.2 滚筒截割机构的主要参数 396

7.4.3 刀具受力的估算 400

7.4.4 工作机构的最大装备功率 403

7.4.5 牵引机构最大牵引力的确定 403

7.4.6 截齿的排列与截割图 403

7.5 开采富钴结壳的投资和运营费估计 407

第8章 多金属硫化物矿床开采 408

8.1 海底块状多金属硫化物矿床开采 408

8.1.1 矿床开采的有利条件和可行性 408

8.1.2 矿床开采已步入生产勘探和采矿系统准备阶段 408

8.1.3 采矿系统的研究和设计 409

8.1.4 鹦鹉螺公司Solwara 1矿床采矿系统 412

8.1.5 海王星公司采矿系统 419

8.2 红海多金属沉积物（软泥）矿床开采系统 423

8.2.1 试采前研究工作 423

8.2.2 采矿系统 424

8.2.3 试采 426

第9章 深海采矿设备设计的若干力学和计算问题 427

9.1 管线动力学分析 427

9.1.1 输送软管空间形态和对集矿机行驶性能影响分析 427

9.1.2 管线系统动力学“吊索”数值分析法 433

9.2 升沉补偿器系统的力学分析计算 439

9.2.1 气动弹簧升沉补偿器系统 440

9.2.2 油气弹簧升沉补偿器系统 443

9.3 深水设备部件耐水压设计若干问题 449

9.3.1 压力补偿 449

9.3.2 耐压密封舱 451

9.3.3 高压下运动副公差配合与选材 452

9.4 水下设备吊放缆绳载荷的预测 453

9.4.1 物体水中重力 453

9.4.2 流体动阻力 453

9.4.3 末速度 454

9.4.4 虚质量（惯性载荷） 455

9.4.5 缆绳上作用的所有力 456

9.4.6 瞬时载荷 457

9.4.7 缆绳安全工作载荷和安全系数 460

第10章 深海设备设计中若干材料的选择 473

10.1 浮力材料 473

10.1.1 类型 473

10.1.2 合成泡沫塑料浮力材料 473

10.1.3 金属陶瓷中空浮力球 478

10.1.4 深海中空玻璃浮球 479

10.2 深海采矿系统设备耐腐蚀性材料选择 481

10.2.1 深海采矿系统设备制造材料选择必须考虑的因素 481

10.2.2 海洋用不锈钢 483

10.2.3 海洋用钛合金 489

10.2.4 海洋用铝合金 493

第11章 深海采矿对海洋环境的影响 499

11.1 深海底采矿对海洋环境的可能影响 499

11.2 采矿对环境影响研究概况 500

11.3 降低深海采矿对环境影响的主要有效措施 504

11.4 采矿环境监测 505

11.4.1 环境基线参数 505

11.4.2 采矿试验及环境监测 507

主要参考文献 510