全球发展态势

1.矿石采掘装备

矿石采掘装备是海底矿床开采核心装备之一，主要用于将矿床剥离基岩或沉积物，兼具切割和掘进的功能，矿床种类不同，其采掘装备也不相同。多金属结核一般赋存于平坦海底，与海底沉积物共存，主要采掘方式包括机械式、水力式和复合式，其中水力式采掘研究较多，该方式通过高压水流在海底结核及其周围形成负压抽吸作用来完成对矿石的采掘。富钴结壳开采过程中，由于其生长在基岩表面，因此需要将富钴结壳与基岩剥离开，一般采用螺旋滚筒采掘装置进行开采。热液硫化物赋存于海底火山口附近，采掘方式与富钴结壳较为接近，采掘装备兼具切削和掘进功能，一般采用辅助切割机或多功能一体化采掘装备完成，首先处理复杂崎岖的地形、开拓采矿台阶，再进一步完成矿石的初步采掘。目前，欧盟、韩国、印度等都针对海底多金属结核研发了矿石采掘装备并开展海上试验，日本针对热液硫化物开采研制四履带采矿车，于2017年开展系统性能海试，如图7－22所示。

图7－22　鹦鹉螺矿业公司的三台采矿车(https://www.daowen.com)

2.矿石破碎装备

矿石破碎装备是大块矿石的分解装备。在矿石开采过程中，往往存在因颗粒过大或需要与基岩剥离而必须破碎矿石的情况，因此多用机械力破碎矿石以便收集矿石。富钴结壳开采中，美国经过试验后采用螺旋滚筒式切削或冲击钻破碎等几种方式。多金属结核开采过程中，由于多金属结核颗粒一般浅埋在海泥里，采掘之后结核上附着的泥土可以轻松冲洗掉，因此可以不需要新的分离设备，当然也可以用破碎机或磨矿机对矿石进行破碎[15]。在热液硫化物的开采中，鹦鹉螺矿业公司采用主采矿机完成切削和破碎作业，在辅助切割机完成的采矿台阶上快速地切削和破碎矿石。

3.矿石收集装备

矿石收集是矿床开采的最后一道工序，破碎的小块矿石颗粒通过矿石收集装备进入集矿箱或顺着水力提升管道输送至海面。在富钴结壳和多金属结核的开采过程中，矿石的收集方式基本相同，小粒径矿石顺着输送管道提升至海面或进入到集矿车的集矿箱中。在热液硫化物的开采中，加拿大鹦鹉螺矿业公司使用海底收集机完成，主采矿机破碎后的矿石由海底收集机制成矿浆，通过水力提升系统将矿石泵送至海面上。