深圳坪山，深圳市金航深海矿产开发集团有限公司（简称“金航集团”）实验基地。一个长达20米的特制水柜，装满1.7米深的海水。铺着淤泥的水柜底部，散落着大量模拟矿石。形似坦克的“金航一号”采矿机器人样机行走其间，不时用前部的机械式采集头将矿石收入囊中，再分拣出不同粒径的碎石。

深海“淘金”，深圳率先布局。金航集团10多年来聚焦深海智能采矿装备研发制造、海底新能源金属采矿运营，通过整合海洋油气、海工装备等技术资源进行集成创新，研发设计出涵盖水面采矿船、矿石提升系统、海底采矿系统在内的整套深海采矿装备系统，为我国实现智能深海矿产资源开发提供支撑；同时，与深海资源勘探、环保、选冶加工等领域的龙头企业及科研机构合作，助推海洋战略性新兴产业发展。

机器人“矿工”潜入数千米海底作业


【资料图】

深邃广袤的海底，蕴藏着丰富资源。人类勘探发现，在4000至6000米深的大洋海床上，赋存着数万亿个形如土豆的多金属结核矿石。它们富含的锰、镍、铜、钴等金属，都是宝贵的战略资源。

“我国资源对外依赖度高，深海矿产开发利用具有必要性。”金航集团董事长唐新孝告诉记者，深海采矿须将赋存在数千米深海底的结核高效采集提升到海面，经脱水后输运到陆地，涉及资源探采、海工装备、海洋环境工程等多个领域，技术体系复杂。海底的巨大水压、风浪流复杂流场等各种严峻恶劣的极端环境，以及深海多金属结核的特殊赋存状态、特殊环境保护要求，都使得深海矿产开采、工艺装备不能直接采用成熟的陆地采矿技术，且与海洋油气开采存在明显不同。

为此，金航集团2009年成立以来，全球招揽优秀专业人才，组建了一支国际化产业化发展核心团队，同时通过集成创新、合作实验等多种方式，深耕深海开发高端装备技术，成功研发设计出管道提升式深海采矿装备系统。该系统由海底采集结核的深海采矿机器人、水面的采矿船，以及将采集到的结核从海底通过提升管输送到水面采矿船上的提升系统三部分组成。

采矿机器人被业界视作采矿装备系统中最复杂的关键设备。2022年，金航集团研制出深海采矿机器人试验样机“金航一号”。他们以此为测试平台，开展采矿装备系统各个子系统的试验和验证，以验证设计参数是否符合预期。

“我们对子系统的试验有很多种，比如说采集头，它是采矿机器人深海采矿的关键子系统。通过模拟海底采集试验，对比不同采集头在不同速度下的采集率等参数，我们就可以实现优化设计。”金航集团技术人员说。

“潜入5000米深的海底进行采矿作业，机器人需要有更精准的综合导航定位能力、耐压能力、智能控制和自主行驶能力。”金航集团水下装备总监欧阳建军介绍，该公司在采矿机器人中运用了一系列前沿人工智能技术，确保机器人在各种海底环境下自如行走、自动识别矿产的丰富程度、自动调节行进速度，并使机器人与提升管“亲密配合”，使整个采矿工作处于能效比最优的状态。

同时，针对海底结构特点而设计的采矿机器人，可大幅减少矿石收集过程中对海床的扰动，减少对海洋环境的影响，实现绿色开发。

“智慧大脑”让深海采矿更高效

深海采矿作业，采矿船离海岸距离达2000公里以上。如果某一关键设备出现故障导致停产，而此时采矿船上没有相应备件供应急抢修，即使第一时间通知供应船飞速驰援，也至少需要3天。若设备加装了传感器等智能设备，后台就能实时监控、提前预判，从而提前备件，实现预知性维保，提高生产效率。

这种数字化智慧系统，金航集团已经将其融入整套采矿装备中。研发人员采用大量最新成果，同时运用大数据、人工智能等技术，将深海采矿系统集成为高度自动化、少人化的作业系统，有助实现智能深海采矿商业化应用。

“我们将通过数字孪生系统软硬件组合，搭建可实时监控生产全流程、实时感知采矿设备‘喜怒哀乐’的深海智慧采矿系统。”欧阳建军表示，该智慧系统由多个子系统组成，相当于为深海采矿装上“智能大脑”，以实现采矿作业的高度自治、智能诊断、预知性维修，从而确保采矿生产运行的稳定可靠，降低故障率，提高生产效率。

据了解，整套深海采矿装备涉及大量的设备，上下游产业链长。金航集团在研发设计时坚持走国产化道路，希望带动整个产业集群的发展。“依托深海智慧采矿系统实现预知性维修，在一定程度上能提升装备国产化率。” 欧阳建军表示，我国生产配套能力强，可以预留充足备件。

采矿船获批迈出商业化重要一步

2022年海博会上，金航集团完成的国内首个拥有自主知识产权的深海采矿船及立管设计，获得世界五大船级社之一中国船级社颁发的原则性批准证书。这意味着在率先实现深海矿产商业化开发的征程上，金航集团迈出了极其重要而坚实的一步。

深海采矿船是海上采矿生产的母船，也是深海矿物开采系统中最重要的水面支持系统。金航集团设计的第一套采矿船全长200多米、宽40米，大小堪比轻型航母，年开采能力可达80万吨矿石。

“通过集成创新，采矿船除了设计有完整的深海采矿系统、矿物提升系统等,还创新设计了矿物脱水系统、储存转运系统等。”欧阳建军告诉记者，深海采矿的设计专业性很强，需要汇聚船舶建造、矿石开采、海洋工程等多个领域的人才，在设计过程中需要充分考虑海洋环境。某些技术应用虽然已在陆地上非常成熟，但不能直接照搬到深海采矿的场景中。

目前，金航集团的整套采矿装备系统已完成两轮设计，部分子系统完成了第三轮设计。金航集团董事长唐新孝表示，随着研发设计的不断改进和技术的日趋完善，采矿装备的生产和商业化采矿指日可待，金航集团希望成为国内民营企业界进行深海矿产资源开发的“吃蟹者”。

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