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我國(guó)開(kāi)發(fā)出由硬質(zhì)合金和金剛石制成的深海礦產(chǎn)利器

發(fā)布日期:2015-06-18  瀏覽次數(shù):   文章來(lái)源:銳石公司

導(dǎo)讀: 據(jù)央視報(bào)道,日前,我國(guó)自主研發(fā)的海底60米多用途鉆機(jī)海牛號(hào)日前在南海深海海試成功,返回廈門港。此次海試首次實(shí)現(xiàn)了在水深超過(guò)30
        據(jù)央視報(bào)道,日前,我國(guó)自主研發(fā)的海底60米多用途鉆機(jī)“海牛”號(hào)日前在南海深海海試成功,返回廈門港。此次海試首次實(shí)現(xiàn)了在水深超過(guò)3000米的深海海底,對(duì)海床進(jìn)行60米鉆探,標(biāo)志著我國(guó)具備了深水海底取樣的能力,我國(guó)成為繼美國(guó)、德國(guó)、澳大利亞之后第四個(gè)掌握此項(xiàng)技術(shù)的國(guó)家。
  
  6月10日,我國(guó)首臺(tái)重型裝備海底60米多用途鉆機(jī)“海牛”號(hào),隨著“海大”號(hào)科考船駛離汕頭港,進(jìn)入我國(guó)南海海域進(jìn)行深海測(cè)試。
  
  鉆探是礦產(chǎn)資源勘探的最后一步,也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)鉆探取樣分析,可以確定礦藏儲(chǔ)量、品位和埋藏形態(tài),為日后開(kāi)采勾勒出一幅“藏寶圖”。
  
  湖南科技大學(xué)海洋礦產(chǎn)資源探采裝備與技術(shù)湖南省工程實(shí)驗(yàn)室主任萬(wàn)步炎帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì),承擔(dān)的“海底60米多用途鉆機(jī)系統(tǒng)技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究”,就是要研制成功可搭載于普通科考船,在3000米海水深處往地底下“鉆”60米的鉆機(jī)。
  
  在深海鉆機(jī)研制領(lǐng)域,50米是道坎兒。哪個(gè)國(guó)家擁有超過(guò)50米的深海鉆孔深度的裝備,就擁有了國(guó)際先進(jìn)的深海鉆探能力,能勘探到更大埋深的海底礦產(chǎn)資源。更關(guān)鍵的是,根據(jù)聯(lián)合國(guó)規(guī)定,公海礦產(chǎn)資源,遵循誰(shuí)有能力先勘探,誰(shuí)就具有優(yōu)先開(kāi)發(fā)權(quán)的規(guī)則。“海牛”號(hào)就是這樣的利器,換言之,“海牛”的海試成功,讓我國(guó)在搶占公海礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)權(quán)上多了一分技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
  
  據(jù)悉,“海牛”號(hào)腰圍十米,如果站直了有6米高,重量?jī)H為8.3噸,“海牛”號(hào)在制造時(shí)經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的抗壓試驗(yàn)。在水深大約3000米的海底,一個(gè)指甲蓋大小的面積,就要承受300公斤的壓力。
  
  “海牛”的武器是身上的24根鉆桿,每根2.5米長(zhǎng),像左輪手槍的子彈一樣排列在圓盤之上。圓盤旋轉(zhuǎn),機(jī)械手取桿上膛,鉆進(jìn)巖層,然后再接入下一根鉆桿。“海牛”號(hào)接卸鉆桿的速度非??欤蟾判枰獌煞菸迨嗝?,而國(guó)外的鉆機(jī)大概需要好幾分鐘甚至十幾分鐘。
  
  鉆頭相當(dāng)于“海牛”的犄角,由金剛石和硬質(zhì)合金制成。科研人員為海牛設(shè)計(jì)了3種類型的鉆頭,一種專門針對(duì)硬巖地層,一種針對(duì)沉積巖軟巖地層,還有一種是根據(jù)需要全面鉆進(jìn)不取(巖)芯的鉆頭。
  
  “海牛”號(hào)在3000米深的海底“刨地犁地”10個(gè)小時(shí)候,終于觸及60米深的深度。“海牛”出水后,科研人員卸下從深海不同底層取出的樣本,除了礦藏,還能告訴人們海洋發(fā)生事件的時(shí)間序列。
  
  “海牛”號(hào)不僅可以用來(lái)鉆孔取芯,還可以原位探測(cè)巖石的電阻率、孔隙率,以及給孔內(nèi)周邊巖石拍照等。同時(shí),研發(fā)團(tuán)隊(duì)完全自主研發(fā)的“繩索取芯”關(guān)鍵技術(shù),使打60米孔由以前的4天~5天縮短為現(xiàn)在的20多小時(shí),大大提高了作業(yè)效率。
  
  經(jīng)過(guò)隨船專家確認(rèn),由湖南科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院海洋研究所、和廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局共同研制開(kāi)發(fā)的“海底60米多用途鉆機(jī)”深海試驗(yàn)成功。
  
  這次海試成功,也標(biāo)志著我們國(guó)家自主具備了深水海底取樣能力,并在此領(lǐng)域超越俄羅斯和日本等國(guó),達(dá)到世界先進(jìn)水平。這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用將極大提高我國(guó)深海海洋地質(zhì)科學(xué)水平以及巖土工程技術(shù)水平的提高。
  
  “海底60米多用途鉆機(jī)系統(tǒng)技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究”是我國(guó)863計(jì)劃海洋技術(shù)領(lǐng)域主題項(xiàng)目中,湖南科技大學(xué)擔(dān)任主持單位,該校獨(dú)立自主研制了“海底60米多用途鉆機(jī)”“海牛號(hào)”。今年1月中旬,項(xiàng)目的海上試驗(yàn)大綱已通過(guò)專家組評(píng)審。
  
  5月22日,“海牛”號(hào)在廈門近海4號(hào)錨地首次試水,實(shí)現(xiàn)了海上鉆機(jī)下放和著底、姿態(tài)調(diào)平、海底原位探測(cè)、鉆機(jī)回收等測(cè)試,通訊、控制等各系統(tǒng)運(yùn)行正常,試驗(yàn)數(shù)據(jù)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期效果。
  
  海底60米多用途鉆機(jī)是國(guó)內(nèi)首次研制,缺乏相應(yīng)的海上試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和協(xié)同保障條件,因此海試必須按照“由淺入深、安全第一”的原則進(jìn)行。此次海試主要包括海底60米多用途鉆機(jī)本體、海底原位探測(cè)儀、甲板控制與配電系統(tǒng)、移動(dòng)式海底鉆機(jī)配套收放系統(tǒng)、支持母船等內(nèi)容,為深海試驗(yàn)積累了經(jīng)驗(yàn),達(dá)到了試驗(yàn)?zāi)康摹?/div>
  
  可勘探可燃冰
  
  萬(wàn)步炎是我國(guó)第一臺(tái)深海淺地層巖心取樣鉆機(jī)的發(fā)明人,2003年,鉆探深度只有0.7米,但那是中國(guó)人深海鉆探邁出的第一步;2007年,他和他的團(tuán)隊(duì)研制出2米深海鉆機(jī);2010年,研制出20米深海鉆機(jī);到2014年,我國(guó)的多條海洋科考船都配備了萬(wàn)步炎團(tuán)隊(duì)所發(fā)明的專利設(shè)備,并利用它在各大海洋鉆了1000多個(gè)勘探孔,成為全球深海鉆機(jī)海上應(yīng)用之最。
  
  現(xiàn)在,萬(wàn)步炎團(tuán)隊(duì)再次研發(fā)出達(dá)世界先進(jìn)水平的60米海底深孔巖心鉆機(jī)。
  
  鉆探深度從20米到60米,看起來(lái)只有短短的40米,但這不是普通的40米,而是在海水深度3000米以下的40米。
  
  萬(wàn)步炎表示,鉆探深度的增加,就必然會(huì)帶來(lái)鉆機(jī)裝備重量的增加,對(duì)一艘普通科考船來(lái)說(shuō),海上作業(yè)難度隨之增加。如何在設(shè)計(jì)上進(jìn)行“輕量化”處理很關(guān)鍵。
  
  無(wú)論是相較其他三個(gè)國(guó)家研制出的50米以深深海鉆機(jī),還是相較自己研制并在我國(guó)已投入使用的20米深海鉆機(jī),“海牛”都是有幾個(gè)“牛”點(diǎn)的:
  
  “操控”牛。萬(wàn)步炎團(tuán)隊(duì)在裝備的操作軟件上,花了很大的功夫。現(xiàn)在,“海牛”整機(jī)自動(dòng)控制水平較高,基本上可以做到傻瓜式操作。這樣一來(lái),對(duì)操作工人的技能培訓(xùn)要求就很低了。
  
  “體重”牛。整機(jī)的重量?jī)H為8.3噸,而國(guó)外超過(guò)50米深度的鉆機(jī),重量都在10噸以上,而節(jié)省的重量意味著“海牛”具備更大的發(fā)展?jié)摿Α?/div>
  
  “功能”牛。“海牛”不僅可以用來(lái)鉆孔取芯,即鉆取巖心送到實(shí)驗(yàn)室檢測(cè),還可以原位探測(cè)巖石的電阻率、孔隙率,以及給孔內(nèi)周邊巖石拍照等。原位探測(cè),其結(jié)果較取芯送實(shí)驗(yàn)室測(cè)試更為準(zhǔn)確。“海牛”不僅可鉆硬巖還可以用來(lái)鉆取稀軟的海底沉積物。
  
  “效率”牛。萬(wàn)步炎感到最為自豪的,是團(tuán)隊(duì)完全自主研發(fā)的“繩索取芯”關(guān)鍵技術(shù)。同樣打60米孔,以前需要4—5天時(shí)間,現(xiàn)在可縮短為20多小時(shí),大大提高了作業(yè)效率。
  
  “價(jià)格”牛。一旦“海牛”海試通過(guò),這樣的國(guó)產(chǎn)化裝備,價(jià)格就可以比進(jìn)口設(shè)備降低一半至2/3。
  
  在800米到2000多米深度的海底層,它的深度壓力,最適合天然氣水合物形成與水的結(jié)合體——海洋礦產(chǎn)資源開(kāi)采熱點(diǎn)物質(zhì)“可燃冰”。
  
  不難想象,特殊的海水深度與壓力,讓可燃冰有了“冰”的狀態(tài)??扇急坏╇x開(kāi)了這個(gè)海水深度,就會(huì)變成氣體而不以“冰”態(tài)存在了。因此普通的深海鉆機(jī)是無(wú)法取樣這樣的物質(zhì)的。唯一的辦法,就是保持同等壓力的狀態(tài)下,將可燃冰取出。這就需要“保壓取芯勘探系統(tǒng)”的研制。
  
  這種裝備的研制,正是萬(wàn)步炎想要做的一個(gè)突破性工作。3月,他計(jì)劃申請(qǐng)的“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃優(yōu)先啟動(dòng)的重點(diǎn)研發(fā)任務(wù)“保壓取芯勘探系統(tǒng)研制與應(yīng)用示范”,通過(guò)了湖南科技大學(xué)的專家組論證。萬(wàn)步炎團(tuán)隊(duì)擬研制具保壓取芯能力的海底鉆機(jī)系統(tǒng),預(yù)計(jì)最大鉆進(jìn)深度能力將達(dá)到220米,可充分滿足可燃冰勘探需求。
  
  萬(wàn)步炎介紹,迄今為止,世界上最先進(jìn)的海底鉆機(jī)的最大鉆孔深度能力僅為200米,而海底鉆機(jī)的保壓取芯能力在世界范圍內(nèi)也沒(méi)有完全成功。如果能夠研制成功,將這種海底保壓鉆機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用于我國(guó)南?;驏|海可燃冰取樣,無(wú)疑是我國(guó)可燃冰勘探的巨大成就與進(jìn)展,將有力推動(dòng)我國(guó)可燃冰勘探事業(yè)與技術(shù)發(fā)展。
  
  “我們至少需要兩個(gè)突破,一個(gè)是從60米到220米的鉆孔深度的突破,一個(gè)是海底保壓取芯技術(shù)的突破。”萬(wàn)步炎說(shuō)。

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原料:礬土生礦石
設(shè)備:礬土窯、冶煉爐、制砂生產(chǎn)線、磁選設(shè)備、磨粉機(jī)、化驗(yàn)設(shè)備
成品:耐火原料和磨料兩個(gè)系列
規(guī)格:骨料:0-1,1-3,3-5,5-8
磨料:F12-F1200
原理:生礬土礦經(jīng)過(guò)礬土窯燒制為熟礬土,經(jīng)過(guò)電弧爐通電冶煉成為剛玉原塊,再經(jīng)破碎設(shè)備破碎制成砂子,通過(guò)磨粉機(jī)和磁選設(shè)備進(jìn)行成品加工。