摘要

海底蕴藏丰富的矿产资源，深海资源的勘探和开发是采矿工程和海洋工程的重点。基于此，本文综述了深海岩石力学、装备及挑战的历史、现状以及展望。文章首先介绍了深海采矿的意义，深海矿产资源的类型和地理分布。针对多金属结核、多金属硫化物及富钴结壳等三类主要深海矿岩与陆地岩石，进行了含水量、含盐量、水压和动力载荷等多场耦合因素下的海底矿岩力学特性、断裂机制与破坏过程的分析。其次，在深海采矿装备方面，文章回顾了近70年来深海采矿系统主要类型及特点，指出管道提升采矿系统是未来发展方向，并对比分析了液力输送和气力输送的管道提升模式。针对不同矿物类型，解析了收集、破碎、剥离等不同采集方式下的海底矿物采集系统。此外，本文总结了海底采矿车行走机构、控制系统、结构类型及其优缺点。同时也全面描述了深海采矿船、动态定位、升降补偿、布放回收、矿物处理及存储转运相关的水面支持系统。最后，本文从国际法律框架、环境保护、经济学、多学科交叉和海洋岩石力学五个方面指出了深海采矿所面临的挑战，并对深海采矿研究方向、技术发展及商业开采进行了展望。

本文亮点

“向地球深部进军”已成为世界大国关注与竞争的新特征、新趋势。深海探测与资源开发的战略方向，成为科技领域极具挑战性和引领性的高科技重要支点。对深部海洋资源的认知与合理开发，是保障重要资源和战略价值安全、实现海洋经济高质量发展的重要举措。海洋强国战略的实施，离不开深海进入、深海探测、深海开发等方面关键技术的创新突破。针对深海矿产资源开发方面，本文综述了深海采矿岩石力学、采矿装备和技术挑战等方面的发展历程与未来展望。

取得的主要成果如下：

• 系统回顾了70年来深海采矿岩石力学、技术装备及面临挑战，展望了深海采矿技术的发展需要资本市场、科学技术进步和多学科交叉等多方面共同推进。

• 总结了深海岩石力学所涉及的含水量、含盐量、水压和动力载荷等多场耦合因素对海底矿岩的断裂机制与破坏过程的影响规律。

• 阐述了深海采矿系统的关键技术，囊括了三类主要深海矿产资源的不同收集方式、矿车行走、液力输送、矿物处理、储存转移和水面支持等全生命生产运营周期。

文章整体逻辑框架

三类深海矿产资源分布及典型开采系统

（图文：刘增辉审核：白建波）

关闭