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TCAOE 40-2021 海底多金属结核采矿系统技术指南.pdf

水下提升系统满足以下要求： 一宜减少从底层提升到海面的海水量，避免尾水的环境影响； 尽可能减少海底多金属结核的破碎和粉化，以降低水面不可分离排入尾水中的细颗粒含量； 尾水排放宜选择羽流影响小的尾水排放方式： 尾水宜选择海底排放，禁止采用表层排放

5.4水面支持平台/船要求

HG/T 4527-2013 浆状和膏状碳酸钙海底多金属结核采矿系统水面支持平台/船宜满足《经1978年议定书修订的1973年国际防止 成污染公约》和《防止倾倒废物及其他物质污染海洋的公约》等要求

5. 5 转运系统要求

转运系统宜实现零排放或无污染排放。 主尾水泄漏，海底多金属结核资源暂有 支持平台/船转运时，宜实现无污染与零排放

5.6海上矿物加工系统要求

海上矿物加工系统宜满足以下要求： 宜采用环保达标的选治加工与综合利用技术，采用清洁能源和绿色药剂，采用海水作为工艺 水； 尾水零排放，尾矿需经处理达标后选择底层排放； 在排放点周围设置环境监测点。

以海底多金属结核资源节约高效利用和保护保全深海环境为约束条件，提高采矿效率，减小全生产 链条各环节成本。具体如下： 一一通过提高采集覆盖率和集矿机的采集效率，减少资源流失、降低单位能耗等方式提高采矿效 率；

控制整个流转过程运行方式，减少中间环节、简化流程，控制采矿的单位成本，获取采矿的 经济效益； 海底多金属结核采矿系统装备设计宜考虑设计寿命与矿区开发周期相适应，考虑循环利用 降低成本。

6.2海底多金属结核采矿系统采集率

采集率（C）取决于采集覆盖率（，）和集矿机采集效率（C.），按公式（1）计算采集率 过优化采矿规划，提高采集覆盖率（C，）和采矿机的采集效率（c）。

Ad Am C (3 0

海底多金属结核采矿系统的采集率宜不低于90%，提高系统采集率宜采取以下措施： 通过集矿机位置控制方法设计优化集矿采集规划； 保证系统具有精确的定位和导航； 提高海底集矿装置行走性能稳定性： 采集轨迹规划宜紧密相接，宜推荐集矿

6.3海底多金属结核采矿系统回采率

回采率（R）是衡量海底多金属结核采矿系统开采技术重要指标，取决于开采区块内多金属 石生产量（R。）和该区块估算的多金属结核矿石储量（R），按公式（4）计算回采率。、

R= Rc （4 RS

海底多金属结核开采回采率宜大于85%

6.4海底多金属结核采矿系统单位能耗

采矿系统均宜采取以下降耗技术与措施： 一在保证输运通畅前提下，提高海底多金属结核输运浓度； 一以连续转运结核方式设计水面平台，缩短平台上的物流流程，按照最简物流流程设计运输船 舶，规划运输方式。

6.5海底多金属结核采矿系统成本

益；宜按系统组成，利用以下措施降低系统成本： 海底集矿系统宜采用以下措施： · 设计高效能海底多金属结核采集方式，确保集矿机无空载运转； ·控制集矿机建造成本； ·设计满足采集率要求的集矿机采集规划，提高采矿经济性。 一一水下提升系统宜采用节能高效率运转方式，选取高效率水力提升系统经济性或高效能的水下 穿梭系统。 水面支持平台/船宜以连续、规模化转运海底多金属结核方式开展设计，缩短平台上的物流流 程，提高采矿系统运行经济性。 转运系统宜按照最简物流、转运流程设计运输船舶，规划运输方式

海底多金属结核采矿系统及其附属生产系统宜满足在复杂海洋环境条件下持续稳定作业的设计时 系统宜满足ISO9001，要求可参考GB5080.1的相关规定，具体如下： 采矿系统生命周期不小于20年； 采矿系统生存工况满足百年一遇的台风环境条件： 采矿系统全年平稳可靠工作时间大于280天： 海底集矿系统、水下提升系统和水面支持平台/船的联动宜通过数值模拟和模型试验的方式进 行验证； 采矿系统可实现水下易损部件能被快速拆装

7.2海底集矿系统可靠性

为保证海底集矿系统给定路线连续机动、适应地形变化、精准探测、结核采集、结核输运等任多 丸行能力的可靠性，宜采取以下措施： 一有足够的亢余空间，保证下料通畅，作业连续性和可靠性，并有备用易损部件； 一软管宜符合与压力、温度、侵蚀、腐蚀、老化、磨损、疲劳、几何约束和机械应变相关的设 计标准（如APIRP17B)或制造商标准，软管浮力配制满足一定结核矿石浓度变化要求； 一如采用采集机器人，宜具备对微地形、结核丰度以及结核粒径变化的适应性，保证采集顺畅 和高采集率，宜有足够数量的备用

7.3水下提升系统可靠性

7.3.1水力提升系统可靠性

水下提升系统如采用水力提升形式，系统的可靠性宜满足： 一水下提升系统设计宜避免管道堵塞； 输送立管设计，结构强度宜参考APIRP2RD、APIRP16Q、APISpec17J和APIRP1111标准要 求，在百年一遇环境下的安全系数宜大于1.5； 输送立管设计考虑载荷、腐蚀和磨损，满足系统寿命年限； 输送立管若存在涡激振动，宜设计减涡装置

7.3.2水下穿梭系统可靠性

水下提升系统如采用水下穿梭形式，系统的可靠性宜满足： 水下穿梭器的建造宜满足GB/T40073、中国船级社《潜水器系统和潜水器入级规范》、中国 船级社《潜水器检验指南》； 水下穿梭器的设计除了考虑设计参数（压力、温度、振动、操作和环境条件等），还应考虑 吊放操作不当及意外事故的影响

水面支持平台/船的可靠

水面支持平台/船可靠性宜满足： 水面支持平台/船符合入级规则和船旗国或担保国的相关国家法律； 水面支持平台/船作业、生存工况水平偏移位置宜满足相关设计标准要求，具有动力定位能力； 设计寿命不小于20年； 生存工况满足百年一遇台风环境条件； 提升系统如采用水下穿梭形式，水面支持平台/船航行设备的配备宜满足水下穿梭器设计航行 系统功能的需求，至少包括对水下穿梭器深度/高度、航向、速度、姿态、位置的控制，并能 实现避碰功能（ROV不适用）；水面支持平台/船宜满足GB/T37472： 水下提升系统如采用水下穿梭形式，水面支持平台/船定位通信的配备应能满足水下穿梭器在 水面回收时将自身位置信息发送给母船，降低水下穿梭器丢失的风险； 水面支持平台/船设计有转运货船靠泊时锚泊系统和防撞装置，并有船舶靠泊方案

转运系统包括海底多金属结核转运机械设备和转运货船等。转运系统可靠性宜通过以下措施保证 海底多金属结核转运机械设备宜符合工业设计标准，配备足够的机械保护，具有在转运过程 中间正常或紧急操作期间保护关键部件的能力，设计寿命不小于20年； 转运货船设计寿命不小于20年； 转运系统宜有备用海底多金属结核储存设施，保障海底多金属结核系统连续作业； 转运货船按照海上停留天数以及到港口的航行距离，储备足够的燃油储量。宜满足不少于预 计海上消耗加上7天的航行储备； 转运货船宜满足水面支持平台/船的靠泊方案要求，宜符合靠泊时装卸海底多金属结核工况稳 性的要求。

7.6海上矿物加工系统可靠性

海上矿物加工系统可靠性宜满足： 海上矿物加工系统设计寿命不小于20年：

采用管道输送、密闭性加工设备； 设备易于维修。

海底多金属结核采矿系统智能宜实现： 在海底多金属结核采集、输送、转运等方面智能化协同运行； 海底多金属结核采矿系统充分考虑利用信息技术、数据传输技术、电子传感技术、智能控制 技术以及计算机处理技术等先进技术手段

8.2海底多金属结核采矿系统的智能协同管控

海底多金属结核采矿系统的智能协同指以智能技术等为依托手段，为实现智能海底集矿、智能水下 升和智能转运三大系统的协同作业提供状态分析与决策支持。海底多金属结核采矿系统的智能协同宜 有以下能力： 一运维。 具有先进感知和场景再现能力，实时分析海底多金属结核采矿系统运行的健康程度，提供 整系统实时的运行状态评估信息： 基于大数据技术对海底多金属结核采矿系统运行状态的未来发展进行预测； · 基于历史数据和模型分析，为海底多金属结核采矿系统运行维护、故障点检测等提供依据 信息。 一一态势预警。 基于大数据技术、预测算法和模型分析手段，对海底多金属结核采矿系统运行状态的未来 发展态势进行在线预测，提供设备健康状态实时预报、预警信息； ·预警系统具有自检功能，即对自身的故障自动进行检测和报警（或指示），自检出故障时， 发出视觉和听觉报警信号。 海底集矿系统、水下提升系统、转运系统子系统的智能协同管控，合理路线规划，避免设备 发生碰撞，提高运营经济性。

8.3海底集矿系统智能要求

智能采集指利用人工智能、控制论、信息处理等技术，为海底集矿系统运行提供运行轨迹规划和作 能优化控制方法。海底多金属结核采矿系统的智能采集宜具备以下能力： 轨迹规划， · 根据海底多金属结核丰度、采集时间、采集能耗以及海底地形地貌环境等复杂约束条件， 以及海底集矿系统的作业能力，设计最优采集路径，进行采集过程运动轨迹规划： 根据实时数据进行在线优化针对智能采集过程的实时数据对轨迹进行实时修正，实现智能 化的在线快速轨迹优化的能力。 智能作业。 海底集矿系统根据不同的底质环境、海底多金属结核丰度、粒径以及微地形等工况匹配优 化采集作业单元的工作参数，提供在线的海底多金属结核结核采集效率与精准性的评估 结果：

具有在线感知、评估、学习与决策能力，优化迭代作业控制参数，提高作业精确性和采集 效能。

8.4水下提升系统智能要求

8.4.1水力提升系统

水下提升系统如采用水力提升，为海底多金属结核输送系统的内部正常流动和安全运行提供优化和 决策，宜具备以下能力： 输送状态智能判别与调控。 在线监测输送流速、压力、结核浓度及提升泵转速、提升效率等信息，并根据历史数据在 线学习，给出输送状态的智能诊断与预警； ·具有故障检查及应急处理等决策能力，保障泵管内部流动通畅。 一提升系统作业状态感知与预警。 宜具有水下提升系统位移、力学状态在线监测； 对关键部件工作状态进行判别和预测分析，快速给出调整策略和应对方案，并避免漏报警 和过报警。

8.4.2水下穿梭提升系统

水下提开系统如采用水下穿梭形式，智能要求宜具备以下能力： 具有水下穿梭器航向、航速、行走路线的智能控制和避碰控制能力： 多台水下穿梭器协同作业控制

8.5水面支持平台/船智能要求

水面支持平台/船的智能要求宜具备以下能力： 设有海底多金属结核采矿系统中央智能控制中心； 对海底集矿系统、水下提升系统、转运系统的工作状态进行智能监控，能够实现对集矿机和 水下转运系统装备在线智能远程控制； 具有智能接驳转运货船的能力； 智能回收、存储水下穿梭器输送的海底多金属结核： 具有应急响应、预警、报警的功能

8. 6 转运系统智能要求

海底多金属结核采矿系统智能转运系统指利用智能技术和手段，为船舶航行及结核转运过程提供价 快策，主要涵盖海底多金属结核智能转运和船舶智能航行两方面。宜具有以下能力 船舶智能航行满足中国船级社《智能船舶规范》（2020）和GB/T31024.1的相关要求； 船舶智能航行能够在不同航行场景和复杂环境条件下实现自主航行，同时可与无人码头柔性 衔接； 转运系统宜具有智能规划存储路径能力： 转运系统支持大数据存储与分析功能，以智能路径规划技术为手段，实现从海底多金属结核 装载、航运、进港、停靠、无人接驳到空载返航等全链条的无人调度、管理和控制，可按需 进行模型、算法迭代更新，提高转运效率和运输安全性

海底多金属结核采矿系统安全性宜满足： 生产开采过程满足对人、环境和装备系统的安全性要求； 宜符合IS031000、《国际海上人命安全公约》和《经1978年议定书修订的1973年国际防止 船舶造成污染公约》、《防止倾倒废物及其他物质污染海洋的公约》相关国际规则和标准。

9. 2 安全应急计划

根据国际海底管理局相关规定制定应急计划，应急计划宜满足： 按照良好行业做法和相关规章、标准及准则编写； 应急计划宜包括以下内容： 与国际海底管理局、沿海国、其他主管国际组织、应急组织密切合作的流程； 控制事故风险的总体目标和具体安排； 遵守相关规范、标准和协议： 应急设备、安全管理系统和环境管理系统详情； 对所有可预见事故的说明、事故可能性和后果评估及相关控制措施； 水面支持平台/船上人员安全逃生、撤离和获救安排说明； 发生事故时，控制系统维修和海洋环境监测的安排详情： 已知可能对系统设备或作业造成影响的海洋环境条件详情； 有关防止可能会对海洋环境造成严重损害事故的信息和措施： 污染危害评估和防止或减少污染危害的措施： 海底多金属结核矿区排放评估，以及控制矿区排放的措施； 人员培训方案详情，对计划执行情况监测工作的说明； 有其他危害/有害物质存在详情； 水面支持平台/船正常作业导致漏油、泄漏等可能性评估

9.3海底多金属结核采矿系统及设备安全

海底多金属结核采矿系统及设备安全，宜从以下方面考虑： 海底多金属结核采矿系统及设备的设计应考虑其所在区域的环境、操作和测试负荷； 海底多金属结核采矿系统有安全巡检设备，掌握设备运行状况及周围环境的变化，发现设施 缺陷和危及安全的隐患，具有维修预案、措施，保证设备的安全和系统稳定； 设备结构配有机械保护，在正常或紧急操作期间保护关键部件； 水下设备以及各种电气设施、装置，应首先检查、确保电气设施、装备已达正常运转条件， 且有有水下电气保护和报警装置： 水下设备超出工作范围，具有报警及安全防丢失的功能； 水下穿梭器任何单一部件的损坏不致造成整个系统处于危险状态； 海底多金属结核采矿系统能源设备安全应符合相关安全规范： 系统转运装备宜根据水面支持平台/船舶可能发生的最大横倾角时的移动力以及风压和浪击的 影响，确定绑扎加固方案： 转运设备如采用散货船宜满足《国际海运固体散货（IMSBC）规则》设计要求； 台风环境下，水面支持平台/船有预先撤离方案。

DB41T 1642-2018 桥架型起重机再制造毛坯无损检测要求9.4海底多金属结核采矿过程作业安全

海底多金属结核采矿作业过程宜采取以下措施保证安全： 在海底多金属结核采矿区域附近设置安全区： 应对安全作业预评价，作业过程应有相应作业规程； 系统开发作业过程中有定期安全巡检记录， 确保系统安全巡检机构定期评价监测方案的准确性和有效性： 在大型采矿设备的吊装下水现场，宜设置水面守护船以便监测预警并处理安全事故： 海底多金属结核采矿过程宜制定物料管理制度和危险品安全管理责任制度： 海底多金属结核采矿作业人员上岗前必须具备必要的经验、培训和资质，能够安全地、称职 地按照国际海底管理局勘探和开发规章履行职责，参与海底多金属结核的采矿人员了解其工 作可能产生的职业和环境风险，具有处理作业风险能力； 从事与水下作业有关的设备、系统、工具和水下结构设施的电气安装、改造和维修的人员宜 是精通电气操作程序，通晓水下工程实践的危险及问题，持有相关机构的认可的资格证书 且熟悉国际相关海底采矿作业安全规定的专业人员。

9.5海底多金属结核采矿过程环境安全

QZWY 0002S-2015 云南知味园食品有限公司 糯米酒（发酵酒）9.6海底多金属结核采矿作业工程人员应急撤离

海底多金属结核采矿作业工程人员应急撤离宜满足： 海底多金属结核采矿系统有单独电路系统提供紧急报警： 系统在水面支持平台/船中央控制站应设置显示被测处所的危险状况的视听报警信号： 通用紧急报警系统在中央控制中心、消防控制站等处所进行监控： 系统中央控制站内配备一定的人员或设备，以保证该系统发出的任何报警能被负责值守的人 员收到； 供探测系统所使用的电源不少于两套，其中一套为应急电源； 宜定期对系统进行维护和保养以防系统失效； 系统水面支持平台/船宜备有符合国际海底管理局要求的应急操作程序，并通过撤离分析对脱 险通道的适用性进行评估； 水面平台上人工作的处所宜设有两个彼此远离的、安全的和无障碍的脱险通道至应急集合站 或其他撤离的地点，脱险通道的设计宜考虑到在任何一个地点发生事故时，至少一个脱险通 道不遭破坏； 系统水面支持平台/船上应设有能容纳平台总人数的应急集合站，该集合站应设在被保护的位 置上，并接近救生艇、筱存放的地点； 所有人员工作和体息的地方宜有应急照明

一沿脱险通道宜设有足够数量的显示标志