深圳坪山，深圳市金航深海礦產(chǎn)開發(fā)集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱“金航集團(tuán)”）實(shí)驗(yàn)基地。一個(gè)長達(dá)20米的特制水柜，裝滿1.7米深的海水。鋪著淤泥的水柜底部，散落著大量模擬礦石。形似坦克的“金航一號(hào)”采礦機(jī)器人樣機(jī)行走其間，不時(shí)用前部的機(jī)械式采集頭將礦石收入囊中，再分揀出不同粒徑的碎石。

深海“淘金”，深圳率先布局。金航集團(tuán)10多年來聚焦深海智能采礦裝備研發(fā)制造、海底新能源金屬采礦運(yùn)營，通過整合海洋油氣、海工裝備等技術(shù)資源進(jìn)行集成創(chuàng)新，研發(fā)設(shè)計(jì)出涵蓋水面采礦船、礦石提升系統(tǒng)、海底采礦系統(tǒng)在內(nèi)的整套深海采礦裝備系統(tǒng)，為我國實(shí)現(xiàn)智能深海礦產(chǎn)資源開發(fā)提供支撐；同時(shí)，與深海資源勘探、環(huán)保、選冶加工等領(lǐng)域的龍頭企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)合作，助推海洋戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

機(jī)器人“礦工”潛入數(shù)千米海底作業(yè)

深邃廣袤的海底，蘊(yùn)藏著豐富資源。人類勘探發(fā)現(xiàn)，在4000至6000米深的大洋海床上，賦存著數(shù)萬億個(gè)形如土豆的多金屬結(jié)核礦石。它們富含的錳、鎳、銅、鈷等金屬，都是寶貴的戰(zhàn)略資源。

“我國資源對(duì)外依賴度高，深海礦產(chǎn)開發(fā)利用具有必要性。”金航集團(tuán)董事長唐新孝告訴記者，深海采礦須將賦存在數(shù)千米深海底的結(jié)核高效采集提升到海面，經(jīng)脫水后輸運(yùn)到陸地，涉及資源探采、海工裝備、海洋環(huán)境工程等多個(gè)領(lǐng)域，技術(shù)體系復(fù)雜。海底的巨大水壓、風(fēng)浪流復(fù)雜流場(chǎng)等各種嚴(yán)峻惡劣的極端環(huán)境，以及深海多金屬結(jié)核的特殊賦存狀態(tài)、特殊環(huán)境保護(hù)要求，都使得深海礦產(chǎn)開采、工藝裝備不能直接采用成熟的陸地采礦技術(shù)，且與海洋油氣開采存在明顯不同。

為此，金航集團(tuán)2009年成立以來，全球招攬優(yōu)秀專業(yè)人才，組建了一支國際化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展核心團(tuán)隊(duì)，同時(shí)通過集成創(chuàng)新、合作實(shí)驗(yàn)等多種方式，深耕深海開發(fā)高端裝備技術(shù)，成功研發(fā)設(shè)計(jì)出管道提升式深海采礦裝備系統(tǒng)。該系統(tǒng)由海底采集結(jié)核的深海采礦機(jī)器人、水面的采礦船，以及將采集到的結(jié)核從海底通過提升管輸送到水面采礦船上的提升系統(tǒng)三部分組成。

采礦機(jī)器人被業(yè)界視作采礦裝備系統(tǒng)中最復(fù)雜的關(guān)鍵設(shè)備。2022年，金航集團(tuán)研制出深海采礦機(jī)器人試驗(yàn)樣機(jī)“金航一號(hào)”。他們以此為測(cè)試平臺(tái)，開展采礦裝備系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)的試驗(yàn)和驗(yàn)證，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)是否符合預(yù)期。

“我們對(duì)子系統(tǒng)的試驗(yàn)有很多種，比如說采集頭，它是采礦機(jī)器人深海采礦的關(guān)鍵子系統(tǒng)。通過模擬海底采集試驗(yàn)，對(duì)比不同采集頭在不同速度下的采集率等參數(shù)，我們就可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。”金航集團(tuán)技術(shù)人員說。

“潛入5000米深的海底進(jìn)行采礦作業(yè)，機(jī)器人需要有更精準(zhǔn)的綜合導(dǎo)航定位能力、耐壓能力、智能控制和自主行駛能力。”金航集團(tuán)水下裝備總監(jiān)歐陽建軍介紹，該公司在采礦機(jī)器人中運(yùn)用了一系列前沿人工智能技術(shù)，確保機(jī)器人在各種海底環(huán)境下自如行走、自動(dòng)識(shí)別礦產(chǎn)的豐富程度、自動(dòng)調(diào)節(jié)行進(jìn)速度，并使機(jī)器人與提升管“親密配合”，使整個(gè)采礦工作處于能效比最優(yōu)的狀態(tài)。

同時(shí)，針對(duì)海底結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的采礦機(jī)器人，可大幅減少礦石收集過程中對(duì)海床的擾動(dòng)，減少對(duì)海洋環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)綠色開發(fā)。

“智慧大腦”讓深海采礦更高效

深海采礦作業(yè)，采礦船離海岸距離達(dá)2000公里以上。如果某一關(guān)鍵設(shè)備出現(xiàn)故障導(dǎo)致停產(chǎn)，而此時(shí)采礦船上沒有相應(yīng)備件供應(yīng)急搶修，即使第一時(shí)間通知供應(yīng)船飛速馳援，也至少需要3天。若設(shè)備加裝了傳感器等智能設(shè)備，后臺(tái)就能實(shí)時(shí)監(jiān)控、提前預(yù)判，從而提前備件，實(shí)現(xiàn)預(yù)知性維保，提高生產(chǎn)效率。

這種數(shù)字化智慧系統(tǒng)，金航集團(tuán)已經(jīng)將其融入整套采礦裝備中。研發(fā)人員采用大量最新成果，同時(shí)運(yùn)用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，將深海采礦系統(tǒng)集成為高度自動(dòng)化、少人化的作業(yè)系統(tǒng)，有助實(shí)現(xiàn)智能深海采礦商業(yè)化應(yīng)用。

“我們將通過數(shù)字孿生系統(tǒng)軟硬件組合，搭建可實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)全流程、實(shí)時(shí)感知采礦設(shè)備‘喜怒哀樂’的深海智慧采礦系統(tǒng)。”歐陽建軍表示，該智慧系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)組成，相當(dāng)于為深海采礦裝上“智能大腦”，以實(shí)現(xiàn)采礦作業(yè)的高度自治、智能診斷、預(yù)知性維修，從而確保采礦生產(chǎn)運(yùn)行的穩(wěn)定可靠，降低故障率，提高生產(chǎn)效率。

據(jù)了解，整套深海采礦裝備涉及大量的設(shè)備，上下游產(chǎn)業(yè)鏈長。金航集團(tuán)在研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)堅(jiān)持走國產(chǎn)化道路，希望帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展。“依托深海智慧采礦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)知性維修，在一定程度上能提升裝備國產(chǎn)化率。” 歐陽建軍表示，我國生產(chǎn)配套能力強(qiáng)，可以預(yù)留充足備件。

采礦船獲批邁出商業(yè)化重要一步

2022年海博會(huì)上，金航集團(tuán)完成的國內(nèi)首個(gè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的深海采礦船及立管設(shè)計(jì)，獲得世界五大船級(jí)社之一中國船級(jí)社頒發(fā)的原則性批準(zhǔn)證書。這意味著在率先實(shí)現(xiàn)深海礦產(chǎn)商業(yè)化開發(fā)的征程上，金航集團(tuán)邁出了極其重要而堅(jiān)實(shí)的一步。

深海采礦船是海上采礦生產(chǎn)的母船，也是深海礦物開采系統(tǒng)中最重要的水面支持系統(tǒng)。金航集團(tuán)設(shè)計(jì)的第一套采礦船全長200多米、寬40米，大小堪比輕型航母，年開采能力可達(dá)80萬噸礦石。

“通過集成創(chuàng)新，采礦船除了設(shè)計(jì)有完整的深海采礦系統(tǒng)、礦物提升系統(tǒng)等,還創(chuàng)新設(shè)計(jì)了礦物脫水系統(tǒng)、儲(chǔ)存轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)等。”歐陽建軍告訴記者，深海采礦的設(shè)計(jì)專業(yè)性很強(qiáng)，需要匯聚船舶建造、礦石開采、海洋工程等多個(gè)領(lǐng)域的人才，在設(shè)計(jì)過程中需要充分考慮海洋環(huán)境。某些技術(shù)應(yīng)用雖然已在陸地上非常成熟，但不能直接照搬到深海采礦的場(chǎng)景中。

目前，金航集團(tuán)的整套采礦裝備系統(tǒng)已完成兩輪設(shè)計(jì)，部分子系統(tǒng)完成了第三輪設(shè)計(jì)。金航集團(tuán)董事長唐新孝表示，隨著研發(fā)設(shè)計(jì)的不斷改進(jìn)和技術(shù)的日趨完善，采礦裝備的生產(chǎn)和商業(yè)化采礦指日可待，金航集團(tuán)希望成為國內(nèi)民營企業(yè)界進(jìn)行深海礦產(chǎn)資源開發(fā)的“吃蟹者”。