深圳坪山，深圳市金航深海礦產(chǎn)開發(fā)集團有限公司（簡稱“金航集團”）實驗基地。一個長達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”采礦機器人樣機行走其間，不時用前部的機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營，通過整合海洋油氣、海工裝備等技術(shù)資源進行集成創(chuàng)新，研發(fā)設計出涵蓋水面采礦船、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)，為我國實現(xiàn)智能深海礦產(chǎn)資源開發(fā)提供支撐；同時，與深海資源勘探、環(huán)保、選冶加工等領(lǐng)域的龍頭企業(yè)及科研機構(gòu)合作，助推海洋戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

機器人“礦工”潛入數(shù)千米海底作業(yè)

深邃廣袤的海底，蘊藏著豐富資源。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。

“我國資源對外依賴度高，深海礦產(chǎn)開發(fā)利用具有必要性。”金航集團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)脫水后輸運到陸地，涉及資源探采、海工裝備、海洋環(huán)境工程等多個領(lǐng)域，技術(shù)體系復雜。海底的巨大水壓、風浪流復雜流場等各種嚴峻惡劣的極端環(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)展核心團隊，同時通過集成創(chuàng)新、合作實驗等多種方式，深耕深海開發(fā)高端裝備技術(shù)，成功研發(fā)設計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。

采礦機器人被業(yè)界視作采礦裝備系統(tǒng)中最復雜的關(guān)鍵設備。2022年，金航集團研制出深海采礦機器人試驗樣機“金航一號”。他們以此為測試平臺，開展采礦裝備系統(tǒng)各個子系統(tǒng)的試驗和驗證，以驗證設計參數(shù)是否符合預期。

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

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

同時，針對海底結(jié)構(gòu)特點而設計的采礦機器人，可大幅減少礦石收集過程中對海床的擾動，減少對海洋環(huán)境的影響，實現(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2000公里以上。如果某一關(guān)鍵設備出現(xiàn)故障導致停產(chǎn)，而此時采礦船上沒有相應備件供應急搶修，即使第一時間通知供應船飛速馳援，也至少需要3天。若設備加裝了傳感器等智能設備，后臺就能實時監(jiān)控、提前預判，從而提前備件，實現(xiàn)預知性維保，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，同時運用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，將深海采礦系統(tǒng)集成為高度自動化、少人化的作業(yè)系統(tǒng)，有助實現(xiàn)智能深海采礦商業(yè)化應用。

“我們將通過數(shù)字孿生系統(tǒng)軟硬件組合，搭建可實時監(jiān)控生產(chǎn)全流程、實時感知采礦設備‘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)由多個子系統(tǒng)組成，相當于為深海采礦裝上“智能大腦”，以實現(xiàn)采礦作業(yè)的高度自治、智能診斷、預知性維修，從而確保采礦生產(chǎn)運行的穩(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備，上下游產(chǎn)業(yè)鏈長。金航集團在研發(fā)設計時堅持走國產(chǎn)化道路，希望帶動整個產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展。“依托深海智慧采礦系統(tǒng)實現(xiàn)預知性維修，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，可以預留充足備件。

采礦船獲批邁出商業(yè)化重要一步

2022年海博會上，金航集團完成的國內(nèi)首個擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的深海采礦船及立管設計，獲得世界五大船級社之一中國船級社頒發(fā)的原則性批準證書。這意味著在率先實現(xiàn)深海礦產(chǎn)商業(yè)化開發(fā)的征程上，金航集團邁出了極其重要而堅實的一步。

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)。金航集團設計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80萬噸礦石。

“通過集成創(chuàng)新，采礦船除了設計有完整的深海采礦系統(tǒng)、礦物提升系統(tǒng)等,還創(chuàng)新設計了礦物脫水系統(tǒng)、儲存轉(zhuǎn)運系統(tǒng)等。”歐陽建軍告訴記者，深海采礦的設計專業(yè)性很強，需要匯聚船舶建造、礦石開采、海洋工程等多個領(lǐng)域的人才，在設計過程中需要充分考慮海洋環(huán)境。某些技術(shù)應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景中。

目前，金航集團的整套采礦裝備系統(tǒng)已完成兩輪設計，部分子系統(tǒng)完成了第三輪設計。金航集團董事長唐新孝表示，隨著研發(fā)設計的不斷改進和技術(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，金航集團希望成為國內(nèi)民營企業(yè)界進行深海礦產(chǎn)資源開發(fā)的“吃蟹者”。