随着新能源技术对钴、镍、锰等金属的需求剧增以及陆地矿产资源日益枯竭，深海矿产资源的开发与利用再次引起了世界主要工业国家与新兴工业国家以及一些国际大型企业的高度关注。将粗颗粒矿物从数千米的海底提升到水面是深海采矿需要解决的一个关键技术难题。目前针对这一难题已提出了多种技术方案，但现有的文献中只简单描述了这些技术方案的基本构成。根据商业开采的高产能高效率要求，中南大学的刘少军和佛山科学技术学院的康娅娟在《机械工程学报》2021年第20期发表了《深海采矿提升系统研究综述》一文。他们在这篇文章中分析阐释了机械、气力和水力式深海采矿矿物提升系统的技术原理、输送能力、系统效率及实施可行性。综合对比出适用于商业开采的提升方法，为深海采矿技术和装备的研发提供了参考和指导。
在考虑系统产能要求的前提下，他们从技术原理的角度对几种典型的深海采矿提升系统进行研究：缆斗式提升属于机械提升，其提升效率可达到85%以上，但对于大产能的商业可开采系统而言，在深海环境下，靠单个提升单元来实现将非常困难，而且，缆斗提升实际应用的最大问题，即作业过程中缆绳可能发生缠绕，尚未解决。气力提升法检验和维修相对方便，但在商业开采背景下系统矿物颗粒输送浓度只有3-4%，输送效率低于15%，需要大直径的管道，也会增加管道布放回收及整个采矿系统运行的成本和难度。水力提升系统矿物颗粒输送浓度在12-15%，输送效率可达40%以上，符合海上作业废水排放的环保要求，其基本水力性能已通过试验验证，但存在粗颗粒过流问题。
刘少军教授和康娅娟老师从多个方面对几种典型的深海采矿提升系统方案进行分析比较，分析结果表明，这些提升系统各有利弊，这也是这些系统方案都还一直被关注和研究的原因所在。对于大产能和高扬程的商业开采系统而言，离心泵水力提升系统更具有其优势。当然最终哪些方案更适宜更有生命力，需要通过实际商业开采的实践来检验和选择。
深海采矿管道输送中五种流态示意图
深海采矿正排量泵水力提升系统
正排量泵的工作原理
引用本文
康娅娟, 刘少军. 深海采矿提升系统研究综述[J]. 机械工程学报, 2021, 57(20): 232-243.
KANG Yajuan, LIU Shaojun. Summary of Research on Lifting System of Deep Sea Mining[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2021, 57(20): 232-243.
主创简介
刘少军（通信作者），1955年11月生，中南大学机电工程学院教授，博士生导师，日本名古屋中日联合培养博士；中国大洋协会“十五”深海技术发展项目首席科学家，国家社科基金重大项目“深海矿产规章制定与海洋强国研究”首席科学家，深圳市“国家级领军人才”；曾任中南大学研究生院副院长，现任中南大学深圳研究院常务副院长。深海矿产资源开发利用国家重点实验室副主任。研究专长：深海矿产资源勘探与开采技术及装备的研究、国际海底区域矿产资源开发制度究。在国内外期刊上发表论文200余篇，其中，SCI收录50余篇，EI收录100余篇，指博士硕士研究生100余人。获得奖项：国家科技进步奖；湖南省科技进步奖三等奖；军队科技进步奖三等奖；获“在国家中长期科学与技术发展规划战略研究中做出重要贡献”表彰；中国大洋协会周年“突出贡献奖”。
康娅娟（第一作者），1990年11生，毕业于中南大学，博士研究生，硕士生导师。任职于佛山科学技术学院–机电工程与自动化学院，主要开展深海采矿扬矿装备的研制与多相流数理建模及仿真等研究。在深海扬矿泵的设计，多相流模型的构建以及复杂流场内颗粒-流体耦合计算等方面取得了一定的研究成果。近年来，发表了论文SCI/EI 6篇，参与了包括国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目多项，主持了国家重点实验室开放基金重点项目1项，企业横向项目2项，校级高层次人才科研启动项目1项。
近两年团队发表文章
[1] Deng L W, Hu Q *, Chen J,Kang Y J，Liu S J. Particle distribution and motion in six‐stage centrifugal pump by means of slurry experiment and CFD‐DEM simulation.J.Mar.Sci.Eng.2021,9(7),716.(SCI)
[2]刘少军, 李渊文, 胡小舟. 基于DEM-CFD颗粒体积分数对深海扬矿电泵工作性能的影响[J]. 机械工程学报, 2020, v.56(10):273-280.
[3]刘少军, 文豪, 邹伟生,等. 深海扬矿泵磨损特性的两相流数值模拟预测[J]. 排灌机械工程学报, 2020, v.38;No.245(06):7-12.
[4]Kang Y J, Liu S J, Zou W S, et al. Design and analysis of an innovative deep-sea lifting motor pump[J]. Applied Ocean Research, 2019, 82: 22-31.
[5]Kang Y J, Liu S J, Zou W S, et al. Numerical investigation on pressure pulsation characteristics and radial force of a deep-sea electric lifting pump at off-design conditions [J]. Shock and Vibration. Shock and Vibration, 2019, 2019:1-16.
[6] 江俊鑫,刘少军, 胡小舟,等. 深海扬矿泵内固液两相流动模型研究[J]. 机械科学与技术, 2020, 039(001):10-15.
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[1] SHIRAYAMA Y, ITOH H, FUKUSHIMA T. Recent developments In environmental impact assessment with regard to mining of deep-sea mineral resources[M]. Deep-Sea Mining. New York: Springer International Publishing, 2017.
[2] SHARMA R. Deep-Sea Mining: Economic, technical, technological, and environmental considerations for sustainable development[J]. Marine Technology Society Journal, 2011, 45(5): 28-41.
[3] S.A. Schulte，Vertical transport methods for Deep Sea Mining[D]. Netherlands :Delft university of technology , 2013, 80-81.
[4] ZHOU Jiawei, CHANG long, et al. Comparison of three types of swirling generators in coarse particle pneumatic conveying using CFD-DEM simulation [J]. Powder Technology, 2016, 301:1309-1320.
编辑：金程 校对：张彤
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