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海洋中的油、氣等能源蘊(yùn)含量十分豐富,人們也在不斷的對(duì)海洋能源進(jìn)行勘探,并經(jīng)歷了由淺水到深水和技術(shù)的簡(jiǎn)易到復(fù)雜的發(fā)展歷程。
1.1世界海洋能源含量
據(jù)數(shù)據(jù)顯示,全球所有海洋中的石油總資源量占到了全球石油總資源量的35%,但由于技術(shù)有限和開采環(huán)境的限制,目前,可開采率僅為總資源量的29%,開采技術(shù)和勘探技術(shù)有待提高。《油氣雜志》中對(duì)世界的海洋能源進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),數(shù)據(jù)顯示,目前,全球已進(jìn)行勘探的石油儲(chǔ)量約為2000億噸,天然氣儲(chǔ)量約為200萬(wàn)億立方米,其中,海洋中的石油資源量約為1700億噸,天然氣儲(chǔ)量?jī)?chǔ)量為160萬(wàn)億噸。
1.2世界海洋能源分布
海洋中的能源主要分布在大陸架,且含量豐富,約占全球海洋總資源量的65%,其中,大陸的深水和海底的能源最為豐富,可以占到總資源量的35%左右。但在已勘探開發(fā)的能源中,淺水區(qū)仍然占有主要地位。隨著海洋石油勘探技術(shù)的不斷發(fā)展和更新,現(xiàn)已開始向深海區(qū)邁進(jìn)。我國(guó)現(xiàn)規(guī)定的海洋分類主要有淺海、深海、超深海三種,其中,500m以下的屬于淺海類,500m以上的屬于深海類,1500m以上的屬于超深海類。截至目前,全球經(jīng)過(guò)勘探已知的含量中:深海類為42%,淺海類為32%,陸地為26%。
1.3世界海洋石油產(chǎn)量
在全世界的海洋石油勘探中,北海區(qū)域的石油開采量呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì),且始終位列全世界海洋石油開采量之首。另外,波斯灣的石油產(chǎn)量最多,基本保持在3~4億噸,墨西哥灣、巴西等區(qū)域的石油產(chǎn)量也呈逐年遞增的趨勢(shì),年均增長(zhǎng)幅度約為6%,且墨西哥灣的前景最為廣闊,有望在未來(lái)的勘探中超過(guò)北海,成為世界最大的開采海域。
2海洋石油地震勘探的作用
進(jìn)行海洋石油地震勘探可以充分帶動(dòng)和提高我國(guó)的海洋地質(zhì)調(diào)查能力,并推動(dòng)我國(guó)海洋石油勘探事業(yè)的發(fā)展,對(duì)海洋區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造研究、海洋環(huán)境研究、可持續(xù)生態(tài)發(fā)展研究、周邊海域的巖石圈和上地幔地址層研究等都有重要幫助。
3海洋石油地震勘探技術(shù)
在進(jìn)行海洋石油地震勘探時(shí),無(wú)法使用經(jīng)緯儀,必須應(yīng)用先進(jìn)的導(dǎo)航定位系統(tǒng),通常使用的是精確度極高的衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)(英文簡(jiǎn)稱GPS),利用人造地球衛(wèi)星發(fā)射出的電磁波來(lái)確定所述位置的經(jīng)緯度,該技術(shù)具有覆蓋面廣、24h運(yùn)作、精確度高等諸多優(yōu)點(diǎn)。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)自1968年開始投入市場(chǎng),現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于海洋石油的地震勘探技術(shù)中,可隨時(shí)測(cè)定船舶和震源及檢波器等設(shè)備的準(zhǔn)確位置,效果顯著。海洋中,無(wú)法使用傳統(tǒng)的人工激發(fā)地震波技術(shù),因其主要靠炸藥作為震源,但若在海洋中引發(fā)炸藥,不僅對(duì)海洋的生態(tài)環(huán)境造成污染,也會(huì)對(duì)海洋生物造成群死群傷等危害,另外,在海洋中引爆極易容易產(chǎn)生大量氣泡,從而產(chǎn)生沖擊波,這會(huì)對(duì)有效波產(chǎn)生大量的干擾,造成無(wú)法準(zhǔn)確勘探。因此,研究人員針對(duì)海洋石油地震勘探研制了特殊的方法,即非炸藥震源,這其中,使用最為廣泛的主要為空氣槍震源,且應(yīng)用效果良好。在海洋中,地震接收設(shè)備也與陸地的設(shè)備有較大差別,海洋進(jìn)行石油地震勘探時(shí)主要使用的是海洋檢波器,這種設(shè)備需要密封在長(zhǎng)拖纜線中,并在一定的位置下放到海洋中的某個(gè)深度,再由海洋深度控制器來(lái)控制其深度不變,并由船舶拉著纜線進(jìn)行施工,經(jīng)過(guò)不斷的改革創(chuàng)新,現(xiàn)已發(fā)展成一系列先進(jìn)的海洋漂浮電纜接收系統(tǒng),并已大量推廣使用。
4海洋石油地震勘探技術(shù)特點(diǎn)
4.1工作環(huán)境
海洋石油地震勘探與陸地石油地震勘探相比,海洋上的環(huán)境更為惡劣,且不確定性因素極多,例如:海洋上極易形成臺(tái)風(fēng),它所產(chǎn)生的巨浪和狂風(fēng)對(duì)勘探工作的正常進(jìn)行會(huì)帶來(lái)巨大的威脅,導(dǎo)致工作暫停,甚至?xí)?duì)船舶上工作人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)威脅。
4.2勘探方法
陸地上的石油地震勘探方法在很多方面都與海洋石油地震勘探技術(shù)相通,但海洋的自然地理環(huán)境更為神秘,直至今日,都無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)海洋的天氣,也沒有對(duì)海洋有完全的勘探和地理數(shù)據(jù),同時(shí),海水中的物質(zhì)含量較多,且存在生物,這都使海水的物理及化學(xué)性質(zhì)即為多變,容易對(duì)勘探技術(shù)的準(zhǔn)確度造成一定影響。
4.3投資風(fēng)險(xiǎn)
海洋的石油地震勘探需要的投資較大,且隨著使用的技術(shù)不斷精細(xì)化,資金更是大幅度的提升,平均是陸地石油地震勘探的投資金額的3~4倍。且投資大多花費(fèi)在鉆井設(shè)備的制造與應(yīng)用、及其設(shè)備的搬遷運(yùn)輸、維修定檢等方面,海洋上的工作人員也都需要高額的安全保險(xiǎn),這都使海洋上的投資金額始終居高不降。
5結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞 采礦工程;井下采礦技術(shù);發(fā)展趨勢(shì)
中圖分類號(hào)TD8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708(2014)109-0072-02
井下采礦是一項(xiàng)高危險(xiǎn)性的工作,容易受多種因素影響,且任何一個(gè)因素都可能成為安全事故發(fā)生的禍?zhǔn)住6虏傻V技術(shù)是否合理與井下安全事故的發(fā)生有著密切的聯(lián)系,因此,采礦企業(yè)必須根據(jù)礦區(qū)實(shí)際情況選擇最佳的采礦技術(shù),這樣不僅能夠提高采礦效率,還能消除大部分不安全因素,從而確保采礦的安全?;诖?,筆者結(jié)合自身工作實(shí)踐,就井下采礦技術(shù)及井下采礦的發(fā)展趨勢(shì)做出以下幾點(diǎn)探究性的分析。
1我國(guó)礦產(chǎn)資源發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)是一個(gè)礦產(chǎn)資源種類豐富,儲(chǔ)量巨大的國(guó)家,同時(shí)也是資源消耗大國(guó),這就導(dǎo)致對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量在不斷加大,同時(shí)也促使我國(guó)的礦產(chǎn)資源開采技術(shù)得到快速的發(fā)展。礦產(chǎn)資源的需求量在不斷加大,難免就會(huì)出現(xiàn)過(guò)分開采的情況,從而造成資源短缺,且在開采過(guò)程中也不可避免的會(huì)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成破壞,這對(duì)于人類社會(huì)的生存和發(fā)展帶來(lái)了極為不利的影響。隨著環(huán)保、節(jié)能理念的提倡,礦物開采事業(yè)中也融入了這一理念,國(guó)家為了保護(hù)礦產(chǎn)資源,實(shí)現(xiàn)合理開發(fā)利用,盡量避免對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞,也出臺(tái)了相應(yīng)的礦產(chǎn)資源開發(fā)政策,以便為礦物開采事業(yè)實(shí)現(xiàn)環(huán)保、節(jié)能奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2井下采礦技術(shù)特點(diǎn)
井下開采技術(shù)是一個(gè)統(tǒng)稱,其包括多種不同的開采技術(shù),分別適用于不同環(huán)境的井下采礦作業(yè)。長(zhǎng)壁開采技術(shù)是眾多井下開采技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的一種,主要適用于煤礦井下開采。在煤礦井下應(yīng)用長(zhǎng)臂開采技術(shù),具有生產(chǎn)效率高、采礦質(zhì)量好、安全性能高的優(yōu)點(diǎn)。若是在金屬礦層開采中應(yīng)用長(zhǎng)臂開采技術(shù),獲取的效果則會(huì)大打折扣。造成這一情況出現(xiàn)的主要原因是煤礦礦層厚度、礦源存儲(chǔ)量、分布深度等都與金屬礦層不相同。所以,長(zhǎng)臂開采技術(shù)主要適用于煤礦井下開采,不適用于金屬礦開采。井下采礦具有施工復(fù)雜、安全性能缺乏保障的特點(diǎn)。井下采礦施工受影響因素較多,容易產(chǎn)生安全事故,所以為了確保井下采礦人員的人身安全,采礦企業(yè)不得不投入大量的人力、財(cái)力、物力,這就進(jìn)一步加大了井下采礦的成本費(fèi)用。進(jìn)入井下進(jìn)行采礦作業(yè)時(shí),采礦人員必須做好充分的準(zhǔn)備,整齊佩戴好各種安全防護(hù)裝備,并確定身體處于健康狀態(tài),無(wú)任何疾病,只有這樣才能下井作業(yè)。此外,在正式進(jìn)行井下開采作業(yè)前,相關(guān)管理人員還應(yīng)對(duì)井下的各種設(shè)施設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格仔細(xì)的檢查,以此確保開采的順利、安全,避免火災(zāi)、塌陷等開采事故的出現(xiàn)。鑒于井下采礦作業(yè)的特殊性,采礦企業(yè)若想在井下采礦工程中獲取更好的經(jīng)濟(jì)效益,就必須快速革新井下采礦技術(shù),做到與時(shí)俱進(jìn),以此提高企業(yè)的市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力。
3 井下采礦技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
3.1井下充填技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
井下采礦技術(shù)眾多包括干式填充技術(shù)、尾砂膠結(jié)技術(shù)、碎石水泥漿膠結(jié)技術(shù)等。隨著礦產(chǎn)行業(yè)的不斷發(fā)展,以上這些井下采礦技術(shù)已經(jīng)無(wú)法在滿足礦產(chǎn)行業(yè)發(fā)展需求,所以,更先進(jìn)的采礦技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到廣泛應(yīng)用。隨著井下采礦技術(shù)的不斷革新,傳統(tǒng)的井下充填技術(shù)也逐漸向高濃、高尾砂方面發(fā)展,不僅降低了膠結(jié)材料的用量,節(jié)省了生產(chǎn)成本,還有效的改善了井下采礦環(huán)境,對(duì)于機(jī)械化、大型化實(shí)現(xiàn)起著非常重要的意義。
3.2井下深部開采技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
社會(huì)的發(fā)展,導(dǎo)致礦產(chǎn)資源需求量在不斷加大,使得礦產(chǎn)資源存儲(chǔ)量在迅速減少,同時(shí)這也就對(duì)井下開采技術(shù)提出了更高的要求。井下深部開采技術(shù)的應(yīng)用,不僅很好地滿足了上述情況的要求,還有效提高了采礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)這也是促進(jìn)我國(guó)井下采礦事業(yè)升級(jí)和轉(zhuǎn)型的重要舉措。由于我國(guó)深部開采技術(shù)起步較晚,當(dāng)前在應(yīng)用和研究方面仍處在初級(jí)階段,加上井下深部開采技術(shù)所具有的特性,在實(shí)際應(yīng)用中難免會(huì)產(chǎn)生各種問(wèn)題,例如出現(xiàn)礦震災(zāi)害和爆破事故等問(wèn)題。所以,作為新形勢(shì)下的采礦企業(yè)重視井下深部開采技術(shù)的研究與應(yīng)用,以此提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展。
3.3井下支護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
井下采礦作業(yè)是一項(xiàng)高危險(xiǎn)性的工作,所以,井下支護(hù)技術(shù)的重要性不言而喻。井下采礦時(shí),應(yīng)是有計(jì)劃、按順次進(jìn)行開采,以此確保井下采礦安全。井下采礦技術(shù)的發(fā)展,使得井下支護(hù)技術(shù)也在不斷革新,當(dāng)前錨桿桁架就是全新的井下支護(hù)技術(shù)。錨桿桁架主要由高強(qiáng)度鋼桿和兩個(gè)漲殼式錨桿結(jié)合形成,該支護(hù)技術(shù)在井下采礦作業(yè)中被廣泛應(yīng)用并取得了不俗的績(jī)效。新型的井下支護(hù)技術(shù)不僅能有效避免井下采礦作業(yè)安全事故的發(fā)生,還能進(jìn)一步提高采礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益與社會(huì)利益。
3.4深海采礦技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
深海開采技術(shù)是深海金屬礦產(chǎn)資源開發(fā)的核心,包括深海礦產(chǎn)的采集、海底軟管輸送系統(tǒng)、海底礦物制備裝載和輸配電、從深海將礦物輸送到洋面的提升、海面支持以及采礦船動(dòng)力定位和采礦及輸送過(guò)程的監(jiān)測(cè)控制。其核心技術(shù)是適應(yīng)海底作業(yè)環(huán)境回采率高的智能化采集設(shè)備,回采過(guò)程形態(tài)復(fù)雜多變的軟管輸送技術(shù),高效、安全可靠的多相流提升技術(shù)和設(shè)備,深海開采水下設(shè)備吊放回收技術(shù)及懸吊采礦系統(tǒng)的起伏搖擺補(bǔ)償裝置,開采過(guò)程采礦船、提升管道、采集設(shè)備隨動(dòng)定位及作業(yè)過(guò)程的監(jiān)測(cè)控制,水下大功率高壓輸配電技術(shù)。以上核心技術(shù)的開發(fā)和完善才能建立完整的深海金屬礦產(chǎn)的工業(yè)開采系統(tǒng),使我國(guó)成為擁有這一高新技術(shù)的國(guó)家。
4 結(jié)論
總之,礦產(chǎn)資源對(duì)于人類社會(huì)發(fā)展有著重大的意義和作用,而礦產(chǎn)資源需求量的不斷增加,地表礦產(chǎn)資源的枯竭,使得人們不得不將目標(biāo)放在地表之下的礦產(chǎn)資源中,所以,井下采礦技術(shù)的重要性顯而易見,因此,本文從我國(guó)礦產(chǎn)資源發(fā)展現(xiàn)狀以及井下采礦技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)方面進(jìn)行了分析與探討,具有十分重要的意義。
參考文獻(xiàn)
[1]何勇.談井下采礦技術(shù)及井下采礦的發(fā)展趨勢(shì)[J].黑龍江科技信息,2013,27:141.
海洋是生命的搖籃。自古以來(lái),探測(cè)海洋就是人類摸索生命起源、研究世界奧秘的重要方式之一。隨著人類對(duì)海洋研究和開發(fā)的不斷深入,各種專門應(yīng)用于海洋特別是深海的傳感器成為相關(guān)領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)。
合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院教授王勇,一個(gè)深藍(lán)世界的探索者,近年專注于深海傳感器的研究和設(shè)計(jì),尤其在海洋壓力和流速流向的傳感及測(cè)試技術(shù)研究領(lǐng)域頗有建樹。
多年來(lái),海洋壓力傳感器一直被廣泛應(yīng)用于海嘯探測(cè)、潮汐測(cè)量、水下機(jī)器人作業(yè)位置測(cè)定、海上建筑平臺(tái)水平度測(cè)量等工作中,但隨著探測(cè)范圍的擴(kuò)大、探測(cè)深度的逐步增加,人們對(duì)傳感器的技術(shù)要求也越來(lái)越高,尤其對(duì)能夠滿足大壓力、高絕對(duì)精度、適于深海探測(cè)的傳感器裝置渴望迫切。
王勇長(zhǎng)期從事機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感及測(cè)試技術(shù)、服務(wù)機(jī)器人及機(jī)器動(dòng)力學(xué)等方面的研究,涉獵極為廣泛。在意識(shí)到深海傳感器項(xiàng)目的重要性和先進(jìn)性后,王勇就充分利用自身在機(jī)械動(dòng)力學(xué)與機(jī)器人設(shè)計(jì)方面的學(xué)科優(yōu)勢(shì),圍繞解決深海環(huán)境中壓力探測(cè)方法及相關(guān)技術(shù)問(wèn)題,開始了長(zhǎng)期的探索。
早在本世紀(jì)初,他就開始參與水下力傳感器課題項(xiàng)目的研究,多年來(lái)在水下機(jī)器人多軸力傳感器的參數(shù)辨識(shí)、關(guān)鍵技術(shù)研究與設(shè)計(jì)研制等方面積累了豐富的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
隨后,王勇帶領(lǐng)課題組對(duì)幾種典型的機(jī)器人用多軸力傳感器結(jié)構(gòu)在水壓作用下的應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行了細(xì)致分析,提出了一種基于活塞式壓力平衡的“水下機(jī)器人用多軸力傳感器壓力平衡裝置”以及“基于液體的可壓縮性,建立分析膜片、軟囊在深水大壓力下大撓度變形及其力學(xué)行為的方法”。
該平衡裝置使水下機(jī)器人用多軸力傳感器不能承受深海大水壓的問(wèn)題得以解決,保證了力傳感器工作的可靠性和精確性,為深海作業(yè)型機(jī)器人力感知系統(tǒng)的早日應(yīng)用提供了關(guān)鍵性的技術(shù)保障。
基于此,王勇課題組最終提出了一種既能測(cè)量深海大水壓,又能測(cè)量微小水壓的間斷力平衡式壓力傳感器的構(gòu)思,并獲得了國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)。
成果的取得,極大鼓舞了王勇和課題組的成員。欣喜之余,他們并沒有停滯不前,而是將目光投向了遠(yuǎn)方。
王勇介紹,海流就像人體中的血液循環(huán),把世界整個(gè)大洋聯(lián)系在一起,在流動(dòng)中維護(hù)著大洋各種水文、化學(xué)要素的長(zhǎng)期相對(duì)穩(wěn)定。海流對(duì)海洋中多種物理過(guò)程、化學(xué)過(guò)程、生物過(guò)程和地質(zhì)過(guò)程,以及海洋上空的氣候和天氣的形成及變化,都有影響和制約的作用。傾聽海流運(yùn)動(dòng)規(guī)律與節(jié)奏—海洋流場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和測(cè)量是海洋學(xué)研究、水下工程、航海以及軍事活動(dòng)的重要內(nèi)容。
海洋流速傳感器就是用于傾聽海流運(yùn)動(dòng)規(guī)律與節(jié)奏的一種基本傳感器,已有廣泛應(yīng)用,但目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)能夠直接用于深海的多維流速傳感器。經(jīng)過(guò)廣泛調(diào)研和反復(fù)分析,王勇課題組將目標(biāo)鎖定在了可直接用于深海的海洋流速傳感器上。
在之前海洋壓力傳感器研究的基礎(chǔ)上,2009年,在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持下,王勇課題組進(jìn)行了“三維瞬時(shí)海流的測(cè)量方法及新型傳感器的研究”項(xiàng)目,旨在研究一種新型壓阻式三維流速傳感器。
經(jīng)過(guò)不懈努力和刻苦攻關(guān),課題組最終成功研制出了新型流速傳感器的原理樣機(jī),并申請(qǐng)了兩項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利,為他們接下來(lái)的更進(jìn)一步研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
縱觀王勇多年在機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感及測(cè)試技術(shù)方面的研究經(jīng)歷,我們不僅能感受到他的研究涉獵之廣,而且也很容易發(fā)現(xiàn)他的另一個(gè)研究特點(diǎn)—始終立足實(shí)際需求。無(wú)論是為解決深海探測(cè)需求研究的海洋壓力傳感器、流速傳感器,還是在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域進(jìn)行的發(fā)明創(chuàng)造,切實(shí)解決實(shí)際問(wèn)題、滿足現(xiàn)實(shí)所需,始終是王勇進(jìn)行科學(xué)研究的出發(fā)點(diǎn)。而他帶領(lǐng)課題組研發(fā)的“主被動(dòng)式肢體協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)智能健身椅”,正是王勇研究特色的集中體現(xiàn)。
“主被動(dòng)式肢體協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)康健輪椅”在設(shè)計(jì)之初,是特別針對(duì)偏癱患者患病特點(diǎn)的。利用這個(gè)輪椅,患者可用健康一側(cè)的肢體帶動(dòng)患側(cè)肢體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練,康復(fù)與健身同時(shí)進(jìn)行,有助于患者盡快康復(fù)、恢復(fù)健康。而且,這個(gè)康健輪椅不受場(chǎng)地限制,操作簡(jiǎn)單,結(jié)合健身與康復(fù)、主動(dòng)與被動(dòng)訓(xùn)練等多種功能于一體,能夠使上肢、下肢與身體協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)得到有效訓(xùn)練,增強(qiáng)健康。
在不斷調(diào)整、改善進(jìn)而形成產(chǎn)品的過(guò)程中,王勇課題組發(fā)現(xiàn),這種健身方式不僅僅適用于中風(fēng)、偏癱患者的功能康復(fù),它同樣適用于現(xiàn)代社會(huì)健康人群的健身和保健。這種輪椅的出現(xiàn)使人們能夠隨時(shí)隨地針對(duì)不同部位進(jìn)行不同強(qiáng)度、多種形式的鍛煉,解決了長(zhǎng)期處于坐姿工作狀態(tài)的人群缺乏體育鍛煉的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,表現(xiàn)出廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
該項(xiàng)目前期研制的第一代原理樣機(jī)榮獲全國(guó)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽安徽賽區(qū)一等獎(jiǎng)、全國(guó)二等獎(jiǎng),并獲得3項(xiàng)國(guó)家授權(quán)發(fā)明專利。現(xiàn)在,王勇課題組已經(jīng)與相關(guān)公司簽訂了合作協(xié)議,共同進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣。相信在不久的未來(lái),這款實(shí)用型康健輪椅就會(huì)出現(xiàn)在我們的身邊。
機(jī)會(huì)總是青睞有準(zhǔn)備的人。有了新型流速傳感器的成功經(jīng)驗(yàn),2011年1月,在王勇的主持下,“可測(cè)上升流的三維瞬時(shí)海流傳感器的研究”項(xiàng)目再次得到國(guó)家自然科學(xué)基金的垂青,新的研究征程再次揭幕。
目前來(lái)說(shuō),我國(guó)的海洋運(yùn)輸能力已在世界上名列前茅,2010年我國(guó)已成造船大國(guó),船舶與海洋工程研發(fā)能力顯著增強(qiáng),但是造船產(chǎn)能過(guò)剩,效益及高技術(shù)含量與國(guó)際先進(jìn)水平比,差距仍然很大,技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)亟須調(diào)整。
綠色船舶產(chǎn)業(yè)和海洋工程裝備產(chǎn)業(yè)都是典型的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),主導(dǎo)著船舶與海洋工程裝備科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展,引領(lǐng)著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的取向。
“綠色船舶”的內(nèi)涵是通過(guò)采用先進(jìn)技術(shù),把傳統(tǒng)的“使用功能和性能要求”與新世紀(jì)的“節(jié)約資源與保護(hù)環(huán)境的要求”緊密結(jié)合,在船舶設(shè)計(jì)、制造、使用與拆解的全周期中,節(jié)省資源和能源,減少或消除環(huán)境污染,保障生產(chǎn)和使用者健康安全、友好舒適的新技術(shù)船舶。
海洋工程裝備產(chǎn)業(yè)是技術(shù)密集、資金密集、勞動(dòng)密集行業(yè),同時(shí)又是高技術(shù)和高附加值行業(yè)。
世界各大船舶研究機(jī)構(gòu)、先進(jìn)造船企業(yè)以及相關(guān)機(jī)構(gòu)都在加大研發(fā)力度,不斷推出滿足綠色船舶要求的新技術(shù)、新船型以及新動(dòng)力等。
世界上綠色船舶技術(shù)全面采用各種潔凈新能源和減阻節(jié)能新技術(shù)海洋工程裝備技術(shù)發(fā)展主要呈現(xiàn)三個(gè)特點(diǎn),一是海洋油氣開發(fā)向深海域延伸;二是油氣生產(chǎn)系統(tǒng)從水面向水下與海底轉(zhuǎn)移;三是海洋能源開發(fā)向多元化方向發(fā)展。
具體到我國(guó)船舶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,2003年以來(lái),我國(guó)船舶工業(yè)進(jìn)入了前所未有的高速發(fā)展期,產(chǎn)業(yè)規(guī)模和綜合實(shí)力迅猛擴(kuò)大。我國(guó)2009年成世界第二造船大國(guó),2010年成世界第一造船大國(guó)。
飛速增長(zhǎng)的負(fù)面后果之一是總裝造船產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩。
2011年達(dá)1億載重噸。預(yù)計(jì)“十二五”世界船市需求7000~8000萬(wàn)載重噸。2012年以來(lái)已有許多企業(yè)面臨了開工不足的困難。
異常擴(kuò)張后果之二是我國(guó)船舶產(chǎn)業(yè)資源過(guò)于分散,集中度低。船廠平均產(chǎn)量分別只有日本與韓國(guó)船廠平均規(guī)模的1/4和1/7。另外,雖然船舶動(dòng)力與配套業(yè)水平與能力顯著提高,但發(fā)展滯后,老一代設(shè)備本土化未解決,世界上新一代節(jié)能、減排、低噪聲綠色動(dòng)力配套設(shè)備面世,對(duì)我國(guó)的本土化構(gòu)成新壓力。
我國(guó)海洋工程裝備制造業(yè)尚處于世界上的第三陣營(yíng),研發(fā)設(shè)計(jì)能力仍落后,低端裝備完全自主設(shè)計(jì),高端裝備設(shè)計(jì)建造能力不足,與歐美第一陣營(yíng)、韓新第二陣營(yíng)有不小的差距。
雖然海洋工程配套設(shè)備技術(shù)已有一定基礎(chǔ),有能力生產(chǎn)部分產(chǎn)品,但是也存在一些問(wèn)題。比如,深海油氣開發(fā)配套設(shè)備對(duì)可靠性、壽命、環(huán)境適應(yīng)性的要求嚴(yán)格,專利技術(shù)多、附加值高,這都是我國(guó)最薄弱的領(lǐng)域。
我國(guó)的綠色海洋裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略定位(2030年)是:立足于發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)、維護(hù)海洋權(quán)益與海洋安全的需要,推進(jìn)船舶與海洋工業(yè)產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整與資源整合,形成一批有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力、節(jié)能指標(biāo)位于國(guó)際前列的綠色品牌船型,造船工效、利潤(rùn)率、能耗與減排率能夠達(dá)到世界領(lǐng)先水平;自主設(shè)計(jì)與完工的高技術(shù)、高附加值船舶世界市場(chǎng)份額與韓國(guó)評(píng)分秋色,國(guó)產(chǎn)船用設(shè)備裝船率達(dá)到65%以上;加速發(fā)展海洋裝備新興產(chǎn)業(yè),使深海工程作業(yè)裝備技術(shù)進(jìn)入世界第二陣列,年制造量占世界市場(chǎng)份額超過(guò)35%;成為世界船舶與海洋工程裝備制造強(qiáng)國(guó)。
具體的發(fā)展思路是要以發(fā)展“綠色技術(shù)”和“深海裝備技術(shù)”為兩個(gè)著力點(diǎn)。
一方面,集中力量攻克綠色船型、綠色動(dòng)力、綠色配套設(shè)備技術(shù),發(fā)展相應(yīng)的制造能力。
另一方面,突破關(guān)鍵技術(shù),形成主要深海油氣資源開發(fā)平臺(tái)、水下生產(chǎn)系統(tǒng)、功能模塊、深海探測(cè)及工程作業(yè)裝備的自主設(shè)計(jì)與制造能力。
對(duì)于海洋裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō),前沿技術(shù)的支撐是最重要的。
所謂前沿技術(shù)的支撐主要包括綠色船舶集成技術(shù),主要是指船型、船用動(dòng)力、配套設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、營(yíng)運(yùn)、維修與拆解的關(guān)鍵技術(shù),該技術(shù)可以使NOx和SOx減排達(dá)到90%,CO2排放減少30%;新概念船舶節(jié)能減排技術(shù),即主要使用無(wú)污染、輕質(zhì)材料以及可再生能源,從而實(shí)現(xiàn)零污染、零排放的目標(biāo)。
在船型的研發(fā)方向方面,要重點(diǎn)研發(fā)能效指數(shù)(EEDI、EEOI)優(yōu)異的品牌船型。具體來(lái)講,就是要研究解決滿足能效設(shè)計(jì)指數(shù)(EEDI)新規(guī)的船舶性能,船舶減阻與增效推進(jìn)實(shí)用技術(shù),同時(shí)要研發(fā)適應(yīng)海況條件的節(jié)能航線智能設(shè)計(jì)技術(shù)與導(dǎo)航儀。
同時(shí),要研究基于實(shí)船測(cè)試的船舶可靠性設(shè)計(jì)新技術(shù)體系。這里面主要包括精細(xì)實(shí)船測(cè)試技術(shù)、復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)、優(yōu)材減重技術(shù)、結(jié)構(gòu)載荷分析技術(shù)、結(jié)構(gòu)安全可靠性技術(shù)等以達(dá)到節(jié)能、減材、安全的目標(biāo);同時(shí)要加大力度研發(fā)船舶風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)、安全性實(shí)船監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)、事故與災(zāi)難防治與救助智能運(yùn)籌與操控技術(shù)等以安全為目標(biāo)的航行技術(shù)。
在節(jié)能環(huán)保設(shè)備動(dòng)力技術(shù)方面,開發(fā)海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。這是因?yàn)殛懙睾徒稖\水區(qū)裝機(jī)容量已趨于飽和,而水深40m以上近海海域風(fēng)能資源幾乎占到風(fēng)能總資源的一半,但未開發(fā)利用。目前國(guó)內(nèi)已開發(fā)淺水區(qū)海上風(fēng)電,深水區(qū)研究尚未有太多涉及。
這是國(guó)家海洋科研事業(yè)單位首次和民營(yíng)企業(yè)合作建造海洋科考船,也是結(jié)合浙江經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),積極探索引進(jìn)民營(yíng)資本投入國(guó)家海洋科技能力建設(shè),增強(qiáng)我國(guó)海洋科技創(chuàng)新的一項(xiàng)新舉措。
“調(diào)查設(shè)備的安裝及工藝、船舶管系、纜線的布設(shè)等,都要做好詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)的對(duì)接和轉(zhuǎn)化,”國(guó)家海洋二所所長(zhǎng)張海生在承建船廠現(xiàn)場(chǎng)說(shuō),“另外,因?yàn)槭强瓶即覀冊(cè)诒“搴附蛹夹g(shù)等方面,必須精益求精,進(jìn)一步提高質(zhì)量?!?/p>
張海生說(shuō),這是海洋二所第一次建造海洋科學(xué)綜合考察船,這艘船集多學(xué)科、多功能、多技術(shù)手段為一體,滿足深海海洋科學(xué)多學(xué)科交叉研究需求,是一艘具有全球航行能力的4000噸級(jí)的現(xiàn)代化海洋科學(xué)綜合考察船,技術(shù)水平和考察能力達(dá)到國(guó)際海洋強(qiáng)國(guó)新建和在建綜合考察船同等水平。
這究竟是一艘怎么樣的科考船?為什么要投巨資造這樣一艘科考船?這艘船牛在哪里?
科考船的前世今生
由淺海向深海,由近海向遠(yuǎn)?!蚝Q笸卣股媾c發(fā)展空間,先進(jìn)的遠(yuǎn)洋科學(xué)考察船是先決條件,高技術(shù)調(diào)查裝備是必不可少的技術(shù)手段。
迄今為止,海洋科學(xué)考察船仍舊是海洋科學(xué)研究和海洋資源勘查中最主要的運(yùn)載工具,是各國(guó)從事海洋科學(xué)活動(dòng)的唯一有效途徑,也是最為常用的手段。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)現(xiàn)役的遠(yuǎn)洋科學(xué)考察船舶不僅在數(shù)量上有差距,而且大部分性能落后,調(diào)查設(shè)備陳舊,不具備支援和操控深海調(diào)查設(shè)備、深海潛水器進(jìn)行海底探測(cè)與取樣的能力。
“我國(guó)現(xiàn)有的十幾艘科考船大部分集中在各高校、中科院、國(guó)土資源部以及國(guó)家海洋局,其中70%的船舶由國(guó)土資源部、中科院等下屬的調(diào)查研究部門管理,像海洋二所這樣的海洋研究所還未擁有適合自身特色需求的遠(yuǎn)洋科考船,遠(yuǎn)洋科考船的不足已成為一個(gè)嚴(yán)重的制約問(wèn)題和發(fā)展瓶頸。”張海生說(shuō)。
一方面是科考船的不足,另一方面,各研究所在海洋科研基礎(chǔ)工作、前沿工作方面的任務(wù)日益繁重。怎么解決這個(gè)問(wèn)題?“目前來(lái)看,申請(qǐng)國(guó)家投入建造一艘遠(yuǎn)洋科考船的建設(shè)周期長(zhǎng),無(wú)法滿足近期海洋科學(xué)考察需要?!睆埡If(shuō)。
建造一艘現(xiàn)代化的遠(yuǎn)洋科學(xué)綜合考察船,對(duì)貫徹落實(shí)“實(shí)施海洋開發(fā)”的戰(zhàn)略部署,實(shí)現(xiàn)建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo),最大化地爭(zhēng)取國(guó)家和民族的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益,維護(hù)我國(guó)海洋權(quán)益,造福子孫后代具有重大的戰(zhàn)略意義。
從2010年下半年起,國(guó)家海洋二所與舟山、溫州等地的民營(yíng)企業(yè)進(jìn)行洽談,并選定太和公司作為合作方進(jìn)行進(jìn)一步的協(xié)商,今年2月,雙方簽署了《海洋科學(xué)綜合考察船項(xiàng)目合作意向書》,隨后,海洋二所正式向國(guó)家海洋局提出聯(lián)合建造科考船的請(qǐng)示報(bào)告。6月13日,船舶建造初步設(shè)計(jì)方案通過(guò)評(píng)審,并計(jì)劃年底動(dòng)工建造。
根據(jù)協(xié)議,科考船所有權(quán)歸太和公司所有,海洋二所配置船舶科學(xué)考察所需的儀器、設(shè)備、設(shè)施;使用期間,海洋二所向太和公司支付船舶使用費(fèi)。
太和航運(yùn)一直以來(lái)主要經(jīng)營(yíng)國(guó)內(nèi)沿海、長(zhǎng)江中下游及珠江三角洲普通貨船運(yùn)輸,這次企業(yè)也想依靠高科技,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)。
“2010年以前,海洋科學(xué)考察船全部由國(guó)家出資建造。此前,只有舟山一民企投資運(yùn)營(yíng)過(guò)一艘民營(yíng)近??瓶即?,以出租的方式參與有關(guān)研究院所的科考,此次浙江太和資本投資建造遠(yuǎn)洋科考船,是我國(guó)民間資本首次涉足遠(yuǎn)洋科考領(lǐng)域?!睆埡If(shuō)。
考察船建成后,將作為承擔(dān)國(guó)家海洋科學(xué)重大研究項(xiàng)目的重要海上移動(dòng)平臺(tái),由太和公司負(fù)責(zé)管理。
科考船的秘密武器
這是一艘集多學(xué)科、多功能、多技術(shù)手段為一體,滿足深海海洋科學(xué)多學(xué)科交叉調(diào)查研究需求的現(xiàn)代化海洋科考船,具備開展近海和遠(yuǎn)洋的海洋動(dòng)力環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境以及深海極端環(huán)境等綜合海洋環(huán)境觀測(cè)、探測(cè)以及取樣和現(xiàn)場(chǎng)分析的能力,將成為一個(gè)海上移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室和試驗(yàn)平臺(tái)。
“這艘船配置由主吊/折臂吊、門架、絞車系統(tǒng)等組成的先進(jìn)甲板作業(yè)設(shè)備,以及主要由深水多波束系統(tǒng)、淺地層剖面儀、超短基線水下聲學(xué)定位系統(tǒng)、走航式ADCP、單波束萬(wàn)米測(cè)深儀及分裂波束系統(tǒng)等組成的國(guó)際一流的船載調(diào)查設(shè)備?!睆埡If(shuō)。
科考船采用兩套全回轉(zhuǎn)舵槳電力推進(jìn)系統(tǒng)和動(dòng)力定位系統(tǒng)及綜合導(dǎo)航定位系統(tǒng),設(shè)計(jì)排水量約4400噸,續(xù)航力為12000海里(船上定員65人,其中船員20人,科學(xué)家45人),自持力為60天;船上設(shè)有干性實(shí)驗(yàn)室、濕性實(shí)驗(yàn)室和數(shù)據(jù)處理中心等,實(shí)驗(yàn)室總面積約510平方米。后甲板露天作業(yè)區(qū)面積約430平方米,配有相關(guān)的大型儀器設(shè)備和各種絞車。
科考船一共8層,從上至下有羅經(jīng)甲板、駕駛甲板、登艇甲板、艇甲板、艏樓甲板、上甲板、下甲板以及艙室內(nèi)底層,單層最大面積達(dá)1000多平方米??瓶紝?shí)驗(yàn)室以及作業(yè)甲板都布置在上甲板層。
尤其值得一提的是這艘綜合考察船,所配備的高科技設(shè)備與技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先,其中地震及一些地球物理設(shè)備,大洋一號(hào)目前都不具備,某種程度上說(shuō)比大洋一號(hào)還牛。
“這些設(shè)備中,最貴的就是一套多波束海底探測(cè)系統(tǒng),包括海底成像系統(tǒng)、淺地層剖面儀和旁側(cè)聲納系統(tǒng)等高科技水聲探測(cè)設(shè)備,可以對(duì)海底地形地貌等做全面勘探。”張海生說(shuō)。
“大洋一號(hào)能做的我們都能做。另外,大洋一號(hào)相對(duì)比較老了,所載船員60多人,而我們這艘科考船船員20人,足夠了,這是因?yàn)樾略斓目瓶即悄芑潭雀吡??!睆埡If(shuō)。
與一般科考船側(cè)重考察某一領(lǐng)域不同,這艘科考船可對(duì)油氣資源、海洋生物、海洋化學(xué)等多方面進(jìn)行考察。