深入水下

由欧盟出资开展的水下采矿项目¡VAMOS!向世人证明,凭借缜密的合作以及创新的思路解决存在已久的问题,我们能够突破传统思维,向前迈进。

露天矿可能由于防排水故障、地下水涌入等原因而被淹没。成千上万升水涌入露天矿后,无法实施采矿作业。现在这个问题有望得到解决。

2018年10月,在可行性替代采矿作业系统项目¡VAMOS!的第二次试验中,携手合作实施该项目的16家欧洲公司表明,研究工作旨在清除淹水对开采作业造成的障碍。¡VAMOS!的目标是制造一个实物大小的水下采矿原型机,证明在被淹没的露天矿实施开采不仅是可能实现的,而且具有经济可行性。作为由欧盟出资开展的800亿欧元HORIZON 2020研究计划的一部分,¡VAMOS!继续在爱尔兰Silvermines被淹没的Magcobar矿井进行现场测试。

“我们将各方面的测试推向极限。”负责¡VAMOS!试验阶段工作的Soil Machine Dynamics(SMD)项目经理Paul Arthur说道。SMD在其位于英国的工厂将工业合作伙伴的硬件整合起来,以建造实物大小的原型机。“我们的研究探索超越了已知领域,这正是我们进行试验的原因。”

第二次试验旨在探索原型机能够完成哪些任务。项目协调方BMT集团的高级研究项目经理Jenny Rainbird说:“我们在Lee Moor进行了第一次试验,在软质高岭土矿中对原型机进行了测试。来到Silvermines,我们想要测试它的截割能力,可以处理多少物料以及截割量等。因此,我们在这座矿山中利用原型机截割更坚硬的岩石。”

山特维克矿山和岩石技术为此助一臂之力。山特维克为采矿车原型机提供了底盘和后稳定器,以及截割臂、截割齿轮、截割电机以及最重要的部件 —— 截割头。 “我们提供了一个150千瓦的MA620液压截割头,它是该动力级别中截割较硬岩石的理想工具。”

山特维克矿山和岩石技术巷道掘进机和数字化产品经理Uwe Restner说。“我们希望在Silvermines展开全面的研究,利用采矿车截割硬岩,这样我们就可以在软岩和硬岩之间进行插补,以全面了解原型机的截割能力。”

¡VAMOS!북鱗삼곈

  • BMT Group Limited — 英国
  • Soil Machine Dynamics Limited — 英国
  • Damen Dredging Equipment BV — 荷兰
  • INESC PORTO — 葡萄牙
  • Fugro EMU Limited — 英国
  • Zentrum für Telematik e.V. — 德国
  • Montanuniversität Leoben — 奥地利
  • MINERALIA — 葡萄牙
  • Marine Minerals Limited — 英国
  • 山特维克 — 奥地利
  • GeoloskiZavodSlovenije — 斯洛文尼亚
  • CENTRO FUTURO — 西班牙
  • 欧洲地质学家联合会 — 比利时
  • Trelleborg Ede B.V. — 荷兰
  • Federalni zavod za geologiju — 波斯尼亚和黑塞哥维那
  • Fondacijaza Obnovui Razvoj Regije Vares — 波斯尼亚和黑塞哥维那

山特维克矿山和岩石技术的维修技术员Walter Riegler表示,山特维克为试验提供了带不同碳化钨硬质合金刀片的四种不同类型的截齿。“我们提供不同的刀片是为了测试截割设备在水下的能力,因为我们不知道在水下会遇到什么情况。”他说道。

整个系统既复杂又简单:说它复杂,是因为许多不同的先进技术共同组成了一个全新的应用;说它简单,是因为归根结底,这种露天开采不需要考虑脱水成本、爆破、地面振动、粉尘或矿井中的人员等典型因素。

试验过程如下:由采矿车辅助系统EVA对水下采矿环境进行绘制。EVA是由葡萄牙研究机构INESCTEC专为¡VAMOS!项目打造的独特机器人。EVA在原型车截割时工作,以持续更新实时地图。它能在水面和水下自主移动,利用声学声纳、摄像头和激光,为控制室提供水下环境的3D图像。采矿车由位于地面的控制室远程控制。所有实时数据在控制室生成水下作业的虚拟现实图像。控制室也是进行人机交互的地方,操作员操控采矿车进入截割位置。

<p>EVA是INESCTEC专为¡VAMOS!项目打造的独特机器人。它能在水面和水下自主移动,利用声学声纳、摄像头和激光,为控制室提供水下环境的3D图像。</p>

EVA是INESCTEC专为¡VAMOS!项目打造的独特机器人。它能在水面和水下自主移动,利用声学声纳、摄像头和激光,为控制室提供水下环境的3D图像。

<p>所有实时数据在控制室生成水下作业的虚拟现实图像。</p>

所有实时数据在控制室生成水下作业的虚拟现实图像。

一旦选择一个区域开始截割,装载采矿车的发射和回收工具(LARV)利用锚定在陆地上的四个绞盘移动到指定位置。由荷兰Damen Dredging Equipment设计和建造的发射和回收工具可以将采矿车降低到矿层,随后采矿车在指定位置开始截割。开始截割作业后,从矿层挖掘出的物料将被吸到地面,并泵送到岸上的脱水设施,进行泥浆沉积。

该项目在实施过程中遇到了一些挑战,尤其是考虑到来自9个国家的16家企业都在为这台用于新应用场合的全新设备的建造提供意见和建议。“利用不同供应商提供的不同部件建造新设备时,必须确保所有部件都能相互适配。”Restner说道。“这是其中最大的挑战。现在各种设备都在正常运转,我们达成了目标。”

Rainbird对此深表赞同:“大家齐心协力,许多部件是在不同的地方制造,然后在现场组装。这是真正卓有成效的协作。”

我们的研究探索超越了已知领域,这正是我们进行试验的原因。

“与山特维克的合作非常成功。”Rainbird说。“山特维克提供了与采矿车整体设计相匹配的截割头,在确保采矿车本身以及所有部件的协同工作方面也发挥了非常重要的作用。他们是这个项目的关键合作伙伴,与他们合作感觉很棒。”

明确水下采矿项目的可行性并不是¡VAMOS!项目的唯一目的。这些组件可以单独用于采矿以外的不同应用场合。Rainbird说道:“研究成果和新技术可用于海底测绘、水取样调查、防御设施以及水下污水管或水下隧道清理。”

¡VAMOS!项目已于2019年2月初完工,合作伙伴希望确保各方都能从中获得最大回报。Rainbird说道:“我们都同意继续研究如何将其向前推进一步,以充分发挥原型机的作用,并实现商业化。”

Horizon 2020

Horizon 2020是欧盟有史以来最大的研究和创新计划,在项目实施的7年时间里(2014-2020),可用资金达到近800亿欧元,此外还能吸引私人投资。这一计划旨在将绝佳创意从实验室推向市场,从而实现更多突破并创造诸多“世界第一”。