摘要：隨著各國對深海多金屬硫化物勘探與開發(fā)的步伐逐漸加快，為確保并指導(dǎo)承包者在區(qū)域內(nèi)開采多金屬硫化物作業(yè)安全且符合保護(hù)環(huán)境規(guī)定，首先論述開采深海多金屬硫化物的工藝技術(shù)，以此為基礎(chǔ)結(jié)合加拿大鸚鵡螺和美國海王星礦業(yè)公司試采多金屬硫化物案例，分析其作業(yè)過程所涉及的硫礦泄漏、結(jié)構(gòu)失效、機(jī)械傷害、火災(zāi)爆炸等安全問題和破壞海底動植物群及其棲息地、排放采礦廢水尾礦等環(huán)境影響，最后就作業(yè)安全與環(huán)境影響問題分別給出了針對性的對策與建議，可為工程實(shí)踐提供參考。
關(guān)鍵詞：深海多金屬硫化物;作業(yè)安全;硫礦泄漏;海底動植物群;廢水尾礦;環(huán)境基線
0 引言
近30年來，各國陸續(xù)開展深海礦物資源勘探與開發(fā)活動，已探明具有商業(yè)價值的海底礦物資源包括多金屬結(jié)核、富鈷鐵錳結(jié)核和多金屬硫化物等[1]，初步形成了前二者的工業(yè)開采工藝，多金屬硫化物是這之后人類認(rèn)識到的又一種新型海底礦物資源，它蘊(yùn)含多種金屬成分，具有較高的開采價值，但目前仍處于勘探與試驗(yàn)開采階段。
我國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會早在2011年就與國際海底管理局簽訂了西南印度洋的多金屬硫化物勘探合同，享有此區(qū)域的優(yōu)先開采權(quán)[2]，目前勘探調(diào)查內(nèi)容包括巖石拖網(wǎng)和溫鹽深儀采水作業(yè)，硫化物、深海沉積物、巖石、海水等樣品采集工作。由于開采工藝尚不成熟，目前對多金屬硫化物開采作業(yè)安全問題的分析較少，且對開采過程環(huán)境影響的研究較為寬泛，而開采深海多金屬硫化物正在不斷推進(jìn)中，研究這些問題迫在眉睫。
多金屬硫化物是一種復(fù)雜的海底熱液礦物，與多金屬結(jié)核和富鈷鐵錳結(jié)殼不同，它的儲藏水深較淺，礦體呈三維大塊狀，海底開采可借鑒陸上采煤技術(shù)。據(jù)2010年加拿大鸚鵡螺和美國海王星礦業(yè)公司試采多金屬硫化物方案，整個作業(yè)系統(tǒng)主要由海底采礦、提升系統(tǒng)、水面支持3部分組成，海底采礦通過海底攫取設(shè)備、運(yùn)輸車輛實(shí)現(xiàn);提升系統(tǒng)使用液壓水力泵(鸚鵡螺礦業(yè)公司)或箱體結(jié)構(gòu)(海王星礦業(yè)公司)將礦物運(yùn)輸至水面;水面支持系統(tǒng)指水面支持船，它對從海底采礦的硫礦進(jìn)行初步脫水和分選，并支持海底采礦與提升系統(tǒng)[3]。
1 作業(yè)安全問題及對策
1.1 海上采礦作業(yè)安全問題分析
作業(yè)安全是深海可持續(xù)采礦的一項(xiàng)基本必要條件。即使在無人化、遠(yuǎn)程操控技術(shù)不斷發(fā)展的今天，也不能忽視海底采礦帶來的人員傷害和設(shè)備損傷。例如，在一些海底管道維修環(huán)節(jié)需要專業(yè)人員操作，水面支持船上需要作業(yè)人員加工硫礦;此外，海底采集及提升系統(tǒng)在嚴(yán)峻的海洋環(huán)境下極易發(fā)生腐蝕、破損從而產(chǎn)生安全事故。按事故原因可將這些安全問題分為以下幾類。
1.1.1 硫礦泄漏
提升系統(tǒng)將多金屬硫化物運(yùn)至水面，可以通過管道提升泵輸送混合礦漿到水面支持船，或?qū)⒋髩K硫礦放入集礦箱提升至水面，但不論采取哪種方式，都有可能出現(xiàn)硫礦泄漏事件，即礦漿在狹小管徑內(nèi)溢出以及因管道破裂噴出，或硫塊從箱中掉落，這些可能是由于作業(yè)人員更換部件、檢查維修時的操作失誤引起，或由于設(shè)備出現(xiàn)的老化和銹蝕(例如，管線穿孔或密封不嚴(yán))等現(xiàn)象引起，一些極端惡劣的氣候海況和大型海洋生物的碰撞也會導(dǎo)致設(shè)備受到損傷，甚至傷及人員生命健康。
1.1.2 結(jié)構(gòu)失效
指因?yàn)槠渌：?dǎo)致的海底采礦設(shè)備(結(jié)構(gòu))發(fā)生局部或整體的損壞甚至是倒塌。由于海底采礦設(shè)備處于多變的海洋環(huán)境中，強(qiáng)烈的地震和極端氣候等災(zāi)害會導(dǎo)致設(shè)備結(jié)構(gòu)破損及失效;海底移動與變形可能會出現(xiàn)硫礦體非均勻沉降、坍塌、沉陷或快速積累的尾礦沉積層偶發(fā)濁流甚至是坡體坍塌導(dǎo)致設(shè)備受損[4];設(shè)備自身也會因疲勞而導(dǎo)致應(yīng)力集中點(diǎn)向外蔓延，最終鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備不能支撐其所承受的荷載，使設(shè)備受損、人員受害。
1.1.3 機(jī)械傷害
在人員經(jīng)常出沒的機(jī)械作業(yè)區(qū)極易發(fā)生“設(shè)備故障傷人”事件。海底采礦設(shè)備可能因機(jī)械故障或防護(hù)不到位而存在潛在拋射物傷人的風(fēng)險;硫礦脫水裝置可能在運(yùn)行過程中引起人員的絞、碾傷害[5];水面支持船上搬運(yùn)作業(yè)時也可能出現(xiàn)人員砸傷、擠傷的情況。尤其是海上起重作業(yè)易受風(fēng)暴潮、海冰、海霧與潮汐變化等海況影響。另外，作業(yè)人員違章操作、限位失靈、現(xiàn)場管理不善等因素也會對此產(chǎn)生影響，導(dǎo)致設(shè)備受損丟失、船舶擱淺傾覆、人員落水、物體傾斜滑落、墜落物砸傷人員等重大安全事故。
1.1.4 觸電事故與火災(zāi)爆炸
作為采礦作業(yè)正常運(yùn)營的動力之一，電力系統(tǒng)是海上安全事故一個巨大的風(fēng)險源。水面支持船加工作業(yè)、海底濕法焊接、起重船高空吊運(yùn)等工作都需要電力支持，一旦出現(xiàn)設(shè)備漏電、電線絕緣保護(hù)裝置失效、電氣線路老化等現(xiàn)象就有可能使作業(yè)人員觸電[6]。此外，加工和生活用電稍不注意還會引發(fā)火災(zāi)爆炸，例如在高溫高壓容器周圍的可燃物燃燒、用電作業(yè)產(chǎn)生的火花飛濺、人員吸煙產(chǎn)生的明火蔓延等都會引發(fā)重大火災(zāi)事故。
1.1.5 船舶碰撞
水面支持船與一般船舶行駛規(guī)則相同，但其活動受制于海底采礦設(shè)備，需長時間定位于某一特定位置，在此期間惡劣海況會嚴(yán)重影響水面支持船定位效果，使其與海底采礦設(shè)備、提升系統(tǒng)脫離，在不受控制的情況下和其他船舶或結(jié)構(gòu)物相撞。同時也不能排除其他往來船舶在能見度不良的海況下撞擊安全運(yùn)行的水面支持船，造成船舶破損、傾覆等重大海難事故。
1.2 安全對策
毋庸置疑安全作業(yè)在海底采礦中的必要性，但采取怎樣的對策以保障作業(yè)安全還值得深入思考。由于開采深海多金屬硫化物是一個復(fù)雜的作業(yè)系統(tǒng)，包含采礦設(shè)備的下水安裝、生產(chǎn)運(yùn)營以及生產(chǎn)結(jié)束后設(shè)備拆除等子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)又涉及水面與海底不同區(qū)域的安全問題，它們來源于自然環(huán)境、人的錯誤行為或設(shè)備自身故障等因素，由此造成的對人員生命與設(shè)備壽命的威脅程度不一。
目前開展的海底采礦試驗(yàn)與實(shí)踐較少，需要借鑒海洋油氣與陸地煤礦的安全生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，三者具有共通與相似性。即考慮在項(xiàng)目之初首先進(jìn)行安全作業(yè)預(yù)評價，據(jù)此制訂相應(yīng)的應(yīng)急計劃，在把握整體的基礎(chǔ)上對人和設(shè)備進(jìn)行二次分析，包括設(shè)備視情維修與人員培訓(xùn)，當(dāng)然，在實(shí)際作業(yè)過程中，還需要高效嚴(yán)格的現(xiàn)場管理模式來保障前期設(shè)計的有效性與實(shí)時性。
1.2.1 安全預(yù)評價
這是對海底采礦可能產(chǎn)生的安全問題及其應(yīng)對措施的一個首要的全局的把握。在采礦開始前調(diào)研采礦項(xiàng)目全壽命周期內(nèi)的工藝流程，明確各個節(jié)點(diǎn)可能出現(xiàn)的安全事故及隱患，并對此做出相應(yīng)預(yù)案。
首先說明采礦的基本工藝流程：包括水面支持船油電設(shè)施的布置情況、起重加工的工藝流程、海底采礦設(shè)備的承載能力和功率額度等性能、礦區(qū)的地質(zhì)條件和溫度風(fēng)浪等環(huán)境荷載以及作業(yè)人員水下維修的時間和要求等內(nèi)容。然后邀請相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍υ撟鳂I(yè)過程進(jìn)行安全分析，經(jīng)過反復(fù)評估最終確定安全事故及隱患，賦予每一項(xiàng)事件以匹配權(quán)重，初步評估采礦作業(yè)的系統(tǒng)安全程度，以此為基礎(chǔ)對十分嚴(yán)重、一般嚴(yán)重、輕微等級別的安全事故做出相應(yīng)的管理措施，這樣能夠減輕甚至避免由于未知事件或考慮不周而引起的安全事故。
1.2.2 應(yīng)急計劃與演習(xí)
據(jù)國際海底管理局《“區(qū)域”內(nèi)礦物資源開發(fā)規(guī)章草案》規(guī)定“為防止和應(yīng)對事故，承包者需要制定應(yīng)急計劃。”可見應(yīng)急預(yù)案在整個安全管理中的重要性。
一般應(yīng)急計劃由安全事件、技術(shù)措施與組織措施構(gòu)成，對每一重大事故建立制度方案。就開采多金屬硫化物而言，可能發(fā)生的重大安全事故包括水面支持船發(fā)生火災(zāi)爆炸、起重作業(yè)墜落物砸傷人等。針對這些問題，一方面要從技術(shù)角度考慮：電器管線是否合規(guī)布置并定期檢查、大型設(shè)備作業(yè)前期安全措施是否到位、專業(yè)設(shè)備是否經(jīng)過檢驗(yàn)認(rèn)證等;另一方面需從組織措施入手：平時要保障安全逃生器具方便獲取、安全避險通道暢通、安全警報有效以及應(yīng)急醫(yī)護(hù)部署就位，以防事故發(fā)生時人員逃生受阻;提前指派應(yīng)急指揮官和應(yīng)急工作小組，以避免事故現(xiàn)場人員分配混亂;一旦發(fā)生重大安全事故，立即與管理局和附近海域國家聯(lián)系，協(xié)商最佳的處理辦法并爭取獲得最大的傷害救援。
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