杜尊峰 陳香玉 趙羿羽

摘要：隨著各國對(duì)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(dòng)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(duì)性的對(duì)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(dòng)植物群;廢水尾礦;環(huán)境基線

中圖分類號(hào)：P744????文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A????文章編號(hào)：1005-9857（2020）03-0068-07

Analysis and Countermeasures of Operational Safety and Environmental Impact in Deepsea Polymetallic Sulfide Mining

DU Zunfeng1，CHEN Xiangyu1，ZHAO Yiyu2

（1.State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety，School of Civil Engineering，Tianjin University，Tianjin 300354，China;

2.The 714 Research Institute of CSIC，Beijing 100192，China）

Abstract：As countries gradually accelerate the exploration and development of deepsea polymetallic sulfides，in order to ensure and guide contractors to mine polymetallic sulfides in the area safely and in compliance with environmental protection regulations，the process technology of deepsea polymetallic sulfides was firstly discussed.On this basis，combined with the trials of mining polymetallic sulphides in Nautilus Minerals Company of Canada & Australia and Neptune Mining Company of U.S.，the safety issues such as sulfur ore leakage，structural failure，mechanical injury，fire and explosion involved in the operation process，and damage to the sea floor，the environmental impacts of flora and its habitat，discharge of mining wastewater and tailings，etc.were analyzed.Specific countermeasures and suggestions were given on the issues of operational safety and environmental impact，which could provide reference for engineering practice.

Key words：Deepsea polymetallic sulfide，Operational safety，Sulfide mining leakage，Seabed animals and plants，Mining tailings，Environmental impact baseline

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(dòng)，已探明具有商業(yè)價(jià)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(shí)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(jià)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(huì)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(duì)多金屬硫化物開采作業(yè)安全問題的分析較少，且對(duì)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(chǔ)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(gè)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(duì)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(duì)策

1.1?海上采礦作業(yè)安全問題分析

作業(yè)安全是深?？沙掷m(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(shí)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(huì)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(huì)導(dǎo)致設(shè)備結(jié)構(gòu)破損及失效;海底移動(dòng)與變形可能會(huì)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(huì)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(xiǎn);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(shí)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(huì)對(duì)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(dòng)力之一，電力系統(tǒng)是海上安全事故一個(gè)巨大的風(fēng)險(xiǎn)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(huì)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(huì)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(dòng)受制于海底采礦設(shè)備，需長時(shí)間定位于某一特定位置，在此期間惡劣海況會(huì)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(shí)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(duì)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(duì)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(gè)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(gè)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(cuò)誤行為或設(shè)備自身故障等因素，由此造成的對(duì)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(píng)價(jià)，據(jù)此制訂相應(yīng)的應(yīng)急計(jì)劃，在把握整體的基礎(chǔ)上對(duì)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(jì)的有效性與實(shí)時(shí)性。

1.2.1?安全預(yù)評(píng)價(jià)

這是對(duì)海底采礦可能產(chǎn)生的安全問題及其應(yīng)對(duì)措施的一個(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)可能出現(xiàn)的安全事故及隱患，并對(duì)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(shí)間和要求等內(nèi)容。然后邀請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)該作業(yè)過程進(jìn)行安全分析，經(jīng)過反復(fù)評(píng)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(píng)估采礦作業(yè)的系統(tǒng)安全程度，以此為基礎(chǔ)對(duì)十分嚴(yán)重、一般嚴(yán)重、輕微等級(jí)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(jì)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(duì)事故，承包者需要制定應(yīng)急計(jì)劃?！笨梢姂?yīng)急預(yù)案在整個(gè)安全管理中的重要性。

一般應(yīng)急計(jì)劃由安全事件、技術(shù)措施與組織措施構(gòu)成，對(duì)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(duì)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(shí)要保障安全逃生器具方便獲取、安全避險(xiǎn)通道暢通、安全警報(bào)有效以及應(yīng)急醫(yī)護(hù)部署就位，以防事故發(fā)生時(shí)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。

1.2.3?設(shè)備視情維修

在未來，開采深海多金屬硫化物將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化，這雖然減少了人力投入量，但同時(shí)大大提升了對(duì)設(shè)備的高要求。在采礦設(shè)備高端化、精密化、自動(dòng)化的發(fā)展趨勢下，有必要采取基于可靠性分析和在線監(jiān)測的設(shè)備視情維修策略，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果采取合適的維修方案，避免修理不足或過度修理減少設(shè)備使用壽命[7]。

可靠性分析為設(shè)備視情維修奠定了基礎(chǔ)。在前期設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、調(diào)試階段就可以預(yù)知設(shè)備的使用壽命及條件、抗腐蝕強(qiáng)度、應(yīng)急關(guān)閉、危險(xiǎn)報(bào)警等性能，保障其運(yùn)行狀態(tài)良好。許多安全故障可以通過前期設(shè)計(jì)與試驗(yàn)環(huán)節(jié)來有效避免：考慮在采礦車周圍設(shè)計(jì)一種安全氣囊以緩沖礦車與其他障礙物之間的碰撞沖擊[8];在鉆頭旋轉(zhuǎn)部位設(shè)計(jì)防護(hù)罩，以防鉆齒脫落飛濺;根據(jù)人的行為特征（慣用一側(cè)、捷徑反應(yīng)、躲避行為等）設(shè)計(jì)良好的人機(jī)操作界面，以提高作業(yè)人員在維修設(shè)備時(shí)的感官體驗(yàn);對(duì)采礦設(shè)備（包括改裝設(shè)備）進(jìn)行安全評(píng)估與鑒定，只有經(jīng)過專業(yè)檢查機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)的設(shè)備才能下水作業(yè)。

在線監(jiān)測為設(shè)備視情維修保駕護(hù)航。水面支持船和岸端通過對(duì)海底采礦設(shè)備實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)其運(yùn)行故障并進(jìn)行維修作業(yè)。此外，還應(yīng)注意對(duì)采礦輔助電力設(shè)備進(jìn)行安全檢驗(yàn)與監(jiān)測，包括漏電保護(hù)裝置、電線絕緣保護(hù)裝置等，并設(shè)置安全警示信號(hào)。

1.2.4?人員培訓(xùn)

采礦前需要對(duì)全部作業(yè)人員進(jìn)行安全知識(shí)與專業(yè)技能培訓(xùn)。安全培訓(xùn)內(nèi)容包括基本的安全逃生、消防、救援等知識(shí)，和對(duì)人員安全意識(shí)的培養(yǎng)，可通過企業(yè)的安全文化滲入，通過大型海難觀影、主題講座等方式進(jìn)行。專業(yè)技能培訓(xùn)是針對(duì)具體工種展開的培訓(xùn)項(xiàng)目，例如起重員需明確安全作業(yè)規(guī)范、電工要具備專業(yè)電器技能等。最后還要對(duì)培訓(xùn)活動(dòng)進(jìn)行定期評(píng)審，頒布技能證書，保證培訓(xùn)有效。

1.2.5?海上作業(yè)的現(xiàn)場管理

起重作業(yè)、水下作業(yè)、維修作業(yè)、用電作業(yè)等作業(yè)都需要專業(yè)人員進(jìn)入現(xiàn)場，這些工作環(huán)境復(fù)雜、人員密集、危險(xiǎn)性高，需要制定一份詳細(xì)的現(xiàn)場管理方案來保障作業(yè)安全。

首先，作業(yè)人員應(yīng)向負(fù)責(zé)人提出書面作業(yè)申請(qǐng)并穿戴基本的防護(hù)用品才能開始作業(yè)。然后針對(duì)不同的工種制訂不同的管理方案，在大型采礦設(shè)備的吊裝下水現(xiàn)場，考慮設(shè)置水面守護(hù)船以便監(jiān)測預(yù)警并處理安全事故;起重作業(yè)前要檢查剎車、負(fù)荷指示儀等裝置的靈活可靠;還可以參考《澳大利亞聯(lián)邦離岸礦產(chǎn)資源法》，在水面支持船附近設(shè)置安全區(qū)，其他船舶未經(jīng)批準(zhǔn)不得進(jìn)入該區(qū)域。這些管理模式在一定程度上可以降低人、環(huán)境與機(jī)器設(shè)備的交叉作業(yè)[9]，預(yù)防安全事故的發(fā)生。

2?環(huán)境影響分析及對(duì)策

2.1?環(huán)境影響分析

保護(hù)環(huán)境是實(shí)現(xiàn)深海多金屬硫化物持續(xù)開采的一項(xiàng)國際任務(wù)與挑戰(zhàn)，只有對(duì)其充分了解，才可能使環(huán)保措施與開采項(xiàng)目并行開展，使人類與海洋世界和諧共處[10]。

鑒于對(duì)深海的認(rèn)知水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，高端技術(shù)也仍需改進(jìn)，目前尚未明確采礦對(duì)海洋環(huán)境造成的影響，一些專家學(xué)者認(rèn)為這些影響還具有不可恢復(fù)性，一旦發(fā)生將造成難以預(yù)估的災(zāi)難事故[11]。圖1初步描述了開采深海多金屬硫化物的環(huán)境影響，從海底到水面，開采會(huì)破壞海底動(dòng)植物群及其生存環(huán)境、帶來聲和光的影響、排放廢水和尾礦，除以上特殊影響，還包括與采礦加工有關(guān)的一般類型環(huán)境污染事件。

2.1.1?破壞海底動(dòng)植物群及其生存環(huán)境

深海多金屬硫化物礦區(qū)多位于洋中脊熱液噴口，這里聚集有豐富的海底動(dòng)植物群落、喜硫細(xì)菌、無脊椎生物等，它們依靠硫礦生存，開采硫礦必然會(huì)對(duì)這些海底生物及其底棲環(huán)境造成一定的影響。具體包括以下幾個(gè)方面。

（1）采礦車將動(dòng)物群壓碎、分散。由于大多數(shù)底層動(dòng)物生活在海底沉積物以上數(shù)厘米高度內(nèi)，以上層水域沉積下來的有機(jī)碎屑為食，因此在采礦路徑上絕大多數(shù)生物可能當(dāng)場被殺死或被翻到軌跡外側(cè)，邊沿生物也會(huì)受損，目前我們無法預(yù)知生物再遷入的時(shí)間[11]。

（2）懸浮顆粒物羽流將動(dòng)植物淹沒。采礦產(chǎn)生的懸浮顆粒羽流和底層水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)與采礦碎屑重新沉積在海底，這些沉積物會(huì)覆蓋動(dòng)植物使其窒息、淹沒。此底層羽狀流可持續(xù)到采礦結(jié)束后數(shù)日，擴(kuò)散到數(shù)十千米之外，影響范圍廣泛[12]。

（3）廢水、沉積物和礦石碎屑損害動(dòng)物器官。底層動(dòng)物可能進(jìn)食海底開采作業(yè)排放出的廢水與礦石碎屑，其中食懸浮物動(dòng)物還可能進(jìn)食羽流沉積物（其中包括無機(jī)顆粒和一些難溶的有機(jī)材料）影響其消化器官導(dǎo)致死亡;高負(fù)荷的懸浮無機(jī)顆粒可能會(huì)堵塞動(dòng)物的鰓部進(jìn)而影響動(dòng)物呼吸;此外，化學(xué)物質(zhì)對(duì)底層生物作用可能由于沉積物渾濁而降低其傳輸性能，使其繁殖率下降。

（4）使用周圍水體吸入海底生物。泵提升系統(tǒng)會(huì)用到吸水裝置，用來將礦物與水混合吸入提升泵，這一過程可能吸入海底生物，致使它們喪失生命。抽吸夾帶量取決于生物種類和管徑與速度，有研究表明，在淺水中開采磷礦時(shí)幼蟲與卵易受影響被抽吸進(jìn)作業(yè)裝置，但沒有試驗(yàn)表明深水動(dòng)物對(duì)此亦十分敏感[11]。

2.1.2?聲和光的影響

一方面海底環(huán)境陰暗，一些無脊椎動(dòng)物和魚已經(jīng)適應(yīng)了低強(qiáng)度光，而采礦設(shè)備發(fā)出的持續(xù)高強(qiáng)度的光可能會(huì)遮蓋原本的弱光對(duì)它們的吸引力，損害其視覺器官;另一方面，海洋動(dòng)物用聲音交流、使用回聲定位，這些聲音低頻，傳播距離遠(yuǎn)，可能會(huì)被海底采礦設(shè)備發(fā)出的噪聲干擾，影響底層與海面動(dòng)物的交流、覓食與繁殖[13]。

2.1.3?采礦船廢水與尾礦的排放

排放發(fā)生在水體中，但影響深度與廣度不容小覷。尾礦碎屑遇海水氧化會(huì)形成水體的富營養(yǎng)化，致使海藻大量繁殖，通過洋流漂流到其他地區(qū);金屬元素在生物體內(nèi)積累，或在溫度、壓力的影響下釋放潛在的有毒金屬，可能對(duì)浮游生物物種構(gòu)成產(chǎn)生一定影響[11];表層水體羽狀流會(huì)增加水體渾濁程度進(jìn)而影響魚類幼體與成年魚類捕食行為;此外，表層海水與海底富含營養(yǎng)物的海水混合還會(huì)造成人工上升流，增加海面生物的生產(chǎn)力[14]。

2.1.4?與采礦加工有關(guān)的影響

這些環(huán)境影響主要發(fā)生在水面支持船上。包括油污和化學(xué)品泄漏意外溢油事故、采礦船垃圾傾倒、隨采礦船而至的物種侵入（動(dòng)物、微生物和病毒從海底運(yùn)輸至水面）以及二氧化碳和二氧化硫的排放。

2.2?環(huán)境保護(hù)對(duì)策

由于海底采礦仍處于起步階段，一些保護(hù)環(huán)境措施來源于試驗(yàn)結(jié)果、開采實(shí)例與國際海底管理局的規(guī)章法案。經(jīng)大量的整理分析可知，同安全作業(yè)對(duì)策一致，保護(hù)環(huán)境也需要由表入里，由始及末：初期調(diào)查環(huán)境基線、評(píng)估環(huán)境影響并制定應(yīng)急預(yù)案，在采礦運(yùn)營過程中展開對(duì)環(huán)境的監(jiān)測與管理。

2.2.1?環(huán)境基線調(diào)查

這是在采礦前對(duì)未知海域的一個(gè)了解過程，是評(píng)估環(huán)境影響的前提，也是環(huán)境管理的依據(jù)，在管理局《“區(qū)域”內(nèi)多金屬硫化物探礦和勘探規(guī)章》《“區(qū)域”內(nèi)礦物資源開發(fā)規(guī)章草案》和各國的海洋礦產(chǎn)立法中都有所體現(xiàn)。

調(diào)查內(nèi)容包括礦區(qū)的物理化學(xué)、地質(zhì)條件、生物構(gòu)成以及生物擾動(dòng)等數(shù)據(jù)。針對(duì)多金屬硫化物，管理局《指導(dǎo)承包者評(píng)估“區(qū)域”內(nèi)海洋礦物勘探活動(dòng)可能對(duì)環(huán)境造成的影響的建議》中特別指出要調(diào)查硫化物礦區(qū)地貌圖、海流、溫度動(dòng)物變化關(guān)系、濁度變化情況、有毒物質(zhì)溢出情況、底棲及上部水層的金屬元素比例特性、硫化物表面覆蓋沉積層的力學(xué)性質(zhì)和元素組成、小型底棲生物和微生物的種類與基因聯(lián)系和生活習(xí)性。調(diào)查可以使用船載多波束回聲探測器、導(dǎo)電率溫度深度感應(yīng)器、聲學(xué)多普勒電流剖面儀、水下自動(dòng)航行器、攝像機(jī)、重力式樣本收集器、活塞式收集器等工具。

需要注意，在進(jìn)行環(huán)境基線調(diào)查時(shí)要保證廣度和深度，廣度在于基線區(qū)域要視具體采礦規(guī)模而定，在礦區(qū)之外還應(yīng)該包含一段海域，以研究采礦對(duì)外圍生物環(huán)境的影響;深度在于基線調(diào)查的有效性，抓取工具要避免對(duì)生物造成傷害，采用攝像、取樣等方法觀測生物在一段時(shí)間內(nèi)的變化，這段時(shí)間應(yīng)盡可能長，具有季節(jié)性，最少在1～2年內(nèi)，鑒于環(huán)境基線數(shù)據(jù)的獨(dú)特性，獲取過程的長期性，可以考慮與其他海底采礦公司或有關(guān)國際組織共享礦區(qū)環(huán)境數(shù)據(jù)[15]。

2.2.2?環(huán)境影響評(píng)估

基于已完成的環(huán)境基線調(diào)查，需要制定一份環(huán)境影響評(píng)估，評(píng)估時(shí)邀請(qǐng)社會(huì)公眾與相關(guān)專家，使用度量或評(píng)分指標(biāo)進(jìn)行定量或定性評(píng)估，包括敏感性、抵抗性、恢復(fù)性等指標(biāo)，以充分考慮環(huán)境問題，保證評(píng)估的準(zhǔn)確性，初步制定相應(yīng)的環(huán)保措施。

針對(duì)采礦對(duì)底棲生物的破壞，可以考慮在鉆頭外圍加一防護(hù)罩，避免微小生物不慎鉆入或被卷入快速旋轉(zhuǎn)的鉆頭部位;盡可能降低鉆取速度或采取間歇式采礦安排，保證沉積物羽流和懸浮物濃度小于某一危險(xiǎn)臨界值;盡量減少海水中的多金屬硫化物加工工序，避免過多的生物夾帶量;考慮在其他環(huán)境類似區(qū)域安裝人工基質(zhì)，重新克隆海底生物[16];在采礦設(shè)備上安裝降噪裝置、強(qiáng)光弱化裝置。

對(duì)于水面排放的廢水與尾礦，建議在采礦船上進(jìn)行尾礦脫氣，從尾礦中去除氣泡，以減少它們的浮力，防止其在表層水域停留;建模預(yù)測尾礦的排放行程，使排放點(diǎn)位于管道尾礦漿料形成濁流的位置[17]。

2.2.3?應(yīng)急預(yù)案

盡管在整個(gè)采礦活動(dòng)中提倡預(yù)防為主的原則，但仍不可避免地出現(xiàn)環(huán)境突發(fā)事件，這就需要應(yīng)急預(yù)案來提高采礦期間對(duì)環(huán)境突發(fā)事件的處理能力。

對(duì)于提升泵硫化物大規(guī)模泄漏這類事件，既屬于安全問題，也屬于環(huán)境問題，需要在應(yīng)急預(yù)案中說明應(yīng)急開關(guān)設(shè)備情況，以便在泄漏發(fā)生后的第一時(shí)間關(guān)閉設(shè)備，或使用遠(yuǎn)程監(jiān)測感應(yīng)系統(tǒng)，一旦監(jiān)測到提升泵外圍硫化物超過某一濃度即刻啟動(dòng)急停系統(tǒng)。對(duì)于水面支持船意外漏油事故等其他造成的環(huán)境損害，要指定事故現(xiàn)場負(fù)責(zé)人，指揮各個(gè)生產(chǎn)部門關(guān)閉生產(chǎn)設(shè)備做好防護(hù)措施，并將事故即刻通報(bào)給管理局。

2.2.4?環(huán)境管理辦法

環(huán)境管理的基本原則是預(yù)防為主和采用良好行業(yè)做法，通過環(huán)境監(jiān)測與評(píng)價(jià)來實(shí)現(xiàn)。

（1）在礦區(qū)附近設(shè)置富有代表性的環(huán)境對(duì)照保留區(qū)（該區(qū)域與采礦區(qū)生物環(huán)境類似，但不受采礦的影響），以保留區(qū)的生物、物理、地質(zhì)、化學(xué)指標(biāo)為基準(zhǔn)，監(jiān)測礦區(qū)相應(yīng)指標(biāo)，監(jiān)測機(jī)器一旦感應(yīng)到采礦區(qū)環(huán)境指標(biāo)異樣，即開啟警報(bào)。水面支持船附近水域也需要設(shè)置二氧化碳與硫元素的監(jiān)測裝置，時(shí)刻記錄它們較對(duì)照保留區(qū)的變化情況。

（2）建議在監(jiān)測過程中采用適應(yīng)性管理辦法[18]，定期評(píng)價(jià)監(jiān)測方案的準(zhǔn)確性和有效性。包括對(duì)監(jiān)測指標(biāo)做出修改，調(diào)整對(duì)某些金屬元素濃度的報(bào)警閾值，增加對(duì)遷入動(dòng)物的觀測記錄等。公眾參與和專家評(píng)審也應(yīng)體現(xiàn)在適應(yīng)性管理模式中，通過不斷評(píng)價(jià)以適應(yīng)不斷進(jìn)行中的采礦作業(yè)，且這一監(jiān)測與評(píng)價(jià)活動(dòng)要持續(xù)到采礦結(jié)束后一段時(shí)間，以應(yīng)對(duì)殘留的環(huán)境影響。

3?結(jié)論

安全作業(yè)是開展深海多金屬硫化物商業(yè)開采的基本條件之一。其中海面以下涉及硫礦泄漏、結(jié)構(gòu)失效和機(jī)械傷害事故，水面部分涉及機(jī)械傷害、觸電事故和火災(zāi)爆炸以及船舶碰撞事故，這些問題可通過安全預(yù)評(píng)價(jià)、設(shè)備的可靠性分析、人員培訓(xùn)等管理辦法應(yīng)對(duì)。

破壞海底動(dòng)植物群及其生存環(huán)境和排放廢水尾礦相比于聲和光產(chǎn)生的影響更為嚴(yán)峻，這些影響可以通過環(huán)境基線調(diào)查、環(huán)境評(píng)估與監(jiān)測等手段加以預(yù)防或減輕。

隨著深海采礦技術(shù)與裝備的不斷發(fā)展，對(duì)多金屬硫化物的開采將不斷深入并逐漸商業(yè)化，各國在開采過程中需要十分注意這些作業(yè)安全與環(huán)境影響問題，以此為基礎(chǔ)制定相應(yīng)對(duì)策。鑒于目前國內(nèi)外試驗(yàn)研究的局限和數(shù)據(jù)材料的匱乏，這些安全與環(huán)境分析還有待于進(jìn)一步量化，結(jié)合不同的開采工藝明確其所占比重及影響程度。

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