陈智昊，吕海宁，吴 琪

(1. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240； 2. 高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海 200240)

大洋海底中蕴藏着丰富的多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等矿产资源，富含铜、锰、镍、钴、金等多达76种金属元素。据不完全统计，全球海底锰结核含量可达5 000亿吨。然而，这些丰富的矿产资源普遍贮藏在水深一千米以上的深海区域，勘探和开发难度大。在当前全球能源供应紧张的大环境下，深海贮藏的大量矿产资源必将成为未来资源供应的发展趋势和重要渠道。深海矿产资源开发技术的相关研究始于20世纪50年代末，针对多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等矿物的赋存状态和分布特征，美国、日本、韩国、德国和印度等国先后多次开展海上试验并设计研发了多种形式的采矿系统。目前，海底集矿系统和长距离垂直输运系统相结合的开发模式已被证明是深海资源开发工程中最具开发前景的方案[1-3]。

完整的海底矿产资源开发系统，从水面至海底，主要由大型水面支持船、深水悬臂式长距离垂直输运管道、水下大功率提升泵和海底集矿装置等部分组成。其中，长度达上千米的深水悬臂式垂直输运管道是整个系统中最为薄弱，技术难度最大的部分，也是最为关键的核心内容，其流固耦合力学特性的准确预报和分析是深海资源开发的重难点。与传统海洋油气立管相比，深水悬臂式垂直输运管道，其底部处于自由悬垂状态，其力学性能更加复杂和特殊，具有强烈的非线性力学特征和空间运动构型。……