要想在海底进行方便快捷地采矿工作，就必须综合考虑多方面的因素，例如考虑海底矿物被海水及沉积物覆盖的特点，考虑采矿过程对海洋生物资源的影响等，在综合这些方面基础上设计出一种经济的开发设备。

海底锰结核采矿系统，现在世界上一般有两种分法：第一种划分为三个组成部分，即海底集矿装置、矿石垂直提升设备和海水作业平台三部分；第二种划分为四个部分，即集矿装置、提升装置、采矿船及测量和控制装置。在这两种分法中，无论怎样分，它们的集矿部分和场矿部分，是决定能否顺利进行采矿的关键，其中集矿部分又是重中之重。

（1）深海开采系统

深海开采系统（如图2-53所示）由4种系统构成，分别是海底集矿系统、矿石提升系统、机械收放系统和测控系统。

①海底集矿系统

该系统的最大特点是可靠、易加工、安全与集矿效率高。基本原理是采用拖曳式雪橇型集矿机，在这基础上利用加压水射流的附壁效应来集矿。在所采集的矿石中只有将较大的结核在集矿机中进行破碎，然后才能进行矿石的提升作业。基本工作过程是将软管和扬矿管组成管线拖动集矿机，并用水射流收集结核，由于收集到时结核中含有大量杂质，因此需要分离海底沉积物、破碎结核至所需求的粒级，最后将矿石送至矿石提升系统，这就是海底集矿系统的任务。

②矿石提升系统

现在世界各国都在研究流体提升采矿系统。流体提升采矿系统根据提升方式不同，可以分为水力提升和空气提升两大类。

水力提升系统可以分为四部分，分别是海底集矿装置、高压水泵、浮筒和采矿管。其中采矿管起输送锰结核的作用，它位于采矿船和浮筒下。浮筒起支撑水泵的作用，位于采矿管上部大约1／10的地方，并且浮筒内存满高压空气。高压水泵的作用是通过高压使采矿管内产生5米／秒的高速上升水流，使锰结核和水一起由海底提升到采矿船，它的功率大概是6000千瓦，位于浮筒内。集矿装置的作用是筛选和采集锰结核。

空气提升采矿系统可以分为三个部分，即高压气泵、采矿管和集矿装置。高压气泵的工作原理是在采矿作业时，首先在船上的高压气泵产生的高压气流通过输气管道向下，分别在采矿管的深、中、浅三个位置输入，在采矿管中产生高速上升的混合流（固、气、液），从而将锰结核（该锰结核经过集矿装置的筛滤系统选择）提升到采矿船内，这种提升效率很高，达到了30％～35％。当采用功率为4340千瓦的空气压缩机，并且以225立方米 /秒的速率吹进空气，则采矿管中的水流提升速度将达到3米／秒。目前这种空气提升采矿系统已能在水深5000米处很好地作业，但还有一定局限性，例如该系统构造复杂，造价昂贵，这对于大面积普及这种采矿系统带来一定困难。

上面介绍的两种采矿系统能达到的采矿能力为将近日产1万吨。而且世界各国都在抓紧研发新型采矿系统，以便加大采矿速度和采矿深度，如日本正在研制一种流体挖掘式采矿实验系统，估计可以在水深5250米正常工作；英国正在研制的新型空气提升采矿系统，估计日产结核可达1万吨。

③机械收放系统

所谓收放就是指管道和集矿系统的快速布放和回收，这种作业在暴风雨前和暴风雨中至关重要。现在世界上已开发出来的收放系统包括摇臂吊机、提升管的连接与拆分机、提升管把持器、电缆收放机构和其他支持设备。布放与回收速率是该系统中最关键的指标，而这些指标的好坏又与气候、现场海底地形和其他条件有关。

④测控系统

这种系统包含了各种先进技术，其中有电子学、声学和数据处理等。为了测试集矿机与管道船系统的集成控制，世界各国在各种气象条件下作了大量仿真实验，为实际运作提供了大量经验。由于电缆在恶劣的海洋条件下要承受剧烈的三维运动，所以要开发新的适合该海况的电缆，现在多采用符合电缆。新型的声学测量仪表的开发更加完善了测控系统的作业。

（2）采矿船

对于每种采矿船来说，由于工作类型相同，所以它们所必需的装备是相同的。但根据各种特点从大的方面可以分为拖斗式采矿船、管道提升式采矿船和潜水式采矿船。其中拖斗式采矿船又分为单斗式、双斗式和连续绳斗式3种；提升管道式有分为水力提升式、压力提升式和轻介质提升式3种。