焊接安全防护试析论文

【摘要】当前我国科学技术的发展正在蒸蒸日上，各种新型技术与新型材料的出现给各行各业都带来了新的发展活力。在建筑行业当中，建筑钢结构焊接技术作为一大重要建筑技术，其既有着悠久的应用历史，又有着不可限量的发展前途。下面是小编为大家整理的《焊接安全防护试析论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!

焊接安全防护试析论文 篇1：

石油化工管道焊接工艺和焊接质量控制

摘要：本文主要针对石油化工工程中压力管道焊接的重要性、石油化工工程中压力管道焊接常见问题和管道焊接的工艺和方法以及焊接工艺的质量控制进行简要分析，仅供参考。

关键词：石油化工；管道焊接；工艺；质量

一、石油化工工程中压力管道焊接的重要性

焊接是压力管道施工最主要、最常用的加工技术办法，焊接质量的好坏直接影响着管道的质量，安全和寿命。国内外有关资料标明，在压力管道的失效事端中，焊缝是主要的失效源，焊接质量不合格是事端的重要原因。因而，有必要对焊接质量严厉加以操控。压力管道焊接质量的好坏是影响压力管道能否安全运转的重要要素，除确保资料的质量外，焊接进程的质量操控是压力管道施工的关键进程。焊接进程的质量操控对确保压力管道的质量起着非常重要的效果。要想取得优质的管道焊接质量，有必要使焊接全进程处于严厉的受控状况，只要这样才干真正有用确保压力管道的焊接质量。影响焊接质量的要素有很多，如焊接办法、焊接设备、原资料的质量、坡口的加工质量及管道组对质量、焊接环境（环境温度、相对湿度、风速等）、现场条件（如高空或地沟作业等）、焊工素质、焊接技术的正确性及其详细实施状况等等。实践证明，从上述许多要素中，归纳整理为若干关键环节，捉住这几个关键环节不放，就能有效地使焊接全过程处于受控状态，然后有用地确保压力管道的焊接质量。

二、石油化工工程中压力管道焊接常见问题

1、焊工资格管理不规范

焊工的技术水平是决定焊接质量的重要因素，操作技术不佳，将会产生气孔、夹渣、咬边、未熔合等焊接缺陷，甚至会引起焊接接头性能的变化。从事压力管道焊接施工的焊工应当按照《特种设备焊接操作人员考核细则》取得质量技术监督部门签发的《特种设备作业人员证》，并在核定的项目和规定的有效期内承担焊接工作。国内各施工单位出于工期、成本、效益等因素的考虑，都或多或少存在焊接作业人员承担的工作与其具备的焊接合格项目特别是施焊位置不符或者超期，甚至发现以安全生产监督管理部门签发的特种作业操作证书浑水摸鱼的现象，上述情况均属于无证施焊。

2、焊材管理不规范

焊材的领用、发放和回收工作制度流于形式，没有做到焊材使用跟踪管理，用剩的焊条不能及时回收，可能导致焊材混用或者焊工凭主观印象随意取用焊材。另外，焊材的使用保管也不规范，最典型的就是焊材保温筒没有连接电源或者保温筒未关闭，致使烘干的焊条受潮。

3、焊接参数管理不规范

经批准合格、有效的焊接工艺评定和焊接工艺规程/焊接作业指导书仅用于应付行政监管和建设单位、监理单位的检查，施工单位为了缩短焊接时间，节省焊条，任意改变焊接部位坡口形状，加大钝边尺寸，增加了产生未焊透缺陷的几率；或者为提高劳动生产率，擅自提高焊接电流，使焊条药皮过热发红，影响保护效果，产生气孔、夹渣缺陷，或者在母材金属的坡口两侧产生咬边，甚至烧穿。

4、焊接环境管理不规范

为了抢进度、省费用，在风、雨天和寒冷的天气施焊时，没有采取相应的防风、防雨或者预热、后热、保温缓冷等措施，从而影响焊接质量或焊缝性能。

三、管道焊接的工艺和方法

1、焊前的技术准备

焊接人员，必须通过严格的专业培训考试并签发合格证书。管道施工前应根据具体的施工内容编制焊接作业的指导书来拟定焊接技术措施，制定适合的焊接工艺方案。凡是焊接施工工程中第一次使用的钢种和焊接材料，必须在进行焊接工艺评定后，才可以投入使用。根据可靠的钢材性能实验结果，制定焊接工艺评定报告。根据建设项目的组焊工艺卡报表，用于指导施工的焊接工作。

2、管道焊接方法

输油管道的焊接方法常用的主要有三种：手工电弧焊、药芯焊丝半自动焊及全自动焊。由于手工电弧焊具有操作灵活、对设备要求低、适用于不同地域和施工条件等特点。因此也是石油化工管道最常用的方法之一。焊接工艺的主要流程可分为：打底、填充、盖面三个环节。

打底：氩弧焊焊接过程中，操作是从底部到顶部，点焊可以用角磨机打磨和抛光结束位置，并打磨出合适的抛光关节斜口。焊接底缝，也必须是均匀的进行焊接，注意一定不要焊穿。使用氩弧打底必须检查氩气是否含有杂质，确保氩气纯度。再用试板进行试焊处理，施焊时应将焊接处用板等器具围住，防止由于外界环境因素对焊缝的质量造成影响。可以用角磨机对底密封缝的接头位置进行打磨，严禁出现焊瘤、根部内凹等情况。

填充：底部施焊结束以后，应当及时清除掉焊接时所产生的飞溅物、熔渣等杂质。如果发现存在隐患的地方，必须清除后再焊并磨平。一般情况下，底层焊缝接头应与焊缝接头错开距离大于10mm，中层处应该选用直径为3.2mm的焊条。当管壁厚度为9mm时，焊缝的层数则应选用底、中、面三层。而中缝的焊条直径为一般为3-5mm。严禁在操作时在焊缝焊接层表面引弧，运条时要选用直线型。

盖面：一般根据焊缝厚度的尺寸来选用盖面层焊条的型号。每根焊条的起收旱弧位必须和中层焊缝处接头进行错位，注意中层焊缝表面处严禁引弧。表面覆盖层应确保完整，光滑过渡处理管道。焊缝宽度超过坡口处的两侧约2mm，焊缝余高为1.5-3mm为宜。

四、焊接工艺的质量控制

1、焊接人员控制

焊接人员应严格按照操作要求与焊接工艺认可的规定进行施工，所有的现场焊接的人员，必须持有有效的资格证书，并且具有合格的管道焊接资格。

2、机具控制

焊接设备及热处理设备应确保完整，性能可靠。所有控制仪表、仪器必须在有效的使用时间内（当地主管部门的合格标签为准）。此外，辅助工具（如：角磨机、电极管等）应齐全完整。

3、焊接材料控制

焊接材料的使用，应先报于验收质量检查和其他有关部门进行验检。检验的内容可以分为实物和资料两大部分，并保证材料符合设计文件且与现行国家标准的要求相一致。焊接检验应按照标准要求按照批次标签来进行保管存储。焊条烘干室应根据要求，将焊材管理措施和材管人员的管理职责、焊接工艺卡贴于仓库。质量管理人员应经常检查和了解各种焊条材料，尤其是特殊焊材的管理和使用，以避免错误的工程材料进行使用并给工程造成损失。焊条仓库应配备按要求规定的相应设施（如除湿、温湿度传感器），以保证焊接质量不受环境因素的污染。

4、环境控制

一个良好的工作环境是保证焊接施工的前提，所以，尽可能在焊接过程中不让外部因素影响到焊接工作，以确保正常的焊接工艺。天气是一个重要的环境影响因素。当天气（雨、风、雪、雾）影响正常焊接时，质量管理人员应及时要求焊接人员采取有效的防护措施。否则，应责令停止焊接工作，以保证施工工程的顺利进行。除了以上的焊接施工现场控制，加大对施工现场的检查和管理也是非常重要的，所有不符合要求的行为必须坚决予以制止和纠正，保证焊接质量完全在受控状态之内。

结束语

随着石油化工管道事业的不断发展，管道焊接技术也在不断地更新发展。新的焊接方法也应运而生。焊接方法也由单一的焊条电弧焊向气保焊、药芯半自动焊、自动焊等焊接方向发展。而焊接工艺技术也是不断提高，这就需要更多的高素质、高水平焊接队伍才能平衡焊接业的发展。焊接质量的控制同时也决定着企业的生存和發展。同时也影响着我国石油化工经济水平的提高。因此必须严格的控制工程中焊接的质量安全问题，才能保证我国石油化工运输业的顺利运营。

参考文献

[1]陈棋.试析石油化工工艺管道的安装技术研究[J].化工管理，2014，08：229.

[2]王晓娜.石油化工管道焊接工艺与质量控制对策探究[J].化工管理，2014，02：120-121.

[3]晏圣平.石油化工管道焊接工艺和焊接质量控制[J].科技经济市场，2014，04：111-112.

作者：朱桂奎

焊接安全防护试析论文 篇2：

高层建筑钢结构焊接施工技术

【摘 要】当前我国科学技术的发展正在蒸蒸日上，各种新型技术与新型材料的出现给各行各业都带来了新的发展活力。在建筑行业当中，建筑钢结构焊接技术作为一大重要建筑技术，其既有着悠久的应用历史，又有着不可限量的发展前途。

【关键词】高层建筑；钢结构；焊接；施工技术

引言：

钢结构建筑在我国现今众多建筑中可谓随处可见，其焊接技术水平如今也已基本达到了国际化的水准，然而这其中仍还存在着许多问题与不足之处，有待人们的解决与更加完善。因此，研究我国建筑钢结构焊接技术的发展现状及未来发展趋势，对提高我国建筑行业的技术水平有着重要意义。

1、我国建筑刚结构焊接技术的发展现状

1.1技术与材料

近几十年间，由于建筑钢结构具有良好的稳定性、较长的使用寿命、较高的生产效率以及更加环保节能等，已经被普遍应用于各种建筑建设之中；而在这期间，建筑钢结构的焊接技术也正跟随时代的脚步处于不断发展之中。自上个世纪四十年代起，焊条电弧焊技术被应用进了建筑钢结构的焊接工作当中，到了五十年代中期又引入了埋弧焊接技术，而至上个世纪七十年代，实芯焊丝和药芯焊丝气体保护焊接技术、螺栓焊接技术以及熔嘴电渣焊接技术等新型焊接技术又相继出现，给现代建筑钢结构焊接技术的发展打下了坚实的基础。这其中，很多焊接技术尤其是气体保护焊接技术可以大大提高焊接工作的工作效率，缩短建筑工程的工期，为我国的建筑行业创造更高的经济效益。不过在建筑钢结构的焊接过程当中，通常不能仅采用一种焊接技术来进行焊接，而是要根据其钢原料与焊接材料的不同而选取相适应的焊接技术和工艺，尤其必须要保证所选用的钢原料与焊接材料的硬度与韧性能够相匹配，并根据其硬度与韧性而选择相应的焊接技术。

1.2焊接设备

焊接设备的选用对于建筑钢结構的焊接工作来说十分重要。目前在我国多采用的是来自国外的进口焊接设备来进行钢结构的焊接，而国内所自主生产制造的焊接设备在其技术特性与自动化程度上大多都远远不如国外。然而即使如此，国内很多相关企业仍然没有放弃对焊接设备的自主研究与开发，并且近几年来已经取得了越来越多的成果，水平较以往也有了很大提升。

1.3技术人员

目前因为我国建筑钢结构行业的蓬勃发展，使得从事这方面工作的技术人员也越来越多。然而，由于建筑钢结构的焊技术是一门技术性很强的工作，因此它对焊接技术人员的专业知识与技能水平的要求也比较高。目前我国在建筑钢结构焊接技术方面的专业技术人才仍然非常紧缺，从事这方面工作的技术人员虽然数量多但其技能水平却参差不齐，真正能达到合格标准的专业人才少之又少，很多需要较强技术性的钢结构焊接工作的建筑工程都非常缺乏这方面的人才，这极大地阻碍了建筑工程的顺利建设。总体来说，我国的焊接技术人员与发达国家相比无论是其自身的素质水平还是市场的管理模式都比较落后，从而导致了建筑钢结构焊接工作的质量不能得到有效保障，更加也不利于建筑行业的进一步发展。

2、工程慨况

某饭店层高242m，从地下负3层柱脚往上外围四角分布有8根组合柱和对称的8根十字柱，内圈核心筒四角则为4根十字柱和2根H形柱。结构平面见图1。随着层高，外围十字柱分4次截面变化，中间多层腰桁架，内圈核心筒起始剪力墙，设备层、结构封顶停机坪都有加密梁，设计用钢总量逾1.6万t。该工程主构件形式多变、焊接时机要求严格，焊材消耗量大，且高空操作与防护困难，因此，焊接是个极其重要的环节。

3、焊接节点形式

某饭店钢结构工程现场焊接节点主要有：组合柱、十字柱、H形柱、钢管柱对接横焊；箱形腰桁架斜撑、箱形梁全位置焊接；组合柱现场组合立焊；梁-柱栓接平焊；栓接连接板与核心筒埋件立焊。其中80%焊缝为一级焊缝，最大截面焊缝长约6m，涉及板材厚12～40mm。

4、焊接工艺

4.1焊接方法的选择

考虑钢结构工程焊接熔敷量大、工序衔接紧，因此选用了半自动CO2气体保护焊作为主要的焊接方法：一是变形小，焊接效率高；二是相对灵活性大且具有一定的抗表面锈能力；三是气保护相对廉价且避免了烘焙、过程熔渣处理等工序。其主要缺点是气保护受风影响大，容易出气孔等缺陷。因此，以环境恶劣程度可换用药芯焊丝或加大过程中的防护措施来补偿。

4.2焊材的选择

根据钢结构使用钢材Q345B选用实芯焊丝ER50-6（Φ1.2mm）和药芯焊丝E501T-1（Φ1.2mm）。过程焊条手工焊焊条用E5015（Φ3.2mm、4.0mm）。

4.3坡口形式

以中厚板为主的高层钢结构焊接量大、变形控制难度高，所以坡口的设计对工程的进度和质量起着关键的作用。其原因有：

4.3.1坡口角度小，则不能满足熔合比要求，有时出现根部未焊透等缺陷，而加大组对间隙则在增加熔敷量的同时收缩应力也相应增大。且窄而深的焊缝成形系数偏小，影响一次结晶，容易产生区域偏析，在拘束应力大的情况下进而导致焊接热裂纹的产生；

4.3.2坡口角度大，则焊接量增加，焊缝角变形收缩过程的残余应力也大大增加，容易引起变形。这不仅对钢结构体系初始应力的控制极为不利，同时也给后续的安装精度带来困难；

4.3.3坡口形式不合适，则不仅给控制变形和降低残余应力增加难度，同时也限制了焊工操作空间的有效利用和人员的布置。鉴于梁、柱翼缘板较短，且截面较为对称，决定采用单V形坡口。组合柱腹板长缝3360mm、通长半熔透立缝采用K形坡口，坡口角度为40°±2°，如图2所示。

5、过程控制

5.1焊接顺序

某饭店钢结构工程施工进度与土建相辅相成，因此，深化钢柱3～4层1节。以3层节点为例，焊接顺序见图3。组合柱现场对接立缝则按土建楼面进度提前一层焊接。

层面钢梁焊接时，焊工均匀分布，先焊接外圈梁。单根钢梁两端分先后焊接，以降低焊接收缩产生的应力应变带来的影响，保障整体变形的控制。组合柱、十字柱对接焊缝焊接时，先对称焊接腹板焊缝，以释放部分纵向应力，保证十字缝处的焊缝质量。组合柱腹板焊缝3360mm，坡口形式为K形，因此焊接时由2名焊工对称从中间反向焊接，遇十字缝处分段，焊缝必须先长后短依次焊接，而后焊接对称翼缘板（圖4）。

图4所示①缝（腹板右侧T形缝）位置为组合柱现场拼接立缝，该缝为K形坡口半熔透立焊缝，其主要特点是该侧板面宽，且焊缝向上通长，焊接方式为热输入相对较大的立焊，容易导致宽腹板变形，且应力得不到释放。因此，本工程采用2名焊工分两侧对称分段施焊，完整焊道分打底层、填充层、盖面层依次交错完成。

5.2焊接参数控制

按照焊接工艺评定报告给出的焊接工艺指导书或焊接工艺卡，针对不同位置给出特定的参数范围，见表1。

以上参数为正常施工，特殊工况下做调整，或以小参数焊接，增加层道。

5.3操作环境控制

高层钢结构焊接工作大部分在高空进行，某饭店地处高楼集中地段，因此容易造成环形的气流，风从各个方向吹向焊道，且楼层越高受风的影响越大，焊缝的冷却速度也就越快，而这正是CO2气体保护焊的弱点。所以采取相应的防护措施是很关键的，本工程在普通风速的影响下采取药芯焊丝替换实芯焊丝、增大气体流量及焊道短防护等措施，但在秋冬季节则必须加装防风平台，以实现环境、操作人员与周边人员安全的三防护。

结语：（1）高层施工包含土建、钢结构、机电、防火、装饰等各个专业，其中尤以土建和钢结构施工配合紧密、相辅相成，因此焊接人员与设备的配备、焊接时机的把握必须联系土建实际进度；（2）焊前准备工作必须到位，既能有效保证质量、间接加快焊接进度，而且有效保障施工工作有条不紊、循序渐进的进行；（3）严格控制焊接顺序，保障接头焊缝质量，减小后续节点构件安装误差；（4）高空焊接施工焊渣飞溅大、长时间高强度作业导致施工人员疲劳及高空自然环境恶劣等安全隐患突出，因此，在多工序交叉作业工况下必须做好防护。

参考文献：

[1]董新宇.关于高层建筑钢结构施工技术的探讨[J].中国建筑金属结构，2013，06：6.

[2]陈博文.有关高层建筑钢结构施工技术的探讨[J].科技创新导报，2013，11：54.

[3]徐国贤.浅谈高层建筑钢结构施工技术[J].中华民居（下旬刊），2013，05：162-163.

[4]朱曦.浅析建筑钢结构焊接施工工艺[J].科技资讯，2013，19：50-51.

[5]燕如生.试析高层建筑钢结构施工技术措施[J].中国建筑金属结构，2013，20：27.

作者：张付乾

焊接安全防护试析论文 篇3：

深海多金属硫化物开采作业安全与环境影响分析及对策研究

摘要：随着各国对深海多金属硫化物勘探与开发的步伐逐渐加快，为确保并指导承包者在区域内开采多金属硫化物作业安全且符合保护环境规定，首先论述开采深海多金属硫化物的工艺技术，以此为基础结合加拿大鹦鹉螺和美国海王星矿业公司试采多金属硫化物案例，分析其作业过程所涉及的硫矿泄漏、结构失效、机械伤害、火灾爆炸等安全问题和破坏海底动植物群及其栖息地、排放采矿废水尾矿等环境影响，最后就作业安全与环境影响问题分别给出了针对性的对策与建议，可为工程实践提供参考。

关键词：深海多金属硫化物;作业安全;硫矿泄漏;海底动植物群;废水尾矿;环境基线

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）

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，各国陆续开展深海矿物资源勘探与开发活动，已探明具有商业价值的海底矿物资源包括多金属结核、富钴铁锰结核和多金属硫化物等[1]，初步形成了前二者的工业开采工艺，多金属硫化物是这之后人类认识到的又一种新型海底矿物资源，它蕴含多种金属成分，具有较高的开采价值，但目前仍处于勘探与试验开采阶段。

我国大洋矿产资源研究开发协会早在2011年就与国际海底管理局签订了西南印度洋的多金属硫化物勘探合同，享有此区域的优先开采权[2]，目前勘探调查内容包括岩石拖网和温盐深仪采水作业，硫化物、深海沉积物、岩石、海水等样品采集工作。由于开采工艺尚不成熟，目前对多金属硫化物开采作业安全问题的分析较少，且对开采过程环境影响的研究较为宽泛，而开采深海多金属硫化物正在不断推进中，研究这些问题迫在眉睫。

多金属硫化物是一种复杂的海底热液矿物，与多金属结核和富钴铁锰结壳不同，它的储藏水深较浅，矿体呈三维大块状，海底开采可借鉴陆上采煤技术。据2010年加拿大鹦鹉螺和美国海王星矿业公司试采多金属硫化物方案，整个作业系统主要由海底采矿、提升系统、水面支持3部分组成，海底采矿通过海底攫取设备、运输车辆实现;提升系统使用液压水力泵（鹦鹉螺矿业公司）或箱体结构（海王星矿业公司）将矿物运输至水面;水面支持系统指水面支持船，它对从海底采矿的硫矿进行初步脱水和分选，并支持海底采矿与提升系统[3]。

1 作业安全问题及对策

1.1 海上采矿作业安全问题分析

作业安全是深海可持续采矿的一项基本必要条件。即使在无人化、远程操控技术不断发展的今天，也不能忽视海底采矿带来的人员伤害和设备损伤。例如，在一些海底管道维修环节需要专业人员操作，水面支持船上需要作业人员加工硫矿;此外，海底采集及提升系统在严峻的海洋环境下极易发生腐蚀、破损从而产生安全事故。按事故原因可将这些安全问题分为以下几类。

1.1.1 硫矿泄漏

提升系统将多金属硫化物运至水面，可以通过管道提升泵输送混合矿浆到水面支持船，或将大块硫矿放入集矿箱提升至水面，但不论采取哪种方式，都有可能出现硫矿泄漏事件，即矿浆在狭小管径内溢出以及因管道破裂喷出，或硫块从箱中掉落，这些可能是由于作业人员更换部件、检查维修时的操作失误引起，或由于设备出现的老化和锈蚀（例如，管线穿孔或密封不严）等现象引起，一些极端恶劣的气候海况和大型海洋生物的碰撞也会导致设备受到损伤，甚至伤及人员生命健康。

1.1.2 结构失效

指因为其他危害导致的海底采矿设备（结构）发生局部或整体的损坏甚至是倒塌。由于海底采矿设备处于多变的海洋环境中，强烈的地震和极端气候等灾害会导致设备结构破损及失效;海底移动与变形可能会出现硫矿体非均匀沉降、坍塌、沉陷或快速积累的尾矿沉积层偶发浊流甚至是坡体坍塌导致设备受损[4];设备自身也会因疲劳而导致应力集中点向外蔓延，最终钢结构设备不能支撑其所承受的荷载，使设备受损、人员受害。

1.1.3 机械伤害

在人员经常出没的机械作业区极易发生“设备故障伤人”事件。海底采矿设备可能因机械故障或防护不到位而存在潜在抛射物伤人的风险;硫矿脱水装置可能在运行过程中引起人员的绞、碾伤害[5];水面支持船上搬运作业时也可能出现人员砸伤、挤伤的情况。尤其是海上起重作业易受风暴潮、海冰、海雾与潮汐变化等海况影响。另外，作业人员违章操作、限位失灵、现场管理不善等因素也会对此产生影响，导致设备受损丢失、船舶搁浅倾覆、人员落水、物体倾斜滑落、坠落物砸伤人员等重大安全事故。

1.1.4 触电事故与火灾爆炸

作为采矿作业正常运营的动力之一，电力系统是海上安全事故一个巨大的风险源。水面支持船加工作业、海底湿法焊接、起重船高空吊运等工作都需要电力支持，一旦出现设备漏电、电线绝缘保护装置失效、电气线路老化等现象就有可能使作业人员触电[6]。此外，加工和生活用电稍不注意还会引发火灾爆炸，例如在高温高压容器周围的可燃物燃烧、用电作业产生的火花飞溅、人员吸烟产生的明火蔓延等都会引发重大火灾事故。

1.1.5 船舶碰撞

水面支持船与一般船舶行驶规则相同，但其活动受制于海底采矿设备，需长时间定位于某一特定位置，在此期间恶劣海况会严重影响水面支持船定位效果，使其与海底采矿设备、提升系统脱离，在不受控制的情况下和其他船舶或结构物相撞。同时也不能排除其他往来船舶在能见度不良的海况下撞击安全运行的水面支持船，造成船舶破损、倾覆等重大海难事故。

1.2 安全对策

毋庸置疑安全作业在海底采矿中的必要性，但采取怎样的对策以保障作业安全还值得深入思考。由于开采深海多金属硫化物是一个复杂的作业系统，包含采矿设备的下水安装、生产运营以及生产结束后设备拆除等子系统，每个子系统又涉及水面与海底不同区域的安全问题，它们来源于自然环境、人的错误行为或设备自身故障等因素，由此造成的对人员生命与设备寿命的威胁程度不一。

目前开展的海底采矿试验与实践较少，需要借鉴海洋油气与陆地煤矿的安全生产管理经验，三者具有共通与相似性。即考虑在项目之初首先进行安全作业预评价，据此制订相应的应急计划，在把握整体的基础上对人和设备进行二次分析，包括设备视情维修与人员培训，当然，在实际作业过程中，还需要高效严格的现场管理模式来保障前期设计的有效性与实时性。

1.2.1 安全预评价

这是对海底采矿可能产生的安全问题及其应对措施的一个首要的全局的把握。在采矿开始前调研采矿项目全寿命周期内的工艺流程，明确各个节点可能出现的安全事故及隐患，并对此做出相应预案。

首先說明采矿的基本工艺流程：包括水面支持船油电设施的布置情况、起重加工的工艺流程、海底采矿设备的承载能力和功率额度等性能、矿区的地质条件和温度风浪等环境荷载以及作业人员水下维修的时间和要求等内容。然后邀请相关领域专家对该作业过程进行安全分析，经过反复评估最终确定安全事故及隐患，赋予每一项事件以匹配权重，初步评估采矿作业的系统安全程度，以此为基础对十分严重、一般严重、轻微等级别的安全事故做出相应的管理措施，这样能够减轻甚至避免由于未知事件或考虑不周而引起的安全事故。

1.2.2 应急计划与演习

据国际海底管理局《“区域”内矿物资源开发规章草案》规定“为防止和应对事故，承包者需要制定应急计划。”可见应急预案在整个安全管理中的重要性。

一般应急计划由安全事件、技术措施与组织措施构成，对每一重大事故建立制度方案。就开采多金属硫化物而言，可能发生的重大安全事故包括水面支持船发生火灾爆炸、起重作业坠落物砸伤人等。针对这些问题，一方面要从技术角度考虑：电器管线是否合规布置并定期检查、大型设备作业前期安全措施是否到位、专业设备是否经过检验认证等;另一方面需从组织措施入手：平时要保障安全逃生器具方便获取、安全避险通道畅通、安全警报有效以及应急医护部署就位，以防事故发生时人员逃生受阻;提前指派应急指挥官和应急工作小组，以避免事故现场人员分配混乱;一旦发生重大安全事故，立即与管理局和附近海域国家联系，协商最佳的处理办法并争取获得最大的伤害救援。

1.2.3 设备视情维修

在未来，开采深海多金属硫化物将实现自动化、远程化，这虽然减少了人力投入量，但同时大大提升了对设备的高要求。在采矿设备高端化、精密化、自动化的发展趋势下，有必要采取基于可靠性分析和在线监测的设备视情维修策略，根据数据分析结果采取合适的维修方案，避免修理不足或过度修理减少设备使用寿命[7]。

可靠性分析为设备视情维修奠定了基础。在前期设计、试验、调试阶段就可以预知设备的使用寿命及条件、抗腐蚀强度、应急关闭、危险报警等性能，保障其运行狀态良好。许多安全故障可以通过前期设计与试验环节来有效避免：考虑在采矿车周围设计一种安全气囊以缓冲矿车与其他障碍物之间的碰撞冲击[8];在钻头旋转部位设计防护罩，以防钻齿脱落飞溅;根据人的行为特征（惯用一侧、捷径反应、躲避行为等）设计良好的人机操作界面，以提高作业人员在维修设备时的感官体验;对采矿设备（包括改装设备）进行安全评估与鉴定，只有经过专业检查机构检验的设备才能下水作业。

在线监测为设备视情维修保驾护航。水面支持船和岸端通过对海底采矿设备实时远程监测，可以及时发现其运行故障并进行维修作业。此外，还应注意对采矿辅助电力设备进行安全检验与监测，包括漏电保护装置、电线绝缘保护装置等，并设置安全警示信号。

1.2.4 人员培训

采矿前需要对全部作业人员进行安全知识与专业技能培训。安全培训内容包括基本的安全逃生、消防、救援等知识，和对人员安全意识的培养，可通过企业的安全文化渗入，通过大型海难观影、主题讲座等方式进行。专业技能培训是针对具体工种展开的培训项目，例如起重员需明确安全作业规范、电工要具备专业电器技能等。最后还要对培训活动进行定期评审，颁布技能证书，保证培训有效。

1.2.5 海上作业的现场管理

起重作业、水下作业、维修作业、用电作业等作业都需要专业人员进入现场，这些工作环境复杂、人员密集、危险性高，需要制定一份详细的现场管理方案来保障作业安全。

首先，作业人员应向负责人提出书面作业申请并穿戴基本的防护用品才能开始作业。然后针对不同的工种制订不同的管理方案，在大型采矿设备的吊装下水现场，考虑设置水面守护船以便监测预警并处理安全事故;起重作业前要检查刹车、负荷指示仪等装置的灵活可靠;还可以参考《澳大利亚联邦离岸矿产资源法》，在水面支持船附近设置安全区，其他船舶未经批准不得进入该区域。这些管理模式在一定程度上可以降低人、环境与机器设备的交叉作业[9]，预防安全事故的发生。

2 环境影响分析及对策

2.1 环境影响分析

保护环境是实现深海多金属硫化物持续开采的一项国际任务与挑战，只有对其充分了解，才可能使环保措施与开采项目并行开展，使人类与海洋世界和谐共处[10]。

鉴于对深海的认知水平远远不够，高端技术也仍需改进，目前尚未明确采矿对海洋环境造成的影响，一些专家学者认为这些影响还具有不可恢复性，一旦发生将造成难以预估的灾难事故[11]。图1初步描述了开采深海多金属硫化物的环境影响，从海底到水面，开采会破坏海底动植物群及其生存环境、带来声和光的影响、排放废水和尾矿，除以上特殊影响，还包括与采矿加工有关的一般类型环境污染事件。

2.1.1 破坏海底动植物群及其生存环境

深海多金属硫化物矿区多位于洋中脊热液喷口，这里聚集有丰富的海底动植物群落、喜硫细菌、无脊椎生物等，它们依靠硫矿生存，开采硫矿必然会对这些海底生物及其底栖环境造成一定的影响。具体包括以下几个方面。

（1）采矿车将动物群压碎、分散。由于大多数底层动物生活在海底沉积物以上数厘米高度内，以上层水域沉积下来的有机碎屑为食，因此在采矿路径上绝大多数生物可能当场被杀死或被翻到轨迹外侧，边沿生物也会受损，目前我们无法预知生物再迁入的时间[11]。

（2）悬浮颗粒物羽流将动植物淹没。采矿产生的悬浮颗粒羽流和底层水发生化学反应与采矿碎屑重新沉积在海底，这些沉积物会覆盖动植物使其窒息、淹没。此底层羽状流可持续到采矿结束后数日，扩散到数十千米之外，影响范围广泛[12]。

（3）废水、沉积物和矿石碎屑损害动物器官。底层动物可能进食海底开采作业排放出的废水与矿石碎屑，其中食悬浮物动物还可能进食羽流沉积物（其中包括无机颗粒和一些难溶的有机材料）影响其消化器官导致死亡;高负荷的悬浮无机颗粒可能会堵塞动物的鳃部进而影响动物呼吸;此外，化学物质对底层生物作用可能由于沉积物浑浊而降低其传输性能，使其繁殖率下降。

（4）使用周围水体吸入海底生物。泵提升系统会用到吸水装置，用来将矿物与水混合吸入提升泵，这一过程可能吸入海底生物，致使它们丧失生命。抽吸夹带量取决于生物种类和管径与速度，有研究表明，在浅水中开采磷矿时幼虫与卵易受影响被抽吸进作业装置，但没有试验表明深水动物对此亦十分敏感[11]。

2.1.2 声和光的影响

一方面海底环境阴暗，一些无脊椎动物和鱼已经适应了低强度光，而采矿设备发出的持续高强度的光可能会遮盖原本的弱光对它们的吸引力，损害其视觉器官;另一方面，海洋动物用声音交流、使用回声定位，这些声音低频，传播距离远，可能会被海底采矿设备发出的噪声干扰，影响底层与海面动物的交流、觅食与繁殖[13]。

2.1.3 采矿船废水与尾矿的排放

排放发生在水体中，但影响深度与广度不容小觑。尾矿碎屑遇海水氧化会形成水体的富营养化，致使海藻大量繁殖，通过洋流漂流到其他地区;金属元素在生物体内积累，或在温度、压力的影响下释放潜在的有毒金属，可能对浮游生物物种构成产生一定影响[11];表层水体羽状流会增加水体浑浊程度进而影响鱼类幼体与成年鱼类捕食行为;此外，表层海水与海底富含营养物的海水混合还会造成人工上升流，增加海面生物的生产力[14]。

2.1.4 与采矿加工有关的影响

这些环境影响主要发生在水面支持船上。包括油污和化学品泄漏意外溢油事故、采矿船垃圾倾倒、随采矿船而至的物种侵入（动物、微生物和病毒从海底运输至水面）以及二氧化碳和二氧化硫的排放。

2.2 环境保护对策

由于海底采矿仍处于起步阶段，一些保护环境措施来源于试验结果、开采实例与国际海底管理局的规章法案。经大量的整理分析可知，同安全作业对策一致，保护环境也需要由表入里，由始及末：初期调查环境基线、评估環境影响并制定应急预案，在采矿运营过程中展开对环境的监测与管理。

2.2.1 环境基线调查

这是在采矿前对未知海域的一个了解过程，是评估环境影响的前提，也是环境管理的依据，在管理局《“区域”内多金属硫化物探矿和勘探规章》《“区域”内矿物资源开发规章草案》和各国的海洋矿产立法中都有所体现。

调查内容包括矿区的物理化学、地质条件、生物构成以及生物扰动等数据。针对多金属硫化物，管理局《指导承包者评估“区域”内海洋矿物勘探活动可能对环境造成的影响的建议》中特别指出要调查硫化物矿区地貌图、海流、温度动物变化关系、浊度变化情况、有毒物质溢出情况、底栖及上部水层的金属元素比例特性、硫化物表面覆盖沉积层的力学性质和元素组成、小型底栖生物和微生物的种类与基因联系和生活习性。调查可以使用船载多波束回声探测器、导电率温度深度感应器、声学多普勒电流剖面仪、水下自动航行器、摄像机、重力式样本收集器、活塞式收集器等工具。

需要注意，在进行环境基线调查时要保证广度和深度，广度在于基线区域要视具体采矿规模而定，在矿区之外还应该包含一段海域，以研究采矿对外围生物环境的影响;深度在于基线调查的有效性，抓取工具要避免对生物造成伤害，采用摄像、取样等方法观测生物在一段时间内的变化，这段时间应尽可能长，具有季节性，最少在1～2年内，鉴于环境基线数据的独特性，获取过程的长期性，可以考虑与其他海底采矿公司或有关国际组织共享矿区环境数据[15]。

2.2.2 环境影响评估

基于已完成的环境基线调查，需要制定一份环境影响评估，评估时邀请社会公众与相关专家，使用度量或评分指标进行定量或定性评估，包括敏感性、抵抗性、恢复性等指标，以充分考虑环境问题，保证评估的准确性，初步制定相应的环保措施。

针对采矿对底栖生物的破坏，可以考虑在钻头外围加一防护罩，避免微小生物不慎钻入或被卷入快速旋转的钻头部位;尽可能降低钻取速度或采取间歇式采矿安排，保证沉积物羽流和悬浮物浓度小于某一危险临界值;尽量减少海水中的多金属硫化物加工工序，避免过多的生物夹带量;考虑在其他环境类似区域安装人工基质，重新克隆海底生物[16];在采矿设备上安装降噪装置、强光弱化装置。

对于水面排放的废水与尾矿，建议在采矿船上进行尾矿脱气，从尾矿中去除气泡，以减少它们的浮力，防止其在表层水域停留;建模预测尾矿的排放行程，使排放点位于管道尾矿浆料形成浊流的位置[17]。

2.2.3 应急预案

尽管在整个采矿活动中提倡预防为主的原则，但仍不可避免地出现环境突发事件，这就需要应急预案来提高采矿期间对环境突发事件的处理能力。

对于提升泵硫化物大规模泄漏这类事件，既属于安全问题，也属于环境问题，需要在应急预案中说明应急开关设备情况，以便在泄漏发生后的第一时间关闭设备，或使用远程监测感应系统，一旦监测到提升泵外围硫化物超过某一浓度即刻启动急停系统。对于水面支持船意外漏油事故等其他造成的环境损害，要指定事故现场负责人，指挥各个生产部门关闭生产设备做好防护措施，并将事故即刻通报给管理局。

2.2.4 环境管理办法

环境管理的基本原则是预防为主和采用良好行业做法，通过环境监测与评价来实现。

（1）在矿区附近设置富有代表性的环境对照保留区（该区域与采矿区生物环境类似，但不受采矿的影响），以保留区的生物、物理、地质、化学指标为基准，监测矿区相应指标，监测机器一旦感应到采矿区环境指标异样，即开启警报。水面支持船附近水域也需要设置二氧化碳与硫元素的监测装置，时刻记录它们较对照保留区的变化情况。

（2）建议在监测过程中采用适应性管理办法[18]，定期评价监测方案的准确性和有效性。包括对监测指标做出修改，调整对某些金属元素浓度的报警阈值，增加对迁入动物的观测记录等。公众参与和专家评审也应体现在适应性管理模式中，通过不断评价以适应不断进行中的采矿作业，且这一监测与评价活动要持续到采矿结束后一段时间，以应对残留的环境影响。

3 结论

安全作业是开展深海多金属硫化物商业开采的基本条件之一。其中海面以下涉及硫矿泄漏、结构失效和机械伤害事故，水面部分涉及机械伤害、触电事故和火灾爆炸以及船舶碰撞事故，这些问题可通过安全预评价、设备的可靠性分析、人员培训等管理办法应对。

破坏海底动植物群及其生存环境和排放废水尾矿相比于声和光产生的影响更为严峻，这些影响可以通过环境基线调查、环境评估与监测等手段加以预防或减轻。

随着深海采矿技术与装备的不断发展，对多金属硫化物的开采将不断深入并逐渐商业化，各国在开采过程中需要十分注意这些作业安全与环境影响问题，以此为基础制定相应对策。鉴于目前国内外试验研究的局限和数据材料的匮乏，这些安全与环境分析还有待于进一步量化，结合不同的开采工艺明确其所占比重及影响程度。

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作者：杜尊峰 陈香玉 赵羿羽