深部礦產(chǎn)與地熱資源共采?？蜓?/h1>
2023-01-13 00:41:18蔡美峰
工程科學學報 2022年10期
蔡美峰
北京科技大學，北京 100083
深部礦產(chǎn)資源開采普遍面臨巖層熱輻射引起的高溫問題，本質(zhì)是一種地熱效應. 現(xiàn)有降溫技術多為被動式降溫，將地熱當成災害防治，成本極高，井深超過2000～3000 m后，一般礦山無法承受降溫經(jīng)濟成本. 地熱作為一種天然能源，如能在深部礦產(chǎn)資源開采過程加以開發(fā)利用，既能降低開采作業(yè)環(huán)境溫度，又能大幅度抵消被動式降溫成本. 將深部礦產(chǎn)資源開采和地熱開發(fā)相結合，能夠為二者的經(jīng)濟有效開發(fā)，實現(xiàn)資源和能源開發(fā)雙贏，開辟新的途徑.
基于此，中國工程院立項重點戰(zhàn)略咨詢項目“深部礦產(chǎn)與地熱資源共采戰(zhàn)略研究”，由蔡美峰院士擔任項目負責人，多吉院士、毛景文院士、陳湘生院士、唐春安教授擔任課題負責人. 項目聚焦干熱巖地熱資源賦存及開發(fā)利用現(xiàn)狀、深部礦產(chǎn)資源與深部地熱共同開發(fā)利用前景、高溫堅硬巖層地下巷道硐室掘進與建造技術、深部礦產(chǎn)資源開采系統(tǒng)和地熱開發(fā)系統(tǒng)共建共存共用關鍵理論與技術、深地干熱巖熱能交換和輸送理論與技術，探索深部礦產(chǎn)與地熱資源共采面臨的難題，以期開辟安全、綠色、高效的開采新理論、新技術、新途徑，為資源和能源兩個國民經(jīng)濟重要支柱的可持續(xù)發(fā)展提供有力保障.
多吉院士[1]和毛景文院士[2]深入分析我國深部地熱集中分布區(qū)域類型和成礦相關大地構造分布相關性，提出了確定礦產(chǎn)與地熱共采可行性礦山的地質(zhì)特征，遴選出膠東地區(qū)“焦家式”和“玲瓏式”兩種類型金礦床的三山島、新城、金青頂、玲瓏四個金礦作為可試采區(qū).
陳湘生院士[3]和劉志強研究員[4]總結梳理深井高溫環(huán)境下井巷工程建造難題，提出了深部高溫堅硬地層中井巷工程建設模式、鉆鑿裝備和相應關鍵技術工藝，建立了涵蓋深部地質(zhì)條件探測與透明構建技術、深部礦井圍巖穩(wěn)定控制技術、深部礦山井巷智能掘進技術與裝備、深部礦井全壽命安全風險監(jiān)控模式的高溫硬巖井巷工程建造技術體系框架.
蔡美峰院士[5]梳理礦產(chǎn)資源開采工程中的地熱資源和開發(fā)利用模式，總結提出了基于鹵水循環(huán)系統(tǒng)的礦–熱資源共采，基于崩落法、充填法、溶浸法采礦的礦–熱共采，基于廢棄礦井再利用的礦–熱共采，開挖式增強型地熱系統(tǒng)等未來礦產(chǎn)和地熱資源共采的潛在模式. 團隊就共采過程中熱提取可能帶來的擾動損傷、熱損傷、化學損傷等巖石力學問題開展了試驗研究[6-7].
唐春安教授[8]提出了適用于深部礦產(chǎn)與地熱資源共采的熱能交換提取系統(tǒng)和高溫高壓熱能輸送理論與技術，研究證實通過增強技術在熱儲中生成隨機裂隙可有效提升熱能提取效率，在裂隙換熱區(qū)內(nèi)，采用裂隙換熱比采用管道換熱方式效果更為有效.
項目成果引發(fā)多方關注，有望為雙碳目標下的深部資源開發(fā)提供有效途徑. 為此，《工程科學學報》組織“深部礦產(chǎn)與地熱資源共采?？?，整理中國工程院重點戰(zhàn)略咨詢項目團隊研究成果，同時邀請何滿潮院士[9]、汪集暘院士和張吉雄教授[10]、周福寶教授[11]、尹升華教授[12]、劉浪教授[13]、趙志宏副教授[14]、郭奇峰副教授[15]、李迎春副教授[16]等知名專家學者共敘礦產(chǎn)與地熱資源共采研究及應用，感謝他們在緊張的科研工作之余按時完成了論文的撰寫. 同時，衷心感謝《工程科學學報》編輯團隊的辛勤付出，讓?？靡皂樌霭?
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基于此，中國工程院立項重點戰(zhàn)略咨詢項目“深部礦產(chǎn)與地熱資源共采戰(zhàn)略研究”，由蔡美峰院士擔任項目負責人，多吉院士、毛景文院士、陳湘生院士、唐春安教授擔任課題負責人. 項目聚焦干熱巖地熱資源賦存及開發(fā)利用現(xiàn)狀、深部礦產(chǎn)資源與深部地熱共同開發(fā)利用前景、高溫堅硬巖層地下巷道硐室掘進與建造技術、深部礦產(chǎn)資源開采系統(tǒng)和地熱開發(fā)系統(tǒng)共建共存共用關鍵理論與技術、深地干熱巖熱能交換和輸送理論與技術，探索深部礦產(chǎn)與地熱資源共采面臨的難題，以期開辟安全、綠色、高效的開采新理論、新技術、新途徑，為資源和能源兩個國民經(jīng)濟重要支柱的可持續(xù)發(fā)展提供有力保障.
多吉院士[1]和毛景文院士[2]深入分析我國深部地熱集中分布區(qū)域類型和成礦相關大地構造分布相關性，提出了確定礦產(chǎn)與地熱共采可行性礦山的地質(zhì)特征，遴選出膠東地區(qū)“焦家式”和“玲瓏式”兩種類型金礦床的三山島、新城、金青頂、玲瓏四個金礦作為可試采區(qū).
陳湘生院士[3]和劉志強研究員[4]總結梳理深井高溫環(huán)境下井巷工程建造難題，提出了深部高溫堅硬地層中井巷工程建設模式、鉆鑿裝備和相應關鍵技術工藝，建立了涵蓋深部地質(zhì)條件探測與透明構建技術、深部礦井圍巖穩(wěn)定控制技術、深部礦山井巷智能掘進技術與裝備、深部礦井全壽命安全風險監(jiān)控模式的高溫硬巖井巷工程建造技術體系框架.
蔡美峰院士[5]梳理礦產(chǎn)資源開采工程中的地熱資源和開發(fā)利用模式，總結提出了基于鹵水循環(huán)系統(tǒng)的礦–熱資源共采，基于崩落法、充填法、溶浸法采礦的礦–熱共采，基于廢棄礦井再利用的礦–熱共采，開挖式增強型地熱系統(tǒng)等未來礦產(chǎn)和地熱資源共采的潛在模式. 團隊就共采過程中熱提取可能帶來的擾動損傷、熱損傷、化學損傷等巖石力學問題開展了試驗研究[6-7].
唐春安教授[8]提出了適用于深部礦產(chǎn)與地熱資源共采的熱能交換提取系統(tǒng)和高溫高壓熱能輸送理論與技術，研究證實通過增強技術在熱儲中生成隨機裂隙可有效提升熱能提取效率，在裂隙換熱區(qū)內(nèi)，采用裂隙換熱比采用管道換熱方式效果更為有效.
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