深部矿山地热与煤炭资源协同开发技术体系研究

深部煤炭资源开采已势在必行,但随着开采深度的增加,伴生着热能的释放,该热能作为地热资源的重要组成部分,是一种不受环境因素影响的可再生清洁能源。深部矿井开采带来的丰富地热可作为共生资源进行开采利用。基于此,本文总结了深部矿井地热资源的发展潜力以及地热与煤炭资源开采的现状,论述了深部矿井地热开发的必要性和可行性,创新了地热与煤炭资源协同开发的思路,阐述了矿山地热与煤炭资源协同开发的内涵与科学问题,围绕深部矿山岩热和水热资源开发这一主题,利用煤炭资源开采的采后空间及生产系统,提出了充填埋管采热、采空区储水采热、采动区封闭采热及深部原位钻井采热4种采热方法,探讨了深部矿山地热探测评价、深部大空间煤基固废吸热功能材料、多场环境下采场岩层移动特征及其控制、低品位热能的高效传输及阶梯利用和协同开发系统智能监测等技术的研究重点与难点。研究成果将为中国深部矿山地热与煤炭资源的协同开发提供技术支撑,为深部矿井资源系统开发提供理论与实践参考,促进我国深部矿井绿色矿山建设与多元经济型发展。      

用原地溶浸采矿回收西部贫矿资源的关键技术研究

针对西部矿床开采中贫矿多、采深增加及环保要求高等特点 ,提出了采用原地破碎溶浸采矿技术来开采西部贫矿资源的思路。同时 ,就这一思路涉及到的诸如合理采准布置、爆破致裂与破碎、溶浸液流动规律等关键技术问题进行了讨论。     

面向2035年的金属矿深部多场智能开采发展战略

深部开采是金属矿产资源开发的必然趋势,向地球深部进军,着力推动采矿行业智能化改造升级,开展深部智能化开采技术研究具有重要的战略意义。立足国家深地战略背景,剖析金属矿深部资源开发对采矿科学技术发展的需求,依托工程技术预见技术方法开展全球技术态势分析,梳理出本领域关键热点和前沿技术清单,后经专家研判,形成面向2035年的金属矿深部多场智能开采基础理论和深部开采环境智能感知、深部开采过程智能作业、深部开采系统智能管控三大类前沿技术。在此基础上,提出了我国面向2035年的金属矿深部多场智能开采发展战略、重点任务、技术路线,包括发展目标与需求、基础研究方向、关键技术装备等。针对我国金属矿深部开采技术变革和智能化升级的科技发展路径,从政策、产业、技术、人才等方面提出了发展和保障建议。      

原地浸出采铀溶浸液的选择和现场应用

本文介绍云南381铀矿床原地浸出采铀研究成果中的一项工艺技术,作者根据实际条件,通过一系列试验,研究出了溶浸液的配方和使用方法,经过多年实践,证明是适于类似矿床条件的。     

深部金属矿开采关键理论技术进展与展望

深部岩体相比浅部岩体具有强流变性、强湿热环境和强动力灾害等差异,相关岩体力学理论和开采技术不再适用于深部金属矿开采.因此本文对深部岩体力学、深部建井提升、绿色开采、智能开采这4个金属矿深部开采的关键理论技术的研究现状进行综述,并针对性提出未来的研究重点.最后,基于现阶段深部金属矿开采的关键技术和理论的研究现状以及存在的问题,提出了发展和完善极深部岩体力学理论、进行原位流态化开采技术研究和应用以及建设超大型深部智慧化无人矿山这3个方面的展望.随着金属矿开采深度不断下降,亟需研究金属矿深部开采相关理论技术,确保深部金属矿产资源安全、高效、经济、环保地进行开采.     

硬岩矿床深井开采岩爆预防措施

对我国开采深度最大的硬岩金属矿山的岩爆预防进行研究,采用定性分析和数值计算相结合的研究方法,提出了可以有效减少能量贮存的矿床开采顺序、降低能量释放率的采场结构参数和巷道支护方式等的岩爆预防措施;在对岩爆分布特性进行分析的基础上,论证了适用于该矿的岩爆监测系统,以微震监测系统为主的岩爆监测系统的构成和建立原则。研究成果已在该矿生产中逐步实施。     

内蒙古巴彦乌拉铀矿地浸采区地下水示踪试验

酸法地浸采铀是砂岩型铀矿最常用的开采方式之一,地浸中由于高酸溶浸液注入于地下含矿层,往往因化学沉淀堵塞导致含矿层渗透性下降,降低浸铀效率。为此,十分有必要探讨地浸过程中地下水（溶浸液）流速变化特征。以巴彦乌拉铀矿C10采区试验单元为试验场所开展了地下水示踪试验。试验结果表明,溶浸液从注液孔到抽液孔有多条（至少二条）渗流通道,较快通道的溶浸液流速为1.95~2.06 m/d,较慢通道溶浸液流速为1.35~1.44 m/d。KI示踪试验与SO42-示踪试验得到的溶浸液流速特征具有较好的一致性。     

CO2+O2地浸采铀中CaCO3沉淀堵塞条件模拟

CO2+O2地浸工艺是我国第三代铀矿采冶技术,地浸过程中溶浸液与含矿层矿物反应后,在将铀从矿石中浸出的同时,由于地下水矿化度增高又会产生化学沉淀,导致含矿层堵塞。CaCO3沉淀是CO2+O2地浸采铀过程中含矿层堵塞的重要原因。根据内蒙古纳岭沟铀矿CO2+O2浸铀过程中浸出液化学成分数据,通过水文地球化学模拟,对含矿层堵塞的水文地球化学条件进行了系统研究。结果表明,CaCO3沉淀是造成CO2+O2地浸中含矿层化学堵塞的重要原因。当溶浸液pH>6.5时,CaCO3将发生沉淀,溶浸液的pH、HCO3-浓度、Ca2+浓度是影响CaCO3沉淀的主要因素,过高的pH与HCO3-浓度、Ca2+浓度都会造成CaCO3沉淀的产生。根据模拟结果获得了不产生CaCO3沉淀条件下pH、HCO3-浓度、Ca2+浓度三者之间的关系,并由此认为,维持溶浸液较低的Ca2+浓度与较低的pH是预防与缓解CaCO3沉淀堵塞的有效途径。     

地浸采铀过程中的矿物溶解沉淀特征

铀的原位浸出是通过溶浸液与铀矿物相互作用来实现的,地浸采铀过程中溶浸液与含矿层中各种矿物反应,会使溶浸液中各种离子组分大量增高,当离子浓度达到饱和或过饱和时,又会产生化学沉淀,造成含矿层堵塞。以巴彦乌拉铀矿C12采区为研究对象,根据浸出液化学成分数据,通过地球化学模拟计算采区运行过程中矿物饱和指数,研究地浸过程中矿物的溶解-沉淀特征。计算结果表明,酸法地浸过程中石膏、Fe(OH)₃、针铁矿和赤铁矿是地浸采铀过程中易产生沉淀的矿物。地浸6.5天后石膏即处于沉淀状态;Fe(OH)₃在pH大于6.71～6.89条件下、针铁矿在pH大于4.6～5.0条件下、赤铁矿在pH大于4.62～4.87时处于沉淀状态。pH是影响矿物溶解与沉淀的关键因素。     

我国深部高温地层井巷建设发展路径与关键技术分析

深部矿产与地热资源共采战略为实现“矿?热”经济有效开发和实现双赢提供了有效途径,深部高温地层井巷建设技术是“矿?热共采”战略安全高效实施的重要支撑和保障。分析了深部“矿?热共采”战略对井巷建设技术需求的必要性和迫切性,梳理了矿山井巷建设技术现状和存在的不足,阐述了矿山井巷智能化建设方面的研究进展与发展路径;剖析了深部高温地层井巷建设面临的难题与挑战,提出了深部高温地层井巷工程建造技术发展的三大优先发展任务:1）深部高温地层井巷建设地质保障系统;2）深部高温地层井巷建设模式与规划;3）深部高温地层井巷建设成套技术与装备。结合三大优先发展任务,凝练出8项基础理论与关键技术的发展方向:地层原位探识与透明化重构、高温地层井巷建设工艺适宜性、高温地层非爆破破岩、深井连续提升、深部不良地层改性与围岩长期稳定性控制、深井热害治理、井巷装备智能感知、井巷掘进装备智能控制。基于以上内容,初步构建了深部高温地层井巷建设基础理论与技术研究体系,以期为深部资源开采清洁化和地热清洁能源规模化发展提供参考。      

矿产与地热资源共采模式研究现状及展望

地热能作为一种绿色清洁且储量巨大的可再生能源,在降低矿产资源深部开采成本方面具有显著优势和发展潜力。充分利用深部岩体中蕴藏的地热能,不仅可以有效缓解矿产资源开采中的热害难题,而且有利于促进我国能源产业的绿色低碳和可持续发展。在梳理当前可能伴生有地热资源的矿产资源基础上,对现有的矿?热资源共采技术进行了回顾和总结,分析展望了未来矿?热资源共采的新模式,介绍了基于卤水循环系统的矿?热资源共采、基于开挖技术的矿?热资源共采、基于充填采矿法的矿?热资源共采、基于溶浸采矿法的矿?热资源共采和基于废弃矿井再利用的矿?热资源共采等技术方案,同时指出了矿?热资源共采所面临的主要挑战,包括加强矿?热共同赋存区勘探、发展深部高温坚硬岩层破岩与掘进技术、加强深部多场耦合环境岩石力学理论与试验研究、建立矿?热资源共采热能分级利用体系。相关研究成果旨在释放矿产资源开采中的地热能发展潜力并促进地热资源的规模化利用,可为我国深部矿产资源开采和地热资源开发提供有益的参考和借鉴。开展矿产与地热资源共采战略研究,有望为推进我国深部资源开发和实现“碳达峰、碳中和”的双碳目标提供一条有效途径。      

基于矿?热共采的深部高温岩层地下巷道硐室建造技术思考

我国矿产开采逐渐向深部发展,深部矿产和地热能共采是保障深部资源持续利用的重要手段。深部巷道硐室的建造面临诸多新的挑战与技术难题,高温、高地应力是深部岩层的两大特点。矿?热共采模式的发展需首要寻找到应对这两大难题的技术方案。在分析深部高温岩层巷道硐室建造的战略地位及意义的基础之上,针对深部巷道硐室建造中面临的热害问题、围岩稳定性控制问题总结介绍了现有的技术手段,说明了其在矿?热共采模式下深部巷道硐室建造中面临的不足之处,给出了未来的发展方向。矿?热共采模式下深部巷道硐室的建造应着重解决高温、高压下岩石基本物理力学特性不清晰、围岩稳定性控制技术落后的问题,形成地质精细勘察?优选围岩降温及稳定性控制技术?巷道硐室全寿命风险监控的技术体系。      

胶东地区矿产与地热资源共采可行性浅析

地热作为一种清洁环保的绿色能源，其有效利用是我国实现双碳目标的重要方向之一。但在矿产资源开采，尤其是地下矿山向深部开发过程中，由于受地温梯度影响，导致矿井温度过高，成为制约矿山生产的重要因素，为维持正常生产，矿山多采取加强通风或人工降温的方式进行处理。如何在矿山开发过程中将地热资源变害为宝，实现资源开发利用的双赢，是值得探讨的难题。胶东是我国最大的黄金生产基地，也是我国东部地热资源最为丰富的地区之一。该区地热和矿产资源具有相似的动力来源和运输通道，使二者在空间分布上具有高度重合性，诸多大型矿山不仅矿产资源储量大，地热资源也相当丰富，是最有望实现地热与矿产资源共采的地区。在分析胶东地区地热和矿产资源分布成因的基础上，梳理了我国低温地热资源利用的现状，认为胶东地区金矿资源埋藏和开采深度较大，建议对三山岛、金青顶、新城、玲珑金矿等利用相对成熟的低温地热供暖技术，治理矿山热害的同时实现矿产与地热资源的共采。      

我国中深层地热资源赋存特征、发展现状及展望

地热资源具有储量大、能源利用效率高、运行成本低和节能减排等优点,是唯一不受天气、季节变化影响的地球本土可再生清洁能源,对于实现双碳目标有重要意义。为了解中深层地热资源赋存特征和发展现状,系统梳理了国外中深层高温地热资源的发展历程和最新进展,并与我国中深层地热资源开发情况进行对比分析,以期为我国中深层地热资源开发利用提供借鉴和启示。总体来讲,我国传统水热型地热资源潜力巨大且开发程度不高,具有很大的开发空间;针对我国地热流体中伴生矿产资源的相关开发依然存在着稀有元素分布特征不清、潜力不明、整体开发利用程度不高等问题,应在评估地热流体中伴生矿产资源潜力基础上,进一步加强地热流体中伴生矿产资源的综合开发利用;随着矿产资源开采深度的加大和高温地热带周边相关工程建设的开展,高温热害成为不可忽视的问题。但目前深部矿井和工程建设中“热害资源化”的研究相对不足,造成了地热资源的浪费,应在“热害资源化”潜力评估的基础上,进一步推动“矿?热共采”及工程建设中的“热害资源化”利用。      

某离子型稀土矿浸出试验

以中国南方地区某离子型稀土矿为研究对象,采用搅拌浸出和柱浸的方式,研究不同条件下矿样中稀土及杂质元素的浸出情况,为离子型稀土矿产资源的绿色高效开采提供参考。结果表明,浸出液固比对离子相稀土浸出率影响较大,浸出时间影响较小,离子相稀土浸出过程时间短,反应迅速;柱浸过程中离子相稀土流出速率最快,达到平衡时间短,杂质元素前期浸出浓度高,后续拖尾严重;离子相稀土浸出率随着样品深度的增加不断降低,符合南方离子型稀土成矿规律;硫酸铵浸出过程中铵根离子损失量较大,最低损失率超过11.31%,硫酸根不参与金属离子的交换反应过程,回收率最高可达99.22%。     

风化壳淋积稀土矿浸取动力学基础理论研究

风化壳淋积型稀土开采先后经历了池浸、堆浸和原地浸矿,目前采用原地浸矿法.研究风化壳淋积型稀土浸取动力学有助于从本质上提高浸矿效率和资源回收率,为高效、科学开采风化壳淋积型稀土矿提供理论依据,进一步完善风化壳淋积型稀土的原地浸出理论和技术.为此对风化壳淋积型稀土矿浸取动力学基础理论进行研究,并针对现有浸矿工艺,指出了影响浸取效率的因素,提出了提高风化壳淋积型稀土浸取速度的方法与措施.      

红土矿流态化特性的实验研究

以红土矿为原料,氮气为流化介质,在实验室研究流化床分布板开孔率、床层高度、物料粒径、流化床床径和物料含水率对物料的最小流化速度和流化质量的影响。从而得到了物料在不同粒径范围的最小流化速度和流化质量较好的物料的粒径范围等红土矿流态化特性,为以后做红土矿热态还原做好准备。