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。      

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。      

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。      

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。      

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。      

盘区机械化宽进路充填采矿法在河西金矿的应用

充填采矿法在中国胶东地区应用十分普遍。根据河西金矿矿床开采技术条件及生产状况,介绍了浅部采区上向水平分层充填采矿法和深部资源盘区机械化宽进路充填采矿法回采工艺过程及应用效果。工程实践表明,盘区机械化宽进路充填采矿法较上向水平分层充填采矿法具有生产效率高、地压控制能力强以及生产成本低等优势,已成为河西金矿深部资源开发的首选采矿方法,完全满足河西金矿深部资源开发的生产需求。     

增强地热系统研究现状:挑战与机遇

开发地热资源,尤其是深部干热岩地热资源,是加快能源结构转型,顺利实现“双碳”目标的重要途径。增强地热系统经历了50余年的发展,在深部地热资源开采方面取得了丰富的研究成果和施工经验。回顾增强地热系统的发展历程,总结热储特征、储层改造以及示范项目的终止原因,分析商业化面临的挑战,探讨未来的探索方向和发展机遇,能够有效服务我国深部地热资源开发和示范项目的建设。在经历研究和开发阶段后,增强地热系统进入示范和商业化的飞速发展阶段,截至2021年末,世界累计的增强地热系统数量已达41个,累计发电装机量为37.41 MW;储层地质条件的复杂性和差异性以及现有改造技术对储层原位地质环境的依赖性,难以形成“可复制”的热储改造模式,由此导致的热储质量差等问题是制约增强地热系统发展的主要原因;建立典型的干热岩增强地热系统示范项目或探索基于采矿技术的增强地热系统,突破热储改造对原位地质条件的依赖性,形成“可复制”的深部地热资源开采体系,是增强地热系统未来的发展方向,也是实现深部地热资源大规模商业化的关键出路。      

地质勘查和深部地质钻探找矿技术的研究

随着我国采矿业的不断发展,位于浅表层的矿产资源已被开采殆尽,基于此,很多矿业企业已经开始对深部地层中的矿产资源进行开采以满足我国市场上对矿产资源的庞大需求,本文从地质勘探中所存在的勘查矿山替代资源、勘查矿山开采环节和勘察矿产的伴生矿和尾矿来引出之后需要开展的深部地质钻探找矿技术的具体情况,并进行了相应的说明和阐释。     

硬岩矿山充填开采现状评述与探索

随着矿产资源开发走向深部,充填采矿法将是未来矿山采矿方法的首选。以国内外矿山充填采矿技术的发展历史和应用现状为基础,系统分析了深部矿山高采深、高地应力特点对现有充填采矿技术提出的挑战,详细列举了目前深井充填可能面临的各种问题,并探讨了解决对策;同时结合循环经济和绿色开采,提出矿山充填材料选择应向多元化和无害化方向发展,并指出与充填采矿相关的法律制度亟需制定,充填标准亟待建立,充填理论尚需完善。     

金属矿床深部找矿中的地质分析

我国目前的大部分矿产资源依赖于进口,所以金属矿床深部找矿已经成为我国矿业勘查的重要对象。对深部矿的开采能有效的解决我国目前矿产资源匮乏的问题。但深部矿产资源的矿化信息较弱、埋藏深度较大,不易被开采。所以为了适应现阶段深部找矿的工作特点,必须对深部找矿工作中的问题、影响因素、矿区相关地问题和勘查方法进行分析,从而提高深部找找矿的准确性,实现资源的优化配置,促进采矿技术的进步,以提高矿产资源的产量,为采矿工程的开展注入源源不断的生命力。     

深地金属矿流态化浸出过程强化与地热协同共采的探索

立足深地金属矿产资源开采,以当前铀矿原位溶浸采矿工艺为基础,结合“金属矿流态化开采”和“深部地热开发”的工艺技术特征,创新提出了深地金属矿流态化浸出过程强化?地热协同共采的工艺构想,探讨了实现该工艺构想的思路架构、潜在方式并给出了初步设想,从矿物浸出、环境感知、过程控制、能量置换、协同关联角度提出了关键系统,包括:致密固态矿产流态化系统、深地资源智慧感知系统、深地矿区溶浸液渗流控制系统、地热?溶浸液能量置换系统、热能置换?溶浸液循环耦联系统共五个方面开展重点研讨,系统分析了实现深地金属矿流态化浸出?地热协同共采过程中的基础理论瓶颈、关键技术难题与未来发展趋向,相关研究旨在为深地金属矿流态化浸出过程强化与地热协同共采提供思路借鉴。      

矿山地热防控与利用研究进展

从矿山地热致灾形式、热害控制技术、热能利用方法3个方面,对相关文献进行归纳,总结已有研究成果。结果表明,矿山地热的致灾形式有加剧煤岩体性质劣化、诱发支护结构失效和导致高温高湿环境三类,具体包括加剧围岩变形破坏、诱发吸附瓦斯溢出、降低锚杆锚固强度、加剧锚护材料腐蚀、损害工人身心健康、降低工人工作效率和增加机械设备故障率七方面。热害控制技术有非人工降温技术和人工降温技术两种,其中非人工降温技术分为热源控制技术、热湿环境调控技术和个体防护技术3类;根据制冷工质不同,可以将人工制冷降温系统分成气冷式、冰冷式和水冷式3大类,包括压缩空气制冷降温、冰制冷降温、地面集中制冷降温、地面排热井下集中降温、回风排热井下集中降温、地面热电联产制冷降温和热害资源化利用等制冷系统。通过提取矿井水和矿井回风中的余热用于矿区井口防冻、洗浴供暖和建筑物供暖,是目前矿山地热利用的主要方法。而直接提取巷道围岩热能的同时实现矿井降温是近年来的研究热点,也是矿山地热直接利用的关键;将地埋管换热器布置在采空区充填材料或巷道围岩内提取围岩热能、实现矿区多种清洁能源协同利用是未来矿山地热利用的发展方向之一。      

二道沟矿深井开采热环境研究

二道沟矿井下作业面最高温度已超过30℃,深井高温热害已成为制约矿山安全高效开采和深部资源综合开发利用的重大技术难题之一。深井开采热环境研究是深井开采热害治理的基础,通过井下微气候参数测试、作业人员工作环境主观感受调查、高温采场热力分析及矿井通风系统热模拟等研究手段与方法,对该矿井下热环境及其变化规律进行了深入的分析,为矿山下一步的深井开采热害综合治理研究提供了技术保障。     

深井开采工程地质灾害与防治措施

由于国内对地下矿产资源的开发利用的增加,深井开采成为深部矿产资源开发利用的主要方式,深井开采过程中由高地应力、高地温和开采扰动等问题引发的主要工程灾害也越来越受重视。文章主要对有色金属矿山深井开采中所遇到的巷道围岩变形、采场地压显现、岩爆、矿井热害等相关地质灾害进行了详细分析。借鉴国内外相关实践和理论经验,通过对这些相关地质灾害防治方法的深入地研究,提出了合理的解决方案和建议,为矿山企业深部采矿工程实践提供理论指导。     

某深井特大型高硫铜矿高温热害分析及防治

随着采掘深度的增加,某深井矿山井下高温热害日趋严重,成为该矿山安全、高效生产的一大隐患.通过对该矿山井下气候条件、岩温、水温等的调查与测定,作出了井下热源分析,并结合该矿实际情况,提出井下高温热害综合治理技术.