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我国深部矿产和地热资源共采研究进展
发布时间:2022年05月27日

1. 资源战略及勘探摸底

通过勘察研究,总结得出了我国处于全球成矿相关的大地构造有利位置的结论。我国位于欧亚板块、印度板块、太平洋板块交汇地带,由于三大板块与大陆板块的俯冲和碰撞,形成了一系列大型、超大型矿床。我国成矿条件优秀,矿种齐全,具有明显的分带、分群以及有规律的分布。

提出了我国深部地热资源勘探摸底的 4 种地质类型:高放射性产热型(东南沿海地区)、沉积盆地型(关中、咸阳、贵德、共和、东北等白垩系形成的盆地下部)、近代火山型(腾冲、长白山、五大连池等)、板内活动构造带型(青藏高原)。

在勘查研究我国大型 – 超大型金属矿床与地热资源分布后,认定胶东、长江中下游、秦岭东部、滇西北地区是地热与矿产资源的共同赋存区,共采潜力巨大。考虑到地形、开发成本、实际需求等因素,宜率先在胶东地区试行能源与资源共采,三山岛、新城、金青顶、玲珑金矿等作为可试采区。

2. 高温地下工程技术体系

研究了高温条件下的岩石特性、围岩变形机理与控制技术、工作面降温技术、地层改性材料与技术、掘进装备的适用性与发展方向、地热 – 矿产资源共采的井巷建造模式,提出了地下矿产与地热资源共采的开发途径。研究了高温岩石特性及其可钻性,提出了机械破岩钻进井巷可行性和高温地层隔热、岩体改性工艺及材料。

形成了涵盖“基础理论 – 关键技术 – 掘进装备 – 工程材料 – 建造工艺”的地下高温坚硬岩层井巷与硐室掘进与建造的技术体系。提出了机械破岩的井巷施工装备体系、无人化“机器人”建造模式,发展了深井高温地层井巷围岩支护工艺、结构与材料以及深井工程“围岩支护 – 地层改性 – 应力调控 – 断面优化”稳定控制技术,构建了“竖井 +斜井”提升、竖井“U”形结构流体提升、斜坡螺旋分级提升 3 种工程开拓与提升模式以及 U/L/Q 型 +360°钻孔式的“井 – 巷 – 孔”联合布置地热开采模式。

3. “矿 – 热共采”基础理论与技术

提出了适用于矿产和地热资源共采的崩落法、充填法、原位溶浸开采 3 种“共建 – 共存 – 共用” 的开采设施、工程布置及开发顺序;开展了温度和化学场变化对花岗岩力学特性影响的实验研究,总结了矿产和地热共采过程中热提取诱发的热损伤和化学损伤力学特性。

勘察了金属矿、煤矿、盐矿等开发对地热资源的开发利用现状,通过案例分析梳理了现阶段矿产与地热共采实践中采用的方法、技术。针对共采靶区环境识别问题,分析了矿产及地热一体化勘探技术和高温环境矿产开发与传统应力、渗流、化学等多场耦合的影响机制。

4. 深部地热能交换和输送研究

提出了深部矿产与地热资源共采的高 – 中 – 低多温度层级热能提取系统;研发了适用于不同温度层级的冷热工质热能交换、提取、输送系统和中温区“矿 – 热共采”工艺流程;提出了使用隔热层和施工优化参数来延长有效通风距离、防治井下热害、降低热储能量损耗的措施。

提出了适用于矿产与地热资源共采的高温高压热能输送理论与技术。建立了高温、高压裂隙流与管道流的热能输送机理及配套技术体系,分析了不同输送技术的输送能力和效率,提出了通过增强技术在热储中生成随机裂隙是提升热能提取效率的有效方法。通过模拟试验获得了在裂隙换热区内采用裂隙换热方式优于管道流换热方式效果的重要结论。