深部矿产资源开采会遇到一系列关键难题，最突出的是高温环境下伴生的一系列问题。为了维持正常生产必须进行降温处理，但现有降温技术均为被动式降温，成本高昂。主动式降温技术，不仅可以解决被动式降温造成的采矿高成本问题，也是最具发展前途的深部地热开发技术。

　　12月13日，蔡美峰院士团队联合深圳大学、西藏地质矿产勘察开发局、深圳大学等5个单位的科研人员在《中国工程科学》首发研究成果《深部矿产和地热资源共采战略研究》，研究在全面调查我国深部高温岩层地热赋存情况、矿产与地热资源共同赋存区域类型及特征的基础上，分析了国内外深部地热的开发利用现状，总结了我国在相关领域的重要研究进展，提出了技术经济可行的深部矿产与地热资源共采双赢战略；明晰了深部矿产和地热资源共采的重点研究任务，针对性地提出了推进深部矿产与地热资源共采战略实施的发展建议。

　　我国深部矿产和地热资源共采取得的研究进展可以概括为4方面：

　　（1）资源战略及勘探摸底

　　通过调查研究，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，由于三大板块与中国板块的俯冲和碰撞，形成了一系列大型、超大型矿床。我国成矿条件优越，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，获得了高温岩石特性及其可钻性，机械破岩钻进井巷可行性，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、结构及材料，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，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”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。

　　调查了金属矿、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。

　　我国深部矿产和地热资源共采依然面临诸多挑战，表现在：共同赋存区域勘查程度低，共同开发利用基础研究薄弱，行业规划及政策措施有待完善。

研究人员在对现有深部矿产资源开采技术和深部地热开发利用技术进行系统梳理基础上，构建了兼备实用性和经济性的深部矿产资源与地热资源共采系统工程框架，涵盖地热与矿产资源勘查、掘进与建造、矿产与地热开发技术和地热利用等关键技术。

　　深部矿产资源与地热资源共采系统工程框架

　　为支撑上述系统工程框架的落地实施，需着重推动三个方面工作：

　　（1）继续追踪国际外深部矿产资源、深部地热开发利用技术进展，评估主要技术路线，提出我国的领域未来技术发展路线图；

　　（2）立足国内深部矿产资源与深部地热资源共采利用的现状及存在问题，剖析制约我国深部矿产资源与深部地热资源共采利用的技术、体制、机制瓶颈，总结形成适合我国深部矿产资源与深部地热资源共采利用发展方向的宏观规划；

　　（3）调研国内外深部矿产资源与深部地热共采利用的相关政策法规，论证提出推动资源开发企业实施深部矿产资源与深部地热资源共采利用的政策建议，涵盖工程科技应用激励、产业政策、环保法规、财税政策等。

　　我国深部矿产和地热资源共采未来重点研究方向包括：

（1）深部地热资源赋存及开发利用调查和深部产资源与深部地热共同开发利用前景分析；

（2）高温坚硬岩层地下巷道与硐室掘进和建造技术；

（3）深部矿产资源开采系统和地热开发系统“共建– 共存– 共用”关键理论与技术；

（4）深部高温岩层地热能交换和输送理论与技术。

　　这项研究得到了中国工程院咨询项目“深部矿产和地热资源共采战略研究”的资金支持。

引用格式：

蔡美峰，多吉，陈湘生，毛景文，唐春安，刘志强，纪洪广，任奋华， 郭奇峰，李鹏.深部矿产和地热资源共采战略研究[J].中国工程科学:1-9.