深部矿产和地热资源共采战略研究

深部矿产和地热资源共采是实现深部采矿可持续发展的重要举措,也为深部高温岩层地热开采提供了全新技术手段。本文分析了深部矿产和地热资源共采的重要价值,梳理了国内外地热资源的开发利用现状,总结了我国在深部矿产和地热资源共采方面的基础研究进展;在剖析深部矿产和地热资源共采面临的技术与管理挑战的基础上,论证形成了实施综合开发利用亟需的技术体系构成,涉及深部矿产资源与深部地热开发利用调查及前景研判、高温坚硬岩层地下巷道与硐室掘进及建造、深部矿产资源开采系统和地热开发系统“共建-共存-共用”的关键理论与技术体系、深部高温岩层地热能交换和输送理论与技术。研究提出了地质勘查、科技创新、扶持政策、顶层规划与科研示范基地等方面的发展建议,以期为我国矿业和地热产业可持续、高质量发展提供参考。

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.

深部矿产与地热资源协同开采模式

为了解决深部矿产资源开采所面临的高温问题,降低深部地热开采成本,以基于开挖的增强型地热系统(Enhanced Geothermal Systems Based on Excavation Technology,EGS-E)为基础,提出了一种矿产与地热资源协同开采模式。该模式以围岩温度为标尺,将地质资源类型分为低温资源(50℃以下)、中温资源(50~100℃)和高温资源(100℃以上),对应的开采模式分别为低温矿产开采模式,中温“热矿共采”模式和高温地热开采模式。低温资源采用传统的矿产开采模式,以矿产资源开采为主。中温资源采用先采热后采矿的热矿共采模式,在对中温型地热资源进行利用的同时,可增加可采矿产资源储量。高温资源采用基于开挖的增强型地热系统(EGS-E),采用独特的热储致裂和热能交换技术实现地热资源大规模开采。研究表明:热矿协同开采模式将传统采矿技术与增强型地热系统相结合,既能消除中高温区域的热害影响,保证矿产资源安全开采,又能实现中温区域地热资源利用以及高温区域地热资源大规模开采;该模式以中高温地热资源的开采弥补矿产资源开采因温度升高引起的成本激增,同时以低温区域矿产资源开采缓解深部地热资源开发的巨额投资压力,为深部矿产和地热资源安全高效开发提供了一种新的方案。

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.