为推动资源与能源发展向绿色低碳转型，解决深部高地温环境下资源安全开发难题，蔡美峰院士提出了“深部矿产和地热资源共采战略”，核心理念是将深部采矿与深部地热开发相结合，充分利用矿产开采建设的井巷工程，在深部建设多水平巷道、360°分布的水平巷道，这与增强型地热系统(Enhanced geothermal systems，EGS)的小口径钻孔和通过水压致裂形成的热储相比，可有效地大规模地提高热储建造的能力、成百上千倍地增加热交换面积和地热输送的量级，不仅大幅度消减采矿降温成本，同时增加矿产开采效益和地热资源开发利用效益，为解决深部采矿的经济性和可行性问题开辟了有效途径。

　　深部高温地层井巷工程是深地矿产资源和深部地热共采战略实施的重要组成部分，即采用井巷建设技术与装备从地表进入深部高温坚硬地层中，为资源与地热共采创造条件的工程，是保障深地资源安全、高效开发整个产业链的首要和关键工程。

　　近日，北京中煤矿山工程有限公司刘志强研究员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。

　　围绕深部高温地层井巷建造优先发展的 3 大任务，凝练出深部高温环境下井巷建设涉及的 8 项基础理论与技术的重点研究方向。

　　(1)深部地层原位探识与透明化重构

　　基于深部地层探识技术，认知深部地层演化科学规律，构建矿井地质透明化，是深部工程建设的先决条件。重点开展探识深部岩体原位力学行为，探究深部岩体非稳定变形、临界破坏状态、触发条件和能量演化规律;研究岩体力学及多场多相渗流理论，揭示岩体力学及多场多相耦合作用的力-能、力-构演化规律;建立多维地质信息数据库，提出反演重构地质模型的理论和方法，提高“矿-热”共采地质透明化水平。

　　(2)深部高温地层井巷建设工艺适应性

　　基于深部地层精准探识与透明化重构技术，研究深部高温地层井巷工程开拓模式与工艺适应性，即能够独立开展研究又能够与其他井巷建设技术协同开展。重点研究基于井巷掘进机掘进功能的井巷工程空间布置设计理论和方法;研究深部高温复杂地层井巷掘进机掘-支与地层改性平行作业时空关系，形成探、破、装、运、支和地层处理等工序平行作业工艺;提出井巷建设与地面设备适应性选型与配套方法。

　　(3)深部高温岩体非爆破破岩

　　针对深部高温岩石硬度大、研磨性强、可钻性差等高效破碎难题，研究高温和温变条件下岩石宏细观物理力学特性，以及温度对岩石破坏模式的影响机制，研究高温岩石可钻性，基于“岩-机”互馈作用构建围岩分类和分级评价方法;研究齿形滚刀机械破岩机理，以及机械与高压水射流联合破岩机制，研发激光破岩、热-机碎岩、贯通锥形断裂破岩、等离子体破岩、微波破岩、粒子冲击破岩等新型破岩技术并向工程应用转化。

　　(4)深部井巷建设连续提升

　　针对深部矿井建设和开采过程中固体资源与岩渣采用非连续箕斗提升机方式，制约提升能力和高运营成本的难题，在悬吊提升机和带式输送机输送机的基础上，研发诸如磁悬浮箱式提升、多相流体管道提升等提升技术装备与工艺，重点研发适用流态化输送的固体矿物井下分选方法与技术，研究多相流动理论，确定并优化多相流管道直径、提升高度、多相比、多相流速等参数，建立低能耗高效连续提升模式，为超深部原位流态化开采的颠覆性技术进行技术与装备的探索奠定基础。

　　(5)深部地层预改性与围岩长期稳定控制

　　针对超深井复杂地质条件下地层涌水、岩体破碎和高应力下岩体变形破坏、结构失稳等问题，研发超深井地面定向钻孔与曲线钻孔技术，研究深部不良地层劈裂注浆和高压喷射注浆等注浆理论，研发具有耐高温、低固相、低导热性的绿色注浆材料;研发与破岩掘进相适应的不良地层近工作面快速模块化支护技术与工艺;研究多相多场耦合条件围岩体力-能演化规律与变形破坏特征，研发耐高温、耐腐蚀、高强度、高韧性复合井壁结构与材料，建立深井工程“地层改性-断面优化-应力调控-围岩支护”的围岩稳定协同控制技术体系，提高围岩的自承载和自稳定能力，满足深部井巷工程支护体系达到高强抗压和防渗堵水的需求。

　　(6)深部高温地层井巷建设热害治理

　　深部高温地层可分为水热型和干热型，根据矿体成因特点，“矿-热共采”地热源主要为水热型。应重点研究能够阻断工作面与周围岩体热交换通道的新技术、新材料和新工艺，阐明新型相变储能材料隔热的热交换机制，研发耐高温、耐腐蚀的隔热材料;研究深井围岩改性、相变储能支护结构、隔热支护材料和人工制冷协同的井下降温技术等，形成“降温-保温-隔温”联合的深井围岩注浆、支护结构和人工降温三位协同的热害治理技术体系，实现低能耗降温技术与工艺。

　　(7)深部高温地层井巷装备感知融合技术

　　针对深部复杂多变的地质条件对井巷掘进装备的掘进效率和安全造成的影响，重点开展“岩-机”相互作用下装备掘进状态与地质环境信息感知技术研究，包括研究装备随掘工作面前方探测、刀具磨损、装备姿态、掘进方向、装备性能等掘进装备与运行状态感知;同步开展研究井巷掘进过程中工作面涌水、有害气体、工作温度等环境条件感知，以及基于围岩与支护结构相互作用的耦合机理，研究工程围岩体与支护结构的应力与变形特征信息感知;构建井巷装备掘进全过程信息的采集系统，形成装备、围岩、结构、环境等综合感知技术体系，实现掘进进度、风险、质量等关联性分析与自主决策，保障装备掘进过程中风险可预、可识、可防、可控。

　　(8)深部高温地层井巷掘进装备智能控制技术

　　深部高温地层井巷掘进集超前探测、破岩、排渣、支护、导向等功能于一体并协调运行与控制的技术体系，是未来井巷智能化掘进装备发展的重大需求。重点研究井巷全断面掘进机支撑、推进与驱动协同模块化设计方法;研究掘进机姿态精准调控机制和算法，基于以激光导向为主，结合掘进机姿态感知数据，研发激光+传感器组合导航系统，并通过控制撑靴位置和调向油缸实现掘进过程方向控制;突破感知数据无线传输与远程控制技术，研发井巷掘进装备智能控制系统平台。

来源：《我国深部高温地层井巷建设发展路径与关键技术分析》