導(dǎo)  讀

由于淺表層可開(kāi)采資源的不斷減少和枯竭，深部開(kāi)采及拓展深地資源地下理論儲(chǔ)備已經(jīng)成為迫在眉睫的任務(wù)。文章以國(guó)內(nèi)外深地資源開(kāi)發(fā)利用成果為基礎(chǔ)，研究深地資源開(kāi)發(fā)與拓展深地資源地下儲(chǔ)備的理論和技術(shù)體系。針對(duì)深地資源開(kāi)發(fā)利用需要解決的相關(guān)地質(zhì)問(wèn)題如高地應(yīng)力、瓦斯地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、高溫?zé)岷�、地質(zhì)構(gòu)造、礦層頂?shù)装鍘r性與力學(xué)性質(zhì)、煤層自燃等，從地質(zhì)規(guī)律和勘查開(kāi)發(fā)狀況等相關(guān)方面進(jìn)行了分析。

本文引用信息

任輝，牛文治，虢鼎錫.深地資源開(kāi)發(fā)利用相關(guān)地質(zhì)問(wèn)題研究[J].中國(guó)國(guó)土資源經(jīng)濟(jì),2020,33（7）:13-17.

隨著淺表層可開(kāi)采資源的逐漸減少和枯竭，向深地資源進(jìn)軍已成為全球很多國(guó)家的必然戰(zhàn)略，深地資源開(kāi)發(fā)利用是我國(guó)資源保障的重要組成部分。今后將有一大批礦山進(jìn)入深部開(kāi)采階段，深部開(kāi)采問(wèn)題已無(wú)法回避。目前世界先進(jìn)勘探開(kāi)發(fā)水平已經(jīng)達(dá)到2500~4000m，澳大利亞1900m、加拿大3000m、南非實(shí)際開(kāi)采深度達(dá)到4000m。目前，我國(guó)人類(lèi)井巷開(kāi)采深度主要在500～1000m，如果我國(guó)固體礦產(chǎn)勘查深度可以達(dá)到2000m，那么探明的資源儲(chǔ)量就可以在現(xiàn)有基礎(chǔ)上翻一番。
2016年，繼“深部探測(cè)技術(shù)與試驗(yàn)研究”專(zhuān)項(xiàng)后，科技部會(huì)同原國(guó)土資源部、教育部、中國(guó)科學(xué)院等部門(mén)啟動(dòng)了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“深地資源勘查開(kāi)采”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)，這是中國(guó)深地領(lǐng)域啟動(dòng)的又一個(gè)重大科技攻關(guān)任務(wù)�！秶�(guó)土資源“十三五”科技創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃》中明確指出國(guó)土資源部在未來(lái)五年科技創(chuàng)新發(fā)展的主要方向，提出了一個(gè)全新的名詞“三深一土”，制定了以向地球深部進(jìn)軍為統(tǒng)領(lǐng)，集中力量實(shí)施深地探測(cè)、深海探測(cè)、深空對(duì)地觀測(cè)和土地工程科技“四位一體”的科技創(chuàng)新戰(zhàn)略。新組建的自然資源部又提出了“一核二深三系”的戰(zhàn)略，更加深化了“三深一土”的含義。中國(guó)當(dāng)前能源資源供需矛盾仍然突出，為了實(shí)現(xiàn)能源資源的穩(wěn)定供給，保障戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的消費(fèi)需求，深地資源開(kāi)發(fā)利用已上升為中國(guó)能源資源領(lǐng)域必須要解決的科技問(wèn)題，我國(guó)未來(lái)能源資源開(kāi)發(fā)將全面進(jìn)入第二深度空間（1000～2000m）范圍內(nèi)的深部開(kāi)采。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)“十三五”期間將有近50余座金屬礦山進(jìn)入1000m以深開(kāi)采范疇，在未來(lái)10～20年間將有近一半礦山開(kāi)采深度將達(dá)到1500m以深。深部開(kāi)采及拓展深地資源地下儲(chǔ)備已經(jīng)成為迫在眉睫的任務(wù)，需要研究建立深部資源開(kāi)發(fā)與拓展深地資源地下儲(chǔ)備理論和技術(shù)體系。但是，目前相關(guān)研究主要是圍繞采礦擾動(dòng)誘發(fā)的工程災(zāi)害防治與控制問(wèn)題，針對(duì)影響深地資源開(kāi)發(fā)利用的相關(guān)地質(zhì)問(wèn)題研究則相形見(jiàn)絀。未來(lái)需要對(duì)可能造成重大災(zāi)害的地質(zhì)因素進(jìn)行深入研究，為礦山高效低成本資源開(kāi)采及安全可靠地拓展深地資源儲(chǔ)備提供重要的理論支撐。
2.1 世界各國(guó)深地資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀與研究進(jìn)展
隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，資源的需求量日益增長(zhǎng)，各國(guó)礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)腳步正在邁向地球深部。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)外已有百余座金屬礦山開(kāi)采深度超過(guò)1000m，世界上開(kāi)采深度最深的前10位礦井中有8個(gè)在南非，1個(gè)在加拿大，1個(gè)在印度，南非的Western Deep Level金礦開(kāi)采深度已經(jīng)達(dá)到4800m。此外，德國(guó)、美國(guó)、澳大利亞、俄羅斯、加拿大等一些國(guó)家礦井開(kāi)采深度也都超過(guò)1000m。
南非早在20世紀(jì)60年代就成立了南非礦山安全研究咨詢委員會(huì)，以探索深部資源開(kāi)發(fā)與開(kāi)采問(wèn)題，并最早開(kāi)發(fā)出成套的高分辨率微震系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)軟弱巖層的變形。在1998年7月啟動(dòng)“Deep Mine”計(jì)劃，以解決3000～5000m深度的礦山經(jīng)濟(jì)開(kāi)采和礦山安全問(wèn)題。該計(jì)劃的研究?jī)?nèi)容包括軟巖支護(hù)、巖爆控制、地質(zhì)構(gòu)造、工人安全培訓(xùn)、降溫與通風(fēng)、水文地質(zhì)與抽水問(wèn)題、超深豎井掘進(jìn)。目前南非正在Far West Rand金礦研究超深部抽水蓄能發(fā)電問(wèn)題。
加拿大是繼南非之后第二個(gè)擁有3000m深井的國(guó)家，對(duì)評(píng)估巖爆潛力和緩解巖爆風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了卓有成效的探索，并出版了至今仍被視為經(jīng)典的加拿大巖爆支護(hù)手冊(cè)（Canadian Rockburst Support Handbook）。
澳大利亞在1992年成立了澳大利亞地質(zhì)力學(xué)中心（Australian Centre for Geomechanics，ACG），該中心在1999年針對(duì)深部礦山開(kāi)采中遇到的問(wèn)題進(jìn)行了研究，包括礦山地震活動(dòng)、巖爆風(fēng)險(xiǎn)管理（MSRRM）、礦山回填處理方法、在深部高地應(yīng)力條件下機(jī)械化開(kāi)采、微震及巖爆風(fēng)險(xiǎn)管理平臺(tái)和安全可靠的尾礦回收方法。
歐盟研究了3個(gè)具有前瞻性和代表性的問(wèn)題：①未來(lái)智能深部礦山的創(chuàng)新技術(shù)及概念（第二階段）；②熱、電、金屬礦物的組合利用（CHPM2030），旨在研發(fā)利用地?zé)豳Y源冶金和發(fā)電的新技術(shù)；③利用細(xì)菌從深部礦體中提煉金屬的新礦產(chǎn)理念（IOMOre）。
美國(guó)密歇根工業(yè)大學(xué)、愛(ài)達(dá)荷州大學(xué)與美國(guó)西南研究院合作開(kāi)展了深井開(kāi)采研究工作，就巖爆引發(fā)的地震信號(hào)與天然地震、核爆信號(hào)的差異進(jìn)行了對(duì)比分析研究。近年來(lái)，美國(guó)已經(jīng)將礦業(yè)重心轉(zhuǎn)移到礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)和治理上（采礦公園）。
2.2 我國(guó)深地資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀與研究進(jìn)展
雖然我國(guó)與世界上采礦大國(guó)相比開(kāi)采深度較淺，但是近年來(lái)，我國(guó)銅陵冬瓜山銅礦、湖南湘西金礦、吉林樺甸夾皮溝金礦和云南會(huì)澤鉛鋅礦等金屬礦開(kāi)采深度也都超過(guò)了1000m。我國(guó)深地煤炭開(kāi)采深度最深的礦井為山東省新汶礦業(yè)集團(tuán)的孫村煤礦，開(kāi)采深度達(dá)到了1501m。
為了解決深部開(kāi)采所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，我國(guó)先后制定“九五”“十五”“十一五”“十二五”等深地攻關(guān)項(xiàng)目和“十三五”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)。2001年在香山召開(kāi)了以“深部高應(yīng)力下的資源開(kāi)采與地下工程”為主題的會(huì)議；2004年國(guó)家自然科學(xué)基金設(shè)立了“深部巖體力學(xué)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目，極大地促進(jìn)了我國(guó)深部巖石力學(xué)理論與技術(shù)的發(fā)展；2009年國(guó)家973項(xiàng)目啟動(dòng)“深部重大工程災(zāi)害的孕育演化機(jī)制與動(dòng)態(tài)調(diào)控理論”和“煤炭深部開(kāi)采中的動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理與防治基礎(chǔ)研究”，對(duì)深部開(kāi)采中動(dòng)力地質(zhì)災(zāi)害的“孕育—發(fā)生—演化”機(jī)理和預(yù)警防治對(duì)策進(jìn)行了相關(guān)研究；2016年，我國(guó)啟動(dòng)了“深地資源勘查開(kāi)采”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)（簡(jiǎn)稱(chēng)“深地專(zhuān)項(xiàng)”），“深地專(zhuān)項(xiàng)”旨在破解中國(guó)深部資源成礦成藏與預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)關(guān)鍵科學(xué)瓶頸，構(gòu)建深部開(kāi)采相關(guān)重大基礎(chǔ)理論，在一系列關(guān)鍵技術(shù)上有所突破。
 
研究深地資源開(kāi)發(fā)利用相關(guān)地質(zhì)問(wèn)題，是落實(shí)我國(guó)深地科技戰(zhàn)略的重要載體，是瞄準(zhǔn)資源領(lǐng)域“向地球深部進(jìn)軍”的戰(zhàn)略方向，因此要緊密?chē)�繞勘查和開(kāi)采中遇到的相關(guān)理論問(wèn)題、關(guān)鍵技術(shù)，攻堅(jiān)克難，統(tǒng)籌部署。深地資源開(kāi)發(fā)利用已成為未來(lái)中國(guó)科技發(fā)展的重要方向，本文試圖從以下幾個(gè)方面討論深地資源開(kāi)發(fā)利用的研究發(fā)展趨勢(shì)：
(1)加強(qiáng)深地資源開(kāi)發(fā)利用的動(dòng)力地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生機(jī)理研究。雖然對(duì)煤與瓦斯突出機(jī)理進(jìn)行了大量的研究，但是目前仍然處于假設(shè)階段。由于沖擊地壓影響因素多樣，動(dòng)態(tài)現(xiàn)象復(fù)雜，目前對(duì)沖擊地壓形成演化機(jī)理研究尚未有新的突破。進(jìn)入深部開(kāi)采后，煤與瓦斯突出和沖擊地壓發(fā)生頻率明顯增加，為保障深地資源安全高效開(kāi)采，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)深地典型動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理的研究。
(2)加強(qiáng)深部礦山多參數(shù)動(dòng)態(tài)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制及相關(guān)設(shè)備的研究。對(duì)動(dòng)態(tài)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的綜合監(jiān)測(cè)需要結(jié)合現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)技術(shù)，優(yōu)化預(yù)警臨界值及監(jiān)測(cè)指標(biāo)，保障對(duì)潛在危險(xiǎn)的及時(shí)識(shí)別。同時(shí)，加快相關(guān)監(jiān)測(cè)設(shè)備與相關(guān)軟件的研發(fā)，建立典型動(dòng)態(tài)災(zāi)害綜合預(yù)警系統(tǒng)，把災(zāi)害消除在萌芽階段。
(3)深部高地應(yīng)力變害為利的研究。深部高地應(yīng)力隱含的能量在合理的誘導(dǎo)下可轉(zhuǎn)化為有利于巖石致裂破碎的能量。即通過(guò)合理的挖掘誘導(dǎo)工程，將深部高地應(yīng)力能量轉(zhuǎn)化為堅(jiān)硬巖石破碎的能量，這樣可以大幅度提高深部巖石的可切割性和開(kāi)采效率。
(4)深部高地溫變害為利的研究。深部井下儲(chǔ)存著大量的地?zé)豳Y源，將地?zé)崮芩偷降孛�，通過(guò)地面的熱交換作用又可實(shí)現(xiàn)對(duì)井下工作面降溫。當(dāng)開(kāi)采到達(dá)一定深度，可以利用地?zé)崮馨l(fā)電供井下電器設(shè)備使用，實(shí)現(xiàn)高效綠色開(kāi)采。
(5)深部礦山智能化無(wú)人采礦的美好展望。由于深部惡劣的地質(zhì)環(huán)境，使深部礦山必然走向智能化和無(wú)人化。實(shí)現(xiàn)無(wú)人開(kāi)采很大程度上依賴(lài)于采掘裝備的創(chuàng)新，5G遙控鏟運(yùn)機(jī)、鑿巖機(jī)器人，無(wú)人駕駛汽車(chē)在地下礦山運(yùn)行和成套的無(wú)軌設(shè)備保障了礦山安全、高效、綠色及可持續(xù)開(kāi)采。利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，以人工智能、可視化技術(shù)及大數(shù)據(jù)平臺(tái)為支撐，通過(guò)“互聯(lián)網(wǎng)+”和中國(guó)制造2025等國(guó)家行動(dòng)計(jì)劃的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)在深部自動(dòng)化和智能化開(kāi)采，使礦山從勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型的無(wú)人化轉(zhuǎn)變。
 
與淺部相比，深地資源賦存的地質(zhì)環(huán)境發(fā)生了很大變化，影響礦井開(kāi)采的地質(zhì)因素增多且彼此關(guān)系復(fù)雜，由此誘發(fā)的工程地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度明顯增大。查清影響深地資源開(kāi)發(fā)利用的相關(guān)地質(zhì)問(wèn)題，研究它們對(duì)深地礦井安全高效開(kāi)采的影響方式和制約程度，將為深地資源開(kāi)發(fā)利用提供重要的理論支撐。
4.1 高地應(yīng)力
隨著開(kāi)采深度的不斷增加，礦井圍巖逐漸進(jìn)入高地應(yīng)力環(huán)境。依據(jù)地應(yīng)力資料，垂直地應(yīng)力隨采深呈線性增加。在淺部表現(xiàn)為脆性的巖石，到達(dá)深部后變成“工程軟巖”。當(dāng)開(kāi)挖巷道時(shí)，由于其周邊出現(xiàn)應(yīng)力重新分布，產(chǎn)生應(yīng)力集中，同時(shí)積聚在圍巖中的能量也因此得以釋放，若釋放的能量超過(guò)圍巖極限強(qiáng)度后，圍巖進(jìn)入塑性狀態(tài)，造成深部巷道實(shí)際返修比例高達(dá)90%以上。同時(shí)由于深部巖體中存在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所形成的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)或殘余構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，造成水平地應(yīng)力大于垂直地應(yīng)力的現(xiàn)象。以淮南礦區(qū)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為例，所測(cè)43個(gè)測(cè)點(diǎn)中，大部分測(cè)點(diǎn)的側(cè)壓比介于1.0～1.46，最大側(cè)壓系數(shù)達(dá)1.82，在800～1100m的深部地層中，側(cè)壓比接近1。
此外，在高地應(yīng)力作用下，礦層和圍巖會(huì)突然失穩(wěn)破壞形成沖擊地壓。沖擊地壓發(fā)生的頻率和強(qiáng)度也會(huì)隨著采深的增加而增加。在淺部開(kāi)采中，由于礦井所承受的應(yīng)力荷載主要為自身重力，一般不會(huì)產(chǎn)生沖擊地壓，進(jìn)入深部后地應(yīng)力成倍增加，使積聚的能量大于礦體失穩(wěn)破壞所需能量，造成沖擊地壓。一般來(lái)講，沖擊地壓發(fā)生前沒(méi)有明顯前兆，發(fā)生過(guò)程也很短，嚴(yán)重的沖擊低壓可以監(jiān)測(cè)到4.6級(jí)地震，嚴(yán)重影響礦山系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
4.2 瓦斯地質(zhì)條件
建國(guó)以來(lái)，我國(guó)發(fā)生煤和瓦斯突出次數(shù)超過(guò)13000次。我國(guó)現(xiàn)有煤礦總數(shù)約為9686座，其中發(fā)生過(guò)沖擊地壓的煤礦有177座，占全國(guó)煤礦總數(shù)的1.82%；我國(guó)有1030座煤礦發(fā)生過(guò)瓦斯突出，占全國(guó)煤礦總數(shù)的11.19%。瓦斯突出的煤礦數(shù)量約為發(fā)生沖擊地壓煤礦數(shù)量的5.8倍。
隨著開(kāi)采深度的逐漸增加，煤層內(nèi)瓦斯壓力和含量呈線性增加，礦井瓦斯涌出量迅速增加，許多淺部表現(xiàn)為非突出的礦井進(jìn)入深部后轉(zhuǎn)化成突出礦井。在深部高地應(yīng)力作用下，煤體力學(xué)強(qiáng)度減弱，瓦斯?jié)舛雀叨染奂�，煤層中積聚了大量氣體能量。由于工程擾動(dòng)作用，造成瓦斯突然急劇釋放，引發(fā)深部礦井煤與瓦斯突出事故頻發(fā)，突出強(qiáng)度和頻率也明顯增大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)47個(gè)千米深的礦井中，有14個(gè)礦井發(fā)生過(guò)瓦斯突出，這一比例是全國(guó)平均水平的2.66倍。另?yè)?jù)通風(fēng)管理經(jīng)驗(yàn)，在350m以淺開(kāi)采時(shí)，煤中瓦斯含量相對(duì)較少，可以通過(guò)現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)備來(lái)預(yù)防瓦斯突出。當(dāng)開(kāi)采深度超過(guò)500m時(shí)，瓦斯易于聚集，瓦斯?jié)舛忍荻让堪倜自黾映�過(guò)30%，原有的通風(fēng)設(shè)備難以滿足安全生產(chǎn)需要。因此，摸清瓦斯突出與采深之間關(guān)系，探明井田內(nèi)瓦斯富集范圍，尤其是含瓦斯流變煤體的位置和賦存狀態(tài)，研究煤與瓦斯突出的影響因素和機(jī)理，是煤與煤層氣協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)和深部礦井安全生產(chǎn)對(duì)地質(zhì)工作的基本要求。
4.3 水文地質(zhì)條件
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)在過(guò)去20多年里，有34%的礦井受到水害威脅，有近300余座礦井被水淹沒(méi)，礦山水害已經(jīng)成為影響我國(guó)礦產(chǎn)資源安全開(kāi)采的最大災(zāi)害之一。在淺部開(kāi)采時(shí)，第四紀(jì)含水層和地表水是礦井水的主要來(lái)源，通過(guò)巖層裂隙網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入巷道和采區(qū)，水壓低，涌水量小，突水問(wèn)題可通過(guò)現(xiàn)有的技術(shù)和手段進(jìn)行預(yù)報(bào)。然而，進(jìn)入深部后不僅采場(chǎng)上部承壓水位高，而且隨著礦井采掘深度的增加，礦井底板水害也不斷嚴(yán)重。由于深部高地應(yīng)力、高地溫和高流體壓力使巖體特征發(fā)生變化，加之地層本身斷裂破碎帶發(fā)育和采掘誘發(fā)的導(dǎo)水破碎帶導(dǎo)通不同水源突入礦井，使礦井發(fā)生突水災(zāi)害。而且華北煤區(qū)煤層底部奧陶系灰?guī)r地層巖溶水對(duì)巷道圍巖和頂?shù)装逡仔纬蓢?yán)重的突水災(zāi)害。因此，查明含水層和隔水層的結(jié)構(gòu)與厚度變化、查明隱伏導(dǎo)水構(gòu)造、突水陷落柱位置與形態(tài)，是預(yù)防深井水患、解決承壓水上開(kāi)采問(wèn)題的有效途徑。
4.4 高溫?zé)岷?/strong>
雖然各地的地溫梯度略有差異，但是一般情況下，地溫梯度在2～3℃/百米，最高可達(dá)4℃/百米。對(duì)于深井溫度升高所謂的“熱源”問(wèn)題，許多國(guó)家的看法基本一致，認(rèn)為主要是巖石熱（一般占50%左右）、采掘機(jī)器釋放的熱、運(yùn)輸過(guò)程礦物釋放的熱和空氣本身壓縮熱。地溫升高容易造成井下工人注意力分散，勞動(dòng)生產(chǎn)率下降，事故率上升，甚至被迫停產(chǎn)。世界范圍內(nèi)的1000m深井平均地溫為30～40℃，我國(guó)新汶礦區(qū)和巨野礦區(qū)采深為1000m時(shí)，實(shí)測(cè)礦井溫度高達(dá)35℃；南非M-poneng金礦采深4000m時(shí)地溫達(dá)到66℃；由于受到裂隙熱水影響，日本豐羽鉛鋅礦在采深500m時(shí)溫度就高達(dá)80℃。因此，深井熱害問(wèn)題已嚴(yán)重影響到深部礦產(chǎn)資源的安全高效開(kāi)采。需要測(cè)定礦區(qū)地溫梯度的變化規(guī)律、研究礦井原巖地溫和預(yù)測(cè)深部地溫狀態(tài)，為制定礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)和治理礦山高溫?zé)岷�工作提供重要依�?jù)。
4.5 地質(zhì)構(gòu)造
地質(zhì)構(gòu)造對(duì)深地煤礦開(kāi)采的影響，主要表現(xiàn)為褶皺和斷層對(duì)煤層的控制作用。我國(guó)5大賦煤區(qū)分別是滇藏、東北、華北、西北和華南地區(qū)。西北和滇藏賦煤區(qū)含煤巖系形成后處于擠壓—匯聚型地球動(dòng)力學(xué)體系，煤田構(gòu)造樣式表現(xiàn)為逆沖推覆構(gòu)造和強(qiáng)烈褶皺。東北賦煤區(qū)自三疊紀(jì)以后受到太平洋構(gòu)造體系控制，煤田構(gòu)造樣式為寬緩褶皺、伸展型構(gòu)造和地壘—地塹狀斷層組合。華北賦煤區(qū)受到過(guò)三大構(gòu)造體系的共同作用，構(gòu)造組合樣式多樣，一般情況礦田構(gòu)造復(fù)雜。華南賦煤區(qū)構(gòu)造變形強(qiáng)度和構(gòu)造復(fù)雜程度均超過(guò)華北賦煤區(qū)，華南賦煤區(qū)滑脫構(gòu)造和推覆構(gòu)造更廣泛且變形強(qiáng)烈，華南西部表現(xiàn)為緊閉皺褶，華南東部斷層更加發(fā)育。與淺部相比，原始近水平的煤層受到逆沖推覆變深、伸展斷陷變深和褶皺彎曲變深，煤層賦存的地質(zhì)條件比淺部更復(fù)雜。此外，由于深部遭受地質(zhì)構(gòu)造的切割更多，包括斷層面、斷層間的擠壓面和節(jié)理的發(fā)育，使礦石和圍巖的穩(wěn)定性也會(huì)變差。深地資源的開(kāi)采需要查明斷層和褶皺位置與形態(tài)、總結(jié)構(gòu)造發(fā)育規(guī)律、重塑礦體改造歷程、評(píng)價(jià)構(gòu)造對(duì)開(kāi)采活動(dòng)的影響以及巖漿侵入對(duì)礦體的改造程度。
4.6 礦層頂?shù)装鍘r性與力學(xué)性質(zhì)
安全和通暢的巷道對(duì)深部的安全高效開(kāi)采至關(guān)重要，因此巷道支護(hù)是深部安全高效開(kāi)采的關(guān)鍵技術(shù)。沉積相變作用和加積作用使得礦層頂?shù)装鍘r性與厚度在橫向和縱向上變化很大，力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性各向異性明顯。工作面系統(tǒng)不可靠因素主要來(lái)自于井巷支護(hù)設(shè)備和支護(hù)方式與頂板地質(zhì)條件適應(yīng)性差，也是我國(guó)礦層頂板事故居高不下的根本原因。研究巖性和深度與礦層頂?shù)装宕嘈?mdash;延性的轉(zhuǎn)化特征及其關(guān)聯(lián)性，建立頂?shù)装宸�(wěn)定性評(píng)價(jià)技術(shù)方法及深部礦層頂?shù)装宸诸?lèi)系統(tǒng)，是深部礦層頂板管理的重大需求。
4.7 煤層自燃問(wèn)題
研究表明，隨著開(kāi)采深度的增加，地溫升高，增加了煤層自身的儲(chǔ)熱條件，更易導(dǎo)致煤層自燃問(wèn)題。因此，在進(jìn)入深部后，煤層自燃問(wèn)題應(yīng)更加引起重視。我國(guó)煤層自燃問(wèn)題覆蓋面廣、比例大并且危險(xiǎn)性嚴(yán)重。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，原國(guó)有重點(diǎn)煤礦中有51.3%的礦井發(fā)生過(guò)自燃發(fā)火危險(xiǎn)，煤層自燃問(wèn)題幾乎在所有煤礦區(qū)中都存在。因自燃問(wèn)題造成的煤炭資源損失每年高達(dá)數(shù)十億人民幣。進(jìn)入深部開(kāi)采后，煤層較淺部更易自燃而且容易引發(fā)礦井火災(zāi)和瓦斯爆炸等事故。
 

5 結(jié)語(yǔ) 

隨著近幾十年的持續(xù)大規(guī)模開(kāi)采，淺部資源日益枯竭，開(kāi)發(fā)深部礦產(chǎn)資源已經(jīng)成為必然。深地資源開(kāi)發(fā)利用相關(guān)地質(zhì)問(wèn)題，既是一個(gè)重大基礎(chǔ)性前瞻科學(xué)問(wèn)題，又是落實(shí)我國(guó)深地科技戰(zhàn)略的重要研究方向，與國(guó)家資源能源供給和經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)。目前對(duì)深地資源開(kāi)發(fā)利用正處于加快深入研究和不斷實(shí)踐的實(shí)施階段，我們期待多學(xué)科多領(lǐng)域全方位共同開(kāi)展研發(fā)合作與學(xué)術(shù)交流，發(fā)揮各家之所長(zhǎng)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，及時(shí)總結(jié)創(chuàng)新成果，加快科技成果向礦業(yè)一線和地勘行業(yè)轉(zhuǎn)化，切實(shí)發(fā)揮科技創(chuàng)新對(duì)礦山安全高效綠色低成本開(kāi)采的支撐作用。

作者信息 

任輝（1964—），男，湖南省汨羅市人，中國(guó)煤炭地質(zhì)總局教授級(jí)高工，工學(xué)博士，長(zhǎng)期在地勘地質(zhì)行業(yè)從事經(jīng)營(yíng)管理工作。

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