啃硬骨头须用科技的伶牙俐齿 ——从一场论坛看我国深地资源开发前景和路径

2021.07.07 中国矿业报/张继勇

前不久，一场以“聚焦深地前沿，引领矿业未来”为主题的深地资源绿色智能开发高端论坛在山东省青岛市举行。业内院士专家、企业高管等共聚一堂，共话深海、深地资源开发。

“加快我国深部矿产资源开发，是矿业科技创新发展亟待解决的重大课题，也是高等院校立足国家需求所要承担的历史使命。”东北大学校长冯夏庭在致辞中表示。

随着我国经济的快速发展，矿产资源需求量与日俱增。我国铜、铁、锂等金属矿产对外依存度不断攀升。

据了解，我国深海、深地矿产资源丰富。深海、深地矿产资源，作为21世纪最重要的陆地浅部矿产接替资源，已经成为国家发展的重要目标。

樱桃好吃树难栽

随着地表资源的日益减少，我们不得不向地球深部进行聚焦。而深地环境的未知性增加了矿产资源开采的难度和风险。参会代表表示。

然而，随着对矿产资源需求的不断攀升，浅部资源已无法满足供给。为了保障经济发展的需要，我国已加快向地球深部进军的步伐。但是现今浅部开采的技术和装备暂时还无法满足深部开采的需要。同时，深部开采诱发的工程地质灾害和事故隐患日益突出。

据了解，与浅部资源开采相比，深部开采环境更加复杂，片帮、冒落、塌方、岩爆等工程地质灾害增多；开采深度大、地应力高；支护与充填费用增大；埋深大、地温高，设备磨损腐蚀严重，导致生产效率下降和生产能力降低。

“在深部条件下，岩体处于复杂的‘三高一扰动’（高应力、高渗透压力、高温度和开采扰动）环境，岩石会出现脆-延性转化，表现出较为明显的流变性。因此，随着开挖深度的增加，岩爆等矿山动力灾害事故会呈指数级增加。”会上有专家表示。

针对深部岩体所处的“三高一扰动”状态，研究岩石力学变形与破裂过程的基本特征，探讨诱发深部矿山重大灾害的机理及其预测和控制方法，对实现深部矿山安全高效开采具有重要意义。

陆上深地开采有诸多困难，深海采矿的困难也不容小觑。

会上有专家介绍，对于海底采矿来说，海水是影响深海采矿工程岩体稳定性最活跃的一个因素。与纯水或普通地下水相比，海水拥有更为复杂的化学成分。海水对岩体的破坏不仅表现为对岩体结构面和结构体力学性质的弱化等，其复杂化学成分也会加速对岩石的腐蚀。在海水的腐蚀作用下，岩体内部的微观孔隙结构发生变化，引起了岩石矿物成分的改变，导致岩体宏观物理、力学特性的改变，增加了海底采矿的风险。

三山岛金矿井下开采画面本报记者张继勇摄

科技赋能未来可期

如今，国内矿山企业正在打破传统模式，基于物联网、大数据、工业互联网等技术打造智能矿山的产业链，实现矿山向“少人化”“智能化”的方向转型升级。

但是，目前面对深部开采重大工程灾害（岩爆、大变形、塌方）的开采过程智能优化和调控尚缺乏实质性的进展。而实现深部金属矿高效开采的关键，就必须解决这些重大工程灾害问题，研发以降低重大工程灾害发生风险为目标的开采过程优化技术、应力释放与转移等主动防控技术。

有专家表示，地下开采的每次重大变革，几乎都与采矿方法有关。就深地开采而言，全球矿业界都在着力解决的一个重大问题，就是如何使新工艺方法适应深部开采条件，克服深部开采引发的种种问题，如岩爆、支护、高岩温等。

　　为此，大量勘探和监测手段被应用于深部开采过程中，获得了反映开采过程变化的海量、多源、异构和动态的深部开采过程大数据。据了解，通过人工智能、物联网、云计算、地理信息技术、智能机器人等高新技术用活这些大数据，开展深海深地矿床预测和勘查、岩体力学与灾变机理等理论基础和应用基础研究，以实现深海、深地金属矿开采的安全、高效、绿色、智能开采。

　　以山东黄金三山岛金矿为例。近几年，随着对 5G、大数据平台等技术应用的提升，该矿加快了向深海进军的步伐，开采资源量较以往获得了大幅提升，为我国深海、深地采矿、绿色开采与智能化采矿技术的突破提供了科研平台和示范基地。

校企合作攻坚克难

据悉，当前我国有45座金属矿山开采深度超1000米，居世界第一位。未来，山东黄金将针对深部金属矿安全高效开采系列难题，凭借着对科技创新的高度重视，以及得天独厚的矿藏优势，力争在深海、深地开采方面获得重大突破。

2020年12月31日，山东黄金与东北大学强强联合，组建山东省深海深地金属矿智能开采重点实验室。该实验室充分发挥东北大学矿业工程及自动控制学科等优势，把握山东黄金建设世界一流矿山的机遇，开展深海、深地金属矿智能开采理论与关键技术研究，填补了我国在该领域重点实验室的一项空白。

据了解，山东省深海深地金属矿智能开采重点实验室开展了海底岩体腐蚀力学特性与灾变机理研究、深海深地金属矿安全高效开采理论与技术、深海深地金属矿开采过程岩体响应智能感知与灾害预警３个重要方面的研究，涵盖本领域的前沿基础科学问题和共性、关键技术。

未来，该实验室还将针对深度开采的技术特点和出现的新问题开展定向研究，采用先进的科技手段，来解决行业内最为棘手的问题。并基于大数据融合技术对深海、深地金属矿开采过程典型灾害预警技术，建立“灾害孕育机理认识-响应信息实时智能感知-典型灾害安全预警-调控措施优化及动态反馈分析”的深海深地矿山动态调控理论体系。