原位改性采矿理论与技术研究进展及展望

摘要

原位改性采矿技术作为对传统“采-掘-运”固体开采模式的根本性变革，通过向地下目标矿层注入物理或化学改性流体，在矿体原位赋存环境中诱发固-流-热-化多场耦合作用，实现有用矿物的选择性相态转化与流体化开采，具有低扰动、高效率及环境友好等显著优势.本文系统阐述了原位改性采矿的理论基础与技术内涵，重点剖析了其核心科学问题：多物理场耦合作用下演变孔裂隙介质的动态响应机制.针对含残留骨架、无残留骨架及裂隙演化主导3类典型演变孔裂隙介质，分别建立了相应的多场耦合数学模型，揭示了改性过程中孔裂隙结构时空演化规律及其对流体传输的控制机理.在理论层面，建立演变孔裂隙介质多尺度多场耦合模型是实现原位改性绿色高效开采的核心，同时融合不确定性量化与物理数据驱动的机器学习方法，并构建高效可靠的代理模型，可实现对深部资源原位改性高效开采过程的精准预测与智能调控.在技术应用层面，提出了3种复合改性技术路径：开采卸压与关键层致裂协同的煤系储层体积缝网建造技术、煤层界面压裂造缝与热解气化技术，以及深部煤层超临界CO₂致裂驱替与生物转化CH₄的CCCUS技术.从单一改性向复合改性的技术演进，是突破深部复杂地质条件资源储层高效绿色开采瓶颈的必然选择，对推动矿产资源开发模式转型升级具有重要指导意义.

关键词

原位改性 / 演变孔裂隙介质 / 物理改性 / 化学改性 / 非常规资源储层