原位改性采矿理论与技术

原位改性采矿理论与技术梁卫国太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室2011-11-19第十一届全国青年岩石力学与工程学术大会，中国青岛汇报提纲原位改性采矿基本概念原位改性采矿理论与技术目前开展研究工作2023/1/292TUT-LiangWeiguo煤炭：主要矿产资源、在国民经济与社会发展中占有重要地位！安全—高效—绿色是资源开采的追求目标！1.原位改性采矿概念2023/1/293TUT-LiangWeiguo32.3亿t水火瓦斯顶板GDP煤炭产量厚煤层注水软化孔2023/1/294TUT-LiangWeiguo原位改性采矿——针对地下煤炭、盐矿及油页岩等矿产资源，通过注热、气、液及水力压裂、割缝等技术，使资源原位赋存特性发生物理、化学变化，从而实现矿产资源安全、高效、绿色开采目标。学科带头人：赵阳升教授赵阳升博士、教授、博导；国家杰出青年基金获得者；长江学者1989—1992，同济大学地下工程，博士（师从孙钧院士）；1983—1986，原阜新矿院工程力学，硕士；1978—1982，原山西矿院力学，本科。

中国岩石力学与工程学会常务理事，山西省岩石力学与工程学会理事长，原位改性采矿教育部重点实验室主任。从事矿山多场耦合理论、特殊采矿技术方面研究，获国家技术发明二等奖1项、省部科技进步一等奖3项，出版专著5部，发表论文230余篇，发明专利30余项。2023/1/295TUT-LiangWeiguo基础研究工程研究1）

煤岩层注水改性:①坚硬顶板控制；②冲击地压防治；③中硬煤软化放顶煤2）带压开采3）破碎岩体注浆加固1）低渗透煤层瓦斯抽放；2）水力割缝与压裂增渗；3）煤层瓦斯注气驱替1）易溶盐矿水溶开采；2）难溶盐矿水溶开采；3）油气储库建造2023/1/296TUT-LiangWeiguo2002~固流热传质耦合1999~固流传质耦合1990~固气耦合1986~固液耦合1）高温岩体地热开采；2）煤层注热强化瓦斯开采；3）油页岩注热开采；4）褐煤注热脱水提质改性TYUT“原位改性采矿”研究发展历程原位改性采矿理论与技术理论基础：多孔介质多场耦合

作用理论应用三：固体矿物流体化开

采（盐类矿床）应用一：矿岩改性高产高效

安全采矿应用二：煤层改性煤层气开

采与储运技术2.原位改性采矿理论与技术2023/1/297TUT-LiangWeiguo理论基础：多场耦合数学模型流体运移：溶质扩散：热量传输：固体变形：矿物溶解：

成果一：研制了岩体固流耦合特性试验台、大型真三轴多功能试验机、固流热化学耦合作用试验台、显微CT实验系统，为原位改性采矿技术研究提供了新的试验设备；揭示了岩体固流热化学耦合作用的若干物理与力学规律。2023/1/299TUT-LiangWeiguo不同温度下瘦煤孔裂发展衍化规律

T0=18℃T1=100℃T2=100℃T3=100℃

T5=500℃T6=600℃T4=400℃

18℃原样，n=0.98%18℃纯水1h,n=3.53%18℃纯水，2h,n=9.55%18℃纯水，3h,n=11.98%常温条件下，钙芒硝在纯水中浸泡不同时间4mm岩样放大61倍的扫描图片

成果二：建立了连续、裂隙介质含物化反应的固气耦合模型、含溶解反应的固流耦合模型和含热力液耦合作用的THM耦合模型。为推动多孔介质多场耦合作用新兴边缘学科的创建与发展做出了系统的创新与重要贡献。2023/1/2912TUT-LiangWeiguo鲜学福、孙钧院士：“著作系统反映了赵阳升教授团队二十多年来，在推动多孔介质多场耦合作用新兴边缘学科创建、发展所进行的大量基础实验与理论研究和宽广的工程应用实践方面做出的系统创新成果”。2023/1/2913TUT-LiangWeiguo成果三：针对我国煤层瓦斯“三低一高”难抽采问题，研究成功水力割缝改造低渗透煤层强化瓦斯抽采的成套技术与装备，2010年鉴定达国际领先水平；在潞安、阳泉应用证明，瓦斯抽采率提高2.3倍以上。2023/1/2914TUT-LiangWeiguo成果四：针对中国盐类矿床的“单层厚度薄、夹层多”赋存特征，传统开采方法不适宜的问题，发明了“盐类矿床群井致裂控制水溶开采方法”。2023/1/2915TUT-LiangWeiguo传统单井及双井对接连通水溶开采WeiguoLiang----TYUT群井水压致裂连通控制水溶开采法示意图

使用该发明技术，解决了山西运城盐湖地下薄层芒硝矿开采的技术难题，在南风集团应用至今10年之久，创造了巨大经济效益和社会效益。2023/1/2917TUT-LiangWeiguo原位改性煤层气褐煤油页岩盐矿2023/1/29TUT-LiangWeiguo183.目前开展研究工作瞄准我国矿产资源安全、高效、绿色开采发展方向，深入研究原位改性采矿理论技术，高效利用一切资源，并使资源开采从地下走向地面，更为安全！一.注热、注气强化煤层瓦斯抽采理论、技术及应用。2023/1/2919TUT-LiangWeiguo二.褐煤原位注热脱水与提质改性的理论、技术及应用。三.盐岩溶腔油气储库建造、难溶盐矿原位溶浸开采理论与技术。四.油页岩原位注热开采油气理论与技术。具体研究方向热、力、液、化学多场耦合作用下，固体矿物中有用组份溶解、热解、多相多组份流体扩散、渗流传输、固体孔隙裂隙衍生发展的科学规律；利用矿床宏观结构与应力场特征，实施控制压裂、控制热解溶解的原位改性采矿技术原理，以及固流热传质耦合作用的工程模拟理论。关键科学问题2023/1/2920TUT-LiangWeiguo水力割缝瓦斯抽放