深地煤炭资源流态化开采理论与技术构想谢和平

423Vol．42No．320173JOUＲNALOFCHINACOALSOCIETYMar．2017．J．2017423547－556．doi10．13225/j．cnki．jccs．2017．0299XieHepingGaoFengJuYangetal．TheoreticalandtechnologicalconceptionofthefluidizationminingfordeepcoalresourcesJ．Jour-nalofChinaCoalSociety2017423547－556．doi10．13225/j．cnki．jccs．2017．029912232411151.6100652.2211163.1000834.1000135.100013地球浅部煤炭资源逐步开采殆尽，煤炭资源开发不断走向地球深部。然而，面对深部地层环境与极限开采深度的限制，传统采矿学与力学等理论难以解决深部煤炭开采出现的技术难题，深部煤炭绿色安全高效生产面临严峻挑战。结合深地煤炭资源开发的未来趋势，提出深地煤炭资源流态化开采的颠覆性科学构想及流态化开采定义、目标与内涵，建立深地流态化开采的应力－温度－渗流－化学－微生物等多种作用机制的多场耦合模型与可视化理论，揭示煤炭流态转换的物理、化学与生物机制，建立深地煤炭资源的采、选、充、电、热、气一体化的物理流态化开采、化学转化流态化开采、生物降解流态化开采、物理破碎流态化开采等颠覆性理论和技术。在此基础上，提出“2025基础研究、2035技术攻关、2050集成示范”的战略实施路线，构建深地煤炭资源无人智能化的采选充一体化开采、热电气集成转化的流态化开采理论与技术体系，达到“地上无煤、井下无人”的绿色环保目标，实现深地煤炭资源开采的颠覆性变革。深地开发;煤炭资源;流态化开采;物理转化;化学转化;生物转化;无人智能化TD82A0253－9993201703－0547－102017－02－242017－03－072016YFC06007012016YFC0600705516742511956—。[e-mail]gicalconceptionofthefluidizationminingfordeepcoalresourcesXIEHe-ping1GAOFeng2JUYang23GEShi-rong2WANGGuo-fa4ZHANGＲu1GAOMing-zhong1WUGang1LIUJian-zhong51．SichuanUniversityChengdu610065China2．ChinaUniversityofMiningandTechnologyXuzhou221116China3．ChinaUniversityofMiningandTechnologyBeijingBeijing100083China4．TiandiScienceandTechnologyCo．Ltd．Beijing100013China5．ChinaCoalＲesearchInstituteBeijing100013ChinaAbstractThedepthofcoalminingincreasescontinuouslyowingtotheexhaustionoftheshallowcoalresources．How-everthetechnicaldifficultieswhichoccurduringdeepcoalminingcannotbesolvedwellbyusingthetraditionaltheo-riessuchasminingscienceandmechanicsbecauseofthelimitofthedeepgeo-environmentandcriticalminingdepth．Thereforetoimplementdeepcoalminingwithagreensafeandefficientwaywillmeetseriouschallenges．Ac-cordingtothetrendoftheexploitationofdeepcoalresourcesadisruptiveideathefluidizedminingofdeepunder-groundcoalresourceswaspresentedinthispaper．Thedefinitiongoalsandmeaningofthefluidizedminingwerealsoproposed．Themulti-coupledfieldmodelandthevisualizationtheoryformulti-mechanismofstress-temperature-chemis-try-microorganismwereestablished．Thephysicalchemicalbiologicalmechanismofcoalfluidizedtransformationwas201742interpreted．Aseriesofdisruptivetheoriesandtechnologiessuchasphysicalfluidizedminingincludingexploitationseparationfillingelectricityandheatgenerationgasificationthefluidizedminingofchemicaltransformationtheflu-idizedminingofbio-degradationthefluidizedminingofphysicalgrindingwereestablished．Afterwardsthestrategicimplementationroutineof“2025basicresearch2035technologicalbreakthroughand2050integrateddemonstra-tion”wasputforward．Thedisruptiverevolutionofdeepcoalresourceexploitationincludingtheimplementationofdeepcoalresourceintegrationminingforexploitationseparationandfillingwithunmannedintellectualizationthefor-mationofthetheoryandtechnologysystemforfluidizedminingofintegratedtransformationofheatelectricityandgasandtoreachthegreenenvironmentalprotectiongoalforcoalfreegroundandunmannedundergroundminewillbere-alized．Keywordsdeepexploitationcoalresourcefluidizedminingphysicaltransformationchemicaltransformationbiolog-icaltransformationunmannedintellectualization。。2016－05－30“……10000m2500～4000m500m”1。1500m3000m4350m7500m。2000m。、、2－9。6000m、、6000m9－12。、7500m、4－8。“”“”。20146220153“”32016－04－07“”4。201681926913“”。201610“”5。2016－11－29“”3.0、4.0、5.0“、”、6。2016－12－06“”。、、、、、、、、84537。、、、、、、、“、”。。1、、2－8。“”、。、、、、、、、、、、、。、、CO2、、、、、、、CO2。、、、、。①。TBM②。③。、、、④。、⑤。。22.18－11。、。、、、。。6－8、、、、、、。。。2.2“”、813。、945201742“”7－814－16。、、。、－－、3D、14－16“”3D、、、、1。－－“”、、、、、、、、。“”、。2.3、、、、、、8111317－18。、、。－－。13DFig.1Physicalvisualizationfor3Dtransparentminingmodelandminingstressevolution。。。、、、－－、、、－－－－、、。05532.4。2、、。。、。。。。34、、、、、、、4。3.1、、3219、、、。、、。、。、、、。、。2Fig.2SchematicfluidizationminingwithTBMassemblageforexcavationseparationfillingelectricitygasandheatsystem3.2、。、、19－21。、、1000m155201742。3。O2O2CO2O2。CO2CCOH2OgCCOH2。。3H2COCH4。、。321Fig.3Schematicforcoalundergroundgasificationsystem21、4H/C0.2～1.0H/C1.6～2.0、、、。4Fig.4Fastfluidizationtechnologyfordeepundergroundcoalswithinin-situreactionvessel3.322－232。5、、CH4CO26、、、、。522－23Fig.5Schematicconceptionforin-situbio-fluidizationandbio-gasificationfordeepundergroundcoals22－233.4、。2553622－23Fig.6Ｒeactionmechanismsforbio-fluidizationandbio-gasificationofcoals22－23、、。、25、CO2、、、。420～30a。7。4.14.1.1、、、。、、、。、、。13000m25－26、、7Fig.7Ｒelationshipoffluidizationminingwithcurrentminingtheoryandtechnology、、、、。、。4.1.2、、、、、、。、、。、8。8Fig.83Dgeographicinformationmodel4.2、。GPS355201742、、。、、UWBMesh、、、。、、。、、、。4.3、。、、、。－、、、、。、、。、。、、9。4.4、、、、、。、。、、。9Fig.9Ｒockmasscontrolandsupporttechnologyforundergroundmining、、。4.5。、、、、、2710。。。、、、。、。。4.61、455310Fig.10Ｒescuerobotforundergroundmining。、43.2%90%。、。2。、。、、、、。。、、345t108t。－F－TSASOL3460t308t。110t。5。“——”“2025、2035、2050”2015—2025、2025—2035、2035—2050。、“、”。。、。－。6。。、、。、、。－。Ｒeferences1．———、、N．2016－06－01．2．Z．2014．3．Z．2015．4．Z．2016．5．“”Z．2016．6．Z．“555201742”2016．7．Z．“”2016．8．J．20164911－8．XieHepingGaoFengJuYangetal．Novelideaanddisrup-tivetechnologiesfortheexplorationandresearchofdeepearthJ．AdvancedEngineer