矿产与地热资源共采模式研究现状及展望

蔡美峰，马明辉，潘继良，席 迅，郭奇峰✉

1) 北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083 2) 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083 3) 山东黄金集团有限公司，济南 250101

随着矿产资源开采深度的不断增加，由深层地温所诱发的高温热害愈加严重，是制约矿产资源安全高效开采的重要因素之一[1-2]. 深井高温围岩是诱发井下热害的根本原因，特别是深度超千米的矿山，井下温度可达40 ℃以上[3]. 高温环境直接影响井下作业人员的身体健康，也降低了井下设施和设备的服役性能和寿命，不仅严重制约开采效率，而且伴有重大的安全隐患. 降温成本已成为众多深部开采矿山的主要支出成本，甚至会因高温难题导致部分矿产无法开采，进一步加剧了资源的匮乏和浪费[4-6]. 因此，深井热害治理已成为矿山向深部发展的关键科学难题.

深部矿山已有的井巷设施和岩层内部所蕴含的丰富热量能够为地热能的大规模开发利用提供有利条件[7]. 地热资源作为一种储量巨大的可再生能源，有助于实现绿色、清洁、低碳和可持续的发展目标. 早在20世纪70年代，我国学者就正式提出把矿山地热作为地热研究领域的分支，并建议把矿山地热与井下热害治理结合，指出地热水和矿井乏风可作为地热载体直接利用[8-9]. 得益于热泵技术的推广使用，富含低温地热能的矿井水逐步被应用于洗浴、建筑物供暖和井筒防冻等领域.目前，煤矿、金属矿和油气资源的开采深度分别已超过1500、4350和7500 m[10]，未来深部资源开采将成为常态，其中蕴含的更高温度的地热资源拥有巨大开发潜力. 在深井开采过程中合理利用地热资源，一方面可有效降低井下环境温度，在一定程度上为深井降温产生积极的促进作用；另一方面可为矿区提供清洁、廉价的热能，降低矿区运营成本，提高矿业可持续性，实现资源的绿色高效开采[11-13]. 此外，推进矿产和地热资源共采，对于我国深部资源开发和实现矿业领域“碳达峰、碳中和”的目标同样具有重要战略意义[14-15].

本文聚焦矿产和地热资源共采这一关键战略领域，对当前伴生有地热能的矿产资源进行了梳理，对现有的矿-热资源共采技术进行了总结，基于当前国内外研究前沿分析和展望了未来矿-热资源共采的新模式，并指出了矿-热资源共采所面临的主要挑战，研究成果可为我国深部矿产资源开采和地热资源规模化发展提供参考和借鉴.

1 矿产资源开采工程中的地热资源

1.1 煤矿中的地热资源

据统计，我国千米深井煤矿已超过50座，其中采深超过1200 m的煤矿由2015年的5处增加到2020年的22处，且以8～12 m·a-1的延伸速度递增（东部地区达到10～20 m·a-1）[16-17]. 例如，淮南口孜东矿、徐州三河尖矿、菏泽赵楼煤矿、济宁唐口煤矿等采深均达到了1000 m以上，泰安孙村煤矿、徐州孔庄煤矿采深已超过1500 m. 探测资料显示，我国煤田的地温梯度一般为0.025～0.030 ℃·m-1，恒温带（15～17 ℃）深度约为10～50 m，据此可推算出煤矿矿井垂深1000 m处的围岩温度可达35～45 ℃. 我国约有26个主要产煤省份，其中有13个省份的矿井面临高温威胁，且大多数矿井的开采深度大于800 m，预计采掘工作面风流温度超过30 ℃的矿井有140多座[18-19]. 在构造发育地区，深部高温环境下的热水经过导水通道涌入矿井，据不完全统计，目前我国受地热水危害的矿井多达30多座[20]. 因此，对于具有丰富地热资源的煤炭矿井，若能合理利用现有开采系统实现煤与热（水）共采，将能节省大量的热能供给，可带来显著的经济及社会效益.

1.2 金属矿中的地热资源

受到特殊赋存环境的影响，热液型铀矿、地热型锂矿等稀有金属矿床中的地热资源十分丰富.除此之外，随着开采深度的不断增加，千米采深的常见金属矿山（金矿、铜矿、铁矿、铅锌矿等）地温显著升高，伴随有大量的地热资源可以利用.

（1）热液型铀矿

研究表明，放射性元素衰变释放的能量是地球内热和地壳热流的主要来源，而放射性元素中铀元素对生热率的贡献最大[19]. 在大部分铀矿产量丰富的地区，尤其是伴随有热液活动和地热异常现象的铀矿床赋存区，地层中通常都蕴含有较为丰富的地热资源[20]. 作为放射性热源的一种类型，热液型铀矿与地热资源在成矿时间、空间分布和成因机制上具有密不可分的关联性[21]. 例如，我国华南地区热液型铀矿分布广泛、类型多（花岗岩型、火山岩型和碳硅泥岩型），温泉的分布与铀矿床（田）、铀成矿带分布相一致[22]. 而我国东南沿海隆起型地下热水的主要分布区（江西、湖南、广东等），同样也是热液型铀矿床的主要产区[23-25]. 因此，开展水文地球化学研究，揭示地热与热液型铀矿的时空关系和成因联系，不仅有助于丰富地热地质学理论，而且也可为深部矿产资源和高温干热岩勘探，以及实现更大范围的矿-热资源共采提供理论依据[26-28].

（2）地热型锂矿

世界锂矿资源主要产于第四纪或现代盐湖，分布于南美西部安第斯高原、北美西部高原以及中国青藏高原，形成世界三大高原卤水型锂矿床成矿区[29]. 我国80%以上的锂资源存在于盐湖卤水中，主要分布在青海（青海湖）、西藏、湖北等地，少量的固体矿石锂矿主要分布在江西、湖南、四川、新疆、贵州、河南与内蒙古7省. 其中，地热型锂矿不仅分布范围较广，而且潜在资源储量丰富，有望成为一种可有效开发利用的锂矿床新类型—地热型锂矿床[30-31]. 例如，我国青藏高原南部广泛发育的高温富锂地热资源是一种非常有价值、值得开发利用的地热型锂资源. 青藏高原南部西藏地区受到南北向伸展构造和近东西向雅鲁藏布江缝合带的明显控制，雅鲁藏布江两侧及青藏高原南部地区火山活动发育较弱，深部上地壳部分熔融引起的岩浆作用对高温富锂地热水的发育起到一定的促进作用[32-33]. 随着地热资源开采和锂提取工艺的发展革新，得以使从富锂地热水中提取锂资源成为可能. 因此，发展高温富锂卤水矿与地热资源共同开采的技术，不仅能够带来显著的经济效益，而且有利于降低其中有害元素对环境的污染.

（3）高温金属矿

我国部分金属矿井原岩温度测量结果统计结果如表1所示. 根据我国大型-超大型金属矿床与地热资源分布分析，认定胶东、长江中下游、秦岭东部、滇西北地区属于地热与矿产资源的共同赋存区，具有一定的共采潜力[7]. 其中，胶东地区是由前寒武纪基底岩石和超高压变质岩块组成、中生代构造-岩浆作用发育的内生热液金矿集区，已探明的黄金储量占全国的25%，其成矿背景-环境和蚀变-矿化特征在全球造山型金矿中独一无二[34-36]. 综合考量地形、资源储量、开发成本、实际需求等因素，应当率先在胶东地区试行矿产资源与地热共采. 目前，三山岛、新城、金青顶、玲珑金矿等均已进入深部开采，以三山岛金矿为例，测量发现矿区地温梯度异常，常温带以下平均地温梯度达0.042 ℃·m-1，具有明显的矿-热资源共采价值，可作为现阶段我国金属矿与地热资源共采试验区[7].

表1 我国部分金属矿井原岩温度测量结果Table 1 Original rock temperatures in some metal mines in China

1.3 岩盐矿中的地热资源

化学沉积岩形成的含盐系地层拥有优异的封闭性和可溶性，不仅为地热资源开发利用提供良好的工程条件，而且能够降低诱发工程地震的风险，预防地下水化学成分、物理性质和生物学特性发生改变[37]. 对于埋深大而矿层厚度较薄的盐类矿床，单纯地开采盐矿或者简单地利用卤水附带的地热，很难降低高昂的开采成本. 赋存深度在2000～3000 m附近的地下岩盐，其地层温度约在60～90 ℃区间，且比一般沉积岩的导热率大2～3倍，具有非常稳定的热能供给，若能结合盐类矿床具有的可溶性优势，实现盐矿和地热资源共采，将可以产生更高的开发利用价值[38-39]. 例如，我国东营垦利岩盐矿、榆林岩盐矿、马头山地区碳酸盐岩矿等均具有丰富的地热资源[40]. 当前，盐类矿床的水平对接钻井技术已经较为成熟，超深钻井技术也在迅速发展，使得在超大深埋盐类矿床中构建循环换热通道具备了可行基础. 而对于已完成开采的超大埋深废弃盐穴，同样可以考虑将其改造为地热开采和蓄能装置，拓宽盐矿开采的用途，促进面临资源枯竭的盐矿转型发展.

1.4 油气田中的地热资源

根据中国大地热流数据，我国油田分布广泛的松辽盆地、渤海湾盆地和鄂尔多斯盆地，其地热资源十分丰富，有着极高的开采利用价值[41-42]. 以胜利油田为例，其大多数油井井深在1000～3000 m范围，产出流体温度可达60～100 ℃，有些甚至会更高，因此具有丰富的地热资源可供利用[43]. 而且油气田地质资料丰富、可利用的油气井数量大，充分利用区内油气勘探资料与废弃油气井，可为经济开发地热能提供一条有效途径. 现阶段，我国已开展的一批地热能利用项目主要集中在大庆、辽河、华北等油田（表2）. 其中，大庆油田实施了5个利用采出水余热的地热能利用项目，为生活区和石油集输供热，年替代标准煤7000 t；辽河油田已实施了12个地热能利用工程用于建筑采暖，年替代标准煤2.44万吨；华北油田实施了5个地热能利用项目，每年可节电18万立方米天然气、6800 t石油和600 t煤；此外，华北油田还启动了400 kW的中低温地热发电试点项目. 因此，将油气田与伴存地热资源进行共采，可有效提高资源和能源利用率[44].

表2 我国部分油田地热能利用项目[44]Table 2 Geothermal energy utilization projects of some oilfields in China[44]

2 现有矿-热资源共采技术

2.1 矿井水源热泵抽采系统

热泵是在高位能的拖动下，将热量从低位热源流向高位热源的技术，可以把不能直接利用的低品位热能转化为可利用的高品位热能，能够充分利用能源、节约燃料消耗、减轻环境污染，是一条节能与环保并重的途径[45]. 开挖扰动后的地下岩体具有丰富的裂隙网络，形成的导水通道使地下水相互连通，而且持续的地层热交换作用导致矿井水全年温度稳定，因此矿井水可作为低品位热能的良好来源. 深部矿井采用基于热泵的热能转化技术，既可以降低工作面的环境温度，又可以回收低品位热能用以建筑物供暖和制冷，提高能源利用率[46-47].

因具有节能、环保、高效的优点，国内外许多矿区采用热泵技术将矿井涌水中的热量品位提高后利用，并取得了一定的经济效益和社会效益. 如平煤八矿、潘西煤矿、张双楼煤矿、玲珑金矿和金渠金矿等煤矿和非煤矿山，均设计采用水源热泵机组来提取矿井水中所蕴涵的热量，缓解井下高温高湿的作业环境. 玲珑金矿地下水热泵冷却循环系统如图1所示，主要由制冷系统、供水系统、排热系统和冷却系统4部分组成[48]. 通过综合开发利用地热资源，取代具有污染性的燃煤锅炉供热，不仅可以降低含水层高压温热水的威胁，改善井下工作条件，而且抽采的地热水还可用于居民洗浴和医疗保健，有利于促进矿区和谐、低碳和可持续发展.

图1 玲珑金矿地下水热泵冷却系统示意图[48]Fig.1 Schematic of a groundwater heat pump cooling system in the Linglong gold mine[48]

2.2 深井HEMS降温系统

针对深井开采面临的高温热害问题，何满潮等[49-50]与Ping等[51]提出了以矿山涌水作为冷源的深井HEMS（High-temperature exchange machinery system）降温系统. 该系统主要包括矿井涌水系统、制冷工作站（HEMS-I、HEMS-III）、压力传输站（HEMS-PT）和降温工作站（HEMS-II），如图2所示[49].

图2 HEMS冷却技术原理[49]Fig.2 Principle of the high-temperature exchange machinery system (HEMS) cooling technology[49]

该系统工作原理基于水源热泵技术，从涌入的矿井水中提取冷能，并从工作面的高温空气中交换热量，从而降低工作面的温度和湿度. 整个系统封闭循环，在充分利用矿井水中的地热能源的同时，能够最大限度减少地下水污染和废气、固体废物的排放，有效保障资源的可持续利用和发展.HEMS系统在三河尖矿、夹河矿、张双楼矿等多个矿区成功应用，结果表明，井下降温明显高效，地面供暖稳定可靠. 该技术不仅有效降低了深井热害控制系统的运行成本，变消耗系统为生产系统，而且对节能减排、改善环境、实现矿山经济可持续发展具有重要意义.

2.3 深部盐矿地热提取系统

水平对接井技术目前已经普遍应用于盐矿开采，如图3所示[52]. 对于地温更高的超深盐矿，可以利用水平对接井在抽采岩盐卤水的同时利用其携带的地热资源. 选择大埋深盐矿床，在盐矿上钻凿一对至多对水平对接井，向井内注入淡水循环溶解盐层，形成一定规模的通道，以保证通道不会因盐层的塑性流动而闭合，也不会因为通道跨度过大而造成破坏. 若将通道中的循环液改为饱和盐水并不断循环，即可长期提取地下热能，并且可利用饱和盐水不再溶解盐的特性，保持通道的稳定性[53]. 然而，盐水作为最基本的携热介质，其物理化学性质很不稳定，会随温度和压力发生变化，带来的溶解结晶等问题会对循环换热产生影响.因此，有必要配制一种热比容高、随温度压力变化而性能稳定的循环介质提取地热. 例如，山东黄河三角洲矿盐化工有限公司对东营地区地下丰富的岩盐资源进行开发，该岩盐矿盐层累计厚度约为200 m，埋深为3700～4000 m，配套了地热能卤水浓缩、采暖等利用设施，实现了每年700万立方米的采输卤及地热能综合利用.

图3 水平盐岩库建设过程示意图[52]Fig.3 Schematic of the construction process of a horizontal salt rock reservoir[52]

2.4 油气田地热能综合利用项目

我国在20世纪70～80年代已开始利用油田地热进行采暖和花卉种植. 之后，东部地区多个油田逐渐实施更大规模的油田地热利用项目，包括原油管道加热、油管清洗、油水分离、房屋采暖、温室大棚以及中-低温地热发电等[54]. 在当前实施的油田地热项目中，利用的地热能每年超过160万吨标准煤发热量，项目集中在渤海湾盆地的华北油田、胜利油田、中原油田、辽河油田、冀东油田以及松辽盆地的大庆油田等. 例如，华北油田牛驼镇古潜山地热储层为雾迷山组碳酸盐岩，开采深度浅（1600～1700 m），井口温度较高（60～70 ℃），单井出水量大（50～70 m3·h-1），已建成的“雄县模式”成为了目前含油气盆地水热型地热供暖利用的典范[55]. 油田开发利用地热的方式主要是利用采油过程中分离出的热水，将油井或废弃井改造为地热井或钻地热井等，采用的技术包括地面直接换热技术、井下直接换热技术、热泵技术和中-低温地热发电技术. 开发利用油气田地热，利用中高温热水或地热发电取代燃煤锅炉用于居民采暖，对推动燃煤减量替代措施、减少大气污染和改善环境质量具有重要意义.

3 矿产-地热资源共采新模式

3.1 基于卤水循环系统的矿-热资源共采

锂资源主要存在于3种主要类型的矿床中，即含盐地下水（大陆卤水）、热液蚀变黏土（沉积矿床）和伟晶岩（结晶硬岩），其中盐水矿床占全球锂产量的50%～75%. 对于一些高温富锂卤水矿，盐水从地下流出时的温度可超过100 ℃，具有丰富的地热能可以利用. 例如，作为美国加利福尼亚州索尔顿海地热发电的一部分，从地下涌出的热盐水含有丰富的矿物质，包括铁、镁、钙、钠和锂等，正在采用多种技术手段从盐水中提取氯化锂，然后加工成其他形式用于生产电池，如图4所示[56].美国能源部Lawrence Berkeley国家实验室研究认为，当前从地热卤水中提取和回收锂在技术上已成为可能，但在经济和环境可持续的大规模开发工艺方面仍然存在挑战. 此外，从地热废水中提取锂比从盐水中提取更容易，美国加利福尼亚Simbol Mining公司正在尝试从地热发电厂产生的热废水中回收硅酸盐和锂等矿物资源.

图4 地热提锂系统示意图[56]Fig.4 Schematic of a geothermal lithium extraction system[56]

3.2 基于开挖技术的矿-热资源共采

（1）崩落采矿法共采模式.

崩落采矿法是指在回采过程中，不分矿房矿柱，随回采工作面推进，以强制或自然崩落的围岩充填采空区，以实现采场地压管理的采矿法. 其在矿体崩落和围岩塌落阶段，均有大量破碎矿岩提供裂隙流热交换空间，在放矿回收矿产资源的同时，可实现地热资源的开发利用. 采矿全流程中，地热资源利用包括3个核心环节，即爆碎矿体裂隙流热交换降温、爆碎塌落围岩长期热交换以及上部采空区热风提取热量，如图5所示. 矿体和围岩裂隙流热交换后流入底部热储池，在热储池内进行管道换热，抽送至地表开发利用. 共采流程包括：①爆破或者非爆压裂；②区域采场封闭隔热；③封闭采场崩落体内裂隙换热；④采场底部热储区管道换热；⑤采热降温后出矿；⑥空区内热风抽取至地表热力系统；⑦水平和垂向循环共采.

图5 基于崩落采矿法的矿-热资源共采模式Fig.5 Co-mining model based on the caving mining method

（2）开挖式增强型地热系统.

传统的增强型地热系统（Enhanced geothermal systems, EGS）在水力增储期间受到深部复杂赋存条件的限制，很难形成长期有效的人工裂隙网络，在运行期间经常遇到换热效率低、循环介质流失严重和诱发区域微震活动等不良现象[57]. Zhao等[58]、亢方超和唐春安[59]，以及Tang等[60]基于采矿技术，提出了开挖式增强型地热系统（Enhanced geothermal systems based on excavation technology,EGS-E），即采用开挖竖井和钻爆崩落等方式大范围开采深部干热岩，概念模型如图6所示. 其优点在于，通过开挖、爆破、崩落等采矿技术可形成更大面积的裂隙岩体，可构建出“水-岩、水-水”两级热能交换系统，在更大程度上提高干热岩的渗透率和热交换面积，并且能够有效降低以水力压裂为主建造人工热储的失败率[61].

图6 EGS-E矿-热资源共采概念模型[60]Fig.6 Conceptual model of the co-mining of mineral–thermal resources using the enhanced geothermal systems based on excavation technology[60]

3.3 基于充填采矿法的矿-热资源共采

刘浪等[62]从充填材料性能的角度，将充填采矿技术的发展分为3个阶段：体积性充填→结构性充填→功能性充填. 其中，功能性充填是指在满足传统充填体结构性和体积性的基础上，兼顾蓄热/储能、载冷/蓄冷、防渗及防辐射等拓展功能的矿山充填采矿方式[63]. 利用充填采矿法实现地下矿床的回采，同时形成以功能性充填体为储热载体的地热开采，即可达到矿-热资源共采的目的[64].该技术有效结合了矿井分级开采和地源热泵埋管换热器系统的工艺特点，融合矿井充填开采技术、裂隙流换热和管道流采热技术，将爆裂矿体和充填体作为热储进行采热，概念模型如图7所示[65].

图7 蓄热/储能功能性充填矿-热资源共采概念模型[65]Fig.7 Conceptual model of the co-mining of mineral–thermal resources with thermal/energy storage functional filling[65]

具体而言，该方案通过构建由蓄热/储能功能性充填体组成的分级换热单元，即采用分层开采和分层充填的方法，在采空区进行采热管道的组装及敷设，建立特有的矿井充填体耦合热交换系统形式. 充填料浆经过管道输送到采空区，使采热管道与充填材料固化形成热力学性能良好的一体性蓄热/储能功能性充填体，通过热传导和热交换实现采场降温和矿-热资源共采. 整个地热开采系统为封闭式，通过管道内的循环流体取热不取水，避免了常规地热开采污染地下水和地面沉降的问题. 该技术方案除了能够在矿山运营期间解决深部矿井热害问题和降低采矿成本，而且在矿山开采完毕后，依旧可以继续开发地热资源，延续矿山的生命周期，提高矿区的长期可持续性.

3.4 基于溶浸采矿法的矿-热资源共采

（1）原位压裂浸出共采模式.

以金属矿产资源原位浸出（In-Situ Leaching，ISL）生产方法为基础，在快速开采金属矿产资源的同时，同步提取地热能源，实现矿产和地热的共采，可提高商业开发的经济可行性. 例如，欧盟“CHPM2030-超深矿体的热、电和金属联合开采”项目正在研究一种新的技术解决方案，拟将地热资源开发、金属开采和电冶金技术相结合，在一个相互关联的过程中实现地热能和矿物的共同开发，概念模型如图8所示[66]. CHPM项目旨在将超深金属矿层转化为“矿体强化地热系统”，把EGS系统建立在3～4 km深的矿化带上，使用温和的浸出液或纳米颗粒来移动矿体中的金属矿物，然后通过高温高压地热流体电解（电沉淀和电还原）以及气体扩散、电沉积和电结晶来回收金属，同时利用地热流体进行额外发电. 潜在的工业试点包括英格兰西南部、葡萄牙的Iberian黄铁矿带、罗马尼亚的Banatitic岩浆成矿带和瑞典的3个矿区.

图8 欧洲CHPM2030项目原位压裂浸出共采示意图[66]Fig.8 Schematic of in-situ fracturing and leaching from the European CHPM2030 project[66]

（2）采场爆破堆浸共采模式.

除原位压裂浸出外，依托矿山井巷工程，采用爆破或者非爆压裂形成采场堆浸体，然后封闭溶浸采场，同步开展化学溶浸与裂隙热交换，在堆浸场底部回收高温浸出液，通过管道换热提取地热能源，降温后的浸出液用于提取关键金属，随后封闭采区. 主体设备布置于地下深处的合适矿体，研究内容包括开发用于分离、提取和纯化金属矿物的冶金技术，以及与水热流体相关的热能提取技术，以实现最大功率的电力输出以及贵重金属的开采.

3.5 基于废弃矿井再利用的矿-热资源共采

在油气田或矿区关闭后，地下遗留大面积的废弃井，包括油气井、盐井、煤炭矿井和金属矿井等不同类型. 为了保护自然环境，需要根据废弃井封井处置规范的要求，对长停井、关停井和暂闭井等采取相应处理措施，由此产生更多的开发成本和经济负担. 此外，在废弃井封堵之后，依然存在很大的不确定性因素和风险隐患，例如井控装置老化、外界干扰或自然地震灾害等. 此外，深部地热资源开发面临的最大成本支出在于深井钻探，其成本甚至可达到项目总成本的50%，降低地热钻井成本可作为推动地热能商业化利用的有效手段[67-68]. 因此，通过利用废弃井开发地热资源有望成为解决封井成本和地热井开发成本问题的有效途径，可作为当前技术攻关的主要方向.

在全球范围内，废弃矿山的数量预估已超过100万座，其中已有部分利用废弃矿山开发地热能的案例，主要以水源热泵开发利用低品位热能资源为主[69-71]. 除了可以利用浅层地热能外，对于地热梯度较高的油气田和矿区，还可以利用废弃井开发更加丰富的中高温地热资源，进一步降低矿-热资源共采成本. 以图9所示的西班牙Lieres煤矿废弃矿井为例[72]，该废弃矿井正在考虑利用矿井水构建地热发电、抽水蓄能、压缩空气储能相结合的综合利用系统. 利用废弃井进行地热井改造，不仅可以大幅降低钻井成本和封井成本，而且可为矿产资源开发提供附加能源利用，创造更大的经济效益，同时也有助于减少碳排放，符合我国“碳达峰、碳中和”目标的要求.

图9 西班牙Lieres煤矿废弃矿井地热发电储能系统[72]Fig.9 Geothermal power generation and energy storage system of an abandoned mine in the Lieres coal mine[72]

4 结论与展望

目前，我国深部矿产资源开采已进入常态化，采深达到千米以下的深部矿山，不仅面临“三高一扰动”的复杂地质环境，而且开采成本急剧上升，灾害防控与经济效益面临严峻挑战. 在进入深部开采之后，岩层温度显著升高，如何降低井下环境温度，促进矿产资源的安全高效开采是深部开采必须解决的关键难题. 地热能作为一种可再生清洁能源，在降低矿产资源深部开采成本方面具有显著优势和发展潜力. 探索如何实现矿产与地热资源共采，对保障矿产安全高效开采和深部资源高水平开发具有重要战略意义. 但目前关于矿-热资源共采技术依然面临很多挑战，需要开展进一步深入地研究.

（1）加强矿-热共同赋存区勘探，尽快开展矿-热资源共采试点. 我国地热资源分布较广，但受地形、构造、岩性、地下水等各类因素的影响，同地区同一深度地下原岩温度差别较大，并不是所有矿区都孕育有可利用的地热资源. 建议根据现有矿山地质资料，优先开发已知蕴藏中高地温矿区的伴生地热资源，如胶东地区的三山岛、新城、金青顶、玲珑金矿等，探索建立可推广的矿-热资源共采新技术.

（2）发展深部高温坚硬岩层破岩与掘进技术.矿-热资源共采模式下，需要通过钻井通道进入目标岩层，高温环境下的深竖井和水平井建造可为深部矿-热资源共采提供重要技术支撑. 有必要研制新装备、研发新材料、探索新工艺，发展智能钻井和高效破岩新技术.

（3）加强深部多场耦合环境岩石力学理论与试验研究. 矿-热资源共采地下岩体受到高温、高渗透压、高应力及复杂水化学环境的影响，热-水-力-化（T-H-M-C）多场耦合机理涉及岩石力学、流体力学、传热学、物理化学等多学科交叉领域.有必要针对矿-热共存共采模式，开展全面系统的多场耦合研究，为矿-热资源共采工程提供科学基础.

（4）建立矿-热资源共采热能分级利用体系.对含中低温地热的矿藏层，可基于可行性分析和经济性评估判断是否发展矿-热资源共采，而对含高温地热的矿藏层，可优先考虑采用矿-热资源共采模式. 针对不同区段地热赋存情况以及同区段矿体赋存状况的分布差异，提出与各区相适应的热能交换、提取和输出方式.