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赵阳升：《原位改性流体化的采矿科学、技术》
2026-05-05 18:26:23
作者：赵阳升（中国科学院院士，太原理工大学矿业工程学院教授）
原位改性流体化采矿的雏形最早可追溯到1400多年前的中国和欧洲进行的盐矿水溶开采。20世纪20年代,前苏联开始煤炭地下气化。20 世纪60年代我国和美国开始了铜矿、铀矿的原位溶浸开采。20世纪80年代,美国进行了干热岩地热开采等等。自20世纪80年代后期起,章梦涛最早关注这一具有重大应用前景的科学问题,在章梦涛先生指导下,赵阳升团队最先系统地开展了原位改性流体化采矿的基础研究,即演变多孔介质固流热化学耦合方面的试验与理论研究，为解决传统方法难以有效开发非常规地质资源能源问题指明了方向。
原位改性流体化采矿方法,即在原位对矿体进行物理、化学性态改造,实施矿物的流体化开采的一种新型采矿方法。其突出内涵是在原位,采用物理与化学方法改造矿体与矿物,改造后的矿体多孔化、矿物流体化、矿物提质改性,实现矿物流体化开采。同时指出根据矿体性态变化特征,原位改性流体化采矿问题可分为残留骨架和无残留骨架两类问题。主要包括固流热化学耦合作用下矿体物理与力学特性演变规律、两类问题的固流热化学耦合的非线性理论模型。
原位改性流体化采矿在科学层面的一个主要研究内容就是矿体固体在温度( T)、应力( M)、渗流(H)及化学耦合(C)作用下,固体骨架的变形、强度、渗流、传热传质等特性的演化规律,和固体破裂、孔隙裂隙发生发展的演化规律,以及固-流-热-化学耦合作用下物理化学反应产物的性态演变及相关规律。
原位改性流体化采矿技术原理，包括原位改性流体化采矿的适用性判据、物理改性原理和化学改性原理。矿层原位改性包括2个重要的技术内容,即矿物流体化和矿体多孔化。矿体多孔化是在实施矿层中矿物的物理化学改性的同时,使矿体性态同步发生的变化,这种变化包括2个方面:①矿物被流体化以后,原矿物固体所占据的空间形成了孔隙与孔洞;②由于固体应力变化、孔隙压变化、物理与化学作用、热作用,导致矿体产生各种破裂,形成大小不等形态各异的裂隙。
原位改性流体化采矿可行性判据。物理和数学科学中的逾渗仅研究点(又称为座逾渗)的问题,很少研究线的逾渗问题。而孔隙和裂隙是岩土介质不可忽视的两大缺陷,在很多情况下,裂隙占有重要的地位。2007年,冯增朝和赵阳升等最早开展了孔隙裂隙双重介质的逾渗研究,亦即点线复合的逾渗科学问题,并由此形成了残留骨架的原位改性流体化采矿可行性的判别理论。
作者介绍：
赵阳升：中国科学院院士，太原理工大学矿业工程学院教授、博士生导师，教育部长江学者特聘教授，享受国务院政府特殊津贴，国家杰出青年科学家基金获得者，全国五一劳动奖章获得者，中央联系的高级专家。兼任国家油页岩开采研发中心副主任、中国岩石力学与工程学会副理事长、国际岩石力学与工程学会中国国家小组成员、山西省岩石力学与工程学会理事长。1982年获山西矿业学院工程力学专业学士学位、1986年获阜新矿业学院采矿工程硕士学位、1992年获同济大学结构工程专业博士学位。1993年，太原理工大学任教至今。2010年创建原位改性采矿教育部重点实验室，2018年与中石化合作创建国家油页岩开采研发中心。2019年，当选为中国科学院院士。主要从事煤层气、盐矿、油页岩和干热岩地热等下一代资源能源开采的科学技术研究工作。授权发明专利44项，出版《多孔介质多场耦合作用及其工程响应》《高温岩体地热开发导论》等专著6部；发表论文436篇，其中SCI收录65篇、EI收录205篇，被引11000余次。研究成果获国家技术发明奖二等奖2项、省部级一等奖4项。
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