我国近70%的固体矿产资源分布在2000 m以深且浅部资源已经逐渐枯竭。煤炭等固体资源的开采深度正以每年超过10m的速度向深部延伸。向深部要资源已是我国当前最紧迫的现实问题，也是我国重大战略科技问题，更是我国重大的能源安全问题。现有的针对浅部固体资源开采的技术与方法在获取深部固体资源时面临着严重的问题。如何开采2000 m以深的固体矿产资源，如何破解2000 m以深固体资源开采的灾害安全事故防控技术难题，如何解决2000 m以深真正实现无人化开采的颠覆性技术难题，已成为人类（尤其是以煤炭为主体能源的中国）获取深部矿产资源亟待解决的瓶颈。实现深部固体资源开采，必须颠覆传统的开采理论、技术与方法，变革和创新适用于深部固体资源开采的新理论、新方法和新技术。因此，谢和平院士等提出了颠覆现有开采理念的深部原位流态化开采理论与技术构想，为提高人类对2000 m以深固体矿产资源的获取能力提供了全新的思路。

        流态化开采是指将深部固体矿产资源原位转化为气态、液态或气固液混态物质，在井下实现无人智能化的采选充、热电气等转化的开采技术体系。深部原位流态化开采颠覆性构想是在深地原位实现固体资源的就地流态化，形成液化、气化、电化、热化以及气固液混合化等流态化资源，并以流态化形式高效智能传输至地表。

        与传统的煤炭开发模式相比，流态化开采将传统的“挖煤出地面”颠覆性地转变为“油气电热等流态化资源出地面”，由传统的“只挖煤”颠覆性地转变为“井下、煤、水、热、地下空间等资源一体化利用”。深部煤炭资源通过原位转化，将现有的传统煤炭工业转变为电力传输和清洁能源的调蓄基地，如图1所示。

图1     煤炭深部原位流态化开采与多元智能型清洁能源基地示意图

        本文构建了深部原位流态化开采的颠覆性理论体系，提出了深部原位流态化开采的采动岩体力学理论、“三场”可视化理论、原位转化多物理场耦合理论以及原位开采设计、转化与输运理论。建立了深部煤炭资源智能化、无人化、流态化开采的关键技术体系，提出了深部原位流态化开采的地质保障技术、精准探测与导航技术、智能开拓布局技术、智能化洗选技术、采选充电气热一体化的流态化开采技术、无人化智能输送与提升技术、能量诱导物理破碎流态化开采技术、化学转化流态化开采技术、生物降解流态化开采技术、煤粉爆燃发电关键技术等。

        基于深部原位流态化开采的颠覆性理论与关键技术体系，本文提出了“2025基础研究、2035技术攻关、2050集成示范”战略实施路线，如图2所示。2025年以前属于基础理论、技术预研阶段；2025~2035年属于技术突破、装备研发阶段；2035~2050年属于技术集成及工业性示范阶段。

图2     面向2050年的深部原位煤炭流态化开采的发展路线图

         深部原位流态化开采是深地科学研究的重要内容，是国家能源开发未来科技发展的战略储备技术。深部煤炭原位流态化开采颠覆了传统煤炭开采理念和技术体系，开辟了新的采矿工业模式，突破了煤炭资源开采深度的限制，极大提升了人类获取深部矿产资源的能力，可实现“地上无煤、井下无人”的绿色环保、安全高效的煤炭资源开发目标。

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ABSTRACT    Mining industries worldwide have inevitably resorted to exploiting resources from the deep underground. However, traditional mining methods can cause various problems, e.g., considerable mining difficulty, environmental degradations, and frequent disastrous accidents. To exploit deep resources in the future, the concept of mining must be reconsidered and innovative new theories, methods, and technologies must be applied. To effectively acquire coal resources deeper than 2000 m, new theoretical and technological concepts about deep in situ fluidized mining are required. The limits of mining depth need to be broken to acquire deep-coal resources in an environmentally friendly, safe, and efficient manner. This is characterized by ‘There are no coal on the ground and no men in the coal mine’. First, this paper systematically explains deep in situ fluidized coal mining. Then, it presents a new theoretical concept, including the theories of mining-induced rock mechanics, three-field visualization, multi-physics coupling for in situ transformation, and in situ mining, transformation and transport. It also presents key technological concepts, including those of intelligent, unmanned, and fluidized mining. Finally, this paper presents a strategic roadmap for deep in situ fluidized coal mining. In summary, this paper develops new theoretical and technological systems for accomplishing groundbreaking innovations in mining technologies of coal resources in the deep underground.

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Keywords  coal resource, deep in-situ, fluidized mining, theoretical system, key technologies, strategic roadmap