謝和平院士：我國(guó)礦業(yè)學(xué)科“十四五”發(fā)展戰(zhàn)略研究
時(shí)間：2022-03-02 來(lái)源：科大科技謝和平 深圳大學(xué)特聘教授、中國(guó)工程院院士，主要從事力學(xué)與能源工程方面的研究，在國(guó)際上開(kāi)創(chuàng)了巖石力學(xué)分形研究新領(lǐng)域；在我國(guó)最早建立了裂隙巖體宏觀損傷力學(xué)模型，開(kāi)拓了裂隙巖體損傷力學(xué)研究；首次提出了深部原位巖石力學(xué)構(gòu)想，構(gòu)建了深部巖體力學(xué)與開(kāi)采理論研究框架。研究成果已出版10余本中英文專著、發(fā)表500余篇論文，榮獲國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)等*********獎(jiǎng)勵(lì)4項(xiàng)。
周宏偉 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）教授，長(zhǎng)期從事能源與礦業(yè)開(kāi)發(fā)中的巖石力學(xué)研究，負(fù)責(zé)完成了國(guó)家973課題、國(guó)家十三五重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、科技部國(guó)際合作項(xiàng)目等10余項(xiàng)。曾獲國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)、北京市教學(xué)成果獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)，發(fā)表論文200余篇。
摘 要
在廣泛調(diào)研和系統(tǒng)分析基礎(chǔ)上，根據(jù)礦業(yè)學(xué)科發(fā)展的自身特點(diǎn)和未來(lái)五年我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求，提出了“十四五”期間礦業(yè)學(xué)科發(fā)展目標(biāo)，梳理出14項(xiàng)應(yīng)加強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)方向、17項(xiàng)需培育的發(fā)展方向、10項(xiàng)應(yīng)促進(jìn)的前沿方向和5項(xiàng)可鼓勵(lì)的交叉研究方向，并凝練出5項(xiàng)“十四五”優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域和5項(xiàng)“中長(zhǎng)期”（2035）優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。最后，從政策層面和學(xué)科層面提出了促進(jìn)礦業(yè)學(xué)科發(fā)展的若干舉措和建議。
關(guān)鍵詞：礦業(yè)學(xué)科；發(fā)展戰(zhàn)略；“十四五”；深地、深海、深空資源開(kāi)發(fā)
礦業(yè)工程學(xué)科是用以指導(dǎo)礦物資源安全、高效、環(huán)境友好地開(kāi)采以及礦物資源有效加工和利用的工程技術(shù)科學(xué)[1]。由于大自然礦藏及礦業(yè)生產(chǎn)地質(zhì)條件的多樣性、復(fù)雜性，礦業(yè)學(xué)科已發(fā)展成為學(xué)科綜合度和交叉關(guān)聯(lián)度很高的一門工程技術(shù)科學(xué)[2]。礦業(yè)學(xué)科涵蓋了煤炭資源、金屬與非金屬礦產(chǎn)資源、地?zé)豳Y源、海洋礦產(chǎn)資源以及人類嘗試涉足的其它星球資源的開(kāi)采，包含了煤炭資源、金屬與非金屬礦產(chǎn)的采掘、洗選、加工，涉及到資源開(kāi)采的環(huán)境、安全和礦產(chǎn)資源的儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)缺姸嗫茖W(xué)與工程領(lǐng)域[3]。
當(dāng)今，全球科技變革深入推進(jìn)，新學(xué)科和新領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)，學(xué)科界限不斷被打破，不同學(xué)科相互滲透、相互融合現(xiàn)象已成必然趨勢(shì)[4-7]，致使礦業(yè)工程學(xué)科不斷突破傳統(tǒng)學(xué)科的局限，進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展階段。在我國(guó)“十四五”發(fā)展階段初期，積極探討礦業(yè)工程學(xué)科的發(fā)展方向和發(fā)展重點(diǎn)，確定符合我國(guó)國(guó)情的礦業(yè)工程學(xué)科的“十四五”發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)促進(jìn)我國(guó)礦業(yè)工程學(xué)科更快、更好地發(fā)展具有重要意義。
1 礦業(yè)學(xué)科的發(fā)展特點(diǎn)和趨勢(shì)
當(dāng)前，人類所耗費(fèi)的自然資源中，礦產(chǎn)資源占80%以上，地球上每人每年要耗費(fèi)3噸礦產(chǎn)資源。其中能源占礦產(chǎn)資源生產(chǎn)、消費(fèi)的絕大多數(shù)。當(dāng)前，全球礦產(chǎn)資源總產(chǎn)量為227億噸，能源、金屬和非金屬產(chǎn)量分別占68%、7%和25%，體現(xiàn)出人類對(duì)于能源的高度依賴[8]。
礦業(yè)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中同樣占重要位置，據(jù)最新報(bào)告顯示[8]，當(dāng)前全球礦業(yè)總產(chǎn)值為5.9萬(wàn)億美元，相當(dāng)于全球GDP的6.9%，其中能源礦產(chǎn)占76%，金屬礦產(chǎn)占12%，重要非金屬礦產(chǎn)占12%（圖1）。從產(chǎn)業(yè)看，全球共有60多個(gè)重要礦業(yè)國(guó)家：11個(gè)國(guó)家礦業(yè)產(chǎn)值與本國(guó)GDP之比大于50%，17個(gè)國(guó)家礦業(yè)產(chǎn)值與本國(guó)GDP之比介于20%～50%，21個(gè)國(guó)家在10%～20%?？梢钥吹?，礦業(yè)對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要作用和地位。
圖1 全球礦業(yè)總產(chǎn)值占比
從能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)上看，中國(guó)、印度、東盟等亞洲新興經(jīng)濟(jì)體、美歐日韓等發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體和其他國(guó)家分別消費(fèi)了全球35%、36%和29%的能源，全球能源消費(fèi)總體呈現(xiàn)“三分天下”的格局（圖2）。同時(shí)，氣候變化促使全球能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)加速調(diào)整，我國(guó)“雙碳”目標(biāo)約束下，煤炭占比將持續(xù)下降，清潔能源占比將持續(xù)增加。
圖2 全球能源消費(fèi)格局
礦業(yè)學(xué)科的發(fā)展不僅受自然科學(xué)規(guī)律的約束，而且依賴資源賦存條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、社會(huì)發(fā)展需求的綜合影響[9]。隨著人類生存水平的提高和社會(huì)進(jìn)步的需求不斷變化，礦業(yè)學(xué)科和所支撐的工程實(shí)踐持續(xù)地開(kāi)發(fā)出大規(guī)模、多種類的礦產(chǎn)資源，這是與自然科學(xué)不斷揭示自然規(guī)律截然不同的學(xué)科特點(diǎn)，后者的任務(wù)是“探索、揭示、發(fā)現(xiàn)”，由此也決定了礦業(yè)工程學(xué)科一系列的屬性和發(fā)展規(guī)律。礦業(yè)工程在設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)、保障系統(tǒng)功能的同時(shí)，越來(lái)越受到來(lái)自資源開(kāi)采環(huán)境的“極限”挑戰(zhàn)，各種極端性、復(fù)雜性、非線性、不確定性等特性和因素廣泛存在于礦業(yè)工程系統(tǒng)及其運(yùn)行過(guò)程中（圖3）。礦業(yè)學(xué)科的不斷發(fā)展和人類對(duì)豐富物質(zhì)文明、挑戰(zhàn)自然的無(wú)限追求，導(dǎo)致礦業(yè)工程系統(tǒng)的服役環(huán)境越來(lái)越惡劣，工程系統(tǒng)的行為規(guī)律也愈加復(fù)雜多變；另外，人類對(duì)不可再生資源的消耗和對(duì)環(huán)境生態(tài)的破壞使得可持續(xù)發(fā)展成為21世紀(jì)全球共同面臨的重要課題。
圖3 礦業(yè)學(xué)科發(fā)展規(guī)律與發(fā)展趨勢(shì)
（1） “極端性”成為礦業(yè)學(xué)科未來(lái)發(fā)展所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)
資源和能源是支撐人類社會(huì)的最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，隨著淺部資源開(kāi)采的枯竭，向深地、深海尋找更多資源已成為必然趨勢(shì)，深部陸地和深水海洋礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)成為解決人類資源和能源的有效途徑[10-14]，高地壓、高地溫、高水壓、強(qiáng)海風(fēng)、大海浪等極端開(kāi)采環(huán)境是礦業(yè)學(xué)科發(fā)展必須面對(duì)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在極端環(huán)境和自然災(zāi)害作用下，礦業(yè)工程系統(tǒng)的原位巖體力學(xué)行為、地應(yīng)力環(huán)境與動(dòng)力災(zāi)害演變機(jī)制、多相并存多場(chǎng)耦合作用下滲流規(guī)律、強(qiáng)采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)—能量場(chǎng)演化特征、風(fēng)浪流對(duì)采礦船的動(dòng)力激勵(lì)、集礦機(jī)在海底的行走特性、深海采礦系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為等成為礦業(yè)學(xué)科的核心科學(xué)問(wèn)題。此外，月球、火星等太空資源的勘探開(kāi)發(fā)也列入國(guó)家計(jì)劃。深地、深海、深空等極端環(huán)境下資源的勘探開(kāi)發(fā)及轉(zhuǎn)化利用給傳統(tǒng)的礦業(yè)學(xué)科提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
（2） “復(fù)雜性”成為礦業(yè)學(xué)科未來(lái)發(fā)展所需解決的重要難題
深部巖體材料非線性、大形變的幾何非線性、各種非線性的耦合效應(yīng)等復(fù)雜的非線性行為與機(jī)制給礦業(yè)學(xué)科帶來(lái)了挑戰(zhàn)[15]。20世紀(jì)微分幾何的發(fā)展使系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)取得突破，系統(tǒng)的混沌、分岔、分形等非線性行為與機(jī)制獲得了數(shù)學(xué)上的解釋和描述，并在簡(jiǎn)單系統(tǒng)的工程實(shí)踐中初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)非線性行為的控制或利用。然而，復(fù)雜工程系統(tǒng)的非線性行為與機(jī)制仍然無(wú)法很好地被解釋和把握。深部資源開(kāi)發(fā)過(guò)程中涉及的巖體非線性行為是礦業(yè)學(xué)科需要面對(duì)和解決的重要課題。同時(shí)，隨著深部資源復(fù)雜開(kāi)采環(huán)境的深入，不同物理場(chǎng)之間的耦合效應(yīng)也越來(lái)越強(qiáng)烈，深部陸地資源開(kāi)發(fā)存在的熱—力耦合場(chǎng)、液—固耦合場(chǎng)、氣—固耦合場(chǎng)，深水海洋資源開(kāi)采存在的氣—液—固耦合場(chǎng)、海底多相資源耦合共生現(xiàn)象，以及不同物理—化學(xué)—生物耦合場(chǎng)、資源型礦體與外部介質(zhì)界面的耦合作用等使得礦業(yè)學(xué)科的研究?jī)?nèi)容變得極為復(fù)雜。
（3） “交叉性”成為礦業(yè)學(xué)科未來(lái)碳中和零碳、負(fù)碳技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)
當(dāng)前，新一輪科技革命蓬勃興起，各種先進(jìn)理論、先進(jìn)技術(shù)大量涌現(xiàn)，信息化、智能化產(chǎn)業(yè)正在迅速崛起，通過(guò)信息技術(shù)與工業(yè)相融合以提升國(guó)家工業(yè)水平的產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略已經(jīng)成為全球共識(shí)。德國(guó)、美國(guó)、日本等世界工業(yè)大國(guó)相繼提出了“工業(yè)4.0”“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”“第四次工業(yè)革命”等概念并開(kāi)始付諸實(shí)施[16,17]。當(dāng)前形勢(shì)下的工業(yè)變革以物聯(lián)網(wǎng)和智能制造、智能控制為主導(dǎo)，正在深刻影響今后的全球工業(yè)產(chǎn)業(yè)布局。信息化、智能化、綠色化迅速向各學(xué)科領(lǐng)域滲透，帶動(dòng)產(chǎn)生各種新的活動(dòng)領(lǐng)域和合作形式。礦業(yè)學(xué)科既要按照生產(chǎn)、礦井的地質(zhì)和經(jīng)濟(jì)特性來(lái)完善和發(fā)展傳統(tǒng)的礦業(yè)工程科技，又要吸收和融匯現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的最新成就使礦業(yè)工程科技不斷提高和更新[18,19]。以信息化、智能化、綠色化為創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的學(xué)科融合發(fā)展將極大提升礦業(yè)學(xué)科的科學(xué)內(nèi)涵，促使礦業(yè)學(xué)科進(jìn)入快速發(fā)展階段。
2 “十四五”發(fā)展目標(biāo)及優(yōu)先領(lǐng)域
根據(jù)國(guó)內(nèi)外礦業(yè)工程學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)和需要解決的科學(xué)問(wèn)題，應(yīng)加強(qiáng)礦業(yè)工程學(xué)科基礎(chǔ)理論研究，形成支撐現(xiàn)代礦業(yè)工程技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)理論體系，加強(qiáng)相關(guān)理論、學(xué)科、技術(shù)等交叉，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化開(kāi)采，統(tǒng)一礦區(qū)環(huán)境保護(hù)與治理，減少或消除開(kāi)采引起的環(huán)境破壞，使礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)與礦區(qū)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。形成一批國(guó)際知名的礦業(yè)工程學(xué)科學(xué)者、專家、學(xué)術(shù)帶頭人，廣泛推進(jìn)國(guó)際性學(xué)術(shù)交流，使我國(guó)真正成為世界上的礦業(yè)大國(guó)和強(qiáng)國(guó)，成為礦業(yè)工程學(xué)科理論研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)和學(xué)術(shù)交流的中心，引領(lǐng)世界礦業(yè)工程學(xué)科發(fā)展。
（1） 加強(qiáng)關(guān)鍵共性基礎(chǔ)理論研究
通過(guò)關(guān)鍵共性理論、方法和原理的研究，培育對(duì)礦業(yè)工程學(xué)科發(fā)展具有推動(dòng)作用的重大科研成果。加強(qiáng)礦業(yè)學(xué)科基礎(chǔ)理論研究，形成支撐智能采礦技術(shù)體系的礦山壓力基礎(chǔ)理論：根據(jù)資源稟賦特征、開(kāi)采方法，建立相應(yīng)的、完善的巖石力學(xué)及采動(dòng)巖石力學(xué)基礎(chǔ)理論。在深部巖體原位力學(xué)理論、近零生態(tài)損害保護(hù)性開(kāi)采理論、面向智能化無(wú)人開(kāi)采的理論、深地礦產(chǎn)與地?zé)豳Y源共采基礎(chǔ)理論、關(guān)停礦井綜合利用理論與方法等領(lǐng)域取得重大理論突破。
（2） 調(diào)整完善礦業(yè)工程學(xué)科體系
根據(jù)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)礦業(yè)人才的需要，調(diào)整完善礦業(yè)工程學(xué)科體系，廣泛吸收基礎(chǔ)科學(xué)與相關(guān)學(xué)科的知識(shí)與技術(shù)，促進(jìn)智能化、信息化相關(guān)學(xué)科交叉與融合，調(diào)整完善本科、碩士和博士培養(yǎng)方案，建立與時(shí)俱進(jìn)的學(xué)科知識(shí)體系、知識(shí)結(jié)構(gòu)，滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，服務(wù)于我國(guó)新時(shí)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)的全面發(fā)展。
（3） 建設(shè)一流研究平臺(tái)和科研基地
充分發(fā)揮國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、高校和研究院所在基礎(chǔ)研究方面的優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)科研平臺(tái)建設(shè)，建設(shè)一流的科研基地，加強(qiáng)社會(huì)合作交流和開(kāi)放共享，提高資源利用效率，促進(jìn)基礎(chǔ)理論原始創(chuàng)新研究。充分發(fā)揮國(guó)家工程研究中心、國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟中的關(guān)鍵作用，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作，提高我國(guó)產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
根據(jù)未來(lái)五年我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，在廣泛調(diào)研和系統(tǒng)分析相關(guān)學(xué)科國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，梳理出14項(xiàng)應(yīng)加強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)方向、17項(xiàng)需培育的發(fā)展方向、10項(xiàng)應(yīng)促進(jìn)的前沿方向和5項(xiàng)可鼓勵(lì)的交叉研究方向，如圖4～圖7所示。
圖4 “十四五”期間我國(guó)礦業(yè)學(xué)科應(yīng)加強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)方向
圖5 “十四五”期間我國(guó)礦業(yè)學(xué)科應(yīng)培育的發(fā)展方向
圖6 “十四五”期間我國(guó)礦業(yè)學(xué)科應(yīng)促進(jìn)的前沿方向
圖7 “十四五”期間我國(guó)礦業(yè)學(xué)科可鼓勵(lì)交叉的研究方向
根據(jù)未來(lái)5～15年我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求層次和科技發(fā)展水平，從上述發(fā)展方向中，凝煉出5項(xiàng)“十四五”（2025）優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域和5項(xiàng)“中長(zhǎng)期”（2035）優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域，如圖8、圖9所示。
圖8 “十四五”優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域
圖9 “中長(zhǎng)期”優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域
3 礦業(yè)學(xué)科交叉發(fā)展與國(guó)際合作前沿
3.1 深部資源采選充（冶）一體化及原位轉(zhuǎn)化
深部礦產(chǎn)資源開(kāi)采難度加大、生產(chǎn)成本增加，傳統(tǒng)資源開(kāi)發(fā)方法難以適用，要使我國(guó)成為地球深部探測(cè)領(lǐng)域世界范圍內(nèi)的“領(lǐng)跑者”，特別是要在深地煤炭資源綠色安全開(kāi)發(fā)領(lǐng)域成為國(guó)際上的“領(lǐng)跑者”，就必須顛覆現(xiàn)有的礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)理論與技術(shù)，通過(guò)研究新的深部資源開(kāi)發(fā)方式，提升我國(guó)深部資源獲取能力。深部礦產(chǎn)資源采選充（冶）一體化及原位轉(zhuǎn)化是一種顛覆性的深部資源開(kāi)發(fā)模式，將傳統(tǒng)的地下采礦、地面分選、地面冶金三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的生產(chǎn)鏈緊密銜接為地下采選充（冶）一體化生產(chǎn)系統(tǒng)，僅提取有用礦物及電熱氣，將分離出的廢棄物就地充填，實(shí)現(xiàn)固體廢棄物無(wú)害化處理，推進(jìn)礦區(qū)生態(tài)文明建設(shè)，實(shí)現(xiàn)綠色礦業(yè)、智能礦山、循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，在此過(guò)程中出現(xiàn)的新理論與技術(shù)難題也是人類走向地球深部必須面對(duì)和優(yōu)先探索的基礎(chǔ)性科學(xué)問(wèn)題。
研究深部煤礦和金屬礦無(wú)人化智能化開(kāi)采、分選、充填、冶金等過(guò)程的一體化，建立固體資源原位流態(tài)化開(kāi)采理論與方法，形成傳統(tǒng)的地面分選、冶煉等過(guò)程全部在井下原位實(shí)現(xiàn)的模式，提出僅提取有用礦物及電熱氣、廢棄物不出地面留在井下用于充填的方法。該交叉領(lǐng)域的核心科學(xué)問(wèn)題包括：(1) 深部開(kāi)采巖體結(jié)構(gòu)參數(shù)的透明化表征方法；(2) 固體資源流態(tài)化開(kāi)采的原位采動(dòng)巖體力學(xué)理論；(3) 固體資源流態(tài)化開(kāi)采擾動(dòng)下的多物理場(chǎng)耦合理論與近場(chǎng)圍巖溫度場(chǎng)—滲流場(chǎng)—應(yīng)力場(chǎng)—裂隙場(chǎng)—化學(xué)場(chǎng)耦合作用機(jī)制；(4) 深部資源多組份、多相介質(zhì)原位多元轉(zhuǎn)化的冶金動(dòng)力學(xué)原理與方法；(5) 深部資源的原位智能化分選與有用礦物提取方法。該交叉領(lǐng)域的主要研究方向包括：(1) 地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)及地質(zhì)保障技術(shù)；(2) 基于復(fù)雜地形空間導(dǎo)航定位的深部礦產(chǎn)資源智能化開(kāi)采；(3) 深部原位采選充（冶）體一體化技術(shù)與裝備研制前沿探索。
通過(guò)建立基于流態(tài)化開(kāi)采的深部資源原位采選充（冶）一體化理論與技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)深地固態(tài)資源采、選、充、冶的原位、實(shí)時(shí)和一體化開(kāi)發(fā)，提高深地礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)效率、運(yùn)輸效率和利用轉(zhuǎn)換效率，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)模式和運(yùn)輸模式，實(shí)現(xiàn)“地上無(wú)礦、井下無(wú)人”的綠色環(huán)保開(kāi)采終極目標(biāo)，開(kāi)辟新型采礦工業(yè)模式，引領(lǐng)礦產(chǎn)資源開(kāi)采技術(shù)革命，實(shí)現(xiàn)固態(tài)礦產(chǎn)資源開(kāi)采深度上的突破及深地礦產(chǎn)資源清潔高效和生態(tài)友好開(kāi)發(fā)利用，為我國(guó)可采資源總量翻一番提供技術(shù)支撐。
3.2 深地/深海/深空礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)
地球上無(wú)法再生的礦產(chǎn)資源正在被過(guò)度消耗，部分礦產(chǎn)資源陸地開(kāi)采供應(yīng)的難度越來(lái)越大、甚至到了難以為繼的程度。深海采礦成為新一輪全球礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家在20世紀(jì)70年代末就開(kāi)展了深達(dá)5500m的錳結(jié)核聯(lián)合開(kāi)采試驗(yàn)[20,21]。太空采礦也正在成為礦產(chǎn)資源勘探開(kāi)發(fā)的前沿陣地[22-25]，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，美國(guó)、俄羅斯、歐盟紛紛啟動(dòng)了太空采礦計(jì)劃，從而帶動(dòng)了相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。
從礦業(yè)學(xué)科自身發(fā)展需求看，隨著礦產(chǎn)資源的開(kāi)采深度逐漸增加以及由陸地向深海延伸，開(kāi)采難度和安全風(fēng)險(xiǎn)大幅增加，極地資源的勘探開(kāi)發(fā)也給傳統(tǒng)的礦業(yè)學(xué)科提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。從經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)看，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人化裝備的飛速發(fā)展，給傳統(tǒng)礦業(yè)學(xué)科帶來(lái)了顛覆性變革。在這一背景下，深地、深海、深空礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)必將成為未來(lái)礦業(yè)學(xué)科的重要發(fā)展領(lǐng)域。
該領(lǐng)域的核心科學(xué)問(wèn)題和主要研究方向有：(1) 深地、深海、深空保真取芯與原位巖石力學(xué)理論（深部巖石原位保真取芯、深部原位保真測(cè)試技術(shù)、深部原位巖石力學(xué)理論）；(2) 深海采礦系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)理論（水面母船設(shè)計(jì)的水動(dòng)力理論、系統(tǒng)中管道的動(dòng)力學(xué)特性）；(3) 低重力與極端溫度下太空采礦理論（太空礦產(chǎn)資源精準(zhǔn)探測(cè)、太空原位保真取芯與智能探礦、太空資源地下開(kāi)采與地下空間利用）。
當(dāng)前我國(guó)深地、深海、深空資源開(kāi)發(fā)還處于起步階段，面臨諸多發(fā)展瓶頸問(wèn)題[26]。有必要加強(qiáng)國(guó)際交流合作，發(fā)展深地、深海、深空能源資源勘探與評(píng)估方法，建立深地、深海、深空資源開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)理論，研發(fā)深地、深海、深空資源開(kāi)發(fā)技術(shù)與裝備，尤其是深地、深海、深空資源智能化、無(wú)人化開(kāi)發(fā)技術(shù)與裝備。利用智能遙感、自主導(dǎo)航、人工智能和通信技術(shù)對(duì)深地、深海、深空礦產(chǎn)資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)，力爭(zhēng)促使我國(guó)走到深地、深海、深空礦產(chǎn)資源勘探與開(kāi)發(fā)的世界前列。
4 結(jié)論與建議
4.1 主要結(jié)論
根據(jù)礦業(yè)學(xué)科發(fā)展特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外礦業(yè)學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：
（1） 人類對(duì)豐富物質(zhì)文明、挑戰(zhàn)自然的無(wú)限追求，導(dǎo)致礦業(yè)學(xué)科越來(lái)越受到來(lái)自資源開(kāi)采環(huán)境的極限挑戰(zhàn)，“極端性”“復(fù)雜性”和“交叉性”將成為礦業(yè)學(xué)科未來(lái)發(fā)展所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
（2） 學(xué)科交叉研究在促進(jìn)科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的地位與作用日益重要，智能化、信息化、綠色化迅速向礦業(yè)領(lǐng)域滲透，礦業(yè)學(xué)科與其它學(xué)科的交叉融合成為必然發(fā)展趨勢(shì)?？鐚W(xué)部和跨部門合作成為促進(jìn)礦業(yè)學(xué)科交叉合作的一項(xiàng)重要機(jī)制。
（3） 深部礦產(chǎn)資源采選充（冶）一體化及原位轉(zhuǎn)化是學(xué)科交叉融合的一個(gè)具體方向，是提升我國(guó)深部資源獲取能力的一種顛覆性開(kāi)發(fā)模式。
（4） 深地/深海/深空礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)是促進(jìn)我國(guó)由礦業(yè)大國(guó)向礦業(yè)強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的重要前沿方向。
4.2 建議
根據(jù)礦業(yè)學(xué)科研究發(fā)展趨勢(shì)和促進(jìn)學(xué)科發(fā)展的舉措，本文提出以下幾條建議：
（1） 設(shè)立學(xué)科優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)基金
在整合現(xiàn)有科研力量、技術(shù)資源、研究平臺(tái)基礎(chǔ)上，設(shè)立學(xué)科優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)資金，實(shí)施高等院校和科研機(jī)構(gòu)共同參與的聯(lián)合攻關(guān)。吸引海內(nèi)外優(yōu)秀人才參與，對(duì)重要科學(xué)基礎(chǔ)問(wèn)題、具有引領(lǐng)世界先進(jìn)水平的關(guān)鍵核心理論與方法研發(fā)等進(jìn)行重點(diǎn)支持。
（2） 設(shè)立人才培養(yǎng)專項(xiàng)基金
設(shè)立礦業(yè)學(xué)科人才培養(yǎng)專項(xiàng)基金，吸引高端創(chuàng)新人才投入到學(xué)科的研究工作中，進(jìn)一步梳理完善學(xué)科基礎(chǔ)理論體系，優(yōu)化合并或新建相關(guān)的學(xué)科方向，將傳統(tǒng)和新興學(xué)科進(jìn)行交叉融合，推動(dòng)礦業(yè)學(xué)科的持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展，通過(guò)高水平、高質(zhì)量的科學(xué)研究推動(dòng)人才培養(yǎng)、學(xué)科發(fā)展，讓科研成為一種高水平人才培養(yǎng)模式。
（3） 創(chuàng)造寬松自由的科研環(huán)境
將國(guó)家自然科學(xué)基金發(fā)展戰(zhàn)略的源頭創(chuàng)新類研究項(xiàng)目系列、科技人才類的人才培養(yǎng)系列、創(chuàng)新環(huán)境類的科研環(huán)境建設(shè)等方面進(jìn)行有機(jī)融合；同時(shí)在人才的培養(yǎng)使用、科研管理、薪酬待遇等方面具有靈活、實(shí)用的政策，參考國(guó)外基金項(xiàng)目管理的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，以科學(xué)家為中心，實(shí)行科學(xué)家對(duì)研究項(xiàng)目的“負(fù)責(zé)制”，使真正的科學(xué)家在寬松自由的科研環(huán)境中能夠一心一意地從事科學(xué)研究。
參 考 文 獻(xiàn)
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