论金川深部采矿所面临的岩体力学问题

目前,金川矿山已全面进入深部开采阶段,出现了一系列新的问题,在巷道掘进和支护方面,已有的岩石力学理论已难以发挥良好的工程指导作用,许多现象也难以利用现有岩石力学理论做出合理的解释。其岩体所属的力学系统不再是浅部工程围岩所属的线性力学系统,而是非线性力学系统,传统理论、方法与技术已经部分或全部失效。因此,需要进行大量的金川深部岩体力学基础理论研究。本文结合一系列新问题的研究工作,总结分析了深部开采与浅部开采岩体工程力学特性的主要区,根据金川深部岩体的构造、高地应力、强度、变形等独特的特点,提出了金川深部岩体需要研究的科学问题。     

金属矿深部开采现状与发展战略

在调研国内外众多金属矿山和收集大量相关文献的基础上, 综述了国内外金属矿山开采现状及研究进展, 聚焦深部开采主要工程技术难题, 从开采动力灾害预测防控、深井高温热害控制治理、深井提升、深井开采方法工艺变革、深部选矿新技术、智能无人采矿这六个方面, 提出了解决我国深部开采难题的战略建议, 结果表明: (1)5000m开采深度将会是我国金属矿深部开采中长期战略研究目标; (2) 无绳垂直提升技术具有提升效率高, 使用限制少的特点, 建议我国重点针对此类技术装备研发; (3)将深部矿产资源开采与深部能源开发相结合, 可以有效降低深部降温成本, 是解决深部采矿经济性的新途径; (4) 新一代采矿技术需对原有的采矿模式和开采工艺进行变革, 机械连续切割破岩技术是未来超深矿井建设的重要发展方向; (5) 充填法是保证深部开采安全最有效的方法之一,应对充填材料、充填工艺进行更深入的研究; (6) 我国尚不具备全面推广遥控智能化无人采矿的条件, 可以通过产学研联合攻关等方式逐步提高矿山生产自动化和遥控智能作业水平.      

深部开采安全机理及灾害防控现状与态势分析

近年来,深部开采安全机理与灾害防控领域已取得一定的研究成果,但基于现行理论与技术还难以全面解决未来深部采矿过程面临的防灾减灾问题,至今尚未建立起完善的深部开采灾变与防控研究体系.本文开展了对深部开采灾害研究领域的文献调研和问题探讨,总结有关深部地应力场测量与分布规律、深部岩体力学与耦合损伤机理、深部动力灾害机理与预报、深部突水灾害机理与预警以及深部开采围岩变形机理与防控等方面的研究成果,进而分析当前研究的不足,凝练出深部开采诱发灾害研究领域亟待解决的关键问题,并就未来超深开采灾害研究态势予以分析.      

面向2035年的金属矿深部多场智能开采发展战略

深部开采是金属矿产资源开发的必然趋势,向地球深部进军,着力推动采矿行业智能化改造升级,开展深部智能化开采技术研究具有重要的战略意义。立足国家深地战略背景,剖析金属矿深部资源开发对采矿科学技术发展的需求,依托工程技术预见技术方法开展全球技术态势分析,梳理出本领域关键热点和前沿技术清单,后经专家研判,形成面向2035年的金属矿深部多场智能开采基础理论和深部开采环境智能感知、深部开采过程智能作业、深部开采系统智能管控三大类前沿技术。在此基础上,提出了我国面向2035年的金属矿深部多场智能开采发展战略、重点任务、技术路线,包括发展目标与需求、基础研究方向、关键技术装备等。针对我国金属矿深部开采技术变革和智能化升级的科技发展路径,从政策、产业、技术、人才等方面提出了发展和保障建议。      

裂隙岩体破裂演化研究进展

岩体的变形失稳破坏机理是岩体工程的核心问题,也是预防工程灾害发生的关键。随着露天资源的日益枯竭,深部开采已是未来发展趋势,但深部裂隙岩体处于“三高一扰动”（高地温、高地应力、高渗透水压力、开采扰动）的赋存环境,使得其力学机理研究更加繁琐。以裂隙岩体为研究对象,回顾前人不同岩体尺寸下对裂隙岩体失稳破坏机理研究成果,对当前裂隙岩体破裂演化机理研究进行归类、分析、讨论,指出深部开采后裂隙岩体破坏力学机理所面临的问题,并提出解决方案,以期为工程安全提供一定的理论借鉴。      

深部开采覆岩自重应力的分布特点与计算模式

本文应用岩石力学理论,结合生产实践,提出深部开采条件下岩体自重应力分布规律的特殊性及其实用价值;用深入浅出的方式对空场稳定复杂的覆岩厚度及围岩承载范围问题进行探索,提出了计算模式,并以实例进行了验证。     

冶金矿山深部开采地压活动问题：兼论红透山铜矿深部地压

论述了地压活动与开采深度关系，深部地压活动特点。介绍了当前世界各地金属矿山出现深部地压活动——岩爆的开采深度，深部开采过程中发生岩爆的原因。论述了我国当前开采深度最大的有色金属矿山之一的抚顺红透山铜矿近几年地压活动情况，近几年对红透山铜矿矿岩力学性质研究得出该矿存在发生岩爆危险性，并根据综合理论指出易于发生岩爆的位置。     

金属矿山地面下沉模糊数学分析方法

本文根据金属矿山特点,利用模糊数学理论对开采导致的岩体移动问题进行了分析,并依据实测资料建立了相应的模型。通过计算表明,该模型解决了矿山岩体力学学科内金属矿开采岩移(如地面下沉、平移、变形等)分析这一重要课题。     

深部开采面临的技术问题及对策

金川二矿区是我国年产矿石突破350万t/a的大型镍矿产资源生产基地,其开采工程已经进入到850中段,开采深度超过千米,随着开采深度加深,矿区地压、地热、涌水等显现日趋剧烈,并潜在着突变失稳的风险。因此,深部高效、安全和低耗开采是金川矿区乃至金属矿山亟待解决的重要课题。本文结合金川二矿区目前开采现状和遇到的问题,探讨分析了深部开采面临的技术问题,并提出了研究对策,对深部矿山资源开采具有一定借鉴。     

深部开采面临的技术问题及对策

金川二矿区是我国唯一一座年产矿石突破350万t的大型镍矿产资源生产基地,其开采工程已经进入到850中段,开采深度超过千米,随着开采深度加深,矿区地压、地热、涌水等显现日趋剧烈,并潜在着突变失稳的风险。因此,深部高效、安全和低耗开采是金川矿区乃至金属矿山亟待解决的重要课题。本文结合金川二矿区目前开采现状和遇到的问题,探讨分析了深部开采面临的技术问题,并提出了研究对策,对深部矿山资源开采具有一定借鉴。     

中国金属矿山深井通风技术研究现状综述

中国金属矿山深井通风技术研究始于20世纪80年代,现已有近40多个（包括煤矿）矿井井下气温达到或超过30cC,开采深度600～1200m。详述了中国金属矿山深井通风降温现状,介绍了深井通风主要技术;研究国外有关深井开采资料表明,中国金属矿山目前的开采深度,采用普通通风降温技术是可行的。     

矿产与地热资源共采模式研究现状及展望

地热能作为一种绿色清洁且储量巨大的可再生能源,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。充分利用深部岩体中蕴藏的地热能,不仅可以有效缓解矿产资源开采中的热害难题,而且有利于促进我国能源产业的绿色低碳和可持续发展。在梳理当前可能伴生有地热资源的矿产资源基础上,对现有的矿?热资源共采技术进行了回顾和总结,分析展望了未来矿?热资源共采的新模式,介绍了基于卤水循环系统的矿?热资源共采、基于开挖技术的矿?热资源共采、基于充填采矿法的矿?热资源共采、基于溶浸采矿法的矿?热资源共采和基于废弃矿井再利用的矿?热资源共采等技术方案,同时指出了矿?热资源共采所面临的主要挑战,包括加强矿?热共同赋存区勘探、发展深部高温坚硬岩层破岩与掘进技术、加强深部多场耦合环境岩石力学理论与试验研究、建立矿?热资源共采热能分级利用体系。相关研究成果旨在释放矿产资源开采中的地热能发展潜力并促进地热资源的规模化利用,可为我国深部矿产资源开采和地热资源开发提供有益的参考和借鉴。开展矿产与地热资源共采战略研究,有望为推进我国深部资源开发和实现“碳达峰、碳中和”的双碳目标提供一条有效途径。      

金属矿山固废充填研究现状与发展趋势

介绍了以膏体+多介质协同充填、同步充填和功能性充填为代表的新兴充填理念。系统阐述了以流变力学和固体力学为主体的矿山充填力学架构,剖析了原位多场多因素扰动作用,并介绍了最新研发的充填体多场耦合监测系统。总结了全尾砂深度浓密、固液混合搅拌以及长距离浆体输送等充填核心环节的发展特点及研究进展。分析了充填智能化发展的必要性,梳理了充填领域涉及的智能化算法,提出了充填智能化未来发展思路。通过对矿山固废充填发展趋势分析,认为未来矿山固废充填需要深度拓展绿色发展内涵,进一步探索模块化、规模化和智能化之路,积极融入并服务深地开采需求,充填采矿法或将成为深部采矿和绿色采矿未来可期的唯一解决方案。      

地下铲运机自主铲装技术现状及发展趋势

为提高地下铲运机铲装效率及作业精度,实现铲运机全自动作业,梳理了国内外地下铲运机自主铲装技术的相关理论技术和研究方法,并从环境感知与建模、铲斗轨迹控制和自动称重3个方面对铲装过程的研究成果进行了归纳总结。研究结果表明：当前环境感知与建模技术难以同时满足速度和精度的要求,存在铲斗轨迹控制难度大以及自动称重技术研究不全面等问题。研究多传感器信息融合技术,人工智能技术,以及适用于地下的通信网络是实现铲运机自主铲装的前提,也是未来开展该领域研究的重要方向。     

胶东地区矿产与地热资源共采可行性浅析

地热作为一种清洁环保的绿色能源，其有效利用是我国实现双碳目标的重要方向之一。但在矿产资源开采，尤其是地下矿山向深部开发过程中，由于受地温梯度影响，导致矿井温度过高，成为制约矿山生产的重要因素，为维持正常生产，矿山多采取加强通风或人工降温的方式进行处理。如何在矿山开发过程中将地热资源变害为宝，实现资源开发利用的双赢，是值得探讨的难题。胶东是我国最大的黄金生产基地，也是我国东部地热资源最为丰富的地区之一。该区地热和矿产资源具有相似的动力来源和运输通道，使二者在空间分布上具有高度重合性，诸多大型矿山不仅矿产资源储量大，地热资源也相当丰富，是最有望实现地热与矿产资源共采的地区。在分析胶东地区地热和矿产资源分布成因的基础上，梳理了我国低温地热资源利用的现状，认为胶东地区金矿资源埋藏和开采深度较大，建议对三山岛、金青顶、新城、玲珑金矿等利用相对成熟的低温地热供暖技术，治理矿山热害的同时实现矿产与地热资源的共采。      

深部矿山地热与煤炭资源协同开发技术体系研究

深部煤炭资源开采已势在必行,但随着开采深度的增加,伴生着热能的释放,该热能作为地热资源的重要组成部分,是一种不受环境因素影响的可再生清洁能源。深部矿井开采带来的丰富地热可作为共生资源进行开采利用。基于此,本文总结了深部矿井地热资源的发展潜力以及地热与煤炭资源开采的现状,论述了深部矿井地热开发的必要性和可行性,创新了地热与煤炭资源协同开发的思路,阐述了矿山地热与煤炭资源协同开发的内涵与科学问题,围绕深部矿山岩热和水热资源开发这一主题,利用煤炭资源开采的采后空间及生产系统,提出了充填埋管采热、采空区储水采热、采动区封闭采热及深部原位钻井采热4种采热方法,探讨了深部矿山地热探测评价、深部大空间煤基固废吸热功能材料、多场环境下采场岩层移动特征及其控制、低品位热能的高效传输及阶梯利用和协同开发系统智能监测等技术的研究重点与难点。研究成果将为中国深部矿山地热与煤炭资源的协同开发提供技术支撑,为深部矿井资源系统开发提供理论与实践参考,促进我国深部矿井绿色矿山建设与多元经济型发展。      

深井岩爆与采矿方法关系之研究初探

从介绍中国目前2座黄金矿山开采现状出发,分析研究了国内外金属矿山深井开采采矿方法可行性技术现状;单从采矿工艺与岩爆发生的关系方面来看:空场采矿法不可取,崩落采矿法也只能在一定深度范围内使用,唯一可以在深度2000~3000 m以下的急倾斜或缓倾斜矿体开采应用的采矿方法,只有充填采矿法,而且是胶结充填采矿法;其充填率或充填密度越大和充填质量越高,对降低可以引起岩爆的能量耗散率有非常明显之影响。     

深井开采技术应用研究思考

近年来中国超千米深井不断增加,最深井开拓已超过1 500余m。随着矿井向深部开拓延深,高温热害、冲击地压等一系列生产难题凸现,同时深井提升装备及技术的研究和应用也是新的课题。结合南非西北省Mponeng(姆波尼格)金矿深井开采简况,对中国岩金矿山的深井开采技术应用进行深入思考,得出了深井开采的技术特点,并提出了未来发展深井开采技术的建议,供业内同行参考借鉴。