实现人

　　赵兴东、代碧波、李元辉、胡军生、汪为平、李振华、姜洪波、周　鑫、白　夜、于文龙、孙晓刚、赵一凡、邓　磊、曾　楠、朱天地

　　实现单元

　　西南大学、中钢团体马鞍山矿山研讨总院股分无限公司、鞍山五矿陈台沟矿业无限公司、河南理工大学、中国有色团体抚顺红透山矿业团体无限公司、中冶沈勘秦皇岛工程设想研讨总院无限公司

　　按照我国天然资本部宣布的《中国矿产资本报告（2020）》表露，停止至2020年，我国已探明的铁矿资本储量864.08亿t，黄金资本储量14131.06t，铅锌资本储量9572.2万t，铜资本储量10971.55万t，上述金属矿产资本中1000m以深资本占比25%以上。深部开采已成为我国金属矿床开采的首要构成局部，诸如：陈台沟铁矿、思山岭铁矿、辽宁红透山铜矿等。深部开采是处于高井深、高原岩应力、高承水压力等出格庞杂采矿情况，深部地压题目严峻要挟矿山的开采效力和宁静出产，强采动应力引发节理裂隙发育的采场矿岩体极易引发采场围岩体发生片落、岩爆等灾难，乃至构成采场围岩体发生大规模垮冒，构成采场二次贫化、阻断矿石采出，极易构成采场失稳、丧失贫化加重、乃至没法开采。

　　立异功效一：构建矿山三维工程灾难地质模子

　　地质岩芯富含丰硕的岩体品质与岩体力学信息、地质数据、剖面数据等，经由进程岩石力学尝试、岩体品质分级、岩体力学参数预算体例等，研讨地质勘察钻孔岩芯随钻孔深度变更地质灾难的工程属性，成立矿区的地质力学信息，岩体品质等数据，经由进程地质统计学，对矿区地质力学的空间布局性纪律，相干性等停止阐发，并经由进程克里金估量，间隔正比法，序贯高斯摹拟三种算法，构建矿区规范的地质力学信息模子（图1），用以评判矿区灾难危险与采矿工程安排设想，基于改良的克里金插值算法对呈纪律性“团圆”勘察钻孔停止同源异构、归一化处置，经由进程三维可视化建模平台，实现深部矿岩体地质灾难建模与数据存储，获得了含地质灾难危险品级的三维地质模子，揭穿深部未采动矿岩体地质灾难危险。矿床的宁静高效开采，和后续的地压防控。研讨功效为后续采矿工程触及的定量计较、数值阐发，巷道岩体不变性分级法供给参数与迷信按照。构建的三维模子是矿区灾难的无机局部，经由进程对劣质岩体空间地位揭穿，更好的实行超前防备与防治，保障矿山宁静、高效的出产。

图1 矿山三维工程灾难模子

　　立异功效二：深部差别化采动岩体毁伤本构

　　针对远场与开挖边境均为轴对称应力的圆形开挖体轴对称立体应变剖析模子，经由进程自近似转换将模子塑性区转化为单元立体圆环，并成立圆环内围岩应力变形自近似情势节制方程和呼应团圆方程，以塑性区边境和开挖边境应力变形散布为边境前提，利用龙格库塔法停止单元立体圆环或围岩塑性区应力、变形与粉碎数值计较。以狭义应变硬化本构模子（包罗弹脆性本构与抱负弹塑性本构）为根本，将Hoek-Brown屈就原则（a=0.5）拓展至狭义Hoek-Brown屈就原则(a≥0.5)情况，由此构成包罗Hoek-Brown常数硬化参数，用于差别化采动岩体的狭义应变硬化本构模子。接纳狭义Hoek-Brown屈就原则与与非接洽干系活动法例构建圆形开挖体围岩应变、变形与粉碎自近似情势节制方程，以塑性区边境与开挖边境应力变形散布为边境前提，连系龙格库塔算法构成差别化采动下圆形开挖体围岩应力、变形与粉碎数值计较体例，提出一种应变硬化岩体接纳狭义Hoek-Brown屈就原则的圆形开挖体围岩应力、变形与粉碎自近似数值算法，丰硕了深部采动岩体毁伤机制根基本构模子数据库，研讨功效为深部差别化采动岩体不变性阐发供给实际按照。

　　立异功效三：基于采动岩石失稳呼应的深部采场布局设想体例

　　深部采场处于“高应力、高岩温、高承水压力、强开采扰动”开采手艺前提，依然接纳浅部“经历法”、“工程类比法”和按照“查手册”为主的采场布局设想体例已不能知足宁静出产的需要。针对不变性图表今朝存在的题目，汇集大批国际外矿山数据对其改良优化，使其更合用于深部采场布局设想。从地质机关、矿体产状、岩石力学等根本前提动身，充实斟酌深部开采引发的采动应力与采场围岩体彼此感化呼应特点，以采场外形、采动地压为首要变量，引入体系迷信、数学等实际，研发采场布局量化设想体例（图2）。按照对岩石扩容特征的阐发，提出了操纵岩石扩容应力对应的横向应变作为采动岩体失稳的判据，并基于岩体品质分级与岩体力学参数预算，成立了采动岩体失稳的临界应变抒发式。经由进程查询拜访统计阐发国际外大批的硬岩单轴紧缩尝试数据，切磋了完全硬岩临界应变与弹性模量、扩容应力的干系、岩体临界应变与变形模量、岩体扩容应力的干系；提出用采动岩体失稳宁静系数（FS）表征采动岩体失稳的形状，并经由进程现场观察和数值摹拟实现考证。

图2 深部采场布局设想体例

　　立异功效四：研发深部采场预控顶与下向深孔梯段式爆破落矿体例

　　跟着开采深度增添地质情况严峻劣化，采动灾难加重，仍接纳传统采矿体例及落矿体例，极易构成深部采场垮冒，严峻要挟井下功课职员及设备的宁静。针对上向中深孔落矿极易构成采场顶板垮冒这一题目，开辟了深部采场预控顶下向中深孔落矿体例（图3），采场顶板受采动影响小，地压防控简洁，凿岩和出矿工序可同时停止，填补了在回采效力上的差异。与传统上向孔落矿比拟地压调控成果更好，采场顶板受采动进程影响小，更合用于金属矿在回采深部矿体时利用。经由进程在深部采场接纳下向梯段式深孔爆破落矿手艺，落矿效力进步35%，宁静性好。研讨功效为深部采场落矿供给了新手艺。

图3 深部采场预控顶与下向深孔梯段式爆破落矿体例

　　立异功效五：研制新型抗岩爆释能支护体系

　　针对国际上现有释能锚杆存在的题目，研发了一种既具备Cone锚杆的全体滑移才能，又具备D锚杆多点锚固感化的新型J释能锚杆（图4）。新型J释能锚杆由搅拌模块、锚固模块、变形模块罗纹段和从属部件构成，此中搅拌模块可以或许或许疾速平均地搅拌树脂或水泥等锚固剂。其在高应力感化下，变形模块可以或许发生必然的弹塑性变形，并对围岩起到必然的让压感化；锚固模块保障多点锚固进步全体锚固力，同时在岩爆等能源打击前提下可以或许或许使得锚杆在锚固剂中发生必然的滑移，有用开释会聚在岩体内的动能。新型释能锚杆成立本构模子，该力学模子由黏弹性体和黏塑性体并联而成，此中黏弹性体摹拟锚杆变形模块受静荷载感化进而变形的进程，黏塑性体摹拟锚杆锚固模块受打击荷载进而滑移开释能量的进程。

图4 J释能锚杆

　　在加拿大Canmet国度尝试室停止新型释能锚杆的静力拉拔尝试和能源打击尝试。运动拉拔尝试成果标明：释能锚杆的运动拉拔力在 170KN以上，最大拉拔力为194.75KN。释能锚杆能源打击尝试（图XX）成果标明：新型释能锚杆的总释能才能为58.5kJ，每输出19kJ能量，释能锚杆发生60~270mm位移时，动载屈就才能为：80~100t。该释能锚杆能抵当屡次来去能源打击，具备高剪切刚度和强度。与外洋同类型锚杆比拟，新型释能锚杆的运动拔抗力晋升≥15%，屡次能源打击前提下释能才能晋升≥10%。

　　1.构建的矿山三维可视化工程灾难模子，在陈台沟铁矿、中金纱岭金矿、三山岛金矿、大柴旦矿业无限公司操纵，成立的矿山三维可视化工程地质灾难危险与采掘工程融会模子，实在抒发岩体力学、岩体品质品级、地质灾难危险等与数值模子、采掘工程设想的空间映照干系，出格直观揭示采掘工程设想与庞杂地质布局、地质灾难危险间三维空间映照干系。

　　2.研发了基于采动岩体失稳呼应的深部采场布局设想体例，在陈台沟铁矿可行性研讨中采场尺寸计较、思山岭铁矿-1020m中段首采矿房布局尺寸设想、鲁中矿业公司小官庄铁矿北区充填采场布局设想、三山岛金矿深部采场布局尺寸设想等深部矿山设想中操纵；在三山岛矿深部采场接纳预控顶支护及与采场矿压相顺应的下向梯段式深孔落矿体例，并在陈台沟铁矿、思山岭铁矿深部首采采场落矿设想中操纵，与传统的侧向崩落矿石比拟，落矿效力明显进步30%。

　　3.研发的新型抗大变形及岩爆释能锚杆，在思山岭铁矿深部井巷、陈台沟铁矿深部井巷、通钢板石矿业无限公司上青矿，鲁中矿业公司小官庄铁矿、红透山铜矿深部巷道等停止巷道支护，测试成果标明，新型释能支护体系，能抵当屡次来去打击，与近似锚杆比，释能才能进步10%以上，所支护的巷道返修率为0。