[01398778]金属矿山复杂难采矿体开采灾变预测与控制关键技术及应用

本项目属于金属矿山采矿工程领域。项目来源： 1、“十一五”国家科技支撑计划（子课题）：难采选金属矿高效开发关键技术及装备研究（2008BAB32B03）; 2、国家自然科学基金：基于小波分析的岩石声发射测量地应力机理与试验研究（50464002） 3、国家自然科学基金：分级循环加卸载条件下岩石蠕变损伤及破坏的声发射特性研究（51064010）; 4、国家自然科学基金：基于导波方法的锚杆锚固质量和工作载荷的无损检测（51044008）; 5、江西省高等学校科技落地计划：复杂难采矿开采灾变预测与安全控制综合技术与示范（KJLD12027）; 6、江西省自然科学基金：金属矿山胶结充填法采场节理岩体变形特性与失稳预测系统研究（2010gqc0049）; 7、江西省自然科学基金：岩质隧洞支护锚杆的完整性及锚杆承载力的主动声学检测技术研究（20132BAB216019）。 本项目的部分成果曾获2012年度中国黄金协会科学技术一等奖（成果名称：复杂采空区探测及地压监测预报综合技术及应用）和2012年度中国有色金属工业科学技术二等奖（成果名称：复杂难采矿体开采灾变预测与控制关键技术及应用）。 本项目针对金属矿山复杂难采矿体开采灾变预测与控制中存在的关键技术问题,综合运用声发射、超声导波、蠕变理论、变形能等前沿学科理论及数值计算、相似模拟等相关研究方法,完善、发展了复杂难采矿体回采灾害预测与控制的理论体系,研发了具有自主知识产权的工程应用新技术。其主要内容是： （1）对复杂难采矿体开采矿岩体蠕变失稳预测进行了深入研究,通过分级循环加卸载岩石蠕变声发射试验,研究了岩石蠕变损伤和声发射参数之间的关系,建立了岩石蠕变损伤声发射预测模型,在此基础上研发了岩石蠕变声发射预测技术,同时研制了岩体蠕变破坏声发射监测仪、稳定性监测用的数据采集仪及耦合推进器,为矿山复杂难采矿体开采岩体蠕变失稳预测提供了有效地技术手段。 （2）研发了复杂难采矿充填开采的充填体破坏失稳声发射预测技术,率先在工程实际中应用了声发射信息耦合预测技术,填补了胶结充填体破坏失稳声发射监测、预测技术空白,为矿山胶结充填体破坏失稳预测提供了可靠技术。 （3）开发了复杂矿岩体锚杆支护的超声纵向导波检测技术,揭示了纵向导波在锚杆中的传播速度与导波频率的理论关系,研发了检测锚杆工作载荷的低频纵向导波检测技术,发现了检测锚杆完整性的高频导波最优频率,成功研制了锚杆锚固质量检测仪,实现了对复杂矿岩体中支护锚杆工作载荷及完整性监测,优化了锚杆对该类复杂矿岩的控制效果。 （4）研发了复杂难采矿充填开采的充填体顶板裂隙状态的探地雷达探测技术,填补了胶结充填体顶板裂隙状态的无损探测技术空白,有效地掌握了裂隙的深度、角度状况及裂隙演化情况,为充填体顶板稳定性分析和破坏预测提供了技术手段。 （5）研发了复杂难采矿体开采灾变控制技术,分析了复杂难采矿体开采灾变机理,针对复杂空区或地压区中矿体提出关键支撑点能量对称方法及应用技术;针对松散介质下残留矿体研发了进路充填群桩支护技术和顶板拱梁支撑技术;针对稳定性受应力和岩体结构联合控制的矿体,研发了高稳定采场构建技术。提高了难采矿体回采的安全性。 本项目通过长期理论和实践研究,发表相关论文60多篇,其中SCI/EI收录32篇,授权发明专利2项,授权实用新型专利6项,申请发明专利1项。解决了金属矿山针对复杂难采矿体开采灾变预测与控制的关键技术问题,研究成果已应用于武山铜矿、银山铅锌矿、凤凰山铜矿、焦冲金矿、荡萍钨矿及武平紫金等11个矿山,为矿产资源充分回收、地压控制、开采优化等相关问题的解决提供了科学依据,上述矿山已累计产生近4亿元的经济效益和显著的社会效益。 本项目为我国金属矿山复杂难采矿体普遍存在的回采安全性差、采矿回收率低、地压控制难度大等相关问题的解决,提供了有效的技术手段,有力推动了复杂难采矿体安全回采矿岩失稳预测与控制技术的普及应用,研究成果具有显著的创新性和推广应用价值,促进了我国矿山采矿技术的发展,为建设安全、高效矿山做出了贡献。