近海金矿深部岩体力学特征与高效安全开采技术研究

The surrounding environment of deep rock mass in offshore gold mine is complex, the nonlinear characteristics of rock mass is obvious under high geostress, high osmotic pressure and high temperature condition. The unstable damage behavior and energy transformation mechanism are also complex after strong mining disturbance. The unconventional engineering instability problem, such as rock burst, landslide, roof fall and water burst, are increasingly serious. In this application, high geostress, high osmotic pressure and high temperature and other characteristic parameter will be collected by adopting the multiple monitoring methods. The permeability characteristic of deep rock mass with multiphase and multiscale will be analyzed. Then, the nonlinear characteristics of deep rock will be researched, and the transfer mechanism between multi-physics fields and energy fields will be confirmed. The model of energy storage limit and its distribution will be built by employing the triaxial step loading tests and cyclic loading and unloading tests. And combining the lab testing method, simulation method and in-situ monitoring method to explore the energy distribution, energy accumulation, energy dissipation and transportation mechanism. on this basis, In the guidance of the novel idea of energy homogenization and induction of mining, the transformation mechanism from disaster driven energy to rock fractured energy will be discussed, and after the parameter optimization of exploitation layout and mining backfill, the effective mining, safe mining and green mining of deep gold mines could be accomplished. The expected results may bring the revolution of mining way in offshore gold mine.

近海金矿深部矿体赋存环境复杂，高应力、高渗透压、高地温等多场耦合因素作用下的岩体非线性特征明显，强开采扰动后岩体的非稳定破坏模式及能量转化机制复杂，高储能诱发的岩爆、塌方、冒顶、突水等非常规岩体工程灾害和工程问题愈加凸显。基于此，本研究拟依托多监测手段实现深部高应力、高渗透压与高地温等特征参量的拾取，分析多相-多尺度下的深部岩体渗透特征，研究深部岩体在多场耦合作用下的非线性特征，系统分析深部岩体多物理场参量与能量场的转化机制；开展室内高围压阶梯加载试验及循环加卸载试验，研究深部岩体时滞特性，构建考虑时滞特性的岩体储能极限及能量展布模型，综合室内动静试验、相似试验、数值模拟和现场监测等手段探索深部岩体开挖能量积聚、耗散与释放机理；在此基础上，以减小能量在时间与空间上集中释放的能量均匀化理念和以“变害为利”实现高储能诱导开采的思想为指导，探讨岩体灾变能向破碎能转化的良性机制，并通过开采布局和开采充填等参数优化，以期实现深部矿体高效、安全、绿色开采，预期成果将为近海金矿深部矿体开采方式带来变革。

近海金矿深部矿体赋存环境复杂，高应力、高渗透压、高地温等多场作用下的岩体非线性特征明显，强开采扰动后岩体非稳定破坏状态及能量转化机理复杂，高储能诱发的岩爆、塌方、冒顶等非常规岩体工程灾害和工程问题愈加严峻。项目研究团队从深部岩体特殊力学性能，能量理论框架下的深部岩体开挖扰动机制和近海金矿绿色、安全、高效开采技术3方面研究内容出发，经过4年系统的研究与分析，在深部高应力、高渗透压、高地温等复杂地质环境参量的拾取，多相-多尺度的深部岩体裂隙与海水腐蚀特性，复杂多场环境下的地应力反演重构技术，高温、高渗透下深部岩体的非线性力学行为，多物理场与能量场之间的转化机制，基于非线性特征的岩体最大储能机制，深部岩体开挖能耗特征及能量运移机理等方面取得一定的研究新进展。并结合典型的近海金矿深部开采矿山实际，基于岩爆灾害多种判据判定了开采诱发岩爆灾害的倾向性，进而采用能量理论模拟了深部开采岩爆灾害行为。基于对深部硬岩动力灾害机制的充分认知，借鉴高阻尼橡胶在抗震中的应用理念，将其引用到深部动力灾害防护系统中，研发一种高强度、小变形的新型吸能锚杆，综合多试验手段，分析了锚杆系统在不同冲击力下动力响应及吸能行为。同时，项目研究团队创新性地提出“能量均匀化”的安全开采理念和“变害为利”的诱导开采思路，并以支护协同作用理论为基础，建立了锚网拱架协同支护体系，开展巷道周围岩体积聚能量的平稳运移模式研究，初步实现了围岩积聚能量的均匀化状态，并针对典型近海金矿薄、厚两类矿体进行了能量均匀化理念指导下的开采布局优化研究。进一步以“变害为利”思想为指导，探究了各影响因素对岩体储能、运移特性的影响程度，分析了能量在边界条件影响下的运移状态，进而为实现深部矿体诱导开采提供了扎实的数据支撑。项目研究已完成全部既定的研究目标和研究内容，研究成果可系统性的应用并指导近海金矿的安全、高效开采。