高应力硬岩矿床非爆连续开采理论与技术的基础研究

深部硬岩矿床开采扰动诱发岩爆事故频发、岩体大面积高强度弹射和冒落使得传统金属矿开采成本高、效率低、安全性差。同时，高应力硬岩开挖过程中表现出来的"好凿好爆"、"开挖卸荷后围岩碎裂化"、"小扰动后岩石便会自裂"等现象给我们启示：工程诱导或非爆扰动可以诱发高应力硬岩大规模碎裂，从而实现高应力硬岩储能从岩爆灾害源向矿岩碎裂动力源的可控转变，继而部分或全部替代弊端凸显的金属矿传统凿岩爆破采矿方法。项目从高应力硬岩的受力特征入手，室内实验、理论分析、数值仿真、现场试验相结合，细观到宏观，在深入揭示动静组合加载下岩石力学行为和岩体结构动力特征的基础上，准确把握动力扰动下高应力硬岩的破裂机理和能量释放规律，提出利用机械或相关扰动技术实现高应力硬岩原始储能激发释放和可控利用的原理和途径，探索高应力硬岩矿床合理的破岩方式、开采技术与原创模式，继而形成高应力硬岩矿床的非爆连续开采理论与技术体系。

项目针对深部硬岩矿床的传统爆破法容易诱发岩爆这一问题，提出非爆连续开采的理念，综合运用室内实验、理论分析、数值仿真、现场试验等多种手段和工具进行研究。首先，从高应力硬岩的受力特征入手，提出岩石动静组合加载理论，获得一维和多维动静组合加载下岩石的强度和变形规律，揭示动力扰动下高应力硬岩的行为特性与破裂机理；接着，为再现深部工程岩石的开挖响应，开展围压卸载下高应力岩石的动态破坏研究，在室内实验的基础上，用理论和数值方法揭示不同卸载速度和路径下岩石的破坏机理；然后，针对动态和静态条件下岩石破坏模式的不同，实验发现了高应力硬岩的板裂破坏现象，并用于揭示应变型岩爆的发生机理；进而，利用大型数值软件，对富含地质缺陷的高应力岩体的开挖失稳进行仿真分析，揭示了不同节理条件和埋深状况下硬岩的冒落机理；同时，项目开展深部高应力岩体开挖破裂的微震监测研究，提出了无需声波波速的新型微震定位方法，在现场监测基础上揭示矿山岩爆及地震机理，完善岩爆预测的刚度方法；另一方面，进行高应力硬岩非爆开采的开挖机械和开挖工艺研究，通过机具与岩石作用分析，发现冲击和静压联合破岩效率更好，并由此获得适合不同岩性岩石的最佳破岩载荷；最后，通过人工诱导技术，实现高应力硬岩岩体的机械化开挖，松动圈和掘进效果结果初步表明高应力硬岩非爆连续开采技术的可行性，研究为深部金属矿安全高效开采提供了坚实的理论支撑。.对照原计划任务书，项目无论在科学内容还是预期成果指标上，都圆满完成，期间发表标注本基金号论文80篇，SCI收录30篇、EI收录50篇，获得授权国家发明专利9项，获得国家科技进步奖1项，省部级奖励5项，依托项目毕业博士研究生11人，硕士研究生17人。