瞄准地球深部 以高应力诱变理论引领采矿技术变革

矿产资源是经济社会发展的重要“基石”，其中，战略性矿产资源开发利用关系国计民生和国家安全。目前，地球深部正成为矿产资源开发的主阵地，而深部坚硬岩体高应力、高水压、高地温及开采扰动剧烈等问题突出，开采过程中还面临“岩性表征难、硬岩改性难、机械破岩难”等困境，向地球深部进军成为我们亟需解决的科技问题。

中南大学资源与安全工程学院王少锋教授团队深耕深部硬岩机械采掘领域十余年，提出“深部高应力诱变降危增割”理论体系，推动深部矿产资源开采从传统钻爆向非爆机械连续采掘的革命性跨越，为硬岩矿山安全、高效、绿色、智能开采提供有力保障。

开发深部矿岩特性智能感知方法

如何智能感知与精准表征深部矿岩特性是智能精准采掘的前提，传统测量与表征方法具有取样位置单一、时效性差、原位获取难等不足。王少锋教授团队为此，王少锋教授团队开发矿岩特性“三随”（随钻、随采、随掘）原位监测技术，提出岩体结构面自动识别与智能分级方法，并基于数字图像处理、计算机视觉、深度学习等方法，构建矿岩全信息数字孪生模型及智能分级系统，形成岩体原位监测、原性标定、原场解析一体化智能感知技术体系，促成矿岩特性由“单一信息测量”向“多元信息智能感知”的革新。

探究深部硬岩诱变降危增割机理

深部硬岩矿体坚硬、地应力高、岩爆风险高、可切割性低，这是采矿科研工作者面临的共同难题。通过大量室内试验与现场验证，王少锋教授团队揭示了岩性特征、地应力条件、机械破岩参数等对破岩效能的影响规律，提出基于高应力诱导调控和孔阵脉冲水力压裂协同作用的深部硬岩诱变改性方法，即通过开挖诱导工程，引导高应力释放并致裂矿岩产生松动区，实现深部高应力由“致灾”向“致裂”的属性转变，体现“降危”（降低岩爆风险）和“增割”（提升岩石可切割性）的双重效果。该方法在矿山现场进行了应用试验，硬岩矿体诱变后多截齿旋转切割破岩方法的采矿效率从32.6  t/h提高到107.7 t/h和121.5 t/h，液压高频冲击破岩方法的采矿效率从49.6 t/h提高到158.2  t/h，实现了深部坚硬矿体的非爆机械开采，为深部硬岩矿体传统钻爆法开采提供了可行替代方案，有效提高了战略性矿产资源的开采效率。

 

 

构建深部硬岩机械智能采掘模式

硬岩矿体普遍采用钻爆法采掘，其作业危险性大、效率低、破坏扰动大、智能化困难等问题突出。如何实现深部硬岩矿体的非爆机械采掘是战略性矿产资源安全、高效回采的关键。王少锋教授通过开展矿岩原性感知、硬岩原位改性、破岩原态交互和环境原场监控“四原”协同技术研究，构建深部硬岩非爆机械智能采掘方法与技术体系，形成新型采掘模式，实现矿岩特性原位多元感知、硬岩矿体靶向诱变改性、非爆机械连续破岩智能调控以及采掘环境多信息互馈监测，并通过大数据智能化云平台将上述过程协同链接，实现采掘过程感知、评价、决策、执行、调控、反馈的自组织进行，形成聪慧感知、智慧决策和智能控制协同闭环，从而实现深部硬岩机械化、智能化采掘，促进深部硬岩从“钻爆法采掘”到“非爆连续采掘”的技术变革。

 

 

对于工程难题，实践才能出真知，从实验室的理论创新到地下千米的采矿实践，团队成员深悟其道，瞄准深部硬岩矿体开采开展科技创新，推动成果转化，助力国家矿业可持续发展。（杨建）

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