今天是:

一、研究背景

随着浅部资源的开采殆尽,千米级深部资源开采已成为常态,未来我国矿产资源开发将逐步进入1000-2000m的深度。进入该深度后,岩体材料的非线性行为更加凸显,岩体原位应力状态与地应力环境作用更加凸显,不同工程活动方式诱发的高应力和高量级的灾害更加凸显,迫切需要发展适用于深部实际环境和不同工程活动方式的深部岩石力学新原理、新理论,以及深部开采新理论、新技术,实现深部岩体原位力学行为的研究与采动特征的准确认知,通过2000m以浅的深部岩体力学与开采理论体系的构建,促进我国深部资源开发理论与技术水平的提升。

二、研究目标

实现深部地应力环境与岩体原位力学行为的研究,揭示深部与浅部岩体力学行为的本质差异,建立深部岩体能量调控与工程灾害预警理论,形成安全高效低生态损害的协同开采新理论与新技术,构建国际领先的深部岩体力学研究平台,开创深部岩石力学新的理论体系,全面提升深部资源获取能力。

三、研究内容(包括拟解决的重大科学问题或关键技术问题)

1. 拟解决的重大科学问题

(1) 深部岩体原位力学行为与地应力环境。系统探索深部真实环境下的岩石原位取芯测试分析方法与标准,揭示深部与浅部岩体力学行为本质差异,构建深部原位应力状态和地应力环境下的岩体力学新原理、新理论、新技术;

(2) 深部岩体应力场-能量场分析、模拟与可视化。分析模拟深部岩体采动过程中应力场和能量场,提出定量的可视化分析方法,真实再现深部岩体的力学行为与能量积聚和演化过程,建立深部岩体能量调控理论与动力灾害预警体系;

(3) 深部强扰动和强时效下的多相并存多场耦合理论。研究开采深度的增加导致采动岩体弹性与塑性状态的转换及非连续破裂机制,探索强扰动和强流变共同作用下多相多场耦合作用过程,建立深部资源开采的多相多场耦合理论;

(4) 深部资源低生态损害协同高效开采理论与技术。系统探索深部开采围岩破坏规律,开发自适应围岩支护和顶板控制技术,提出深部低生态损害的卸压与充填协同开采新模式。

2. 研究内容

(1) 深部岩体原位力学行为和地应力环境;

(2) 深部采动岩体力学及多场多相渗流理论;

(3) 深部采动应力场-能量场演化规律;

(4) 深部岩体变形监测、安全预警与稳定控制;

(5) 深部矿产资源生态化协同高效开采理论与技术。

四、技术路线

以提升我国深部资源获取能力为导向,针对目前浅部岩石力学理论没有考虑深部真实应力环境和工程扰动状态,系统深入探索深部岩体原位力学行为和地应力环境以及工程扰动效应。实施深部原位条件下细观到宏观、二维到三维、理论建模-实验研究-现场监测结合的研究方案,建立深部岩体力学和深部资源开采新理论、新方法、新技术,全面提升我国深部资源的获取能力。

五、研究基础和团队

本项目汇聚了四川大学、中国矿业大学、北京科技大学等8 家大学,中国科学院武汉岩土力学研究所等5 家研究院所,神华、金川、雅砻江等7 家企业在内的优秀人才,组成跨行业、跨部门、跨学科的产学研联合攻关团队,拥有“煤炭资源与安全开采”等国家重点实验室7个,以及“国家金属矿安全科学技术研究中心”等国家工程中心13个。项目组拥有谢和平院士、蔡美峰院士、顾大钊院士,以及长江学者、杰青、国家百千万等高层次人才。项目组成员承担了国家973、863、国家科技支撑计划、国家国际科技合作专项、国家重大科学仪器设备开发专项等国家级项目20 余项,获得了国家自然科学奖、国家发明奖、国家科技进步奖在内的国家级科技奖励20 余项。汇聚了我国优秀人才和一流研究机构以及相关工程单位,拥有世界一流的深部岩体力学与开采理论研究条件。

六、预期成果和效益

建立深部岩石力学与开采理论体系,促进岩体力学与开采理论研究成果的推广应用,实现深部资源开采基础研究-共性技术-应用示范的有机融合,建成1-3 个深部资源开采集成示范研究基地,打造深部岩体力学与开采理论研究的一流团队。

 

主办:国家重点研发计划项目管理办公室
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