“深部岩体力学与开采理论”研究构想与预期成果展望

国内外深部资源开采发展的现状表明,随着地球浅部矿物资源逐渐枯竭,深部矿产资源开采已然趋于常态。然而,由于深部岩体典型的"三高"赋存环境的本真属性及资源开采"强扰动""强时效"的附加属性,导致深部高能级、大体量的工程灾害频发,机理不清,难以预测和有效控制,传统岩石力学和开采理论在深部适用性方面存在争议。其根本原因在于,现有岩石力学理论都建立在基于静态研究视角的材料力学的基础上,已滞后于人类岩土工程实践活动,与深度不相关、与工程活动不相关、与深部原位环境不相关,亟需发展考虑深部原位状态和开采扰动的深部岩体力学新理论、新方法,破解深部资源开采的理论与技术难题。"深部岩体力学与开采理论"项目以提升中国深部资源获取能力为导向,针对中国深部矿产资源开采将全面进入1 000～2 000 m阶段这一基本现状,凝练了四大关键科学问题:1)深部岩体原位力学行为与地应力环境;2)深部岩体应力场-能量场分析、模拟与可视化;3)深部强扰动和强时效下的多相并存多场耦合理论;4)深部资源低生态损害协同高效开采理论与技术。结合关键科学问题的内涵,提出五大重点研究内容: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。最后,将五大重点研究内容细分为九大前沿研究方向:1)深部岩体原位力学行为研究;2)深部围岩长期稳定性分析与控制;3)深部地应力环境与灾害动力学;4)深部强扰动和强时效下多场多相渗流理论;5)深部采动应力场-能量场分析、模拟与可视化;6)深部高应力诱导与能量调控理论;7)深部采动岩层变形监测预警与控制;8)深部煤矿安全绿色开采理论与技术;9)深部金属矿协同开采理论与技术。基于以上内容,初步构建了深部岩体力学与开采理论研究体系,以期为未来中国深部矿产资源开发提供理论基础与技术支撑。