图书 | 蔡美峰等：面向2035的金属矿深部多场耦合智能开采发展战略

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1概论1

1.1研究背景1

1.2研究路线2

1.3研究内容4

1.4研究目标5

2国外金属矿山深部智能开采现状及其发展趋势6

2.1国外金属矿山深部智能开采发展历程6

2.2国外智能化矿山与技术实例8

2.2.1瑞典基律纳铁矿8

2.2.2日出坝金矿11

2.2.3加拿大国际镍公司13

2.2.4智利特尼恩特（EI Teniente）铜矿15

2.2.5澳大利亚奥林匹克坝铜铀矿15

2.2.6Koodaideri矿山16

2.2.7布鲁库图矿17

2.2.8罗伊山矿-Maptek智能矿山18

2.2.9马里夏玛金矿18

2.3国外深部矿山智能开采展望19

2.3.1开采智能探测19

2.3.2开采智能导航20

2.3.3开采智能控制20

2.3.4多传感器融合技术的应用21

2.3.5完善智能化开采软件系统21

2.3.6建立矿山物联网络系统21

参考文献21

3国内金属矿山深部智能开采现状及其发展趋势23

3.1国内矿山深部智能采矿现状23

3.2国内金属矿智能技术与矿山案例27

3.2.1深部矿山智能感知系统27

3.2.2深部矿山智能控制系统28

3.2.3国内金属矿智能矿山案例29

3.3存在问题与发展趋势45

3.3.1存在问题45

3.3.2发展趋势47

参考文献48

4深部复杂多场环境对深部开采的挑战51

4.1深部应力场对深部开采的影响51

4.1.1高应力对围岩力学特性的影响51

4.1.2高应力对围岩流变特性的影响52

4.2深部温度场对深部采矿的影响54

4.3深部渗流场对深部采矿的影响57

4.4多场耦合研究现状58

4.4.1热力耦合研究现状58

4.4.2流固耦合研究现状59

4.4.3渗流场与温度场耦合研究现状61

4.4.4多场耦合研究现状62

4.5深部复杂多场环境对深部开采影响研究趋势63

4.5.1深部强扰动和强时效下的多相并存多场耦合理论研究63

4.5.2深部岩体应力场-能量场分析、模拟与可视化研究64

4.5.3深部围岩复杂赋存环境与工程扰动条件下长时流变性研究65

参考文献66

5深部地质与环境探测技术和装备现状及其发展趋势70

5.1深部地质探测技术与装备现状70

5.1.1重力勘探方法71

5.1.2磁力勘探法72

5.1.3电法勘探73

5.1.4地震勘探法77

5.1.5高精度CT探测技术79

5.1.64D-GIS透明地质技术79

5.1.7三维激光扫描技术79

5.1.8放射性勘探80

5.1.9无人机测绘80

5.2深部水文地质探测技术与装备84

5.2.1采区布置前探测技术84

5.2.2井下超前探测技术85

5.2.3工作面回采条件探测技术85

5.2.4工作面回采过程监测技术85

5.3深部应力与温度环境探测技术与装备86

5.3.1地应力测量与技术86

5.3.2深部高温环境探测技术与装备88

5.4深部地质与环境探测技术发展趋势90

5.4.1深部岩体原位力学行为与测量技术研究90

5.4.2深部开采扰动能量在岩体中聚集和演化的动力学过程与规律91

5.4.3深部硬岩高应力与爆破耦合精细破岩理论91

5.4.4矿井全空间地球物理场协同观测及耦合分析92

5.5针对灾害源的矿井地球物理精细探查技术体系构建92

5.5.1针对灾害源的矿井地震精细探查技术92

5.5.2针对灾害源的矿井直流电法精细探查技术92

5.5.3针对灾害源的矿井瞬变电磁精细探查技术92

5.6基于巷道掘进、钻探工艺的矿井物探新方法研究93

参考文献93

6矿山地质灾害智能识别与 控制技术96

6.1冒 片帮的识别与监控97

6.1.1冒 片帮监测97

6.1.2冒 片帮控制技术98

6.2突水智能识别与监控99

6.2.1金属矿突水智能识别技术99

6.2.2矿山突水控制技术101

6.3井下热害识别与防治102

6.3.1矿井热害识别103

6.3.2矿井热害防治105

6.4岩爆的识别与防控技术107

6.4.1岩爆识别方法108

6.4.2井巷岩爆控制技术109

6.4.3采场岩爆防治技术111

6.5矿震的识别与防控112

6.6灾害智能识别与 控制趋势114

6.6.1矿山动力灾害115

6.6.2突水116

6.6.3热害117

参考文献118

7深部高效连续开采方法和工艺技术122

7.1深部矿产资源开发模式122

7.2矿产资源开采方法124

7.2.1采矿方法124

7.2.2机械破岩方式与机理134

7.2.3运输提升140

7.2.4膏体充填技术142

7.2.5地下采选联合布置模式144

7.3深部高效连续开采问题与发展趋势146

参考文献148

8深部金属矿山采掘技术与装备151

8.1采掘技术发展现状151

8.1.1自动化技术151

8.1.2遥控技术152

8.1.3虚拟现实技术153

8.1.4机器人技术153

8.1.5智能计算技术153

8.1.6大数据技术155

8.1.75G技术156

8.2采矿装备发展历史与现状157

8.2.1国外矿山采矿设备发展历史157

8.2.2国外矿山采矿设备发展现状159

8.2.3国内矿山采矿设备发展现状160

8.2.4国内矿山采矿设备存在的问题162

8.3深部采掘技术与装备发展趋势164

8.3.1深部矿山采掘数字化164

8.3.2深部矿山采掘智能化165

8.3.3深部矿山采掘生态化165

8.3.4深部开采装备智能化165

8.3.5深部开采装备生态化166

参考文献166

9金属矿深部多场耦合智能开采现状及其发展战略168

9.1国内外金属矿深部多场耦合智能开采现状168

9.1.1地下矿山日趋智能化168

9.1.2溶浸技术应用日益广泛168

9.1.3深部开采技术不断提升168

9.1.4减少废石提升170

9.1.5发展大洋多金属核采矿170

9.2我国金属矿深部多场耦合智能开采主要技术难题170

9.3金属矿深部多场耦合智能开采发展战略和策略建议173

9.3.1深井采矿模式与采矿系统的智能化173

9.3.2研发智能化装备，实现机械结构健康自检测及健康自诊断173

9.3.3引入AI技术提高矿山生产效率174

9.3.4开发低品位矿床无废开采回收技术175

9.3.5建立矿山多系统融合联动控制系统175

9.3.6海底矿产资源开采遥控及无人 纵176

参考文献177

10金属矿深部多场耦合智能开采全球技术发展态势178

10.1全球政策与行动计划概况178

10.2基于文献分析的研发态势178

10.2.1全球研发态势分析178

10.2.2部分国家研发态势分析179

10.2.3学科分析180

10.2.4词云分析181

10.3基于专利分析的研发态势181

10.3.1全球研发态势分析181

10.3.2部分国家研发态势182

10.3.3词云分析183

11金属矿深部多场耦合智能开采关键前沿技术184

11.1深部资源开采基础理论185

11.1.1深部非传统开采方法185

11.1.2深部膏体连续充填采矿理论185

11.1.3深部采选一体化185

11.1.4深部矿产与地热资源共采理论186

11.2深部岩体多场耦合机制186

11.2.1深部岩体原位力学行为与地应力环境186

11.2.2多场耦合条件下采动岩体损伤力学理论186

11.2.3多场耦合条件下采动岩体裂隙场时空演化规律186

11.2.4多场耦合条件下采动岩体多场多相渗流理论186

11.3深部开采环境智能感知187

11.3.1地应力智能测量技术187

11.3.2岩体结构智能识别技术187

11.3.3微震监测与灾害预警187

11.3.4智能空间探测187

11.3.5深部金属矿人-机系统智能感知技术187

11.4深部开采过程智能作业188

11.4.1全断面掘进成井装备智能化控制技术188

11.4.2岩体智能匹配支护技术与装备188

11.4.3智能化连续采矿技术与装备188

11.4.4采掘装备的无人化智能作业技术188

11.4.5充填系统智能化控制技术188

11.4.6井巷微气候智能调控技术189

11.4.7高效智能提升技术及装备189

11.5深部开采系统智能管控189

11.5.1作业面柔性数据通信技术189

11.5.2深井开采全生命周期智能规划技术189

11.5.3开采作业全过程智能调度技术189

11.5.4开采过程管控一体化平台189

11.5.5深部开采云计算大数据分析190

12技术发展路线图191

12.1发展目标与需求191

12.2重点任务191

12.2.1基础研究方向191

12.2.2关键技术装备193

12.3技术路线图的绘制194

13战略支撑与保障196

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