深部金属矿开采关键理论技术进展与展望

引言

随着全球经济的持续发展和工业化进程的加速，对矿产资源的需求日益增长，地表及浅部易开采的金属矿产资源日益枯竭，使得向地球深部进军成为必然趋势，深部金属矿开采因此变得日益重要且紧迫。我国及全球范围内，深部金属矿资源储量巨大，但深部开采环境极为复杂恶劣，普遍面临着高地应力、高地温、高渗透压以及岩爆、瓦斯突出、突水突泥等强动力灾害的严峻挑战。

一、深部金属矿开采关键理论进展

（一）深部岩体力学与地质力学理论

深部金属矿开采关键理论进展首先体现在深部岩体力学与地质力学理论的深化上。研究聚焦于揭示高地应力、高岩温、高渗透压等复杂环境下的岩石力学特性，包括其强度弱化、变形加剧、流变显著及损伤演化规律。对深部地应力场、地温场、渗流场的分布特征及其耦合作用机理进行了深入探索，为准确评估岩体稳定性提供了理论基础。同时，精细表征深部岩体结构（如节理裂隙网络）及其对工程稳定性的影响，以及揭示深部开采诱发动力灾害（如岩爆、冲击地压）的孕育发生机理，成为该领域理论研究的核心内容，旨在为深部工程设计与灾害预测提供科学支撑。

（二）深部开采灾害防控理论

深部开采灾害防控理论是保障深部矿山安全的关键理论进展。该理论体系致力于研究高地应力、高岩温、高渗透压等极端地质力学环境下，各类灾害的发生机理、演化过程及防控策略。重点包括深部采场地压的形成机制与控制理论，旨在优化支护设计与采场布局；深部热害的传递规律与控制方法，以改善作业环境；深部水害的预测预报与防治技术，保障矿井安全；以及深部开采引起的岩层移动与地表沉陷控制理论，减轻对地表环境的影响。这些理论研究的突破，为构建深部矿山灾害综合防控体系奠定了科学基础。

（三）深部资源高效开采与回收理论

深部资源高效开采与回收理论是提升深部矿产资源开发利用水平的重要理论支撑。该领域理论进展主要体现在对深部矿石破碎、运搬机理的深入理解，旨在优化开采工艺流程，提高效率。同时，针对深部广泛存在的低品位、复杂难选冶矿石，研究开发了新的高效回收理论与方法，以最大限度地挖掘资源潜力。此外，深部资源综合利用理论与环境保护理论也取得进展，探索如何在深部开采过程中实现资源、能源的高效利用，并减少对生态环境的负面影响，推动深部矿业向绿色、可持续方向发展。

二、深部金属矿开采关键技术进展

（一）深部安全高效采矿方法与技术

深部金属矿开采关键技术进展在采矿方法与装备方面表现突出。针对深部高地应力、强动力灾害风险等挑战，研发与应用了多种安全高效的采矿方法，如深孔分段空场嗣后充填采矿法、机械化盘区下向分层充填采矿法等，有效控制地压，保障作业安全。同时，大力推广大型化、自动化、智能化采掘装备，如无轨胶轮车、自动化钻孔设备、铲运机等，显著提高了采掘效率。此外，智能化开采技术，如基于数字孪生的智能调度、无人驾驶运输等，正逐步应用于深部矿山，推动开采方式向智能化、无人化迈进。

（二）深部灾害预警与智能防控技术

深部金属矿开采关键技术进展在灾害预警与防控领域取得了显著成效。通过集成先进的传感技术、物联网技术和大数据分析，构建了多参数、全方位的深部矿山安全监测预警系统，能够实时监测地压、应力、变形、微震、水文、气体等关键指标，实现对岩爆、冲击地压、突水、瓦斯突出等灾害的超前预警。同时，智能防控技术得到发展，如基于智能算法的自动化支护系统、远程控制的注浆堵水系统、以及针对热害的智能通风降温系统等，提升了灾害应对的及时性和有效性，显著增强了深部矿山的安全保障能力。

（三）深部资源高效利用与环境保护技术深部金属矿开采关键技术进展也体现在资源高效利用与环境护方面。针对深部低品位、难选冶矿石，发展了高效选矿技术，如细粒、微细粒矿物的分选技术、复杂共伴生矿的综合回收技术等，提高了资源回收率。同时，充填采矿技术得到广泛应用和优化，利用尾矿、废石等作为充填料，不仅有效控制地压和地表沉降，还实现了固体废弃物的资源化利用。在环境保护方面，研发了深部矿井水处理与资源化利用技术、通风系统优化与热害控制技术、以及矿山生态修复技术等，旨在减少深部开采对环境的影响，推动绿色矿山建设。

三、深部金属矿开采未来展望

（一）深部开采理论研究的深化方向

未来深部金属矿开采理论研究的深化，将更加聚焦于多场耦合作用下的深部岩体力学行为与灾害演化机制，特别是高应力、高温、高湿、强渗流等极端环境下的非线性响应规律。需要加强深部岩体结构精细表征与多尺度模拟方法研究，发展考虑时间效应的流固热力耦合理论。同时，需突破深部资源赋存规律与高效回收机理、深部开采环境效应与调控机制等关键理论瓶颈，为深部资源安全、高效、绿色开发提供更坚实的科学基础和理论指导。

（二）深部开采技术的创新发展方向

深部金属矿开采技术的创新发展将朝着智能化、无人化、精准化、绿色化方向迈进。重点突破超深井钻探与建井技术、极端环境长距离管道输送技术、深部资源原位开采技术等前沿领域。大力发展基于人工智能、大数据、物联网的智能感知、智能决策与智能控制技术，实现开采过程的全面自动化和无人化作业。同时，研发新型高效低耗的采矿装备和灾害防控装备，探索深部矿产资源的高效综合利用与生态环境保护新途径，提升深部开采的技术水平和核心竞争力。

（三）深部绿色、安全、高效开采技术体系的构建与示范

未来需系统性地构建深部金属矿绿色、安全、高效开采技术体系。这要求将先进的深部岩体控制理论、灾害预警防控技术、高效采矿方法、智能装备以及资源综合利用与环境保护技术进行有机集成与优化组合。通过建设一批深部开采技术示范工程，验证和完善技术体系的可行性与优越性，形成可复制、可推广的技术模式与标准规范。目标是实现深部矿山开采过程中，安全风险可控、资源回收率最大化、能源消耗和环境影响最小化，推动深部矿业可持续发展。

（四）加强产学研用深度融合，推动深部金属矿开采技术跨越式发展

实现深部金属矿开采技术的跨越式发展，必须加强产学研用深度融合。需要建立以企业为主体、市场为导向、产学研用紧密结合的技术创新体系。高校和科研院所应聚焦基础理论研究和关键技术攻关，企业提供应用场景和工程实践平台，用户单位参与需求定义和效果评估。通过共建研发平台、联合攻关项目、共享数据资源、培养复合型人才等多种方式，加速科技成果转化应用，打破技术瓶颈，共同推动我国深部金属矿开采技术整体水平实现跨越式提升，保障国家矿产资源安全。

结论

深部金属矿开采的关键理论技术已取得显著进展，特别是在深部岩体力学与地质力学理论、灾害防控理论、资源高效开采与回收理论等方面深化了对复杂地质环境下的矿床赋存、岩体响应及开采行为的认知。同时，深部安全高效采矿方法与技术、灾害预警与智能防控技术、资源高效利用与环境保护技术等关键技术的研发与应用，为应对高地应力、高岩温、强动力灾害等挑战提供了有力支撑。

参考文献：

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