大型采空区灾害存在突发性与破坏范围大等特点，如何对采空区灾害进行有效的预防和控制是采空区隐患治理的重要工作。以某矿山为背景，利用井下无人机三维激光扫描系统对采空区进行精细探测，并利用Geomagic对模型进行优化，然后利用FLAC3D进行采空区稳定性分析，确定了大型复杂采空区的隐患区域；将圈定的隐患区域与现场采空区实际冒落情况进行对比，验证了采空区空间结构演化结果与数值分析结果相吻合，证实了该数值分析方法的可靠性。最后基于采空区三维激光扫描结果，再次对采空区进行数值分析，重新圈定采空区的隐患区域。研究结果为矿山采空区安全隐患识别和治理措施的制定提供了科学依据。
采空区已成为影响矿山安全生产的重大隐患。为了准确分析复杂采空区群的稳定性，加强矿山对采空区群的安全管控，基于某矿山采空区群精细探测数据，采用Geomagic、Midas GTS与FLAC3D的耦合建模以及数值模拟分析方法，对复杂采空区群进行稳定性分析；同时，以采空区类型、岩石抗压强度和暴露面积等16项指标建立了复杂采空区群的安全分级评价体系，开展了复杂采空区群安全分级评价。结果表明：大矿体采空区上盘及东南方向顶板存在垮落隐患；五盘区采空区西北方向顶板“跳板状”围岩在残矿回采过程中将发生大幅形变；主采区各采空区相隔的间柱存在较大的应力集中现象。结合采空区安全分级评价结果，提出了各采空区的处理措施建议。研究结果为同类矿山的采空区稳定性分析和安全分级评价提供了借鉴。
在矿山开采过程中，破碎带、软弱夹层等地质构造以及隐患空区的存在严重影响矿山的生产安全。开采前对工作面前方的地质条件进行超前预报，并及时采取有效的应对措施，对于矿山安全、经济且高效开采具有重要意义。为了探明某金铜矿深部矿房塌陷后涉及多中段的复杂空区位置和形状，在现场勘查的基础上，采用TRT6000系统分多中段多测点对需探测区域进行了不同方位的探测，结合钻探结果对预报结果进行详细分析与验证，并建立了反映空区形态的三维模型。结果显示TRT6000系统预报结果与钻探结果基本吻合，表明应用TRT在矿山井下开展超前预报具有可行性。建立的三维模型更加直观地揭示了空区及破碎带等问题区域可能出露的位置，为TRT结果解译的可视化提供了参考。
巷道围岩中发育的结构面对巷道稳定性有很大的影响，开展地下巷道的工程地质调查，精确获取地下巷道围岩结构面信息是巷道稳定性分析的关键。以云南大红山铁矿775 m 中段运输巷道为研究对象，采用三维激光扫描仪获取围岩结构面点云数据，并利用点云数据处理软件进行误差处理、坐标校正、结构面数据提取、点云拼接和过滤抽稀等内业数据处理工作，基于处理结果开展了统计分析；利用离散元软件3DEC建立了离散结构网络模型与地下巷道合成岩体模型，并对该巷道在自重及爆破振动作用下的失稳概率进行了数值模拟。结果表明：三维激光扫描技术可较好地获取巷道围岩的结构面信息，结合离散块体单元计算软件对巷道岩石块体的稳定性进行进一步分析，所分析区域的围岩自稳能力较好，但在爆破振动影响下失稳概率大幅增加，研究结果可为巷道的支护设计提供理论指导。
胶东半岛三山岛金矿带矿体形态、规模及产出空间与断裂关系紧密。基于三山岛金矿带地质模型，利用FLAC3D数值模拟软件，开展力—热—流耦合的数值模拟分析，探讨断裂构造几何特征对矿体就位的控制作用。模拟结果表明：在走向上，三山岛断裂拐弯处容易积累更大的剪切应变和正体积应变（张性），形成扩容空间，使断裂拐弯处形成局部的厚大金矿体；在倾向上，断裂带由陡倾向缓倾转换的部位及倾角平缓部位形成扩容空间，而陡倾部位挤压效果明显，形成压缩区，这种不同坡度部位的差异性应变分布控制了矿体沿倾向间断分布的特征。根据新立地区与三山岛、西岭地区的模拟流体方向差异推测，新立地区SE向深部、三山岛和西岭地区NE向深部具有较大成矿潜力。
为进一步验证烃汞叠加晕法在深部找矿预测中是否具有普适性，在雪峰弧形带北东段万古金矿区及其外围开展烃汞叠加晕深部找矿试验。通过分析已知矿区不同地质体、不同标高烃汞组分演化规律和矿体上部土壤烃汞综合异常结构、叠加特点及空间对应关系，指导万古金矿区外围江东矿段的深部找矿工作。研究表明：（1）万古矿区及其外围江东矿段土壤地球化学场同样存在同生叠加场和深源叠加场，同生叠加异常由于成矿物质来源于地层，Au与烃类组分相关性较差，烃汞异常呈分散状态，异常强度相对较低。（2）深源叠加异常是由于成矿物质来源于深源流体（岩浆或幔源）带来成矿物质的叠加，Au与烃汞相关性较好，烃汞异常中心突出，异常强度较强，烃类异常模式以多峰模式和对偶双峰异常模式为主。（3）烃类异常呈多峰模式出现，说明深部存在多条平行盲脉，而对偶双峰异常模式只出现头部异常峰，尾部异常峰尚未出现，说明矿体往深部延伸良好，深部找矿潜力较好。经工程验证，在江东矿段红层覆盖区取得了良好的预测效果，证实该方法具有较好的普适性。
在“碳达峰”、“碳中和”的目标背景下，绿色低碳、清洁高效成为资源开采的新要求，也对科学开采这一复杂系统问题的研究提出了新的方向。阐述了矿产资源开采理念的发展演化，综述了近年来国内外在科学开采方面的研究现状，构建了安全、高效、绿色、低碳、经济、科学管理“六位一体”的科学开采体系，丰富了科学开采的内涵和框架。从复杂科学问题的判断标准、科学开采体系的特征两方面进行推断，得出科学开采属于复杂问题，承载科学开采复杂问题的系统是复杂系统。以复杂科学的思路研究科学开采的复杂性，构建科学开采复杂系统模型，从顶层设计、中层连接和底层基础3个层次思考了实现科学开采的新途径，为实现矿产资源的科学开采提供了新的发展方向。
目前岩爆预测的真实训练数据量小、数据存在缺失，为了更加准确地预测岩爆等级，提出了一种基于链式随机森林多重插补（MICE_RF）算法的组合赋权—极限随机树（ET）预测模型。首先，在选取岩爆灾害主要评判指标的基础上，采用MICE_RF算法插补缺失数据；然后，由改进层次分析法（IAHP）和基于指标相关性的权重确定方法（CRITIC）确定指标主、客观权重，并引入权向量距离概念对指标组合赋权；最后，将插补和赋权后数据集采用ET算法，构建岩爆等级预测模型。利用国内外工程实例数据进行20次随机抽样试验，并与其他模型进行对比分析。结果表明：MICE_RF插补后可显著提高岩爆模型预测效果；改进AHP-CRITIC法较改进前更具优势，该模型平均预测准确率为93.10%，各比较指标结果均优于对比模型，预测结果更稳定。
岩爆是地下工程开挖面临的关键问题之一，为了准确预测深埋隧洞中岩爆烈度倾向等级，提出了正态隶属度—属性区间识别模型的岩爆预测方法。针对岩爆倾向等级属于典型的多属性有序分割类问题，构建了属性区间识别模型，并将岩爆倾向等级划分为4个等级进行预测。根据岩爆发生的成因和机理，选取应力系数、脆性系数、弹性应变指数和岩石完整性系数作为预测指标，考虑各指标之间、指标与标准等级之间的交互关系，采用正态隶属度函数和Jousselme距离计算评价指标权重。结合13个深埋隧洞工程对该预测模型进行准确性测试，并以双江口水电站SPD9厂房为例进行工程实例验证，该模型预测结果与实际相吻合，证明该模型用于具体工程实践中是可行且有效的，研究结果可为类似深埋隧洞岩爆倾向等级预测提供新的思路。
为探究双孔爆破时炮孔间距和额外自由面对爆破过程中爆破损伤的影响，基于RHT（Riedel-Hiermaier-Thoma）损伤本构建立了多组三维数值模型，利用模型损伤云图研究不同爆破条件下的岩石爆破过程，通过自定义变量—有效损伤率的变化探究炮孔周围岩石损伤的时空演化过程。结果表明：随着炮孔间距的增加，岩石有效损伤率逐渐递减，相同截面处的有效损伤率在炮孔间距最小的方案中最大，相邻炮孔间的爆破能量叠加作用随炮孔间距的增大而减弱，合适的炮孔间距可以获得更加理想的爆破效果；岩石有效损伤率随着自由面到炮孔中心处距离的增大而逐渐减小，爆破能量倾向于向自由面方向传播，额外自由面对爆破能量分布的影响随自由面与炮孔间距的增大而减弱。数值模拟结果对研究双孔爆破能量的传递法则具有一定的借鉴意义。
声发射定位对含空区等复杂结构的连续动态安全监测具有重要意义。针对直线路径定位方法不适用于复杂结构，而常规Dijkstra搜索算法常出现局部最优路径等问题，提出了一种联合改进作用距离和Dijkstra算法的声发射定位方法，实现复杂结构下声发射的高精度定位。理论测试显示：基于改进作用距离的Dijkstra算法得到的P波传播路径长度小于等于常规作用距离的Dijkstra算法，即P波走时更为准确。理论测试和断铅试验定位测试表明：本文提出的定位方法在复杂结构声发射定位时的整体误差在0.50 cm范围之内，断铅事件平均定位误差由常规作用距离Dijkstra算法的0.95 cm下降至本文的0.54 cm。改进的声发射定位方法在复杂结构声发射定位方面具有很好的应用前景。
为了解决某金矿深部巷道存在的围岩灾变损伤严重、支护结构濒临失效的问题，开展了有关深部巷道开挖卸荷和采动影响耦合作用下的开挖损伤研究，并针对性地提出围岩变形控制方案。运用FLAC3D软件从应力集中—迁移演化、位移场和塑性区分布3个方面对该支护方案的支护效果进行深入探讨，并结合现场工程试验监测所获得的实时原位数据进行分析对比。研究结果表明：深部破碎化巷道在开挖扰动下塑性区扩展趋势明显，两帮肩部及侧墙底角处应力集中程度较高，底板所受破裂损伤压力最大，高应力向巷道深部迁移，最终巷道开挖影响区停留在半径的2~4倍。同时，验证了针对这种工程环境所施加的喷—锚—网联合支护替代传统的U型钢架、锚杆支护做补强支护这一围岩控制方案能够更好地发挥破碎化围岩的自承载能力，有效抵御巷道的变形破坏，具有良好的支护效果，能够为类似工程环境的矿山深部巷道围岩变形控制和支护设计提供合理化建议。
为揭示地下岩体非线性蠕变力学特性，对中风化泥质粉砂岩开展分级单轴加载蠕变试验。泥质粉砂岩典型蠕变曲线可划分为减速蠕变、稳态蠕变和加速蠕变阶段，使用给定蠕变速率阈值法求得的岩石长期强度为14.3 MPa。为了描述岩石非线性蠕变特性，引入了一个与时间应力水平相关的非线性黏塑性元件，将其与广义Kelvin体和带开关的黏性体串联，得到了改进的非线性黏弹塑性蠕变模型。使用Origin平台的Levenberg-Marquardt非线性最小二乘法反演得到模型的蠕变力学参数，通过将广义Kelvin蠕变模型、伯格斯蠕变模型和改进黏弹塑性蠕变模型与试验曲线进行比较，分析了各自的适用特点。结果表明：本研究提出的改进黏弹塑性蠕变模型可以较好地描述中风化泥质粉砂岩加速蠕变阶段特征，揭示了泥质粉砂岩的非线性蠕变力学特性。
露天矿道路结构复杂，由于行驶轨迹冲突、感知受限等原因，矿卡行驶中易发生碰撞事故，现有基于传感器的感知避障方法易出现急刹急停和减速停车再启动等决策，不仅造成轮胎磨损和燃油浪费，而且会严重影响通行效率。为解决上述问题，结合露天矿通行场景的特殊性以及无人驾驶矿卡可精准执行规划速度的优点，提出了一种基于时间距离约束消解车间冲突和基于自适应梯形速度规划方法规划速度的矿卡全程无冲突协同通行速度规划方法。试验结果表明：该方法在不影响已有矿卡正常通行的前提下消解车间冲突，提高目标矿卡行驶速度的平稳性，相对于传统“停—走”式策略通行算法总通行时长减少了21%。
黔西南地区是我国卡林型金矿主要产区之一，已有几十年的开采历史，随着金矿的开采，产生了大量的尾矿资源。为了解黔西南金矿尾矿（渣）资源现状，运用地质块段法、矿物学和地球化学等方法对贞丰—晴隆—安龙地区5个典型金矿尾矿（渣）中金含量、赋存状态及周围环境进行了调查。结果表明：卡林型尾矿（渣）中金以包裹金状态赋存在黄铁矿中，红土型尾矿中金以游离态赋存在铁钛氧化物中。水银洞和烂泥沟金矿尾矿中的金品位超过工业品位，具有二次提金的潜力。同时，对紫马和老万场2个尾矿库周边的土壤、植物和水质进行采样测试，发现样品中的Cd、Hg和As严重超标，对环境有一定的危害。因此，对于未达到工业品位且对环境有影响的黄金尾矿，建议进行复垦种植、采矿充填或加工成建材，这样不仅实现了尾矿（渣）的减量化处理，而且减少了其对周围环境的危害。
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