“双碳”目标推动新能源产业爆发式增长，铜、镍、钴等关键金属需求激增，而深海矿产作为陆基资源的战略补充，其开发成为保障供应链安全的核心路径。针对我国关键金属资源对外依存度高、供应链风险突出的现状，系统研究深海矿产资源开发的全产业链战略布局。基于国际海底多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物、深海稀土等资源的巨大潜力，结合我国已获得的5块国际海底矿区专属勘探权和优先开采权“先手棋”战略优势，通过竞争力分析指出：我国虽在勘探矿区规模和载人深潜装备上具备优势，但仍面临采矿装备核心部件依赖进口、环保标准话语权不足等瓶颈。研究提出以“顶层战略布局—绿色技术创新—产业链协同—国际规则引领”为主轴的解决方案，包括建立举国攻关机制突破低扰动采矿技术、构建“远洋采矿—沿海初加工—内陆精炼”分布式产业链、主导制定深海绿色采矿国际标准等路径，并提出分阶段目标：2030年完成矿区全系统海试，2040年实现年产2 000万t干结核的产业规模。该框架通过整合技术突破与规则博弈，为我国构建自主可控的深海资源供应体系提供战略支撑。

为保障资源高效采集的同时，最大限度地降低对环境的影响和提高经济的可行性，并推动深海水力集矿技术可持续发展，构建了一种混合评价体系，用于关键影响因素的识别和方案优选。首先，基于扎根理论，从技术、环境、经济3个维度构建了环境扰动、采集效率、能耗特性、结构可靠性与采集经济性5个一级指标及其对应20个二级指标的综合评价体系；其次，结合Fuzzy-DEMATEL法和CRITIC法分别获取主、客观权重并进行综合赋权；最后，基于PFHWD-TOPSIS的毕达哥拉斯模糊多属性决策方法对备选方案进行排序，实现科学优选。结果表明：所构建的混合评价体系能够有效支持因素分析和方案决策，其中环境扰动与经济稳定性是深海水力集矿方案决策中的关键约束因素；4种深海水力集矿方案中，附壁射流式方案（C₂）综合性能最优，在环境扰动、能耗特性和经济性方面均表现突出。研究结果可以为深海水力集矿方案优选提供理论参考，助力该技术可持续化发展。

深海钻探设备中的液压补偿器在调节内外压强平衡与机器供油速率方面具有重要作用，其工作原理是利用海水压力补偿因深海压力与环境温差所引起的液压油体积变化，从而防止海水倒灌导致设备腐蚀。基于Ansys软件对两种不同形状的补偿器容积进行了容积力学分析。并运用AMEsim对其液压回路进行了仿真模拟。在原有液压回路基础上，增设了减压阀、单向阀和溢流阀等元件，构建了一种适用于主动工作模式的液压回路，并对改进前后的流动速度进行了对比分析。同时研究了深海工况下不同结构参数对内部流场的影响。最后，基于该海洋环境压力与温度，设计了一种新型液压补偿器。研究结果表明：采用多层折叠结构、进出口尺寸为20 mm的补偿器性能最优，其液压系统可在更短时间内提供更大流量，并具备更强的瞬变流量自适应调整能力。

深部地下金属矿山受高地应力与循环爆破动力扰动的长期叠加作用，围岩易出现应力集中、顶板沉降累积与振动响应加剧等问题，威胁采场稳定与生产安全。现有采掘参数设计多依赖工程经验，难以兼顾采场稳定性与生产效率。为此，提出一种采掘参数动静力耦合优化方法，对采场跨度、矿柱宽度、充填高度及炸药单耗等因素进行协同调控，并基于三维数值模型开展动力响应模拟与现场对比验证。结果表明，经参数协同优化后，近场10 m处质点峰值振动速度由31.3 cm/s降至14.5 cm/s，底部结构峰值位移由-0.64 cm缩小至-0.18 cm；爆后24 h中部顶板沉降由9.8 mm降至4.1 mm，顶板塑性区扩展高度由8.6 m缩减至5.1 m。上述结果表明，该参数优化方法能够有效削弱爆破扰动影响，改善围岩受力状态，提升采场结构稳定性，可为深部矿山安全高效开采提供可靠的参数优化思路与技术支撑。

谦比希铜矿东南矿体是中南部非洲典型的深井矿山。随着开采范围不断扩大，该矿井下通风系统面临风路长、阻力大、风量分配不均及局部通风困难等问题，严重影响了矿山生产安全与作业环境。以该矿深水平多风井通风系统为研究对象，基于系统调查与参数测定，合理划分通风分区，从通风网络、通风工程、通风构筑物及通风动力等方面，针对性制定优化方案。南采区将696 m水平作为总回风巷，搭配自动风门与短风井工程保障斜坡道新风供给，通过800~680 m专用回风井联合变频风机，实现900 m水平高效通风；北采区增设通风构筑物封堵980 m水平漏风，并新掘北主斜坡道至1 000 m水平的进风井，解决了深部水平进风难题。利用Ventsim软件搭建了三维仿真模型，其模拟解算结果与实测数据的误差小于10%。工程应用后，900 m水平的分风量增加至102.2 m³/s，东南矿体漏风量降低了57.89%，有效风量率提高了19.51%，深部中段风量明显提升，井下环境得到了显著改善。

在深井高应力和侵蚀性介质的耦合作用下，支护体系极易因应力-电化学耦合腐蚀发生结构失效，严重威胁矿山生产安全。以山东某深井矿山的盐碱腐蚀环境下锚杆腐蚀防护为工程背景，采用现场调研、室内试验和数值模拟相结合的手段，研究了添加Cr₂O₃缓蚀剂后锚杆电化学腐蚀速率的变化规律，对比分析了深井高应力环境下普通锚杆与添加缓蚀剂锚杆的腐蚀演化过程。研究结果表明，随着Cr₂O₃浓度提高，锚杆自腐蚀电位由-1.062 V升至-0.924 V，腐蚀电流密度从7.76×10^-5 A/cm²降至1.47×10^-5 A/cm²，腐蚀速率由0.936 mm/a降至0.181 mm/a，Cr₂O₃缓蚀剂对电化学腐蚀具有显著抑制作用。注浆体抗压强度试验显示，随着Cr₂O₃浓度升高，试样1 d和7 d抗压强度均呈现先升高后降低的趋势。数值模拟结果显示，普通锚杆腐蚀1 500 d后电位差异大、电流密度集中；添加Cr₂O₃的锚杆电位分布均匀，电极腐蚀总厚度由68.7 μm降至0.182 μm，降幅为99.7%，防腐锚杆表面氯、铁、钠离子浓度显著低于普通锚杆，说明Cr₂O₃缓蚀剂在高应力、高腐蚀环境下可实现电化学腐蚀的长效抑制。

为分析超深井金属矿山提升容器运行中外流场压力变化对安全间隙的影响，识别超深井混合提升容器安全间隙设计的关键因素，提出了一种融合“多场耦合动力学-规范条款-工程设计”的闭环分析方法，用于研究超深井混合提升容器在不同工况下安全间隙的关键指标。以贵州大坪磷矿混合井工程为依托，采用标准k-ε双方程湍流模型，对提升容器在运行中外流场压力变化进行数值模拟，深入探究了容器在稳态运行以及相遇瞬态过程中的压力分布特征。同时，综合考虑提升钢丝绳扭转力矩、科里奥利力、稳态空气动力等影响容器摆动的关键因素，系统分析确定了超深井提升容器的设计安全间隙。结果表明，容器运行方向与井筒主风流方向的相对关系是影响通道负压的关键因素，逆向运行工况下气动负压效应更为剧烈，是安全间隙设计的重点工况；提升容器的总横向位移为158.8 mm，计算得到安全间隙为536.4 mm，高于《金属非金属矿山安全规程》的安全间隙（528.9 mm）。研究成果可为超深井井筒的安全设计提供科学、可靠的依据，保障了矿山深部开采中提升系统的稳定与安全运行，并为超深井安全间隙设计中安全裕度的评估标准提供了理论参考。

针对微震定位解空间复杂、非线性强、易陷入局部最优等问题，系统研究了群智能优化算法在微震定位中的应用。通过对比麻雀搜索算法（SSA）、差分进化（DE）算法和粒子群优化（PSO）算法在单P波定位中的性能，发现PSO算法在求解稳定性方面表现最佳。为进一步提高定位精度并增强算法鲁棒性，引入S波构建双波联合定位模型，将反演空间由四维降至三维。试验结果表明，双波联合定位显著优于单P波定位，其中PSO算法在双波联合定位中的平均定位误差最低，展现出良好的适应性。为克服PSO算法早熟收敛、初值敏感等不足，提出了一种融合反向学习与混沌映射的自适应改进粒子群优化（APSO）算法。反向学习用于生成高质量初始种群，混沌映射实现惯性权重的动态调节，以平衡全局探索与局部开发能力。数值试验结果表明，APSO算法在多个典型震源点上的平均定位误差均低于标准PSO算法，平均定位误差降低约62.4%，且表现出更强的稳定性与收敛效率。该方法为深部岩体工程微震高精度定位提供了有效工具，具有良好的工程应用前景。

为实现急倾斜薄矿体近井筒区域的安全回采，以某急倾斜薄金矿为工程背景，结合矿山地质条件初步筛选出适用的采矿方法，并运用层次分析法与模糊决策理论对初选方案进行优选。采用FLAC3D数值模拟，分析了新增可采的近井筒区域回采过程中的井筒稳定性。结果表明：上向进路充填采矿法为井筒保安矿柱新圈定区域的最优回采方案；相较于上行式回采，下行式回采使采场最大不平衡力极值降低15%~20%，有效缓解了矿体的局部应力集中，有助于抑制地压活动和控制竖井位移；优化后的回采顺序通过逐步释放应力，为采场创造了良好的应力环境；充填体发挥了关键支撑作用，二者协同作用显著提升了采场的整体稳定性，并有效抑制了岩体破坏与扩展；竖井现场监测结果表明，采用下行式回采方案后，主竖井的最大压缩变形量为0.049 mm/m，盲竖井的最大拉伸变形量为0.151 mm/m，均满足安全规程要求（2.0 mm/m）。现场工业试验结果表明，上向进路充填采矿法兼具良好的安全性与经济效益，资源回采率提高至95%，实现了安全、效益与资源回收的协同优化。

针对某金矿软弱破碎厚大矿体的赋存特征，推荐采用机械化上向进路充填采矿法。通过正交试验设置了6组采场结构参数，采用FLAC3D数值模拟软件分析采场稳定性。模拟结果表明，采场所受压应力与拉应力主要集中在采场边帮顶底角位置，且均呈对称分布；采场顶底板和上盘围岩位移值均随进路宽度和进路高度增加而增大，但整体位移值均较小。在确保采场安全稳定的前提下，优先选择较大的回采结构参数，以提高采场技术经济指标，确定方案三（进路宽度、进路高度均为5 m）为最优采场布置方案。现场应用结果表明，采用机械化上向进路充填采矿法进行开采，采场生产能力达220 t/d、采切比为24.5 m³/kt，矿石损失率为6.2%、贫化率为8.3%，取得了良好的技术经济效益。

某金矿存在超细全尾砂充填体单轴抗压强度无法满足采场充填要求的问题。为提高充填体强度，以钢纤维、聚丙烯纤维、钢纤维与聚丙烯混合纤维作为充填体强度增强材料进行试验，并系统分析充填体纤维种类和掺量及养护龄期对充填体强度的影响。基于试验数据，提出一种融合了高斯过程回归（GPR）与沙普利可加性解释法（SHAP）的充填体强度预测模型。研究结果表明：钢纤维和聚丙烯纤维均能有效增强充填体强度，相较无纤维空白对照组，纤维掺量为0.3%时，各纤维体系均表现出最佳的强度提升效果，且纤维掺量与强度之间呈现典型的“低掺促进、高掺抑制”非线性关系。此外，所建立的强度预测模型展现出优异的预测性能，强度预测平均误差控制在10%以内；SHAP分析能够精准量化纤维类型、掺量和养护龄期对充填体强度的影响程度大小。研究成果为纤维改性充填体的配比设计提供了量化依据，有利于推动矿山充填工程的智能化发展。

针对分级溢流细尾砂固化与料浆特性研究薄弱、井下充填处理细尾砂推进缓慢的问题，采用小扩散桶测定扩散度以确定膏体充填浓度，应用矿渣基胶凝材料，开展了某铁矿中矿溢流超细尾砂、部分黄金矿山分级溢流细尾砂及多座铁矿全尾砂的固化试验与料浆特性研究。结果表明：使用矿渣基胶固粉可有效解决分级溢流超细尾砂固化与强度需求方面的问题；超细尾砂孔隙率高、堆积密度小，料浆质量浓度可低至50%以下；相同胶固粉用量下，超细尾砂灰砂比较高，但充填体28 d强度损失有限，充填成本增幅不大；料浆质量浓度对固化强度影响显著。在3.5~4.0充填倍线下，超细尾砂充填料浆可实现自流输送，无需泵送。

为有效解决井下采场在采用大直径深孔崩矿法时，普遍存在的后冲破坏严重、垮落大块率高、工作面边帮稳定性差等问题，以安徽某铜矿地下采场3排大直径深孔侧崩爆破为工程背景，开展轴向装药结构优化研究。采用LS-DYNA建立3排炮孔的5种轴向分段装药结构数值模型，通过分析不同区域岩体的损伤分布规律及破坏体积，分别确定出各排炮孔爆破后冲控制最优的装药结构。数值模拟结果表明：轴向装药结构可改变爆炸能量分布，进而调控岩体的损伤分布及破坏范围；综合考虑破岩效果和后冲控制效果，建议3排炮孔分别选用1 m药包1 m空气间隔、0.5 m药包1 m空气间隔、0.5 m药包1.5 m空气间隔的轴向装药结构。现场工业试验结果表明，采用优化装药结构后，爆堆垮落大块数量明显减少，临爆区岩体声波速度降低约8.8%，岩体损伤值基本小于0.19，表明岩体完整性好、损伤破坏小，后冲控制效果显著。

为了在新疆某铜镍矿实现安全高效开采，提出了一种水平侧向中深孔爆破采矿技术。首先采用经验类比法初步确定爆破参数为：炮孔直径65 mm，最小抵抗线1.625~2.275 m，炮孔间距1.300~2.275，孔内连续装药，炸药单耗0.35~0.5 kg/t，微差起爆时间间隔25 ms；炮孔间隔填塞，填塞长度分别为1 m和2 m。然后，采用LS-DYNA有限元分析软件对水平侧向中深孔爆破进行了数值模拟分析。数值模拟结果表明，在最小抵抗线为1.5 m、炮孔间距为1.0~1.5 m时，爆破能有效破岩，同时能保证充填体顶板的稳定性。最后，进行了现场验证试验。结果表明，爆破后的进路采场形状较为规整，预估超欠挖量低于10%，没有大块和粉矿，顶板充填体完整，取得了良好的爆破效果。

为精准识别地下金属矿山开采安全的关键影响因素，厘清各影响因素的内在作用逻辑，构建了基于Grey-DEMATEL-ISM-MICMAC的矿山开采安全影响因素集成分析模型。通过文献归纳与案例分析，从人员、设备、环境、管理、技术5个维度，筛选确定了17项影响因素；运用Grey-DEMATEL法量化分析各因素的重要程度，结合ISM法构建多级递阶层次结构模型，揭示因素间的相互作用关系；最后运用MICMAC法分析因素的属性特征。研究结果表明，17个影响因素可划分为6个层级、3种类型；员工培训及教育、安全生产管理制度、安全隐患排查治理、开采工艺合理性是矿山开采安全的核心影响因素，具有高驱动、低依赖特性；安全防护装置可靠性、设备日常更新维护、环境危险源控制、作业环境条件、关键技术应用、技术创新为直接影响因素，呈现高依赖特征；对此，结合工程实际情况，提出了以管理体系现代化、实用化为牵引，以人员素养综合提升为核心，以作业环境改善为基础，以技术装备升级为支撑的针对性优化措施。研究结果可为提升矿山安全管理水平提供理论依据与决策参考。

为解决贵州明泥湾磷矿井下出现的大量涌水问题，在确定地表河流水量出现大量损失的情况下，采集井下6个涌水点、白云岩含水层及洋水河的水样进行水化学特征分析。选取Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺+K⁺、、Cl^-、共6种水化学成分作为判别指标，应用Piper三线图结合灰色关联分析（GRA）的方法判别井下涌水水源。结果表明，洋水河、368 m沉砂池、490 m水仓、440 m采空场、524 m水仓、520 m平巷水样的水化学类型均为型，650 m主斜坡面与白云岩含水层水样为型；440 m采空场涌水水源为洋水河水流的可能性最大，与洋水河关联度最高，为0.94；650 m主斜坡面与洋水河关联度最低，但与白云岩含水层关联度达0.86，属强关联等级，表明其涌水水源为白云岩含水层的可能性较高。Piper-GRA联合分析法为涌水来源识别提供了有效技术方案，可为后续制定防治水措施提供科学依据。

对渗流场有限元计算的排水孔单元模拟方法进行了归纳总结，在此基础上，提出了尾矿库渗水井排水单元直接模拟法。该方法是在计算之初一次性建立包含渗水井优化参数的实体网格模型，之后通过设置不同内部边界条件将渗水井优化单元提前分组；在渗流场有限元求解计算时，可只进行一次渗透传导矩阵凝聚工作，计算过程中各分组节点信息均按照第一类已知水头边界条件进行处理，整个过程易于编程且求解速度快。与工程常用的隐式复合单元法或改进的排水子结构等方法相比，该方法通过参数优化设置极大地提高了建模及求解效率，同时通过精细化模拟渗水井尺寸效应，极大地提高计算精度。最后，通过完整井算例和具体工程实例验证了该方法的计算精度能够满足工程要求。

针对深部高地应力巷道围岩大变形的支护难题，提出了一种可缩式钢管混凝土支架支护结构（简称“可缩支架”）。首先开展了可缩相似材料的比选试验，确定了PVC泡沫可用作模拟试验的可缩相似材料。然后开展了可缩支架相似模拟试验，获得了静载全过程的应力-时间、载荷-位移曲线，监测到支架可缩、混凝土裂缝产生与扩展的变化状态，揭示了可缩支架的3个力学响应阶段：弹性变形阶段、稳定让压阶段和让压后刚性阶段。试验结果表明：顶底板围岩应力峰值约为0.7 MPa，左右帮围岩应力峰值约为1.4 MPa，围岩应力向深处传递，支护模型整体未发生失稳变形，支架出现弯折，但仍保持结构完整；PVC泡沫可缩率约为77%，支架让压效果良好。现场应用结果表明：围岩顶底板最大移近量为216 mm，可缩支架可缩率约为72%，可缩支架的支护效果良好，该支护结构能有效协调围岩-支护协同变形。研究结果可为可缩式支架的支护设计及工程应用提供参考。

为推动工业固废资源化利用及绿色湿喷混凝土可持续发展，以钢渣、矿渣、脱硫石膏为胶凝材料，以铜渣、废石等为骨料，制备无水泥熟料固废基湿喷混凝土，系统开展了原料性质分析、配比优化、力学性能测试、微观机理探究及现场工业试验。结果表明：最优配比（5号、9号样品）的固废基湿喷混凝土力学性能优于水泥基湿喷混凝土，9号试样7 d抗压强度达到16.31 MPa，56 d抗压强度超过28 MPa，工作性能与水泥基湿喷混凝土相当，坍落度及扩展度符合湿喷作业需求。固废基湿喷混凝土对重金属固化效果显著，可将铜渣中超标的重金属Pb、Cd浸出浓度降至地下水Ⅱ类水质标准以下，表现出优异的环境安全性。微观分析结果表明，固废基湿喷混凝土水化产物丰富、硅酸盐凝胶聚合度高。现场试验验证了铜渣湿喷混凝土的工程应用可行性，虽存在下料不完全等问题，但可通过工艺优化改善，为铜渣等固废无害化处置与资源化利用提供了有效路径，兼具环境、经济与社会价值。

地下岩体常含有不同倾角的裂隙及各类填充物，岩桥结构的裂纹扩展与破坏行为直接影响地下岩体工程的稳定性。通过不同倾角充填节理红砂岩的单轴压缩试验、声发射参数（振铃计数、上升时间、幅值、持续时间）监测及FRACOD数值模拟，系统研究了不同倾角的充填节理岩桥结构的裂纹扩展规律与损伤机制。结果表明，应力-应变曲线呈现压密、弹性变形及应力骤降三个阶段，因试样滑移及裂纹萌生，在峰值应力附近出现应力突增现象。声发射信号在峰值应力前后显著增强，累计振铃计数呈阶梯式跃升，其曲线突增点可有效判定裂纹萌生临界点。RA-AF分析结果表明，节理倾角为30°时，剪切裂纹占比最大，节理倾角为45°时以拉伸破坏为主；随着节理倾角增大，裂纹扩展模式由拉伸主导向拉剪复合再向拉伸主导转变。FRACOD模拟结果显示，随着应力比降低，水平应力显著抑制裂纹萌生与扩展范围；水平应力增大通过抑制张拉裂纹扩展，显著改变了岩体破坏模式。研究结果揭示了节理倾角对岩桥结构裂纹扩展与损伤演化的作用机制，为深部地下岩体工程的稳定性分析提供了理论依据。

高寒地区岩石内部存在水-冰相变、冰楔作用、填充物溶解/结晶等复杂物理化学作用，易导致含充填裂隙岩石产生不可逆损伤，严重威胁高寒地区露天矿边坡与交通基础设施的安全稳定。以含充填裂隙冻结砂岩（FSFF）为研究对象，采用声光联合测试技术，研究裂隙长度和裂隙倾角对岩样宏观力学特性、表面应变场及声发射（AE）参数的影响。结果表明：随裂隙长度增加，岩样抗压强度呈持续降低趋势，岩样裂纹扩展以S1、S3型剪切裂纹与M型拉伸-剪切混合裂纹为主；当裂隙长度较短时，岩样AE振铃计数的骤升集中于裂纹扩展阶段，随裂隙长度增加，岩样振铃计数骤升现象延伸至弹性阶段和裂纹扩展阶段；随裂隙倾角增大，岩样抗压强度呈先减小后增大的变化规律，岩样内部AE振铃计数骤升事件增多，声发射事件的空间分布越来越分散；岩样裂纹扩展以S1、S2、S3型剪切裂纹和M型拉伸-剪切混合裂纹为主；含冻结充填裂隙砂岩破坏模式以剪切破裂为主，岩样的抗压强度越低，内部剪切裂纹所占比例越大。研究结果可为寒区裂隙岩体的工程稳定性评估提供理论依据。

为揭示深部开采中花岗岩顶板的张拉破裂与失稳垮塌机制，选取细粒罗田花岗岩、粗粒黄金麻花岗岩与中粒云浮花岗岩三类试样开展了三点弯曲试验，结合声发射监测技术，对其弯曲强度、主频分布、损伤演化及裂纹扩展模式进行了系统研究。研究结果表明，花岗岩弯曲强度呈现显著的粒径效应，细粒罗田花岗岩强度最高，达17.79 MPa，峰后应力骤降，呈脆性断裂；粗粒黄金麻花岗岩强度最低，为5.33 MPa，表现出显著的延性特征；中粒云浮花岗岩强度介于二者之间，为16.04 MPa，峰后表现出脆-延转化行为。声发射主频信号集中出现在邻近峰值载荷附近及峰后阶段，形成0~40 kHz、50~80 kHz与130~180 kHz三条主要频带，罗田花岗岩在峰前高频信号（130~180 kHz）激增，而黄金麻花岗岩与云浮花岗岩主频集中于峰后低频带（0~40 kHz）。花岗岩的损伤演化均经历初始损伤、稳定发展与加速发展3个阶段，且损伤累积高度集中于峰后阶段，其中黄金麻花岗岩峰后阶段的损伤占比最高，罗田花岗岩单位损伤释放应变能最大。RA-AF裂纹模式分析表明，试样破坏以拉伸裂纹为主，拉伸裂纹比例与矿物粒径呈负相关，罗田花岗岩拉伸裂纹占比较云浮与黄金麻花岗岩，分别高3.17，6.15个百分点。基于主频信号的顶板失稳量化预警方法，可为深部开采顶板稳定性评价与动力灾害防控提供理论依据与工程指导。

为了探究平行双裂隙灰岩在注浆前后全应力-应变渗流过程中的力学特性及渗透性演化规律，在围压为10 MPa、20 MPa、30 MPa条件下，对注浆前后45°倾角平行双裂隙灰岩开展全应力-应变渗流试验。试验结果表明：注浆前后平行双裂隙灰岩的强度均随围压增大呈现非线性上升趋势，但渗透率随围压的增大而减小；在围压条件相同的情况下，注浆后的试件强度相较于注浆前的有明显提升；注浆前平行双裂隙试件渗透率出现“双峰”现象，注浆后浆液充填试件裂隙，增强了裂隙面之间的黏结力，改变了裂隙的几何形态和力学性质，从而减少了“双峰”现象的出现；与注浆前试件相比，注浆后试件峰前渗透率降幅有限，但峰后渗透率显著下降；两类试件的5个关键渗透率值均随围压升高呈逐渐降低趋势，在相同围压条件下，注浆后试件的关键渗透率值均显著低于未注浆试件。

“双碳”目标对露天煤矿可持续发展提出了低碳转型与生态保护的双重要求，地质灾害防治与矿区生态修复作为其核心议题需适应新的发展需求。针对“双碳”目标下露天煤矿面临的能源保障与低碳发展的矛盾，系统探讨了地质灾害防治与生态修复的研究进展。地质灾害防治领域，分析了低碳导向下传统灾害特征演变与新型灾害涌现规律，梳理了节能型监测技术、碳足迹导向预警模型及绿色支护技术的应用成果；生态修复方面，总结了植被-土壤系统碳汇功能研究、低碳化生态修复技术及碳汇评价方法的发展现状。在此基础上，进一步剖析了当前存在的技术瓶颈（传统技术与低碳目标的冲突、碳汇效能与工程稳定性协同困难、技术集成不足等）、管理机制缺失（跨部门政策壁垒、主体权责模糊、区域协同空白等）及政策支撑不足（政策体系分散、标准衔接存在断层、激励约束机制欠缺等）等问题。最后，展望了技术（构建低碳协同技术体系）、管理（建立碳导向协同机制）与政策（完善低碳支撑保障体系）三大转型路径，为露天煤矿实现“防灾害-促修复-增碳汇”协同发展提供理论参考。

斜井提升容器载重大、运行速度快，跑车制动后将产生巨大冲击力，而现有跑车防护装置主要依赖井筒内的被动安全设施进行拦截，无法自适应冲击能量动态变化并实现能量的有效吸收。为此，提出一种自适应多级缓冲斜井提升容器的设计与优化方法，以实现跑车后机械制动与冲击能量分段吸收。基于该结构建立多级缓冲提升容器-斜坡轨道多体耦合冲击动力学模型，研究多级缓冲对提升容器系统制动冲击力的影响，并基于序列二次规划（SQP）算法对缓冲弹簧刚度进行优化。结果显示：相较于无缓冲结构，多级缓冲结构可降低24.5%的冲击力，显著降低冲击响应，残余振荡更小且曲线更平滑；经SQP算法优化弹簧刚度后，提升容器-斜坡轨道系统的冲击力较无缓冲装置系统和优化前的多级缓冲系统分别降低35.5%和14.7%，提升了冲击能量的吸收效率，改善了系统冲击性且二次冲击力较平稳。研究结果为斜井提升容器抗冲击设计及安全制动策略提供了理论依据。

针对高原地区传统固定式吸氧站机动性不足、碳纤维氧气瓶与氧气袋等便携设备续航时间有限的难题，开发了一款新型应急空气呼吸器。该设备采用智能混合供氧技术，集成螺旋式氧氮分离器，在提升气体分离效率的同时有效缩小了整机体积，实现了氧氮的高效分离，可持续稳定提供空气氧浓度为21%的呼吸气体。针对高原低压、低温等复杂工况，系统通过集成化与优化设计，显著弥补了传统设备续航能力不足的短板。试验结果表明，在5 445 m的高海拔条件下，采用该新型应急空气呼吸器后，使用者血氧饱和度由约68%的危险水平提升至约92%的相对安全水平；电池最长续航可达（296±6） min（海拔-154 m），具备制氧效率高、响应迅速、操作简便及安全节能等优势。研究结果为高原矿区应急救援与井下作业提供了更为可靠的安全保障。

自动驾驶技术的快速发展使其应用场景持续拓展，矿山无人驾驶已成为智能矿山建设的重要方向之一。针对井下作业环境复杂、人工劳动强度大、安全风险突出等问题，结合自动驾驶与远程遥控技术，设计并实现了一套井下电动铲运机无人驾驶系统。系统采用“远程遥控铲装、自动驾驶运输与卸载”的作业模式，实现了井下巷道环境下铲运机出矿作业的全流程无人化。现场工业试验结果表明：系统在运行过程中平均横向跟踪误差控制在0.30 m以内，定位丢失概率约为0.11%，通信平均时延低于5 ms，且具备良好的安全保障能力，门禁系统和防碰撞检测模块可有效应对突发情况。研究成果验证了该系统在矿山井下环境中的稳定性与实用性，能够有效降低矿工劳动强度，改善井下作业条件。

为解决关退矿井资源开发中评估方法主观性强、动态适应性差、评估效率低等问题，以“能源化、资源化、功能化”三化协同理念为指导，构建了“目标层-准则层-指标层”三层架构的多维度评价指标体系。综合利用层次分析法（AHP）、轻量梯度提升机（LightGBM）、孤立森林（iForest）等算法，构建了权重动态优化与一致性检验的智能化模型，并采用Java语言，基于Vue.js与Spring Boot框架，利用MySQL、Redis、Apache POI及Docker等技术，开发了自适应层次分析法的关退矿井资源智能评价系统，实现了数据导入、层次分析计算与结果可视化等功能，克服了传统评估方法中权重静态与人工干预过多的不足。针对龙东煤矿的实际条件进行案例分析，结果表明该系统能够准确反映矿井资源特征，并具有良好的实用性。研究结果可为关退矿井资源智能评价提供可复制的技术路径。

针对风电、光伏等新能源接入后，矿山综合能源系统面临风光出力波动、矿山生产负荷动态变化及伴生能源出力不稳定等多重源荷不确定性，导致调度复杂度大幅提升、能效水平难以保障等难题，提出一种融合不确定性分析与多级协同优化的调度方法。首先，构建包含源-网-荷-储的能量流模型，并建立多尺度源荷不确定区间模型以量化波动风险。其次，设计日前—日内慢层—日内快层多时间尺度协同调度框架，并采用时序分段策略改进NSGA-Ⅱ算法，以实现运行成本与能效的全局寻优。基于大同矿区综合能源系统的仿真结果表明，系统运行成本降低至17.05万元，可再生能源利用率提升至89.1%，碳排放量降至6.83 t，负荷跟踪误差缩减至18.9 kW，峰值削减率达17.2%。此外，基于时序分段NSGA-Ⅱ的调度方法的平均单时段求解时间仅为7.0 ms，显著优于传统方法。研究结果验证了融合源荷不确定性与多级协同的能源调度方法在提升矿山能源系统运行效率与节能减排水平方面的有效性，为矿山综合能源系统在复杂不确定性条件下的高效低碳运行提供了可行的调度策略与算法支撑。

矿山勘探生产过程中，钻机、通风等能耗负荷与建筑采暖、热水负荷交织，且矿区富含矿井水余热、伴生气体等资源，传统能源调度方法难以有效应对。为此，提出了一种融合光热电站与多源热泵的矿山综合能源系统（MIES）优化调度模型，以提升能效与低碳化水平。将光热熔盐储热与多源热泵群协同工作，构建适应矿山生产节奏的电-热协同供应网络，并引入多目标粒子群优化算法对系统的经济性与低碳性进行优化。结果表明，该矿山能源系统周运行成本降至33.17万元；碳排放总量为39.44 t；可再生能源消纳率达92.54%。该系统有效保障了矿区供热稳定，温度波动控制在±1.2 ℃；光热储热装置利用率达92.17%，热泵群平均性能系数提升至4.47。所述模型能充分整合利用矿区多源能源，有效提升矿山生产系统的经济与环保效益，为绿色矿山建设提供关键技术支撑。

为了提升矿山安全监测系统中FBG传感器对温度和应变交叉敏感问题的解决能力，通过融合双光栅温度补偿法与基于粒子群优化算法改进的高斯过程回归建模方法，构建了高精度交叉敏感解耦监测模型。试验结果表明，所提出的方法在波长漂移数据拟合与预测准确性方面均优于传统方法。监测系统在矿山环境中实现了高精度的温度和应变数据测量，监测误差最低仅为0.04 mm，拟合度R²达到0.912。系统在矿山环境中实现双参量高精度监测，温度/应变的监测准确率达0.961；数据传输速率较光敏/电子传感器提升36%。表明光纤光栅传感器在采集准确率与实时性维度具有一定优势。研究结果为矿山安全监测创新提供了一种可复用的理论架构，并为智能化监测系统演进奠定了方法论基础。

为实现固体废弃物中铁资源的有效回收，以湖北荆州某低品位铁尾矿铁资源为研究对象，提出反浮选-磁化焙烧-磁选联合回收工艺，高效分离尾矿中弱磁性铁资源。矿物学分析表明，原矿铁品位为18.72%，以弱磁性赤（褐）铁矿为主，嵌布粒度细、脉石含量高。采用反浮选预处理脱除硅铝酸盐脉石，缩减后续工序处理量与能耗，通过试验优化反浮选工艺参数，在磨矿细度75%、矿浆pH=9、可溶性淀粉用量1 500 g/t、十二胺用量400 g/t的条件下，反浮选粗选铁回收率达83.07%，经一次精选后精矿总铁品位提升至43.60%。通过单因素试验确定磁化焙烧-磁选最优参数：焙烧温度650 ℃、焙烧时间30 min、煤粉用量6%、磁感应强度180 mT。该工艺可实现弱磁性赤（褐）铁矿向强磁性磁铁矿定向转化，焙烧后磁性铁品位由0.20%升至43.12%，赤（褐）铁矿铁品位由38.16%降至1.02%。该联合工艺能够实现尾矿中铁资源的高效回收与富集，为尾矿资源化利用提供了技术参考。

河北某金红石矿中赤铁矿为主要伴生物，金红石粒度细微，与赤铁矿呈镶嵌、包裹结构，常规磁选分选效果差，难以实现铁钛有效分离。还原焙烧是实现微细粒铁矿与其他伴生矿物高效解离的有效技术途径。采用矿物定量自动分析系统与扫描电子显微镜，探明了试样的矿物组成、元素分布等信息。采用深度还原-磁选联合工艺处理该含钛赤铁粗精矿，通过热力学计算模拟还原过程中铁矿物及脉石矿物的反应行为，确定最优试验条件为：还原温度1 623 K、还原时间120 min、C/O摩尔比2.0、磁场强度85 mT。最优条件下，还原产物金属化率达78.94%，铁精矿全铁品位和全铁回收率分别为89.08%和88.39%，钛精矿TiO₂品位和TiO₂回收率分别为36.67%和71.88%，选冶指标良好。