本文以“三山岛金矿岩石力学与岩层支护技术研究”课题为依托,通过地应力测量、节理裂隙调查、围岩变形监测、围岩压力监测等方法开展深部岩石力学调查,针对水和围压对裂隙岩体力学特性的影响进行试验研究,在此基础上结合经济技术指标和数值模拟对开采方案和采场结构参数进行了优化,并基于FLAC3D流固耦合数值模型对中段开采进行动态模拟,探讨了深部开采地压活动规律和渗流特征。主要研究内容和结论如下: (1)分析矿区工程地质、水文地质条件,开展地应力测量、节理裂隙调查、物理力学性质试验,建立了深部地应力场模型,并对深部岩体进行了质量分级研究。 (2)针对井下富水的特点,进行自然和饱水状态下裂隙花岗岩的单三轴刚性压缩试验。试验结果显示:饱水后裂隙花岗岩试件的峰值强度、弹性模量和粘聚力呈现不同幅度的衰减,泊松比有所增长,内摩擦角无明显变化;饱水和自然状态下,泊松比与围压的变化无明显关联,峰值强度随围压的增大而增大,自然状态下试件弹性模量对围压的敏感度要大于饱水状态下试件弹性模量对围压的敏感度。 (3)依据深部矿体赋存特征、环境和开采条件,以安全开采和生产规模提升为目标,综合比较现有三种采矿方法的优缺点和技术经济指标,确定房柱交替式上向分层充填采矿法为深部最优开采方案。 (4)构建加权多重赋权优化模型,分别利用变异系数法、模糊判别法和熵值法计算优化指标的组合权重向量,确定三种组合权重向量一致性后,采用加权平均的计算方法提高组合权重值的可靠性。依据工程类比,设计五套一步采宽和二步采宽搭配方案,利用加权多重赋权优化模型对深部采场结构参数进行优化研究。结果显示最优采场结构参数为一步采宽和二步采宽均为10m,矿体厚度作为采场长度。 (5)基于流固耦合数值模拟,发现了房柱交替式上向分层充填开采过程中位移、应力和塑性破坏区的变化兼备时间效应和空间效应,总结了中段开采过程中位移、应力、塑性区的时空变化规律。对深部矿体进行多中段模拟开采,分析开采后矿区不同深度渗流场、应力场的分布特征,对未来更深水平开采的地压活动规律和渗流影响范围进行了预测研究。 (6)建立由围岩变形监测、围岩应力监测等多种手段组成的监测网对深部采场和巷道围岩的断面收敛、应力变化等地压活动进行长期实时监测,通过对监测结果的统计分析,获取了深部开采过程中地压的活动规律。 (7)提出岩爆发生的两个必要条件,即岩石必须具备储存高应变能的能力和采场必须具有形成高应变能聚集的应力环境。依据基础物理力学试验数据和刚性压缩试验数据,对三山岛金矿各岩性进行了岩爆倾向性分析,并讨论了水和裂隙对岩爆倾向性的影响;对深部开采过程中的能量聚集进行数值模拟分析,结果显示三山岛金矿-800m水平以下深部开采具备发生岩爆的高应变能应力环境。