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ISSN 1671-2900CN 43-1347/TD采矿技术第17卷第2期Mining Technology, Vol. 17,No.22017年3月Mar.2017深部开采矿山岩爆倾向性研究邹平1,3,曹宇2,胡培良!，孟中华刘正宇1(1.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南长沙410012; 2.湖南瑶岗仙矿业有限责任公司,湖南郴州市424209; 3.中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙410083)摘要：岩爆是深部开采中最为常见和严重的岩体破坏现象。
针对湖北某矿深部开采过 程中遇到的岩爆问题，分别采用脆性系数判别法、弹性变形能指数判别法、冲击能指标判 别法、岩体结构判别法对该矿3种岩石的岩爆倾向性强度等级和顺序进行了判别，并据此 提出了相关建议，以减小该矿深部开采岩爆灾害的发生。
关键词：深部开采;岩爆;倾向性；综合判别0引百近年来，我国大批金属与非金属矿山已转人深 部开采阶段,如红透山铜矿、冬瓜山铜矿、弓长岭铁 矿、夹皮沟金矿、湘西金矿、山东玲珑金矿等矿山的 开采深度都已超过800 m[l]。
深部开采带来的岩爆 问题严重威胁到井下作业人员和设备的安全，必须 引起足够的重视。
岩爆是处于高地应力或极限平衡 状态的岩体或地质结构体,在开挖活动的扰动下，其 内部储存的应力能瞬间释放,造成开挖空间周围部 分岩体从母岩体中急剧、猛烈地突出或弹射出来的 一种动态力学现象[2]。
岩爆涉及岩性、岩体结构和应力环境三个方面。
目前岩爆研究思路大致为:首先进行岩爆机理研究, 测定岩爆倾向性指标，提出岩爆判据。
根据判据，借 助于有限单元等方法进行数值模拟，分析岩体工程 围岩的应力分布，优化采场结构参数，控制采矿工程 的岩爆发生，并安装监测仪器监测岩爆与预报岩爆, 以采取措施减轻或消除岩爆危害[36]。
1工程概况湖北某矿从1974年开始建矿，经过40多年的 地下开采，在井下已形成了 16个开采中段，目前主 要的生产和开拓中段为-530,-570,-600 m中段，开采深度为700〜800 m。
深部矿岩岩爆倾向性评估方法及支护建议黄小丰;舒炜炜【摘要】随着经济发展, 我国浅部矿产资源已趋于枯竭, 深部开采环境下的高应力与频繁开采扰动往往诱发岩爆灾害, 直接影响着矿山的安全高效回采.岩爆涉及的内因及外因众多, 致灾机理复杂, 对6种具有代表性的岩爆倾向性评估方法进行总结归纳, 并为其实际应用提出满足现场工程需求的优化建议, 不仅丰富了岩爆倾向性评估方法, 而且使其评估结果更加全面可靠.同时, 为解决岩爆区域传统支护方式效果欠佳的难题, 从主动柔性支护和预留锚固支护两方面提出了对策及建议, 对改善深部矿岩支护效果具有指导作用.%The shallow mineral resources are being exhausted with the economic development, the rock burst disasters are often induced by the high stress and frequent mining disturbances in deep mining environments, which directly affect the safe and efficient mining. There are numerous internal and external causes involved in rock burst and its mechanism is complex. Aiming at the evaluation of rock burst proneness, six representative evaluation methods for rock burst proneness are summarized, and some optimization suggestions are proposed to meet the requirements of on-site engineering for the practical application. It not only enriches the evaluation methods for rock burst proneness, but also generates the more comprehensive and reliable evaluation results. Besides that, in order to solve the problem of poor effect of traditional support methods in rock burst area, some countermeasures from the aspects of active flexible supporting and reserved anchor supporting are proposed to improve the effect of rock mass support in deep mines.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2018(000)012【总页数】4页(P32-34,40)【关键词】深部开采;岩爆;倾向性评估;岩体支护【作者】黄小丰;舒炜炜【作者单位】湖南辰州矿业有限责任公司;中南大学资源与安全工程学院【正文语种】中文矿产资源作为国家经济发展的基本保障，其浅部资源已经趋于枯竭，大量矿井逐渐向深部延伸。
第一批安全科技“四个一批”项目
近日，国家安全监管总局在“关于加强安全生产科技创新工作的决定”中提到：切实实施好第一批安全科技“四个一批”项目（详见附件）。
各项目有关单位要进一步明确分工、落实责任、强化考核，确保项目取得实效。
有关科研攻关课题单位要集中优势资源和人才，有序有效地组织攻关，尽快取得突破。
各级安全监管监察部门要高度重视安全科技成果转化、推广应用和技术示范工作，制定具体办法和措施，综合运用法律、行政、市场等手段，推动安全技术成果转化率和应用率的提高。
要建立项目实施进展情况定期通报制度，开展专题交流督导和执行情况评估，及时研究解决项目实施过程中的问题。
附：第一批安全科技“四个一批”项目
一、一批安全生产科研攻关课题
二、一批可转化的安全科技成果
三、一批推广的安全生产先进适用技术
四、一批安全生产技术示范工程。
深井大规模矿床开采岩爆控制策略研究【摘要】岩爆是深井矿山开采过程中常见的一种地质灾害。
岩爆的发生不仅威胁到井下人员、设备和材料的安全，还会破坏地下采场结构，制约着矿床的正常生产。
因此，加强深井矿产开采过程中岩爆的研究，对于我国矿产生产往更深层的开采有着重要意义。
【关键词】深井；大规模矿床；岩爆；控制策略近几年以来我国经济高速发展，对能源与矿产资源的需求不断增加，矿山开采在深度与广度上不断的增加与扩张，由此而来的矿山深部开采带来了岩爆等一系列地质灾害问题。
从国内矿山的开采情况来看，矿山的开采深度基本保持在1000m，大部分矿山都处在岩爆发生的平静期，而只有少数的矿山进入了岩爆发生的过渡期，随着一批大规模矿床的设计开采，可以预见在未来的十年内，我国矿山的开采深度将步入1500—2000m，即将面临高应力诱发的岩爆问题。
频发的岩爆灾害将直接制约着矿山的生产规模，如果不采取与高应力环境相适应的采矿工艺与技术，势必遭受较大的地压灾害，严重阻碍矿山的正常生产，并且带来采矿成本的升高，有时甚至导致局部工作面以及整个矿山的关闭。
如何应对深井高应力作用下岩爆发生的灾害，确保矿山千万吨/年的生产规模，将是采矿工作的重点，因此制定系统的高应力区采矿战略，对深井大规模矿山的安全开采将尤为重要。
一、工作程序的制定对于深埋大规模硬岩矿床开采，工作程序主要分为两个阶段：（一）设计阶段的工作程序设计阶段主要以矿床开采技术条件为基础，主要包括矿体赋存形态、开采深度及原岩应力、围岩性质、地质构造等，从井下采矿工程的布置，采矿方法选择及开采顺序的制定，整体支护方式的设计等方面入手，按照设计原则开展工作。
合理的工程布置、回采顺序及采矿方法等虽然不能完全消除潜在岩爆的发生，但在一定程度上能够减少高应力作用诱发岩爆灾害的次数，降低矿山开采的风险。
另外在设计中根据采矿回采范围需要采用先进的微震监测系统，以实现未来生产中井下回采活动引起的采区应力场变化规律的实时监测。
深部开采岩爆理论研究现状评述I. 引言- 研究背景和意义- 论文结构和内容介绍II. 岩爆概念和分类- 岩爆定义和分类- 岩爆机理和形成条件III. 深部开采岩爆理论研究现状- 岩爆预测与控制方法- 岩爆影响因素分析- 岩爆数值模拟与实验研究IV. 深部开采岩爆预测与控制方法优化探讨- 岩爆预测与监测技术比较优劣- 岩爆控制方法及其适用性评估- 岩爆治理技术研究展望V. 结论与展望- 目前研究现状总结- 未来深部开采岩爆理论研究方向展望- 论文贡献及创新点VI. 参考文献I. 引言深部开采是现代采矿工程的重要领域之一，但随着矿山深度的增加，矿山的安全问题越来越突出。
其中，岩爆作为矿山灾害的一种类型，是深部开采中十分常见和危险的现象。
它的突然发生不仅会导致矿工生命和财产的损失，还会严重影响矿山的正常运营和生产效益。
因此，深入探究岩爆的机理和控制方法，对于提高矿山开采效率、减少矿山事故应急响应的时间和提高工作安全性非常重要。
本论文将集中研究深部开采岩爆理论的研究现状。
首先，本章将介绍岩爆的定义和分类；然后，将对岩爆产生的机理和形成条件进行探讨；最后，将对现有深部开采岩爆理论的研究现状进行详细的分析。
II. 岩爆概念和分类岩爆是指岩石在破坏时产生的爆炸性释放的能量脉冲和瞬间放热，通常伴随着岩石的碎裂、喷射和飞出，并可以引起周围岩石的紊乱运动。
岩爆通常分为“烈性”和“微观”两种类型。
前者是指伴随着强烈噪音的大规模爆炸性运动，导致岩石产生明显的通震和损坏；后者则是指岩石破碎、喷射、物质复合减震等“弱化”运动，其中含有少量或不含气体流体的细小空穴或孔洞。
烈性岩爆通常是由于岩石内部能量的累积和突发所引起的，而微观岩爆则通常是由于岩石的韧性和临界损伤导致。
III. 深部开采岩爆理论研究现状深部开采岩爆理论的研究涉及岩爆的预测和控制方法、影响因素分析以及数值模拟和实验研究等方面。
近几十年来，研究者们通过大量的实践经验和理论模型的研究，取得了一系列具有重要参考价值的成果。
作者简介：邓金灿（1963－），男，硕士，高级工程师，主要从事矿山生产技术管理工作0引言岩爆是发生在岩石地下工程高应力区的一种动力失稳现象。
其经常表现为地下工程开挖过程中或之后围岩的爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷[1-2]。
岩爆的突出特点是具有突发性与动力性。
岩爆倾向性是指岩石自身具有的发生岩爆的内在特性。
岩爆倾向性研究是从岩性方面进行的岩爆预测研究，主要是从岩石的强度特性和变形特性着手进行研究。
岩爆的形成必须同时具备3个条件：一是岩石本身具有岩爆倾向性；二是岩体的完整性较好；三是存在高应力环境。
前两个条件为岩爆发生的内因，第三个条件为促成岩爆发生的外因。
简言之，岩爆涉及岩性、岩体结构和应力环境3个方面。
大厂105号矿体的埋藏深度在1km 左右，属于典型的深井开采，且矿体和围岩的完整性较好，在岩体结构和应力环境两方面明显具备发生岩爆的条件，只要对岩石的岩爆倾向性进行研究就可以对是否会发生岩爆做出预测。
如果岩石不具有岩爆倾向性，研究岩爆的预报和防治就没有意义。
因此，岩爆倾向性研究是有关岩爆系列研究工作的第一步，也是最关键的一步。
1．大厂105号矿体地质概况大厂矿区105号矿体位于100号矿体东侧下部，48～56号勘探线之间。
其矿石性质与100号矿体类似，均为锡多金属矿体。
矿体中主要有益组份有锡、锌、铅、锑、银，五种元素含量均达到富矿要求，属特富矿石。
105号矿体赋存于中泥盆统生物礁灰岩中，埋藏深度大，最低标高超过-181m ，距地表730～1100m ，属于大型特富深埋锡多金属矿床。
矿体围岩为巨厚层状的生物礁灰岩，区域岩体以整体结构为主，局部为块状结构和碎裂结构。
矿体和围岩都属于完整性好、抗压强度高的硬质岩石。
围岩层理、断裂、节理均不发育。
矿区区域稳定性好，水文地质条件属中等～简单的岩溶充水矿床。
该矿体目前处于开采设计前期阶段。
2．岩爆倾向性判别指标近几十年来，国内外采矿界和岩体工程界的专家、学者在岩爆倾向性指标与判据方面进行了大量研究，取得了一定的成果[3-8]。
判别岩爆倾向性的指标很多，总计达十余种之多，其中应用较广泛且比较容易测定的有4项指标：弹性变形能指数W et 、冲击能指数K cf 、岩石脆性系数B 和最大储存弹性应变能指标E s 。
下面利用这4项的指标对大厂105号矿体深井开采岩爆倾向性进行分析判别。
2.1弹性变形能指数该指数由波兰采矿研究总院提出，是目前国内外大厂105号矿体深井开采岩爆倾向性研究邓金灿1，罗一忠2，谢学斌2（1.广西高峰矿业有限责任公司，广西南丹547205；2.中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙410083）摘要：大厂１０５号矿体的埋藏深度在１ｋｍ左右，目前正在进行开采前期的勘探和设计。
通过室内岩爆力学试验，分析了该矿体２种典型岩石的弹性变形能指数Ｗｅｔ、冲击能指数Ｋｃｆ、岩石脆性系数Ｂ和最大储存弹性应变能指标Ｅｓ。
结果表明：围岩无岩爆倾向性，锡矿石具有弱岩爆倾向性。
关键词：深井开采；硬岩；岩爆；岩爆倾向性；岩爆预测中图分类号：ＴＤ３１３文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－４１７２（２００９）０５－００３７－０４Study on Rockburst Proneness of No.105Orebody of Dachangin Deep MiningDENG Jincan 1,LUO Yizhong 2,XIE Xuebin 2(1.Guangxi Gaofeng Mining Co.,Ltd ，Nandan 547205Guang xi ，China;2.School of Resources and Safety Engineering,Central South University,Changsha 410083,China)Abstract:The burial depth of No.105Orebody of Dachang is about 1km.At present,exploration and design of pre-mining is doing.On the basis of mechanical testing about rockburst,Four factors of elastic energy index Ｗｅｔ，shock en-ergy index Ｋｃｆ,brittleness index B ，and strain energy stored in specimen Ｅｓof two typical types of rock in the mine are stud-ied.The results show that the wall rock has no proneness to burst,and the tin ore have weak to medium proneness to burst.Key words ：deep mining ；hard rock ；rockburst ；rockburst proneness ；rockburst prediction第61卷第5期有色金属（矿山部分）2009年9月流传、应用较为广泛的一种矿岩冲击倾向性鉴别指标。
根据岩石单轴压缩试验加卸载曲线（图1）可以得到弹性能指数Ｗｅｔ。
式中，E e ———峰值载荷前的弹性变形储能；E P ———由于塑性变形和内部微破裂而消耗的能量；———分别为加卸载曲线；εｔ,εｅ,εp ———分别为总应变、弹性应变和塑性应变。
图1岩石试样的加卸载曲线Fig.1The loading and unloading curve of rock specimen用W et 判别岩石岩爆倾向性的标准为：W et ≥5.0，强烈岩爆倾向；3.5≤W et ＜5.0，中等岩爆倾向；2.0≤W et ＜3.5，弱岩爆倾向；W et ＜2.0，无岩爆倾向。
2.2冲击能指数K cf从岩爆是岩石中能量释放与转换的观点出发，提出了以冲击能指标K cf 作为岩石岩爆倾向性判别的依据。
该指标是根据岩石在伺服控制刚性材料试验机上得到的岩石应力应变全过程曲线，分别计算峰值强度前后区面积而求得，如图2所示。
有k cf =F 1F 2(2)式中F 1———应力应变曲线峰值前部分所划定的面积；F 2———应力应变曲线峰值后部分所划定的面积。
图2冲击能指标K cf 计算模型图Fig.2The model for calculating of impact energy index K cf根据K cf 指标确定岩爆倾向的标准为：K cf ≥3.0，强烈岩爆倾向性；2.0≤K cf ＜3.0，中等程度岩爆倾向性；1.0≤K cf ＜2.0，弱岩爆倾向性；K cf ＜1.0，无岩爆倾向性。
2.3岩石脆性系数B岩石的单轴抗压强度与抗拉强度之比称为脆性系数，它反映了岩石的脆性程度。
脆性系数的计算表达式为：B ＝σc σt （3）式中：σc 为岩石单轴抗压强度，σt 为岩石单轴抗拉强度。
国内外已有研究表明：B ≥40，无岩爆倾向；26.7≤B ＜40，弱岩爆倾向；14.5≤B ＜26.7，中等岩爆倾向；B ＜16.5，强烈岩爆倾向。
2.4最大储存弹性应变能指标E S岩石试块储存的最大弹性E S 的计算公式是：E S =σ2C2E（4）式中：σc ———岩石试块单轴抗压强度，MPa ；E ———岩石的弹性模量，MPa ；E S ———试块储存的最大应变能，MJ ／m 3。
最大储存弹性应变能指标E S 的判别岩爆强烈程度的标准如下：E S <0.20MJ ／m 3，无岩爆；0.2≤E S <0.5MJ ／m 3，微弱岩爆；0.5≤E S <0.75MJ ／m 3，中等岩爆；E S ≥0.75MJ ／m 3，岩爆强度大。
38有色金属（矿山部分）第61卷3岩石力学试验本次岩爆倾向性指标力学试验是在教育部重点实验室———中南大学现代分析测试中心力学实验室完成。
所采用的设备为具有国际先进水平的INSTRON1342型和1346型材料压力试验机。
该套设备系由英国制造，通过计算机控制，具有伺服控制功能，试验机本身的刚度大，控制精度高，测量准确，还具有可靠性强、保护功能全等优点。
试验内容包括劈裂拉伸试验、单轴抗压强度试验和加卸载试验。
每种岩石单项试验时，至少测试5个试样，共计测试32个试样。
获得了锡矿石和灰岩的抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、加卸载曲线和全应力-应变曲线。
有关试验结果见表1，锡矿体和灰岩的典型加卸载曲线和全应力-应变曲线分别见图3～图6。
表1岩石力学试验结果Table1The results of rock mechanics test图3锡矿石加卸载曲线Fig.3The loading and unloading curve of tin ore图4灰岩加卸载曲线Fig.4The loading and unloading curve of limestone图5锡矿石全应力-应变曲线Fig.5The complete stress-strain curve of tin ore图6灰岩全应力-应变曲线Fig.6The complete stress-strain curve of limestone4指标计算与岩爆倾向性预测根据室内岩石力学试验的成果，依据式（1）～式（4）计算相关岩爆倾向性指标，并进行岩爆倾向性预测，结果见表2。
表2岩爆倾向性指标及预测结果Table2Rockburst proneness index and prediction经过综合分析表2的计算结果和岩石力学试验时各试件的破坏情形，可以认为：105号矿体围岩（即灰岩）无岩爆倾向性，锡矿石具有弱岩爆倾向性，满足岩爆发生的内在物质必要条件。
5结语在岩爆倾向性力学试验的基础上，对大厂105号岩石类别抗拉强度σt/MPa单轴抗压σt/MPa弹性模量E/GPa泊松比μ锡矿石 4.20117.8429.950.22灰岩 1.7260.0423.220.25岩石类别弹性变形能指数W e t冲击能指标K cf脆性系数B 最大储存弹性应变能指标E s锡矿石4.910，弱岩爆倾向2.214，中等岩爆倾向28.057，弱岩爆倾向0.232，弱岩爆倾向灰岩1.622，无岩爆倾向0.763，无岩爆倾向34.907，弱岩爆倾向0.078，无岩爆倾向第5期邓金灿等:大厂105号矿体深井开采岩爆倾向性研究39（下转第59页）第5期张静等:对乳化炸药生产线中乳化器设计的建议59图4深圳金奥博公司设备Fig.4Emulsifier of Shenzhen King Explorer Science andTechnology Co.图5北京星宇惠龙公司设备Fig.5Emulsifier of Beijing Xingyuhuilong Science andTechnology Co.2对乳化器设计的建议分析以上各家的乳化器，并结合设计及调试乳化器的经验，笔者认为，在乳化器设计中应注意以下几点：1）为保证乳化效果，并使主轴轴承径向负荷均匀，乳化器最好设计成下部进料、上部出料的立式结构。
