深部开采岩体力学研究的现状
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深部开采岩体力学及工程灾害控制探讨作者:孙杨于洋蓝来源:《科学与财富》2018年第36期摘要:深部开采岩体力学是我国当代地质研究的一个重点。
近年来,国家对深部岩体力学的力学特征和岩层移动规律都进行了深入研究,这对我国预知地质灾害发生机理和控制灾害发生有着积极的影响。
本文结合深部开采岩力学及工程灾害的控制进行相关探讨,希望为相关领域提供一定参考。
关键词:深部开采岩力学;工程灾害;控制近年来随着我国经济建设不断发展,交通、水利、国防、矿产等工业建设对地下工程造成了一定影响。
受此影响,我国陆续出现了不同的地质灾害,为了实现经济和环境保护的共同发展,保障地下能源资源开采和环境的相互协调。
希望国家结合地下深部环境,对资源的开发进行合理性规划,将深部力学开采综合运用到工业生产和建设中,这对完善我国地下资源的合理开发应用有着重要的指导性意义。
1.深部开采岩体力学和工程灾害控制现状在环境影响和能源危机的双从压力下,国家对能源矿产和公共环境的合理性建设展开了深入部署。
在国家颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006一2020年)》中,将环境和地下资源的开发利用作为环境建设的重要课题。
在国家的高度重视下,重大自然灾害防治与监测、重大安全事故的排查和预警、地质灾害的应急处理和预警也成为当地环境科学家们重点研究的难题和技术领域。
为实现环境可持续发展,加强国家资源和环境的统一建设,深部岩开采体力学和工程灾害控制对国家实现地下资源的可持续发展意义重大。
2.深部开采岩体力学技术分析2.1TP耦合深部软演气体运移规律TP耦合指的是温度(T)和压力(P)耦合作用下的软岩气体移动。
为了减少软演深部的变形导致地下煤气游离变形引发工程灾害,利用温度和压力产生高压现象让游离的气体能够被吸附并移除,降低了地质灾害。
2.2模拟不对称深部模型建立在深部开采中,受到地应力场、岩体结构差异性变化、岩层产状的不规律变形等影响,会导致常规的对称支护结构无法对岩层进行有效支撑。
深部高应力矿床岩体开采扰动响应特征研究深部高应力矿床岩体开采扰动响应特征研究摘要:随着矿山深入开采,深部高应力矿床岩体的稳定性受到越来越多的关注。
为了研究岩体开采扰动响应特征,本文分别从研究现状、深部岩体高应力特征、三轴试验及数值模拟等角度进行研究。
通过对已有研究的综述,得出深部岩体高应力主要受到应力大小、应力方向和作用时间等因素影响,这些影响也将会对岩石的稳定性造成一定影响,需要有针对性的探索研究。
关键词:深部高应力;矿床岩体;岩体开采扰动响应;稳定性;数值模拟引言:深部高应力矿床因其储量大、含矿量高、矿体规模大等特点,成为了近年来矿业开采的热点之一。
然而,深部岩体开采扰动会对地质工程的安全稳定造成严重威胁,深部岩体高应力是影响地质工程稳定性的重要因素之一。
因此,研究深部高应力矿床岩体稳定性并探索其开采扰动响应特征十分重要。
1. 研究现状多年来,众多学者对深部高应力岩体的研究进行了深入的探讨。
表现在实验和数值模拟研究上。
在实验研究方面,通过三轴试验,研究深部岩石在高应力条件下的变形、破坏及其规律。
在数值模拟方面,研究岩体高应力下的应力分布、破裂规律和岩体稳定性等。
2. 深部岩体高应力特征深部岩体高应力主要受到应力大小、应力方向和作用时间等因素的影响。
数值模拟研究表明,应力大小和应力方向对于岩体变形和破坏具有重要影响。
此外,应力作用时间越长,岩体的变形和破坏越容易发生。
3. 三轴试验研究三轴试验是一种对深部岩石进行高应力实验的有效方法。
通过三轴试验,可以研究深部岩石在高应力条件下的变形、破坏及其规律。
例如,深部岩石的压缩性、屈服强度和破坏模式等。
4. 数值模拟研究数值模拟研究是对深部岩石进行高应力模拟的有效手段。
通过数值模拟,可以研究岩体高应力下的应力分布、破裂规律和岩体稳定性等。
例如,可以通过建立岩体高应力模型,模拟不同应力大小和方向下的岩体破坏模式和破坏过程,预测深部岩体开采扰动响应特征。
结论:在深度开采矿床的过程中,深部岩体高应力将对其稳定性产生重大影响。
金属矿山深部开采的假设干关键问题及其对策研究科技大学教授蔡美峰摘要阐述了金属地下矿山深部开采中的深部巷道变形与支护、深部地压显现与开采动力灾害、地温升高引起作业环境恶化和露天矿山高陡边坡稳定性及合理的边坡角确定、改变传统运输方式、降低运输和生产本钱等关键问题及其对策思路;介绍了以地应力为切入点的金属矿采矿优化理论、以能量聚集和演化为主线的岩爆预测及防治和深凹露天矿高陡边坡稳定性分析与设计优化的主要技术内容。
关键词金属矿山, 深部开采, 关键问题, 对策1 影响金属矿山深部平安高效开采的主要问题1.l 地下矿山我国有很多重要的金属矿产资源都是通过地下开采的方式所获得, 如大多数的有色金属矿山和黄金矿山均为地下矿山。
随着浅部资源的逐渐减少和消失,地下开采的比例将越来越大, 包括现有的局部露天矿山也将转入地下开采。
经过几十年的开采,目前很多地下矿山均己进入深部开采或即将进入深部开采。
如XX狮子山铜矿的开采深度己到1100 米, XX玲珑金矿和XX夹皮沟金矿己到1000 米, XX红透山铜矿己达1300 米。
随着开采深度的不断增加, 地质条件恶化, 破碎岩体增多, 地应力增大, 涌水量加大, 地温升高, 带来了深部地压、提升能力、作业环境恶化、通风降温和生产本钱急剧增加等一系列问题, 抑制了生产能力提高和矿产资源的充分回收。
1.1.1 深部巷道变形与支护随着开采深度的增加, 地应力随之增大。
因此, 深部巷道与采场的维护原理与浅部有十清楚显的区别, 这种区别的根源在于岩石所处的应力环境的区别以及由此导致的岩体力学性质的区别。
在浅部十分普通的硬岩, 在深部可能表现出软岩的特征, 从而引起巷道和围岩的大变形;浅部的原岩大多处于弹性状态, 而深部的原岩处于“潜塑性〞状态, 由各向不等压的原岩应力场引起的压、剪应力超过岩石强度, 造成岩石的潜在破坏状态。
深部高应力环境下的巷道支护, 除了必须考虑岩石强度性质和岩体构造外, 还应重视巷道所处的应力环境。
近年来,科学家正在探索使⽤“氦-3”同位素热核反应堆发电,这种反应堆不会产⽣放射性污染。
但在地球上,“氦-3”储量不⼤,估计只有20吨,,⽽在⽉球表⾯储量可达百万吨以上。
开发⽉球资源将成为解决地球能源危机的⼀个新途径。
7)潮汐能作为⼀种清洁、可再⽣的“蓝⾊能源”,潮汐能的开发利⽤⽇益受到⼈们的重视。
据科学家估计,地球上潮汐能的发电量⾼达90万亿kW。
⽬前,美国、⽇本、印度等已建成⼏⼗座潮汐电站。
到20世纪末,全球潮汐发电总容量约为620万kW。
我国海岸线长达18000余km,潮汐能源达1.9亿kW,可开发装机总容量为2179万kW,年发电量可达624万kW·h,可供开发200kW以上的潮汐港湾424处。
为解决沿海地区能源短缺,保护⽣态环境,我国已将潮汐能开发列为重点项⽬。
的潮汐试验电站是浙江江厦潮汐电站,共有5台机组,总容量为3200kW,年发电量1100万kW·h。
尽管潮汐能的发电成本较⾼,仍有巨⼤的开发前景。
随着21世纪海洋⾼科技的飞速发展,潮汐发电将占更加重要的地位。
我国在“数字地球”⽅⾯,有⼀定的基础。
1999年11⽉在北京成功地举办了“数字地球国际会议”(ISDE),影响深远。
数字城市的进程也在加速。
近来,我国还开通了《中国信息》(China Info)络,实现了科技期刊编辑、出版、发⾏⼯作的电⼦化,推动了科技信息交流的络化进程,许多期刊已经⼊。
但在岩⽯⼒学领域,尚处于发展中阶段。
今后,除应加强通⽤技术,如电⼦通信(E-mail)、热线电⼦通信(Hot-mail)、主页(Homepage)、内部络(lntranet)、外部络(Extranet)外,还要根据岩⽯⼒学的特点,建⽴⼀套适合国情的数字化信息络,如远程规划、远程咨询、远程教育、远程设计、远程施⼯、远程监理,促进信息交流、资源共享与优化配置,并将它有机地汇⼊“数字地球”系统之中。
8)热⼲岩发电技术在地壳浅部的某些构造部位,埋藏有热⼲岩(HDR,Hot Dry Rock)。
深并象矿疾展规狀赵兴东(东北大学资源与土木工程学院,沈阳110819)2019年8月23~25日,由东北大学、北京矿冶 科技集团有限公司、深部金属矿山安全开采教育部 重点实验室共同主办的深井采矿国际会议在东北大 学举行。
东北大学副校长、中国岩石力学与工程学会理 事长冯夏庭教授出席会议开幕式并致开幕辞。
来自 加拿大、南非、澳大利亚、捷克等国家以及国内山东 黄金集团、本溪龙新矿业有限公司、北京科技大学、云南驰宏锌锗股份有限公司、中国恩菲、中国华冶科 工集团、莱州汇金矿业、瑞海集团、昆明理工大学、马 鞍山矿山研究院等矿山企业、科研院所、设计咨询公 司等35家单位的130余位代表,围绕深井开采所面 临的亟待解决的问题,分别针对深部岩体力学、深部 采矿方法、地压灾害与防控、深井通风与降温、深竖 井建设、深竖井提升等系列技术难题展开充分研讨。
冯夏庭教授欢迎国内外深井行业的从业者来到 东北大学这座具有悠久历史的高校参会。
他简要介 绍了东北大学的发展历程、“双一流”建设相关情况、本次会议的主题以及就深井开采所面临的一系列问 题进行学术研究所具有的现实意义和重要作用,并 由衷祝愿所有与会人员在东北大学能拓宽学术视 野,收获真挚友谊。
蔡美峰院士作了题为“深井采矿关键技术与发展 现状”的报告。
报告指出,必须通过吸收各学科的高新 技术,开拓先进的、非传统的采矿技术,创造更高效 率、更低成本、最小环境污染和较好安全条件的绿色 高效采矿模式,得以建成高度自动化、智能化、高效 率、无污染的新型矿山。
报告同时介绍了国内外金属 矿山开采现状及研究进展,认为进入深部开采后,地 应力增大、矿床地质构造和矿体赋存条件恶化、破碎岩体增多、涌水量加大、井温升高、开采技术条件和环 境条件严重恶化,导致开采难度加大,灾害、事故增 多,劳动生产率下降,成本急剧增加,给深部金属矿山 大规模正常生产和安全、高效开采带来了一系列工程 技术问题。
报告随后从开采动力灾害预测防控、深井 高温热害控制治理、深井提升、深井开采方法工艺变 革、深部选矿新技术以及智能无人采矿等6个方面提 出了解决我国深部开采难题的战略建议。
浅述岩体力学研究的前沿问题及热点浅述岩体力学研究的前沿问题及热点侯兰杰陈廷方摘要:当前岩石力学基本理论研究的热点问题包括:宏微观、多层次、变尺度研究;多因素耦合分析;岩石力学参数的状态相关性研究;非线性动力学与综合智能分析;新的算法与程序。
关键词:岩石力学学科前沿热点问题20 世纪末到现在,由于人类环境保护以及资源永续利用意识的不断提高,联合国和世界各国可持续发展战略的制定,人们对地球只有一个,人类生活空间的有限性、大多数天然资源不可再生性的认识的不断深化,推动人们对岩石力学与工程的认识进入了一个更高阶段。
这个阶段的特征是:保护资源环境及可持续发展,岩石力学与岩石工程(包括地面、边坡、地下工程)以环境友好工程的姿态出现在人们面前。
这一点可以说是人们对新世纪岩石力学与工程认识的一个飞跃。
我国的三峡工程以及西南水电能源开发、青藏铁路、南水北调、西电东送、西气东输等西部大开发战略中的重大工程的实施,对岩石力学与工程提出了严峻的挑战,也为岩石力学和工程学科的发展提供了绝好的发展机遇。
岩石力学基本理论方面的研究热点体现在[1~12 ]:宏微观、多层次和变尺度研究,多因素耦合分析,岩石力学参数的状态相关性研究,非线性动力学与综合智能分析,以及新的算法和程序的开发等方面。
(1)岩石力学与工程岩体稳定性研究的新进展,则体现在计算机技术与现代数学(如模糊数学、拓扑学、分形理论、优化理论等)和岩体力学相结合,形成了前所未有的强大的数值仿真方法和新的研究方法,例如东北大学唐春安教授所开发的岩石破裂数值仿真和冯夏亭教授提出的智能岩石力学方法。
此外还体现在采用高新科技手段(卫星GPS技术、激光技术、穿地雷达和遥感遥控技术、机器人技术、电镜细观实验、声波测试1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.技术、模拟仿真技术等等)进行的原型和地质力学模型实验。
我国深层岩石力学研究及在石油工程中的应用我国深层岩石力学研究及在石油工程中的应用近年来,我国在深层岩石力学研究领域取得了显著的进展,这些研究成果在石油工程中得到了广泛的应用。
深层岩石力学研究的目的是为了更好地理解地下岩石的力学特性,以便在石油勘探和开采过程中提供科学依据。
深层岩石力学研究主要涉及岩石的力学性能、应力状态、变形行为以及岩石与井壁之间的相互作用。
通过对深层岩石的野外观测、室内试验和数值模拟等手段的综合应用,研究人员可以得到深层岩石的力学参数,如弹性模量、泊松比、抗剪强度等,从而为石油工程提供可靠的数据支持。
在石油工程中,深层岩石力学研究的应用主要体现在以下几个方面。
深层岩石力学研究可以帮助确定井眼稳定性。
在钻井过程中,岩石与钻井液、钻杆等之间会发生相互作用,可能导致井壁塌陷或井壁稳定性下降。
通过对井壁稳定性进行深入研究,可以确定合理的钻井参数,降低事故风险,提高钻井效率。
深层岩石力学研究可用于油层开采中的地应力分析。
在油层开采过程中,地应力的大小和分布对采油效果具有重要影响。
通过研究地应力的变化规律,可以合理确定钻井方向、注水方案和压裂参数,从而提高采油效率。
深层岩石力学研究还可以用于岩石力学参数反演。
通过采集地震数据、井下测井数据等,结合岩石力学模型,可以对深层岩石的力学参数进行反演,如岩石的弹性模量、泊松比等。
这些参数的准确反演有助于评估油藏的储量、预测油藏的产能,为油田开发提供科学依据。
深层岩石力学研究还可以用于岩石破裂与断裂机理的分析。
在地下开采过程中,岩石的破裂与断裂现象经常发生,对油田的开发和生产造成一定的影响。
通过研究岩石的破裂与断裂机理,可以预测岩石的破裂形态和破裂扩展路径,为油田的开发和生产提供科学指导。
我国深层岩石力学研究在石油工程中具有重要的应用价值。
深层岩石力学研究的成果不仅可以为石油勘探和开采提供科学依据,还可以提高石油工程的安全性和效率。
未来,随着石油工程的不断发展和深水油气开发的推进,深层岩石力学研究将发挥更加重要的作用,为我国石油工程的发展做出更大的贡献。
深部软岩工程的研究进展与挑战一、本文概述随着地下工程建设的不断深入,深部软岩工程逐渐成为土木工程领域的研究热点。
深部软岩工程涉及地质环境复杂、工程条件多变、施工难度大等诸多问题,其研究进展与挑战对于地下工程建设的安全与稳定具有重要意义。
本文旨在综述深部软岩工程的研究现状,分析当前面临的主要挑战,并提出相应的研究展望,以期为相关领域的研究人员和实践工程师提供参考和借鉴。
我们将对深部软岩工程的基本概念、特点及其在工程实践中的应用进行简要介绍;我们将重点回顾深部软岩工程在岩石力学特性、工程稳定性分析、支护结构设计等方面的研究进展;我们将探讨深部软岩工程目前面临的主要挑战,包括地质环境的不确定性、施工技术的局限性以及工程安全性的保障等,并提出相应的解决策略和发展方向。
通过本文的阐述,我们期望能够为深部软岩工程的研究与实践提供有益的参考和启示。
二、深部软岩工程的特性与挑战深部软岩工程是一种特殊的岩土工程,其特性与挑战主要体现在以下几个方面。
深部软岩的工程特性复杂多变。
由于软岩通常具有低强度、高变形性、低渗透性等特点,使得在深部开采过程中,岩石的物理力学性质发生显著变化,给工程设计和施工带来极大困难。
同时,深部软岩还常常伴随着高地应力、高地温、高水压等极端环境,这些环境因素会进一步加剧软岩的变形和破坏,使得工程稳定性问题更加突出。
深部软岩工程面临着诸多技术挑战。
在深部开采过程中,由于软岩的强度和稳定性较差,易发生大变形和破坏,因此需要采取一系列特殊的技术措施来确保工程的顺利进行。
例如,需要采用高强度支护结构来承受地应力和水压的作用,采用注浆加固技术来提高软岩的强度和稳定性,采用地下水控制技术来降低水压等。
这些技术措施的实施需要综合考虑多种因素,如地质条件、工程规模、施工环境等,因此具有一定的技术难度和复杂性。
深部软岩工程还面临着诸多环境挑战。
在深部开采过程中,由于岩石的破坏和地下水的排放,会对周边环境产生一定的影响,如地面沉降、水体污染等。
浅析岩石力学在采矿工程中的应用及问题探讨摘要:现如今,随着我国国民经济的飞速发展,人们在生产生活之中对于矿物的需求量也在逐渐的增加,现今,物产丰富的中国已经成了世界的采矿业的重头。
而采矿工程在社会建设发展中的地位也越来越凸显,成为人们十分热衷的话题。
而在具体的采矿工程中离不开对岩石力学的应用,其作为地质学和力学之间的一门边缘学科,其应用已经比较广泛。
本文就将对我国岩石力学在非金属矿山采矿工程中的应用进行分析探讨。
关键词:岩石力学;采矿;问题;措施在矿山的开采中对于岩石力学的应用是非常普遍的,其主要来源于大规模的工程实践。
由于采矿工程一般规模比较大、施工条件复杂,不管是地下还是露天的采矿工程,都是以具有地质构造的岩石为对象,这也就决定了岩石力学的问题将贯穿于整个采矿工程的实际。
在采矿工程中的岩石力学,主要包括岩石的稳定性以及强度等,它是会随着矿山中岩石内部的结构发生不同的变化。
与此同时,因为采矿工程是一个动态的过程,所以在这其中岩石的力学性质会随着矿山工程的进展发生变化,还有就是自然环境也对其有一定的影响。
这就决定了在矿山工程中的岩石力学应用手段必须多样化。
1、岩石力学研究的目的和内容岩石力学研究的目的是对矿区内不同类型岩体的地质结构、岩石组成及其强度和应力的资料给以解释,按岩石力学的要求对矿、岩体进行分类,以便根据其自然崩落性选择合适的开拓方式和采矿方法,从而为制定采矿试验计划和编制采矿设计提出推荐意见。
岩石力学研究的主要内容有:断层和破碎带的位置、形态和相对运动;不同类型岩石及其夹层的抗压、抗张、抗剪强度;微裂隙的类型及系统;区域残余应力的大小、方向和变化;应力释放的方法;在一段时间内岩石的应力集中及其移动的性态,坑内井巷工程不同支护方法的效果;使应力影响减少到最小的井巷工程的位置及方向等等。
2、背景研究2.1、采矿工程的力学背景采矿工程的力学背景,主要指的是在推翻原有平衡关系的基础之上建立起新的平衡结构,它具有一定的时代特色。
岩土力学发展现状研究分析摘要:岩土力学属于探究岩土特征变化的学科领域,岩土力学的理论研究成果将会为工程开展实践提供必要的支撑。
岩土力学包含了较为复杂的学科理论要点,工程技术人员针对岩土力学的理论知识内容必须要准确进行理解掌握,科学计算岩土受力特性的相关参数变化。
因此,本文探讨了岩土力学的目前学科理论发展以及学术研究状况,合理给出岩土力学的研究发展方向。
关键词:岩土力学;发展现状;技术要点岩土由于受到工程上部结构的荷载效应影响,进而导致了岩土体表现为原有强度改变、外观形态改变与应力改变情况。
作为独立的工程研究学科领域而言,岩土力学的侧重点就在于探讨岩土受力导致的有关参数指标变化。
在目前的发展现状下,岩土力学的学科理论研究水准正在趋向于不断实现提升,岩土力学以及其他相关学科的交叉性也表现得更为明显。
由此能够判断得出,深入探索岩土力学在当前阶段时期的研究发展状况具有显著的必要性。
一、岩土力学的含义及其研究对象岩土力学的基本含义就是运用科学计算公式来判断岩土体的受力特性变化程度,从而实现了准确预测岩土体的变形幅度、应力改变以及荷载强度等级因素。
因此从根本上来讲,岩土力学的关键研究对象应当包含岩土体的温湿度参数、荷载强度参数、应力变化参数等,以上各项的工程技术参数都属于岩土力学范畴。
工程技术人员在准确计算岩土体的相关参数前提下,应当能够预测得到工程主体结构的安全性能潜在缺陷,确保提供了工程整体架构合理优化的技术方案支撑。
二、岩土力学的发展历程岩土力学的学科基础理论最早诞生于十八世纪,法国学者库伦对于滑动土体的楔块理论、土体压力以及土体抗剪强度的理论进行了首次研究。
在此之后,学者朗肯对于土体压力的原有理论成果给予了必要的创新发展,进而诞生了土压力与塑性应力场的理论[1]。
在上世纪末的理论发展阶段,很多西方学者针对岩土力学理论表现为浓厚的研究探索兴趣,创新提出了独立的土力学理论、土坡稳定性的计算分析理论、土体渗流与固结的理论等。
井下深部开采存在的问题及对策1我国煤矿深部开采的现状煤矿深部开采问题一直是世界各发展中国家关注的问题。
在世界主要采煤国家中,都领先进入深部开采,而且快速发展。
我国的主要国有煤矿中,采深大于800m的大约占总数的13%,它们主要分布在我国的北京、沈阳、徐州等东部地区,这些矿区的开采时间都比较长。
其中,在开采深度超过1000m以上的还有几个。
2煤矿深部开采存在的问题2.1地表沉陷预测和控制问题2.2矿井的生产维护费用高在煤矿深度开采中,岩体塑性大和原岩应力大导致矿压明显强烈。
随着采深程度的延伸,覆石自重压力会越加增大,构造压力也会越来越增强,导致围岩会严重变形,巷道和采场失去平衡,顶板管理起来有相当的难度。
巷道维护受到阻碍,影响了深部开采生产技术的效果,也导致经济效益下滑。
这些问题主要可以归纳为两种:一方面是加大巷道断面;另一方面,随着地压增大,受到深部高应力的影响,围岩移动更加强烈,巷道会严重变形。
尤其是在超过七百米的深度开采,巷道矿压问题严重存在,会产生底鼓地压现象,巷道失修问题的比例也逐渐增长,相应的要采取一系列措施,如增加设备,加强支护等。
同时,井下需要维修的巷道长度增加,到工作地点的距离和时间增加,提升高度大、时间长,主副井提升系统、排水系统等环节增加,通风系统趋于复杂。
这些都导致煤炭生产成本增加,吨煤成本生产费用提高,经济效益迅速下降。
2.3地温升高这里所说的地温指的是矿井下岩层的温度。
正常情况下,随着深度的加深,气温也逐渐升高。
地下温度的高低对采掘工作面的环境温度起着决定性的作用,也可以叫矿井温度。
随着矿井深度的变化,里面空气所受的压力也跟着改变。
在风流沿着巷往下流动时,里面的空气压力值就会增大。
那么,在这种状态下,空气的压缩就会产生吸热,矿井的温度也就会随着上升。
随着矿井深部的延伸,施工人员所受到的井下环境也逐渐恶劣,井下岩层的温度也会上升到高达几十摄氏度,井下温度达到如此高的程度,会严重影响施工人员的健康,从而引发各种疾病,还让他们不能专心作业,导致安全事故频频发生,有很多的矿井就因此而停产关闭。
将结合“中国岩⽯⼒学与岩⽯⼯程发展前景展望”(第3节)来叙述。
参考⽂献1. Directory, International Society for Rock Mechanics,(1996,2000),Compiled by the ISRM Secretariat A. A.Balkema/Rotterdam, The Netherlands.2. 傅冰骏 光辉的历程——纪念国际岩⽯⼒学学会成⽴35周年,岩⽯⼒学与⼯程动态,1997年第4期,中国岩⽯⼒学与⼯程学会,北京3. 周维垣主编⾼等岩⽯⼒学北京⽔利电⼒出版社 19904. 傅冰骏国际岩⽯⼒学与⼯程新进展——参加第8届国际岩⽯⼒学⼤会报导西部探矿⼯程第9卷第2期,1997年5. 蔡美峰、何满潮、刘东燕主编岩⽯⼒学与⼯程普通⾼等教育“⼗五”规范教材科学出版社 20026. Lin Yunmei et al(2002),(Editors), New Development in Rock Mechanics and Rock Engineering, The Proceedings of the 2nd International Conference, Rinton Press, Inc. Princeton, USA.7. 傅冰骏参加1996年国际岩⽯⼒学学会年会⼯作报告岩⽯⼒学与⼯程动态,1996年第4期,中国岩⽯⼒学与⼯程学会,北京8. News Journal, International Society for Rock Mechanics,(2001,2002,2003)Vol.6 No.3, Vol.7 No.1, Vol.7 Nos.1,2,39. 傅冰骏国际岩⽯⼒学学会罗哈奖(Rocha Medal)综合报导,岩⽯⼒学与⼯程动态,1998年第3期10.. 傅冰骏国际岩⽯⼒学学会缪勒奖(L.Muller Award)情况报导,岩⽯⼒学与⼯程动态,1995年第1期11. 傅冰骏参加第10届国际岩⽯⼒学⼤会简报,岩⽯⼒学与⼯程动态,2003年第3期第⼆节 中国岩⽯⼒学与岩⽯⼯程的主要成就⼀、简单的发展历程[1]~[14]在解放前的归中国,连年战乱,民不聊⽣,岩⽯⼒学研究基本上是空⽩。
深部开采岩体力学研究的现状
深部开采岩体力学研究的现状
摘要:在深部开采工程中产生的岩石力学问题是目前国内外采矿及岩石力学界研究的焦点,“三高一扰动”的复杂环境,是深部开采面临的挑战性、高难度课题。
虽然目前对于深部开采工程的研究已经取得了部分成果,但对深层次、注重个案、侧重技术的基础研究重视仍然不够。
今后主要研究方向应集中在深部岩石力学基本特性、深部开采工程稳定性控制、深部开采地表环境损伤控制以及深部厚煤层综放开采基础理论研究等方面。
关键词:深部开采;岩石力学;三高一扰动
深部开采岩石力学,主要是指在进行深部资源开采过程中引发的与巷道工程及采场工程有关的岩石力学问题。
目前,对能源的需求逐步增加,开采强度也不断加大,这些都造成了浅部资源的日益减少,因而国内外的矿山都相继进入深部资源开采状态。
而开采深度的不断增加,工程灾害也随之增多,这对深部资源安全高效的开采造成了巨大威胁。
1 深部开采岩体的力学特点
1.1 开采环境
深部开采和浅部开采最明显的区别在于深部岩石所处的特殊环境,也就是“三高一扰动”的复杂力学环境。
“三高”主要是指高地温、高地应力和高岩溶水压。
“一扰动”主要是指强烈的开采扰动。
当进入深部开采后,岩体呈现塑性状态,即由各向不等压的原岩应力引起的压、剪应力超过岩石的强度,并且对岩石造成破坏。
1.2 力学行为特性
深部岩石的“三高一扰动”复杂环境,对深部岩体的组织结构、基本行为特征和工程响应产生根本性的影响。
主要表现在深部岩体动力响应的突变性,深部岩体应力场的复杂性,深部岩体的大变形和强流变性,深部岩体的脆性一延性转化,深部岩体开挖岩溶突水的瞬时性等五个方面。
2 深部开采工程中的岩石力学问题
目前对于深部开采工程的研究已经取得了一系列成果,但是对于侧重技术、注重个案的深层次基础研究始终没有得到足够的重视。
深部开采“三高一扰动”的复杂力学环境,使深部岩石力学行为及其深部灾害的特征与浅部开采明显不同,因而在浅部开采基础上建立的传统理论不能适应现在的研究环境。
2.1 强度确定
深部开采时地应力水平比较高,因而工程开挖后的工程岩体在高围压作用下,一个或两个方向上应力状态的改变所表现出的强度变化并不是简单的表现在受拉或受压,而是复杂的拉压复合状态,即径向产生卸载,同时切向产生加载。
所以深部开采时工程岩体的强度不能单纯用岩块强度来确定,必须建立符合深部开采特点的工程岩体拉压复合强度确定理论。
2.2 设计理论
深部开采时,由于工程围岩所表现出的非线性力学特性,在稳定性控制设计时不能采用简单的一次线性设计,因而必须建立采用二次以至多次非线性大变形力学稳定性控制设计理论。
2.3 稳定性控制理论
在深部开采环境下,工程开挖后工程围岩就会有不同程度的破坏,必须采用二次支护甚至多次支护才能够实现工程稳定性。
因此,原有的稳定性控制理论不能适合新的环境,必须建立适合深部开采工程的二次(支护)稳定性控制理论。
3 今后研究重点
随着我国国民经济的提高和科学技术的发展,在复杂地质条件下一些长深铁路、公路隧道的修建,有了许多深部开采事故的预防应用,并由此发展了先进的科学技术和理论。
我们认为对岩石力学问题,今后主要研究方向应集中在对深部岩石力学基本特性、深部开采工程稳定性控制、深部开采地表环境损伤控制和深部厚煤层综放开采基础理论研究等方面。
3.1 “深部”的概念及其分类体系
目前国内外对深部工程中所引发的岩石力学问题研究十分重视,
但是在“深部”、“深部工程”等一系列概念上的差异较大,这些对该领域理论与技术研究的发展及交流有一定影响。
因而,对“深部”的概念、分类体系以及评价指标进行科学的定义,是推动深部岩体力学的基础理论研究的当务之急。
3.2 深部岩石力学的基本特性研究
深部工程的“三高一扰动”复杂环境,使得深部岩体的组织结构、基本行为特征和工程响应都发生了根本性的变化,同时也导致深部开采中灾变事故的多发性和突发性。
因而,深部资源开采面临的核心科学问题正是采掘扰动表现出来的特殊力学行为。
其中的深部高应力场成因以及多个应力场的耦合作用状态研究、深部复杂应力状态下岩体拉压复合强度确定方法及其灾变机理更是今后研究的重点。
3.3 深部开采工程的稳定性研究
深部开采工程的稳定性问题是研究围岩在开采破坏后与支护系统相互作用所达到的二次稳定问题。
在深部条件下的工作面回采所形成的采动应力场与巷道掘进形成的开挖应力场相互耦合叠加,这些形成了复杂的三维应力场。
同时,采动应力的分布与回采空间动态、多维的时空规律以及支承压力区的范围和峰值应力等也将产生很大变化。
因此,应该结合深部岩体的非线性力学特性研究,在对深部采场以及巷道围岩采动的应力时空分布规律的深入分析基础上,探讨深部开采采场及巷道一体化的稳定性非线性力学控制对策。
3.4 深部工程灾害的发生机理以及控制对策的研究
在深部条件下,“三高一扰动”环境使深部岩体的基本行为特征、组织结构和工程响应发生了根本性的变化,这同时导致了深部开采中灾变事故的多发性和突发性。
因而,研究岩体在地下水、瓦斯、高地应力、温度等作用下的稳定与非稳定变形,破坏状态以及转化机理、条件和规律,探索深部多相介质、多场耦合的作用下工程灾害频度和强度等特征,这些对揭示深部工程灾害的诱发机理和成灾过程,并对相应的灾害提出预测方法及控制对策具有重要意义。
在“三高一扰动”特殊地质力学的环境下,传统的理论、方法和技术已经部分或全部失效。
因此,对深部开采工程岩石力学基础理论研究的大力开展,能够对深部资源开发提供可靠的理论基础,并为我
国经济的可持续发展和国家安全战略的实施提供有效的能源和资源
保证。
参考文献
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