深部开采岩爆理论研究现状评述

地下工程岩爆及其风险评估综述整理：snowsw(原创）上传：yeguiren 来源：水利工程网 2005-04-19 00:001．岩爆的数学描述在分析岩爆发生机制时，人们注意到，地下洞室岩爆是岩体由于几何及力的边界条件发生变化导致岩石材料力学性质发生改变，从而导致岩体突然失稳。

这种失稳是一种突变现象，它具有多个平衡位置、突跳、滞后、发散和不可达等特点。

应用现代数学中的突变理论可以对此过程进行较好的描述，例如初等突变理论中的尖点突变模型[10,11]。

尖点突变模型的标准势函数为[12]：（1）式中，为势函数，为状态变量，为控制变量。

令，可以确定其平衡位置，如下式。

（2）方程实根的数目由判别式决定。

根据突变理论，为稳定的平衡，为不稳定平衡，为两者间的转折点。

同时，在状态－控制变量空间中，曲面Ｍ: 称为平衡曲面，参数空间曲面B: 称为分叉集，如图1所示。

在平衡曲面的上、中、下三叶分别代表可能的三个平衡位置，其中上下叶为稳定平衡，中叶为不稳定平衡。

图1 尖点突变模型[12]用尖点突变模型可以对岩爆现象进行解释。

设为表征洞室稳定状态的变量，为影响洞室稳定性的变量，在图1中可以观察到不同的路径上洞室的稳定状态发生的变化。

路径始终处于上叶，在该路径上洞室一直处于稳定的平衡状态。

虽然该路径上洞室也有可能进入破坏状态，但这种破坏是一个连续的过程，如围岩较软，其单轴抗压强度较低，高地应力区的应力值超过了岩石的长期强度，洞室出现加速蠕变直至破坏的一种流变过程，而不是突然失稳。

路径开始处于稳定平衡的上叶，当到达上叶与中叶的皱折时，系统由稳定向非稳定过渡。

此时若围岩受到轻微的扰动，如爆破振动导致控制变量发生微小变化，路径继续往前时，洞室的状态不可能进入中叶，因为中叶是不稳定的亦即不可能达到的状态，洞室控制变量经过调整，其状态直接跳跃到下叶，发生岩爆，洞室失稳。

该路径下洞室的状态的不连续变化称之为突变。

由于岩爆与围岩的储存和释放的能量有关，因此一般从能量角度对洞室和围岩组成的系统进行定量分析。

我国深部找矿的主要成果与挑战摘要：近年来，我国在深部找矿领域取得了一系列重要成果，包括探明了大量世界级矿产资源储量，提高了勘查技术水平，促进了矿业发展和地质理论创新等。

然而，随着深部勘查难度的增加和成本的提高，我国深部找矿也面临着诸多挑战。

关键词：深部找矿；主要成果；挑战一、深部找矿技术1.地球物理勘探在深部找矿中发挥着重要作用。

地球物理勘探是通过对地球内部物理属性的测定和解释，来揭示地质构造、矿产资源分布等信息的一种勘探手段。

在深部找矿中，地球物理勘探技术可以通过地震波、电磁波等方式对地下结构进行探测，帮助勘探人员了解地下岩层构造、矿体赋存情况等重要信息，为矿产资源的勘查提供科学依据。

特别是在深部找矿中，地球物理勘探技术的高精度、高分辨率特点得到充分发挥，为深部矿产资源的勘查提供了重要技术支持。

2.地球化学勘探也是深部找矿中的重要技术手段之一。

地球化学勘探是通过对地表、地下水体、矿石等样品的化学成分和特征进行分析，来推断地下矿床的存在及其性质的一种勘探方法。

在深部找矿中，地球化学勘探技术可以通过对地下水体、地表岩石等样品的采集和分析，发现矿床的痕迹和指示物质，为深部矿产资源的勘查提供重要的线索。

通过地球化学勘探技术，勘探人员可以了解地下矿床的成因、形成过程等信息，为深部找矿工作提供科学依据。

3遥感技术在深部找矿中也发挥着重要作用。

遥感技术是利用卫星、飞机等遥感平台获取地表、地下信息，并对其进行解译和分析的一种技术手段。

在深部找矿中，遥感技术可以获取地表的地形、植被、岩性等信息，通过遥感影像的解译和处理，揭示地下矿产资源的可能分布区域，为深部找矿的选区和勘查提供科学依据。

特别是在深部地质条件复杂、地表覆盖较厚的地区，遥感技术的应用可以弥补传统勘查手段的局限性，提高勘查效率和准确性。

二、深部找矿成果与突破1.深部找矿工作也面临着诸多挑战，如深部岩体的高应力、高温和高水压力环境，以及由此引发的岩爆、大规模崩塌和矿体突出等灾害。

岩石力学在采矿工程中的研究【摘要】岩体力学不是一门系统的学科，它属于地质学与力学之间的一门边缘学科，现如今在采矿工程中的应用也比较广泛。

本文首先介绍了岩体力学的时代背景，其次又从三方面探讨了岩石力学在采矿工程中的应用，分别是：对于深部开采所带来的灾害预测、矿山地应力场测量、大型深凹露天矿边坡设计优化。

【关键词】岩石力学；采矿工程；应用1.简述采矿工程中岩体力学的特点①采矿工程多处于地下较深处，而其它地下工程多在距地表较近（几十米）的范围内；②对矿山工程，只要求在开采期间不破坏，在采后能维持平衡状态不影响地表安全即可，故其计算精度、安全系数及加固等方面均低于国防、水利工程的标准；③矿山地质条件复杂，又受矿床赋存条件限制，故采矿工程的位置选择性不大，同时采掘工作面不断变化，因而采矿工程岩石力学具有复杂性的特点。

在岩体表面或其内部进行任何工程活动，都必须符合安全、经济和正常运营的原则。

以露天采矿边坡坡角选择为例，坡角选择过陡，会使边坡不稳定，无法正常采矿作业，坡角选择过缓，又会加大其剥采量，增加其采矿成本。

然而，要使岩体工程既安全稳定又经济合理，必须通过准确地预测工程岩体的变形与稳定性、正确的工程设计和良好的施工质量等来保证。

其中，准确地预测岩体在各种应力场作用下的变形与稳定性，进而从岩体力学观点出发，选择相对优良的工程场址，防止重大事故，为合理的工程设计提供岩体力学依据，是工程岩体力学研究的根本目的和任务。

2.岩石力学在采矿工程中的应用岩石力学理论服务于采矿活动，其目的有四个方面。

（1）充分利用地壳内部各种应力来进行落矿、运矿以减少崩矿费用。

（2）尽可能地减少工程量，降低采矿成本。

（3）控制崩落矿石块度，减少二次破碎（4）最大限度地提高生产规模，创造矿山经济效益。

2.1矿山地应力场测量地应力是存在于底层中的天然应力，它是引起采矿水利水电、土木建筑、铁道、公路和其他各种地下或露天沿途开挖工程变形和破坏的根本作用力，是实现采矿和岩土开挖设计和决策科学化的必要前提。

煤矿深部开采相关灾害问题及应对措施的探讨摘要：随着煤炭资源的开采向深部延伸,部分矿井已经出现或将出现高温、高突、高地应力、高岩溶水压、高瓦斯等灾害问题。

结合深部地质灾害的特点,本文提出了一些深部开采出现的问题以及应对这些问题所采取的措施。

abstract: with the deep extensions of mining of coalresources, part of mine has been or will appear hightemperature, high axon, high geostress, high karst waterpressure, high gas. according to the characteristics of deepgeological disasters, this paper puts forward the problemsin deep mining and measures to deal with these problems.关键词：深部开采；五高；灾害；应对措施key words: deep mining；five “high”；disasters；measures中图分类号：td1 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2012）11-0295-021 我国煤矿开采现状1.1 开采深度据预测，我国已探明的煤炭总储量中有65%以上的煤炭埋深在1000m以下，随着采煤机械化程度的提高，我国煤矿目前正以每10年100～300m的速度向下延深。

预计在未来10年，很多煤矿的开采深度将达1000～1200m。

1.2 高温地温是指煤矿井下岩层的温度。

一般情况下，地温随开采深度的增加而增加。

地温决定着井下采掘工作面的环境温度，即矿井温度。

矿井深度的变化，使空气受到的压力状态也随之而改变。

当风流沿井巷向下流动时，空气的压力值增大，空气的压缩会出现放热，从而使矿井温度升高。

深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：随着我国煤炭资源的逐渐枯竭，深部开采已成为一种重要的采煤方式。

而原生煤岩组合体在深部开采中的围压卸荷致裂特征及破裂模式是一个重要的研究方向。

本文将针对这一问题展开探讨。

围压卸荷是指在岩石或矿体中施加一定的围压载荷，当载荷被去除或减小时，岩石或矿体将发生裂隙扩展或破坏的现象。

在深部开采过程中，由于采空区的存在以及地表载荷的作用，原生煤岩组合体存在着一定的围压状态。

当深部开采进行时，岩体的围压状态将发生变化，卸荷现象也将随之出现。

围压卸荷过程中，岩体的裂隙扩展与破坏将对采煤工作面的稳定性和安全性产生影响。

深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征主要表现在以下几个方面。

首先是裂隙扩展的特征。

围压卸荷过程中，岩体裂隙将发生扩展，从而导致岩体的破坏。

这种裂隙扩展具有一定的规律性，可以通过实验及数值模拟等手段进行研究。

其次是破裂的模式。

深部开采原生煤岩组合体在围压卸荷过程中可能出现不同的破裂模式，如剪切破裂、张裂等。

不同的破裂模式对采煤工作面的稳定性有着不同的影响，因此研究破裂模式对于提高采煤效率和保障采煤安全具有重要意义。

针对深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式，可以通过一系列实验研究和数值模拟来进行分析。

通过实验可对不同围压状态下的煤岩组合体进行力学性质的测定，从而了解围压卸荷过程中岩体的裂隙扩展特征及破裂模式。

通过数值模拟可以模拟不同围压状态下岩体的变形与破坏过程，进一步深入研究围压卸荷致裂特征及破裂模式。

深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式是一个复杂而重要的问题。

通过深入研究这一问题，可以为深部开采中的安全生产提供理论支撑和技术指导，为煤炭资源的高效开采和利用做出贡献。

【字数达到要求】第二篇示例：一、引言深部开采原生煤岩组合体是一种具有复杂物理力学性质的多相介质，其围压卸荷现象对工程开采产生重要影响。

露天矿山石材开采岩爆分析发布时间：2022-06-17T05:46:44.889Z 来源：《科学与技术》2022年第2月第4期作者：李强[导读] 中国是一个多煤少油的国家，拥有丰富的煤炭资源储量，虽然近些年新能源的发展势头迅猛李强中国葛洲坝集团易普力股份有限公司墨竹工卡分公司摘要：中国是一个多煤少油的国家，拥有丰富的煤炭资源储量，虽然近些年新能源的发展势头迅猛，但短时间内依然无法取代煤炭资源的地位，煤炭在中国经济的发展进程中依然拥有不可替代的作用。

在露天矿山石材开采过程中，部分石材出现炸裂，表现为突然的、猛烈的脆性破坏形式即岩爆现象，尤其在夏季开采石材时表现得更明显，导致荒料率（石材总荒料量与矿体石材总矿石量之比）下降明显，资源浪费严重，因此，开展露天矿山石材开采岩爆领域的研究具有重大的理论和现实意义。

关键词：露天矿山；石材开采；岩爆引言中国石材资源丰富，国内各地区基本都有石材矿山的开采，开采的石材产品种类多、颜色多样。

过去，煤炭开采多集中在浅部煤层，随着浅埋煤炭资源逐渐耗尽，煤炭开采向深部发展势在必行。

但由于深部采煤难度大，伴随地质条件复杂多变、高地应力、矿震多发等问题，并且煤炭开采还会引发一定程度的地表沉降，对地面建筑造成破坏，对人民生活产生影响。

因此，为了满足煤层开采过程中的安全与高效，研究深部采煤覆岩移动和地表沉降规律显得尤为重要。

岩爆是高地应力区地下工程中常见的一种地质。

它是由于地下工程的开挖和开挖空间周围岩体的突然破坏，伴随着压缩岩石应变能的突然释放而引起的。

岩爆往往是一种以岩片抛掷、大量岩石崩塌或矿山地震等形式出现的动态现象。

1岩爆危害隧洞岩爆具有突发性、不可预见性的特点，岩爆问题已成为隧洞主要灾害之一，对现场施工产生的影响主要有以下几个方面。

一是人员安全。

在岩爆频繁的情况下，人员安全防护难度极大，尤其是高风险作业人员。

初期支护体系未完全形成，在进行隧洞支护锚网、拱架安装时，一旦发生岩爆，人员极易受到生命健康威胁，对现场施工人员心理造成极大压力。

理论研究深部开采岩体力学及工程灾害控制研究何满潮1,2　谢和平1　彭苏萍1　姜耀东1[1.中国矿业大学(北京),北京100083;　2.中国地质大学(北京),北京100083]摘　要　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,国内外学者通过理论研究、室内及现场实验研究取得了大量的成果。

本文结合笔者的研究工作,总结分析了深部开采与浅部开采岩体工程力学特性的主要区别,主要表现在"三高一扰动"的恶劣环境、五个力学特性转化特点、四个方面的矿井转型、六大灾害表现形式。

针对深部工程所处的特殊地质力学环境,通过对深部工程岩体非线性力学特点的深入研究,指出进入深部的工程岩体所属的力学系统不再是浅部工程围岩所属的线性力学系统,而是非线性力学系统,传统理论、方法与技术已经部分或相当大部分失效,深入进行深部工程岩体的基础理论研究已势在必行。

关键词　岩石力学　深部开采　三高一扰动　工程特性　灾害控制1　引　言地下能源与矿产资源的有效、稳定开发和利用是保持国民经济持续发展和国家经济安全战略实施的重要保障。

随着对能源需求量的增加和开采强度的不断加大,浅部资源日益减少,国内外矿山都相继进入深部资源开采状态。

在煤炭资源开采方面,我国目前已探明的煤炭资源量占世界总量的11.1%,石油和天然气仅占总量的2.4%和1.2%。

而我国埋深在1000m 以下的煤炭资源为2.95万亿t ,占煤炭资源总量的53%[1]。

根据目前资源开采状况,我国煤矿开采深度以每年8～12m 的速度增加,东部矿井正以每10年100～250m 的速度发展[2-3]。

近年来己有一批矿山进入深部开采。

其中,在煤炭开采方面,沈阳采屯矿开采深度为1197m 、开滦赵各庄矿开采深度为1159m 、徐州张小楼矿开采深度为1100m 、北票冠山矿开采深度为1059m 、新汶孙村矿开采深度为1055m 、北京门头沟开采深度为1008m 、长广矿开采深度为1000m 。

岩爆理论研究现状
姜彤;李华晔
【期刊名称】《华北水利水电学院学报》
【年(卷),期】1998(019)001
【摘要】综合述当前主要的岩爆理论，分析各种岩爆理论的优缺点，对未来的岩爆理论研究发展方向作简要的介绍。

【总页数】3页(P45-47)
【作者】姜彤;李华晔
【作者单位】华北水利水电学院岩土工程系;华北水利水电学院岩土工程系
【正文语种】中文
【中图分类】O381
【相关文献】
1.岩爆研究现状评述与趋势 [J], 王志成;简祥
2.动静组合加载下岩石动力学特性研究现状及岩爆机理分析 [J], 潘震;李克钢;牛勇
3.深部开采岩爆理论研究现状评述 [J], 齐玉俊;侯克鹏;孙华芬
4.岩爆灾害研究现状与思考 [J], 陈建国
5.软岩爆破的研究现状及发展趋势 [J], 袁朝阳;尹诚
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对深部矿井开采存在问题的研究【摘要】本文总结分析了煤矿深部开采所面临的主要问题，并就解决这些问题提供了一些措施。

【关键词】深部开采；矿井；煤炭；瓦斯一、前言随着社会对煤炭需求量的日益增加，开采能力的不断提高，开采深度不断的增加是井工开采的必然趋势。

我国淮南、徐州、新汶、开滦、鹤岗、鸡西、抚顺、平顶山等煤矿已进入深部开采阶段，平煤集团十二矿深部已达1150m。

开采深度的增加将使开采难度增大，开采环境也将发生很多不利的变化，如地应力增大、地温升高、煤层自然、冲击地压、煤与瓦斯突出、煤岩巷道变形、地下水灾等。

矿井进入深部开采以后，煤层薄，还存在采用留煤柱方法护巷采出率低、工作人员施工困难等缺点。

目前，我国煤炭形势不容乐观，分析形势萧条的原因，开采成本高居于首位，而研究煤矿深部开采所面临的问题，对于煤炭安全、经济、高效的生产极为重要。

二、深部开采主要面临的问题2.1地应力与煤与瓦斯突出（1）地应力随着开采深度的增加，地应力会增大，一定深度之后会非线性的增大（包括主应力和侧应力）。

地应力不仅包括岩体自重应力、地质构造应力或残余构造应力，还包括因地温、地下水及岩石矿物转化变质等作用而产生的应力。

尽管地应力的组成比较复杂，但大都以岩体自重应力、地质构造应力或残余构造应力为主，本文只介绍重力引起的地应力。

研究及实践已经证明，在未受构造运动影响的地区，处于某一深度的岩层中，覆盖岩层重量所引起的垂直压应力为σ（y）=γh式中σ（y）——作用于该点的垂直压应力，pa；h——该点距地表深度，m；γ——覆盖岩层的平均重力密度，kn/m.。

假设该岩层是基本均质的弹性体，其弹性模量用e来表示，则即σ（x）- μ[σ（y） + σ（z） ]= 0由此可得该点在垂直压力的作用下产生水平的压应力为式中μ——岩石的泊松比（横向变形系数）；λ——测压系数。

显然，μ值越大，该岩石的垂直压力作用下产生的水平压力（侧向压力）也愈大。

在一般采深条件下井下常见岩石的泊松比：岩石在高压下进入塑性状态或遭到破坏后，其μ值将明显增大，并迅速向λ=1的静水压力状态转化。

谈谈深部开采带来的矿山压力难题与对策摘要：在我国深矿井开采就是指埋藏在距地表一定深度的煤炭，一般大于800米。

近年来我国煤矿资源随着开采深度的越来越大，给煤矿开采带来了一系列困难，本文通过分析深部矿井开采所面临的主要困难，指出深部岩体在高地应力、高地温、高岩溶水压的条件下，导致围岩的力学性质与浅部有很大的区别。

提出了现在深井开采中所需解决的几个问题。

如何正确认识由于开采深度增加所带来的问题，是解决实际问题的关键。

关键词：深部开采；矿山压力；难题；对策1、前言目前我国煤矿开采的总局势浅度的储存量偏少，而在一千米以下的深度总储量占得比较多，据资料调查，深度的储藏量约占总量的百分之七十多。

另外，在煤矿深部开采中，关于在河流下、建筑物下和铁路下遇到的问题以及矿压、保护煤柱留设、瓦斯、地热等多种技术难题也日趋渐多，严重影响着煤矿生产和矿井建设的发展。

2、深部开采带来的矿山压力难题2.1岩爆频率和强度均明显增加岩爆是采掘导致岩层的突然破坏，往往伴随着开采空间的大应变、大位移以及岩层碎块从母体中的高速脱离，向开采空间抛出，抛出的岩体质量从数吨到数千吨不等。

在广义上说，只把大量煤或岩石被突然抛出且对开场空间造成损害的的冲击现象叫做岩爆。

实质上也属于矿井冲击矿压现象。

统计表明随开采深度的增加，岩爆的发生次数会随之上升，然而引起岩爆危险性增大的机理十分复杂，人们也通过实验得出了一些结论，但有些现场问题却用实验室的结论无法解释。

如在南非金矿的深部开采中得到的坚硬岩层具有明显的时间效应，但这种岩石的样本在试验室中却几乎观测不到时间效应。

2.2巷道围岩变形量大深井巷道矿压显现的显著特点就是巷道开挖就产生大的收敛变形量。

这一特点是由深井巷道围岩处于破裂状态和深井巷道围岩有较大的破裂范围决定的。

深部开采自重应力逐渐增加，加之深部岩层的构造一般比较发育，其构造应力十分突出，致使巷道围岩压力大，巷道支护成本增加。

根据煤炭行业的有关资料，近10a巷道支护成本增加了1.4倍，巷道翻修量占整个巷道掘进量的40%。

对于矿山深部开采岩体力学及工程灾害控制研究摘要：深部采矿岩石力学问题是当前我国有关领域的一个热点问题，关系到国家和民众的生命和财产的安全。

同时，随着我国地下能源开采的深入，其地质条件也越来越复杂，越来越具有特殊性，致使当前的工程灾害十分严峻。

为了进一步深入地开展深部采矿的岩体力学问题，并针对这些问题进行了深入的探讨，以期能够为今后进一步解决这些问题提供参考，从而为祖国的发展做出自己的一份贡献。

关键词：深部；岩体力学；工程灾害一、深部开采岩体力学的特性随着中国地下矿产开采的持续发展，它逐渐与中国的经济联系在一起。

随着国家的发展，我们国家的发展将主要依靠地下能源和矿物的开发，所以我们国家的相关机构也在逐步地开展深度采矿和工程灾难控制，为了加快该领域的进展，需要对深部岩石的基本机械特性进行细致的分析，从而使其得到切实的应用。

1.1深部开采岩体力学的特性研究表明，由于岩石本身的内向变化，地层的温度和压力变化会给岩石带来不同的伤害，而造成这种变化的主要原因就在于岩石本身的内部变化。

尤其是岩石内部的颗粒运动、生长破裂和颗粒之间的断裂与融合，对岩石的变化也有一定的影响。

岩石整体的断裂是因为岩石的内部结构已经消耗了大量的能源，岩石的断裂是因为岩石的内部构造已经消耗了大量的能源。

因此，它的物理性质就是：岩石的开裂是因为岩石的热量被消耗到了某种地步。

结果表明，在压力和湿度共同作用下，岩石的应力－应变关系存在差异，0.3%以下岩石具有弹力，大于0.3%时岩石具有弹性特征。

同时，在对岩体进行升温的情况下，不会发生明显的热烈现象，但在降低温度的情况下，岩体本身就会开裂；这是由于在冷却过程中，局部的岩石内部结构颗粒的特性发生了不均匀的改变，导致了岩石的非均质性。

1.2深部巷道围岩峰后破裂变化与失稳措施研究在岩石的挤压和变形中，有一个重要的因素就是岩石断裂的可玩性，通过对岩石断裂和岩石的破坏和变形是相互影响的，从而可以确定松软塑性岩石的延展特征。