深部高应力地层工程围岩相互作用及其灾变机理9787516033647

1深部开采动力灾害预测与防控研究现状

 1.1国内外深部开采现状与开采动力灾害类型

 1.2国内外岩爆灾害研究现状

 1.3国内外冲击地压灾害研究现状

 1.4岩体变形失稳能量分析研究现状

 1.5组合岩体整体失稳灾变研究现状

 1.6应力触发理论研究现状

 1.7小结

 2深部高应力岩体原位状态表征及其物理力学变异特性

 2.1岩体原位状态及其表征

 2.2深部地层岩体自蓄能特性

 2.3深部高应力条件下岩芯饼化特征及其力学机制

 2.4小结

 3高应力荷载岩石扰动响应特征试验研究

 3.1岩石单轴加卸载扰动响应特征试验

 3.2岩石三轴加卸载扰动能量响应特征试验分析

 3.3基于扰动状态理论的岩体扰动响应特征分析

 3.4小结

 4基于开采扰动应力状态演化的冲击危险性分析评价

 4.1冲击危险性概念

 4.2基于应力状态的冲击危险性评价方法

 4.3基于应力场时空变化的冲击危险性分析

 4.4小结

 5邻近断层开采的扰动响应特征及致灾效应评价

 5.1引言

 5.2邻近断层开采扰动响应特征分析

 5.3鲍店矿邻近断层开采扰动致灾效应分析

 5.4小结

 6高应力岩体相互作用机制及其开采扰动致灾机制

 6.1开采动力灾害震源模型

 6.2破裂体能量释放影响因素

 6.3释能体能量释放影响因素

 6.4震源两体力-能协同作用机制

 6.5巷道震源释能体的应力降特征分析

 6.6震源空间尺度、应力降及冲击强度的相关性分析

 6.7小结

 参考文献

1深部开采动力灾害预测与防控研究现状

1.1国内外深部开采现状与开采动力灾害类型

1.1.1国内外关于深部的概念

在矿业开采中，深部的范围并没有一个明确的定义。矿山是否进入深部开采，不同专家提出了不同的界定标准。通常认为，深部开采是由于矿床埋藏较深，而使生产过程出现一些在浅部矿床开采时很少遇到的技术难题的矿山开采。世界上有着深井开采历史的国家一般认为，当矿山开采深度超过600m即为深井开采，但对于南非、加拿大等采矿业发达的国家，矿井深度达到800～1000m才称为深井开采；德国将埋深超过800~1000m的矿井称为深井，将埋深超过1200m的矿井称为超深井开采；日本把深井的“临界深度”界定为600m，而英国和波兰则将其界定为750m。大多数专家认为我国的深部资源开采的深度可界定为：煤矿800～500m，金属矿山1000～2000m，何满潮等认为以工程深度为指标进行深部的定义在工程应用中具有局限性，因此他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，建立了深部工程的概念体系，提出“深部”是指随着开采深度增加，工程岩体开始出现非线性力学现象的深度及其以下的深度区间。在此概念的基础上确定了临界深度的表达式。深部工程岩体是在深部工程开挖扰动力影响范围之内的岩体。钱七虎根据对深部洞室分区破裂等特殊工程响应特征的研究，认为开始出现分区破裂现象等非线性力学特性的深度即可称为深部。谢和平等认为“深部”不是深度，而是一种力学状态，是由地应力水平、采动应力状态和围岩属性共同决定的力学状态，可以通过力学分析给出定量化表征，并提出了亚临界深度、临界深度、超临界深度等概念和定义，用于判断煤矿是否进入深部开采并给出量化指标。

1.1.2深部开采现状

在我国，大多数重要矿产资源，都通过地下开采的方式来获得。随着浅部资源的逐渐枯竭，很多地下矿山已进入深部开采，据不完全统计，国外金属矿山开采深度超2000m的矿山已有100余座，主要集中在南非、加拿大、美国和印度等国家。在我国，开采最深的金属矿山是夹皮沟金矿（开采深度在1600m左右），抚顺红透山铜矿开拓深度在1360m，原乳山金矿开拓深度1263m，思山岭铁矿在建1500m竖井，目前在建和已建竖井深度超过1000m的已达30余座，可见国内许多地下金属矿床已经步入1000～2000m开采阶段；与此同时，煤矿开米深度超100m的矿山也达到20余处，最深达到1300m，煤矿开采深度以8～12m/a的速度增加，预计在未来20年我国很多煤矿也将进入到1000~2000m的开采深度，迫切需要解决深部资源安全开采的理论和技术难题。中国煤炭资源按深度分布的储量如图1-1所示。

1.1.3深部的特有工程环境

高地应力、高地温、高渗透压以及强开挖扰动等“三高一扰动”是深部地下工程明显区别于浅埋工程的特殊环境因素。深部岩体承受自重带来的垂直应力之外还承受着较高的水平应力，其中垂直地应力分布规律较为简单，而水平地应力的变化情况则较为复杂。目前关于地应力一般认为两个水平方向地应力相等的假说，并不能客观反映出真实情况。且深部工程的垂直地应力往往超过岩体的抗压

强度，而构造应力则趋于复杂，因巷道开挖而造成的应力集中更远高于围岩体强度；地温以30℃/km的梯度升高，岩体在高温环境下表现出的变形破坏性质完全不同于处于普通环境条件下时；而水头压力的升高，使得矿井突水灾害更为严重。鉴于我国矿山的开采现状，对以上问题的研究还处于探索阶段，许多方面才刚刚起步。

1.1.4高地应力概念

国内外对高应力岩体的定义至今尚未有一个较统一的认识，在工程实践中大多将大于20MPa的硬质岩体内的初始应力称为高地应力。法国隧协、日本应用……

本书在广泛参阅前人研究成果的基础上，根据笔者在深部采矿动力灾害防控方面的研究成果与工程实践完成的，主要以深部岩体原位状态分析为基础，以应力、能量演化为主线来分析深部高应力岩体的开采扰动响应特征及其致灾机理，通过研究深部高应力条件下岩石物理力学特性变异，分析其扰动响应特征，探究高应力条件下岩石动力学灾害发生的能量机理。