深部煤矿灾害机理及监测研究进展
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还 取决 于开挖 过程 中储存 在岩体 周 围的应变 能ｌ ５ ｌ 。
落、 弹射甚 至抛掷 的一 种动 力失稳 地质 灾 害 。
谢 和 平认 为 岩爆 是指 采 掘 导 致 岩 层 的突 然 破
由于岩 爆发 生机 理与诱 发 因素 的复 杂性 ．以及 岩爆显 现 的突发 性 和随机性 ． 目前 的岩爆 预测 与控 制研究 还远 不 能满足 深部 资源 安全开 采 的要求 。 因 此 针对 １渐 突 出的岩爆 问题 ．专 门设 计 了深部 岩爆 ３ 过 程模 拟试 验系统 。 系统 的设计 思 想如 图 １ 示 。 该 所
监 测等 方面展 开 了比较 系统 的研 究 ． 得 了一些进 展 。 取
关键 词 ： 部岩 爆 ： 深 深部 瓦斯 ； 验 系统 ； 边坡 滑坡 ； 警模 式 试 高 预
中图分类 号 ： Ｄ ６ Ｔ ７ 文献 标识 码 ： Ａ
１ 深 部岩 爆 发 生机 理 研 究
１ １ 深 部岩 爆的定 义 ．
岩爆就其 破坏 机制 而 言 ．是 一种 开挖 卸荷条 件 下高 地 应力 区地下 硐室 岩体 自身 积蓄 的大量 弹性 应变 能
ｌ 竺Ｉ ・＿— Ｉ 兰Ｉ 堕 Ｉ —— 垩 ・
突然猛 烈释放 所造 成 的拉张 脆性 或张 剪脆性 并存 的
急剧破 裂或爆 裂破 坏 的灾害 现象翻
１ １２ 深部 岩爆 的定 义 ．．
匡
圈
深部煤矿灾 害机理及 监测研 究进展
何满潮 ， ２
（．中 国矿 业 大 学 （ 京 ） 岩 土 工程 研 究 中心 ，北 京 １ 北
１ ０ ８ ；２ ００ ３ ．煤 炭 资 源 与安 全 开采 国家 重 点 实 验 室 ，北 京
１０ ８ ） ０ ０ ３
摘 要 ： 国煤 炭开 采 以井 工 、 我 露天 两种 开采 方 式为 主 。随 着开采 范 围和 深度 的不 断增 加 ， 工 程 灾害 日益增 多 ， 如矿 井冲 击地 压 ， 瓦斯 爆 炸 ， 压 显现 加剧 ， 道 围岩 大变 形 ， 温 升 高 以及 矿 巷 地 露天深 部 开挖形 成 的滑 坡 等对 深部 资源 的安全 高效 开采 均造 成 了巨大威 胁 。针 对上 述 问题 ． 近 年来 ． 在深 部 开采 岩爆 发 生机 理 、 瓦斯 突 出机 理 以及 深 部 露 天 开采 形 成 的 高边 坡 滑坡 灾 害
１ １ １ 一 般 定 义 ．．
岩 体 沿 着 开 挖 临 空 面瞬 间释 放 的非 线 性 动力 学现
象。
能量 岩 体 是指 在 一定 条 件下 ， 含有 自重 、 造 、 构
地势 等弹 塑性 能量 的工程 岩体 并 不是 所有 能量岩
岩爆 一般指 金属 矿 山 、深 埋隧道 和硐 室 中所 发
１ ２ 深 部岩爆 过程 模拟 试验 系统 的研 制 ．
１ ２ １ 设 计 思 想 ． ．
岩爆 ｒｃ ｕｓ 是 高 地应 力 条 件下 地 下 工 程 开 ｏｋｂ ｒ ） ｔ 挖 过程 中 ．硬脆 性 围岩 因开挖 卸荷导 致储 存 于岩体
中的 弹性应 变 能突 然释 放 ，因 而产 生爆 裂 松 脱 、 剥
阶段 ： 静期 （ ３ａ ； 平 图 ） 第二 阶段 ： 颗粒 弹射 （ ３ｂ ； 图 ）
第 三 阶段 ： 片状 抛掷 （ ３ｃ ； 四 阶段 ： 爆 崩 落 图 ）第 岩
（ ３ｄ 。 图 ）
入深 部 开采 以后 ． 由于 “ 高一 扰动 ” 三 复杂 地质 力 学
环境 ． 部工 程 岩体 的受 力状 态 十分 复 杂［ 一 般 岩 深 ４ １ ， 石表 现 出 的实际 就是 它 的峰 后强 度 特性 ． 在高 围压 作 用下 岩石 可能表 现为延 性 。但对 于处 于三 向受 力
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２０ ０ ７年 第 １ 期
Ｎｏ １ ． ２ ０ ０ ７
煤
炭
科
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ技
ｌ
ＣＯＡＬ Ｓ ＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬ ＣＩ ＯＧＹ ＭＡＧＡＺＩ ＮＥ
文 章 编 号 ：０ ８３ ３ （０ ７ ０ —０ １０ １０ —７ １ ２０ ） １０ ０ —５
生 的硬岩 突发 动力失稳 灾 害 目前 国 内外 专家 学者
对岩 爆提 出 的定 义主要 有 以下几 种 ：
体都 发生 岩爆 ．只 有积 蓄 的能量满 足岩 爆发 生条件 时才发 生 岩爆 深部 岩体 在高 地应 力 的形 成过 程 中
产生 了变 形 ． 能量 的观 点来 说 ． 从 岩体 在该 过程 中积 累 了一定 的变形 能 和势能 ．所 以深部 岩体 具有 能量 源和 能量 汇 的特 性［ ３ １ 。
通过 对深 部工 程 岩 体力 学 特 性 的深 入研 究 ． 提 出了深部岩爆 的定 义 （ 满潮 ．０ ４ ： 爆是 指能 量 何 ２ ０ ）岩
圈
－ 回 由
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２
煤
炭
科
技
２０ ０ ７年第 １ 期
在浅部 （ 围压 ） 采 中 ， 低 开 岩石破 坏 以脆性 为主 ， 通常 没有 或仅 有 少量 的永 久 变 形或 塑 性变 形 ： 进 而
浅 部 深 部
坏 ． 往伴 随着 开采空 间 的大应 变 、 位移 以及 岩层 往 大 碎块从 母岩 中的高速脱 离 ． 向开 采空 间抛 出 ， 出 的 抛 岩体质量 从 数吨 到数千 吨不 等【 １ ］ 岩 爆是 高地应 力条 件下 隧道 开挖 后来不 及做 初
期 支护 ．加 固强度 不够 的情 况下 所发 生 的围岩 失稳 现象 ． 般二 次 衬砌 完 成后 ， 少 有 岩爆 现 象 发 生 。 一 较
状 态 的能 量岩 体 ． 由于硐 室及 巷 道 开挖 后形 成 临 空
面 ． 造 成岩体 的一 向或 两 向应 力突 然 卸载 ， 时 ， 会 此 内部积 蓄 了大 量能量 的岩体易 产生岩爆 灾 害 。 外 ． 此
岩 爆 的发 生不 仅取 决 于岩 石 中储 存 的应 变 能 ， 而且
落、 弹射甚 至抛掷 的一 种动 力失稳 地质 灾 害 。
谢 和 平认 为 岩爆 是指 采 掘 导 致 岩 层 的突 然 破
由于岩 爆发 生机 理与诱 发 因素 的复 杂性 ．以及 岩爆显 现 的突发 性 和随机性 ． 目前 的岩爆 预测 与控 制研究 还远 不 能满足 深部 资源 安全开 采 的要求 。 因 此 针对 １渐 突 出的岩爆 问题 ．专 门设 计 了深部 岩爆 ３ 过 程模 拟试 验系统 。 系统 的设计 思 想如 图 １ 示 。 该 所
监 测等 方面展 开 了比较 系统 的研 究 ． 得 了一些进 展 。 取
关键 词 ： 部岩 爆 ： 深 深部 瓦斯 ； 验 系统 ； 边坡 滑坡 ； 警模 式 试 高 预
中图分类 号 ： Ｄ ６ Ｔ ７ 文献 标识 码 ： Ａ
１ 深 部岩 爆 发 生机 理 研 究
１ １ 深 部岩 爆的定 义 ．
岩爆就其 破坏 机制 而 言 ．是 一种 开挖 卸荷条 件 下高 地 应力 区地下 硐室 岩体 自身 积蓄 的大量 弹性 应变 能
ｌ 竺Ｉ ・＿— Ｉ 兰Ｉ 堕 Ｉ —— 垩 ・
突然猛 烈释放 所造 成 的拉张 脆性 或张 剪脆性 并存 的
急剧破 裂或爆 裂破 坏 的灾害 现象翻
１ １２ 深部 岩爆 的定 义 ．．
匡
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深部煤矿灾 害机理及 监测研 究进展
何满潮 ， ２
（．中 国矿 业 大 学 （ 京 ） 岩 土 工程 研 究 中心 ，北 京 １ 北
１ ０ ８ ；２ ００ ３ ．煤 炭 资 源 与安 全 开采 国家 重 点 实 验 室 ，北 京
１０ ８ ） ０ ０ ３
摘 要 ： 国煤 炭开 采 以井 工 、 我 露天 两种 开采 方 式为 主 。随 着开采 范 围和 深度 的不 断增 加 ， 工 程 灾害 日益增 多 ， 如矿 井冲 击地 压 ， 瓦斯 爆 炸 ， 压 显现 加剧 ， 道 围岩 大变 形 ， 温 升 高 以及 矿 巷 地 露天深 部 开挖形 成 的滑 坡 等对 深部 资源 的安全 高效 开采 均造 成 了巨大威 胁 。针 对上 述 问题 ． 近 年来 ． 在深 部 开采 岩爆 发 生机 理 、 瓦斯 突 出机 理 以及 深 部 露 天 开采 形 成 的 高边 坡 滑坡 灾 害
１ １ １ 一 般 定 义 ．．
岩 体 沿 着 开 挖 临 空 面瞬 间释 放 的非 线 性 动力 学现
象。
能量 岩 体 是指 在 一定 条 件下 ， 含有 自重 、 造 、 构
地势 等弹 塑性 能量 的工程 岩体 并 不是 所有 能量岩
岩爆 一般指 金属 矿 山 、深 埋隧道 和硐 室 中所 发
１ ２ 深 部岩爆 过程 模拟 试验 系统 的研 制 ．
１ ２ １ 设 计 思 想 ． ．
岩爆 ｒｃ ｕｓ 是 高 地应 力 条 件下 地 下 工 程 开 ｏｋｂ ｒ ） ｔ 挖 过程 中 ．硬脆 性 围岩 因开挖 卸荷导 致储 存 于岩体
中的 弹性应 变 能突 然释 放 ，因 而产 生爆 裂 松 脱 、 剥
阶段 ： 静期 （ ３ａ ； 平 图 ） 第二 阶段 ： 颗粒 弹射 （ ３ｂ ； 图 ）
第 三 阶段 ： 片状 抛掷 （ ３ｃ ； 四 阶段 ： 爆 崩 落 图 ）第 岩
（ ３ｄ 。 图 ）
入深 部 开采 以后 ． 由于 “ 高一 扰动 ” 三 复杂 地质 力 学
环境 ． 部工 程 岩体 的受 力状 态 十分 复 杂［ 一 般 岩 深 ４ １ ， 石表 现 出 的实际 就是 它 的峰 后强 度 特性 ． 在高 围压 作 用下 岩石 可能表 现为延 性 。但对 于处 于三 向受 力
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２０ ０ ７年 第 １ 期
Ｎｏ １ ． ２ ０ ０ ７
煤
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ技
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ＣＯＡＬ Ｓ ＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬ ＣＩ ＯＧＹ ＭＡＧＡＺＩ ＮＥ
文 章 编 号 ：０ ８３ ３ （０ ７ ０ —０ １０ １０ —７ １ ２０ ） １０ ０ —５
生 的硬岩 突发 动力失稳 灾 害 目前 国 内外 专家 学者
对岩 爆提 出 的定 义主要 有 以下几 种 ：
体都 发生 岩爆 ．只 有积 蓄 的能量满 足岩 爆发 生条件 时才发 生 岩爆 深部 岩体 在高 地应 力 的形 成过 程 中
产生 了变 形 ． 能量 的观 点来 说 ． 从 岩体 在该 过程 中积 累 了一定 的变形 能 和势能 ．所 以深部 岩体 具有 能量 源和 能量 汇 的特 性［ ３ １ 。
通过 对深 部工 程 岩 体力 学 特 性 的深 入研 究 ． 提 出了深部岩爆 的定 义 （ 满潮 ．０ ４ ： 爆是 指能 量 何 ２ ０ ）岩
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２
煤
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２０ ０ ７年第 １ 期
在浅部 （ 围压 ） 采 中 ， 低 开 岩石破 坏 以脆性 为主 ， 通常 没有 或仅 有 少量 的永 久 变 形或 塑 性变 形 ： 进 而
浅 部 深 部
坏 ． 往伴 随着 开采空 间 的大应 变 、 位移 以及 岩层 往 大 碎块从 母岩 中的高速脱 离 ． 向开 采空 间抛 出 ， 出 的 抛 岩体质量 从 数吨 到数千 吨不 等【 １ ］ 岩 爆是 高地应 力条 件下 隧道 开挖 后来不 及做 初
期 支护 ．加 固强度 不够 的情 况下 所发 生 的围岩 失稳 现象 ． 般二 次 衬砌 完 成后 ， 少 有 岩爆 现 象 发 生 。 一 较
状 态 的能 量岩 体 ． 由于硐 室及 巷 道 开挖 后形 成 临 空
面 ． 造 成岩体 的一 向或 两 向应 力突 然 卸载 ， 时 ， 会 此 内部积 蓄 了大 量能量 的岩体易 产生岩爆 灾 害 。 外 ． 此
岩 爆 的发 生不 仅取 决 于岩 石 中储 存 的应 变 能 ， 而且