金川矿山岩石力学研究

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者 要比 后者小得多， 尤其在软弱岩层， 相差更大， 生 果甚至相差一个数量级， 见表 １ 因此， 。 用大变形遥 论研究金川矿山围岩稳定性势在必行。 －
表 １ 金川矿山采场围岩位移的级值分析结果 与实侧值比较 ｍ ｍ
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第 １ 卷 增刊 ８
刘同有． 金川矿山岩石力学研究
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关系， 而且能很好地反映岩体破坏机理， 以达到有 效控制地压的目的。
问题， 还要进一步探讨。
（） ６ 损伤力学的引入使围岩稳定性评价有了新 的 根据， 损伤因子实际是衡量岩体破坏程度的， 用
塑性区的出现与否及其范围大小不能准确地评价围
着眼于围岩稳定性分析研究及其工程应用， 建立一 个理论上正确， 数值分析上稳定， 参数易 得， 于获 既 简单实用又能反映岩石主要力学特性， 并与试验结 果紧密相联的理论模型是研究工作的指导思想。 在 数值方法研究中， 改进传统的数值求解方法， 从根 本上克服软化计算中的迭代发散问题。 并开发研制 一套实用的数值计算软件， 使岩石力学特性的工程 应用得以实现。 在工程应用研究中， 将岩石的全应 力应变试验曲线直接应用于围岩稳定性的分析研究 中， 以期得到围岩破裂范围及其应力位移分布， 并
２ 金川矿山存在的主要岩石力学问题
由于金川矿山所赋存的地质条件复杂， 在近 ４ ０ ： 的矿山开拓和开采中遇到了一系列的岩石力学间 题， 这些问题困扰和制约了金川矿山的开发建设， 给矿山生产造成极大困难。 我们认为与金川矿山有 关的岩石力学问题主要表现在以下几个方面。 ２１ 岩体变形的时间效应 分析地压活动规律的前提条件是对岩层属性的
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结合前述金川矿山地压活动特点， 分析前人布 金川矿山所作的研究工作及取得的研究成果， 为了 使 金川矿岩石力学方面研究 再次取得新进展， 我幻
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（ 用小变形理论研究金川矿围岩称定性， Ｄ 这
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显然与金川矿岩体大变形的特点相矛后， 基于 过去 小 变形理论的数值分析结果与 现场实溯值相比， 诊
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岩石力学与工程 学报
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工程地质和构造地质情况、 开挖情况及支护情况等， 金川地压活动规律及地压控侧方面取得了一费可喜 金川矿山岩体大变形的首要原因是金川矿山岩体特 的科研成果： 如先柔后刚的支护原列‘ 进路断有茱 性和商地应力． 金川矿山岩体松软， 具有时间效应， 用 角 １ 大面 无 柱 续 采 法 焦 六 形４ 式； 积 矿 连 开 方 等， 且地应力高， 这就决定了金川矿岩体变形量大。 都大大改善了金川矿山不良岩层巷道组进和支护雄 金川矿山地压活动规律的两个特点是金川地压 术， 不但保证了生产安全， 也大大提离了金川矿山 生产效率 。 研究的两个核心， 它表明金川矿地压规律不能按照 传统的小变形理论研究， 应按大变形理论进行研究。
的 目的。
５ 研究总体方案及内容
围岩稳定性评价
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将岩石的流变特性应用于围岩的失稳破坏分析中， 分析巷道变形机理及围岩变形的时间效应。 总体研 究方案见图２ 具体研究内容如下。 。
岩稳定性， 损伤因子为评价围岩破坏程度提供了一
个新的方法。 通过分析金川矿山地压活动规律及前人在金川 矿山的研究成果， 找到了一条金川矿山地下开挖围 岩稳定性研究的新途径， 不难设想对金川矿山地压 控制研究的基本思路是： 利用大变形理论， 进行材 料和几何非线性有限元分析， 以此研究金川大面积 无矿柱连续开采围岩稳定性， 借此改进生产工艺， 提出相应的围岩稳定支护措施， 可望达到高效生产
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１夕 年 ａ ９９ 月
岩石力学与工程学报
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金川矿山岩石力学研究
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川 矿仍然存在许多岩石力学间题， 有待进一步研究。
我们从分析金川矿 目前存在的主要岩石力学问题及
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金川几十年的研究现状出发， 分析探讨金川岩石力 学研究方法， 进而提出对金川矿地压控制研究的思 路及整体研究方案， 使金川矿岩石力学研究再次取
得突破， 为矿山生产和实践服务。
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１８ 年， ９６ 北京科技大学于学馥教授和中国科学院武 （） ２ 金川矿山围岩变形的时间效应是其地压指 汉岩土力学研究所、 北京有色冶金设计研究总院、 动的最显著特点之一， 为了有效控侧金川矿山 地压 冶金部北京建筑研究总院与金川公司岩石力学工程 活 深入研究其不良 动， 岩层流变特性是十分必妥的 ， 二簿 队在中国科学院院士陈宗基先生的指导下， 一起作 、 溺 为 用 形 适 变 理论的 研究， 从 变 度建 金 象 三 ‘ 藉 大 形角 立 川 了“ 金川二矿区不良 岩层巷道稳定性研究” 。 矿山 岩体大变形流变模型。 － １８＾１８ 年， ８ 金川公司和瑞典律鲁大学、 ９５ － ９ 波 立顿公司、 阿特拉斯公司、 北京有色冶金设计研究 （岩 破 程 研 对 究 岩 护 琢 过 的 究 研 国 支 机 ３ 体 坏 ） 及围岩稳定性是极其重要的， 岩体破裂过怪实际是 总院合作完成了“ 中国一 瑞典关于金川二矿区采矿技 岩体内部不断出现徽观裂纹及徽缺陷的过怪。 即不 术合作— 岩石力学研究报告” １８一１８ 年， ； ９４ ９９ 长 断损伤的过程， 用传统的一些力学模组， 如德奋盒 沙矿山 研究院与金川公司二矿区 共同合作进行了“ 金 川 二矿区西一采下向 胶结充填体作用机理研究” 。 众所周知， 采场和巷道周国的国岩相当大 １９－１９ 年， ９４ ９６ 北京科技大学方祖烈教授和蔡 适宜的。 一 分 部 是实际上 坏了 岩 因 ， 岩 破 的 体， 此 研究 体峰 美峰教授等与金川公司一起进行了金川二矿区 大面 积无矿柱连续开采围岩稳定性分析研究。１８－ ９２ 后 石力 性 分 要的， 且， 体峰 ． 岩 学特 是十 重 而 岩 后捧 化 不能用德鲁克 普拉格 塑 特性 一 理想 性等棋组描述 、 １８ 年， ９４ 北京大学王仁教授等进行了金川巷道大变 利用报伤力学， 从微观分析入手， 首先了解岩体中 形的粘性流体有限元分析研究， 由于受当时计算机 存在的缺陷及其分布， 引入合理报伤变ｔ的裕念ｉ 发展水平的限制， 对大变形地下工程应用研究只 进 进而建立损伤演化方程， 借此建立扭伤本构棋型 行了初步探讨。 经过上述多年地压控制与岩石力学方面研究， 这样建立的模型不仅能很好地反映破坏前岩体女难鹅
在国内攻关和国外合作的墓础 仁， 岩石力学研究取 得了令人满意的研究成果， 使金川的岩石力学研究 达到了国内外矿山的领先水平， 并在生产实际中得 到了广泛的应用， 获得了巨大的经济效益。 但是， 金
认识， 金川不良岩层到底是怎样一种属性的介质， 经过多年试验研究， 认为基本属于易发展为松散体 的流变体。 主要根据是： （ 不良岩层 １５ 水平喷锚试验段实测围岩最 ） １ １０ 大位移值为 １２ ｍ， ４ ｍ 但按弹塑性有限元计算结果， 其围岩位移值仅为它的 １ ０ 说明不良 １ ／ ， 岩层粘性位 移值是很大的， 显示了它具有明显的流变性质； ２ 从围岩深部岩体位移长期观测结果看， （） 围 岩各部分径向应变值随时间而不断变化， 而且， 松 弛区和压密区相互交替出现， 这也是一种明显的流 变性质， 这种现象按弹塑模型 是无法解释的； ３ 根据巷道断面收敛和围 （） 岩位移的长期观测， 位移的时间效应特别明显， 见图 １ 。
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４ 金川矿山岩石力学研究的方法 金川矿山岩石力学研究现状
中国科学院地质研究所与北京有色冶金设计研 究总院、 金川公司等单位合作， ９９ 自１６ 年开始， 历 时多年， 对金川矿山的工程地质条件进行了全面研 究， 在谷德振教授的指导下， 应用岩体工程地质力 学方法与理论， 评价了金川矿的区域稳定性， 对金 川二矿区， 龙首矿一期建设的地下工程进行工程地 质预报。 长沙矿冶研究院和中国科学院地质研究所、 金川公司等单位在 １７－１ ６ 以及中国地质科 ９３ ９ 年， ７ 学院地质力学研究所、国家地展局地质大队等在 １７＾１８ 年分别对金川矿区地表及井下不同深度 ９５ ９０ 的原岩应力大小及方向进行了测量与有限元计算， 提出了矿块合现的布置方向和尺寸。１ ９ －９６ ９ ＾１８ ７ 年， 北京科技大学于学馥教授、 方祖烈教授等和金 川 公司共同完成了“ 金川二矿区 不良岩层巷道地压活 动规律及其控制方法的研究” 重点研究了金川矿不 ， 良 岩层的流变特性及巷道地压活动规律， 提出了有 效控制地压的方法。１８－１８ 年， ９４ ９６ 中南工业大学 完成了“ 金川镇矿二矿区采矿方法的岩石力学研究”