2018对矿山开采岩爆现象的讨论

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　　摘要：岩爆灾害会造成人员伤亡、停产等严重后果，已成为世界性的地下工程难题，本文对岩爆现状、存在的问题以及岩爆研究进行了讨论。
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　　关键词：矿山开采；岩爆；研究
　　
　　 岩爆是高地应力条件下地下工程开挖过程中，硬脆性围岩因开挖卸荷导致洞壁应力分异，储存于岩体中的弹性应变能突然释放，因而产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。它可能造成施工人员伤亡、施工设备毁坏、施工进度延缓，导致施工综合成本增加，已成为世界性的地下工程难题之一。
　　 一、深井岩爆
　　 自２０世纪８０年代以来，随着金属矿山开采深度的逐年递增，深井开采中的岩爆事故越来越严重。南美、美国、智利、加拿大、澳大利亚等国都因深井开采的金属矿山受到岩爆危害，造成死伤、停产等严重后果。深部开采目前学术界还没有形成一个统一的明确概念，一般认为，当矿床埋藏较深而使生产过程中出现在一般矿床开采时不曾遇到的技术难题，此时的地下开采模式便可称为深部开采。
　　 在我国，当硬岩矿山开采深度超过６００ｍ即公认为深部开采。据不完全统计，目前我国有３／５的矿山因资源枯竭而接近尾声或已闭坑，其余２／５的矿山将陆续转入深部开采。例如，红透山铜矿目前开采己进入９００－－１１００ｍ深度；冬瓜山铜矿已建成２条超１０００ｍ竖井来进行深部开采；弓长岭铁矿设计开拓深度己达７５０ｍ，距地表达１００ｍ；夹皮沟金矿二道沟坑口矿体延深至１０５０ｍ；湘西金矿己开拓３８个中段，垂深超过８５０ｍ。深井开采势在必行，已是国际矿业的重要研究领域。我国发现岩爆的金属矿山比较典型的主要有辽宁的红透山铜矿、狮子山铜矿冬瓜山矿床，随着开采深度的进一步加大，岩爆有增加的趋势。所以我国将要进入或已经进入深部开采的矿山将会面临岩爆的威胁。深部开采所面临的一个重大问题就是高地应力，深井的高应力是诱发岩爆重要原因。由于岩爆发生机理与诱发因素的复杂性和岩爆显现的突发性及随机性，岩爆预测与控制的研究还远不能满足深井安全开采的要求，所以，今后岩爆研究的工作重点将是深井岩爆。
　　 二、岩爆研究存在的问题
　　 （一）现有的大多数岩爆预报方法均利用所研究矿山过去生产历史上发生岩爆的有关信息和规律进行统计学分析的结果，往往偏差很大。到目前为止还没有找到公认的及时准确预报岩爆的方法。
　　 （二）在强调对岩爆机理与预测预报研究的同时，忽视了对有岩爆倾向性开挖空间的有效防护理论与技术的研究，对岩爆防治措施的研究相对较少。
　　 （三）在强调高应力诱发岩爆灾害的同时，忽视了高应力承载硬岩有可能带来的在采场矿岩破碎方面的优势，以及由此产生的诱导致裂技术可应用性的认识和研究。
　　 （四）在强调深井岩爆问题的同时，忽视了这类基础性研究必须与采矿工艺、开采参数和矿山地质构造相结合，化害为利，实现深井采矿技术的革新。
　　 三、岩爆研究
　　 自从１７３８年英国的南斯塔福煤矿首次发生岩爆以来距今近２７０年了，可岩爆的理论研究是从上世纪２０～３０年代才开展起来的，虽然历经几代学者的努力，岩爆研究领域已经取得一系列重要成果，但岩爆机理研究尚未取得重大突破，还没能对不同工程中出现的各类岩爆现象给出全面、合理的理论解释。
　　 近几十年来，在岩爆形成机理、预测预报等方面，国外的一些经常发生岩爆的采矿大国诸如南非、前苏联、波兰、德国、美国和加拿大等均取得了很大的成就。如波兰在煤的冲击倾向性实验研究、冲击倾向性的井下测定等方面取得很好的成就；德国在冲击地压的防治方面也取得过显著成效，由德国发展起来的钻屑法、钻孔卸压法等在国际上享有盛誉；加拿大和美国在矿山微震监测方面也取得很大成就，加拿大在岩爆支护方面成绩突出；特别值得一提的是南非在岩爆研究方面不仅起步早，而且在大深度矿山开采的实践中在岩爆的监测（微震监测）、岩爆的防治等方面积累了丰富的经验和大量的工程资料。
　　 我国在岩爆方面的研究起步较晚，到解放之后才开始。在我国，对岩爆研究最广泛的部门是煤炭科研及生产单位。尽管我国对岩爆研究起步较晚，但岩爆研究发展较快，取得的成就也比较显著，可以说世界各采矿国家（包括煤炭开采）的研究方法在我国大都得到不同程度的应用和再试验，而且在诸如冲击地压的综合治理等方面己取得明显的效果。我国的水电部门自上世纪七十年代也开始了对岩爆的研究工作，并在岩爆隧道支护、局部性岩爆防治措施方面已积累了一些有借鉴作用的资料。进入９０年代，国内一些金属矿山相继进入深部开采，许多科研院所和高校也开始致力于深井岩爆问题的研究，并取得了一系列成果。例如，“十五”国家科技攻关项目――冬瓜山“深井岩爆与地压监测及控制技术研究”的微震监测系统安装调试成功，对发展我国深井矿山安全理论和技术具有重要意义。
　　 四、岩爆的现场控制
　　 近年来，国内外在岩爆的现场控制上取得了长足进展，利用合理接排采掘顺序，压力预注水防止岩爆，卸压爆破，改进施工方法以及合理的支护方式等措施对岩爆进行控制；在理论上，把岩爆从定性分析到定量理论分析，利用有限元进行数值计算己做了许多工作，但国内外在岩爆预测的数值方法方面还没有突破性的进展，主要原因是岩爆机制尚未了解透彻，岩爆力学分析模型的建立比较困难；在实验上，对岩爆现象的模拟方面，由于模拟岩爆的模拟材料、加载设备的限制，复制岩爆仍很困难。因此，在岩爆发生机理、条件、预测和控制等方面仍有许多问题，还须在理论和实践上对岩爆做更深入地研究探索。
　　 五、岩爆预测
　　 国外大量深井矿山开采经验表明，岩爆的产生会对井下工作人员和设备造成很大危害，因此，岩爆预测与防治将成为安全开采的重大课题。到目前为止，世界各国采矿界和岩土工程界的专家、学者在岩爆形成机理、岩爆预测及防治等方面进行了大量的研究，但对岩爆形成机理的认识以及岩爆判据的研究还是停留在假说和经验阶段，而岩爆预测理论与具体指导工程实践还相距较远，用于满足工程需要的岩爆预测与防治技术又多偏于从发生过的岩爆灾情出发，不具预知性和普遍性。显然，直接套用现有的理论成果来解决程潮铁矿深井开采岩爆问题是不可行的。因此，有必要结合矿床地质条件、岩体力学性质和地应力分布规律，对岩爆发生机理、预测理论进行探讨，提出相关的防治措施，这对矿床安全开采具有重大的现实指导意义。
　　 六、岩爆的岩爆预防
　　 （一）对已有的岩爆研究成果进行系统全面的分析，特别是预测理论方面进行详细的综合评述，为本文的研究奠定理论基础。
　　 （二）对矿区进行系统的工程地质调查，深入井下采集岩样和监测数据。
　　 （三）进行实验室岩石力学实验研究。根据实验结果，综合考虑国内外各种岩爆准则，对深部矿岩岩爆倾向性进行评价。
　　 （四）利用有限元分析软件对矿区初始应力场进行三维数值模拟，根据初始应力场数据计算深部矿岩弹性应变能，分析矿区岩体及矿体能量积聚与分布规律，结合相应的能量判据，对岩爆是否发生进行预测。
　　 （五）准确预测岩爆的显现及其危害，进行岩爆危险区分析，探索矿山岩爆的产生规律。
　　 （六）建立岩爆监测预报系统，保证开拓、采矿工程的安全。
　　 （七）研究深部开采中岩爆的防治方法。