发布时间 : 星期三 文章深部开采岩爆研究现状综述更新完毕开始阅读8f52f7866bd97f192279e9fc
2.3 刚度理论
刚度理论的产生来源于压力机理。Cook和Hojem设计制造了一台刚性试验机，首次得到了大理石的全程应力一应变曲线。从此对岩石破裂的力学现象有了更进一步的认识，搞清了试样产生猛烈破坏的原因是由于试件刚度大于试验机刚度所致。Cook将所得到的结论用于解释矿山发生的岩爆现象，在一定程度上揭示了岩爆的实质。七十年代布莱克对此理论有了更深一层的认识，并用于分析美国加利纳矿的岩爆问题。该理论认为，矿山结构(矿体)的刚度大于矿山加载系统(围岩)的刚度，是产生岩爆的必要条件。国内耿乃光等采用拼合手段将岩石样品压裂，结果也发现这一现象。这种以加载系统和试件之刚度差异为发生岩爆必要条件的理论称为刚度理论。从刚度理论表达式不难看出，尽管它有简单、直观等特点，但不足之处在于没有正确反映发生岩爆的力学系统的动力过程。此外，该理论中矿山加载系统，特别是矿山结构的刚度，在概念上不明确、无统一的计算式，而且矿山结构达到峰值强度后的刚度难以确定，所以这一理论的应用受到了限制。
2.4 击倾向性理论
冲击倾向性理论认为，岩石本身固有一种冲击倾向的属性，如果岩石的实际冲击倾向性大于所规定的极限值，即产生岩爆。辽宁工程技术大学章梦涛，潘一山等人采用橡胶、松香的组合体模拟岩爆的动力现象，提出了冲击地压模型。冲击倾向的指标较多，主要有弹性变形能指数、脆性系数、有效冲击能指数、极限能比、极限刚度比、破坏速度指数、应力—应变时间特性指数、最大塑性指数等，这些指标只是对岩石的衡量，是否发生岩爆还决定于系统的状念。这种理论国内外应用得比较多，其比较简单、测定容易等，但所测定的值离散性比较大。 2.5 分形理论
谢和平等人利用分形几何学的方法来研究冲击地压发生的机理和预测预报手段，主要对冲击地压和岩爆的分形特征及微震活动的时空变化的分形特征进行了试验研究。这一理论目前的主要研究成果是，在冲击地压和岩爆发生前，微震活动均匀地分布在高应力区，这时分形维数值较高，而临近冲击地压发生时，微震活
动集聚，其分形维数值较低，也即分形维数值随岩石微断裂的增多而减小，最低的分形维数值则出现在临近冲击地压发生时。 2.6 失稳理论
岩爆的失稳理论是近十几年提出的，其理论涉及范围较广，与上述理论不同之处是，从探求岩爆的机理出发，认为岩体在外界载荷的作用下，发生突然、猛烈破坏的原因是变形稳定性不够，即系统平衡状态失去稳定性。失稳理论是将围岩看成一个力学平衡系统，即岩爆的发生是围岩组成的力学平衡系统从不稳定状态变成新的稳定状态的过程。 3、岩爆预测预报
岩爆预测预报是为岩爆防治工作确定岩爆发生的准确时间、地点、烈度等信息。岩爆预测工作的主要目的是:
(1)对岩体地质力学状态和岩爆危险性进行分析,指导合理的开采设计和布置,选择合理的采矿方法,确定优化的开采顺序和开挖步骤,避免围岩局部应力集中和应变能聚集,从宏观上消除岩爆形成的条件。
(2)为现场预报监测确定重点监测范围,指导区域性的岩爆防治工作。在预测将有岩爆发生的施工地段提前采取措施,消除或减少岩爆的发生。
从当前研究的现状来看，目前岩爆预测预报的主要途径和方法是必须在扎实的工程地质调查、矿区地应力测量和矿岩力学特性，特别是矿岩破坏冲击性倾向特性试验的基础上，结合矿山开采条件，采用开采万方数据黄金动力学理论和数值模拟的方法，确定冲击危险区域，然后采用微震监测技术等多种方法进行现场监测，将综合分析和现场监测结果相结合，预测开采过程中发生岩爆危险性。岩爆预测预报问题极为复杂，目前国内外还没有一整套成熟的理论和方法。国内外岩爆预测预报方法大致可分为理论分析法和现场实测法。 3.1 理论分析法
理论分析法是对地下工程中的岩体取样进行分析，利用已建立的各种岩爆判据或指标进行岩爆预测。根据不同的岩爆机理理论，可得出不同的判据。
3.1.1 应力判据
3.2.2 岩性判据
岩爆的发生与否及其烈度大小与岩性有关，陆家佑教授提出的岩爆判据中，认为通常发生岩爆的岩石为致密的硬岩，影响岩爆的最主要岩性是单轴抗压强度
和单轴抗拉强度3.2.3 能量判据
能量判据即弹性能指数判据，波兰国家标准：
，
，将产生岩爆。
3.2.4 临界深度判据
这一方法认为，岩爆虽然多发生在水平构造应力较大的地区，但如果硐室埋深较大，即使没有构造应力，由于上覆岩体效应，硐室也可能会发生岩爆。侯发亮教授根据弹性力学推导出仅考虑上覆岩体自重情况下岩爆发生的最小埋深Hcr(岩爆临界深度)的计算公式。
3.2 现场实测法
现场实测法是借助一些必要的仪器，对岩体直接进行监测和测试，来判别是否发生岩爆的可能，并指明岩爆发生的大致时间，以便及时撤退工作人员及设备，保证安全生产。现场实测法主要包括各种直接接触式方法和地球物理方法。 3.2.1直接接触式方法
所谓直接接触式方法即通过向采掘工作面打钻测量反映应力状态的直接参数，并根据经验和已有的理论进行预测，具体有钻孔应力计、光弹应力计、光弹应变计、压力盒、收敛计、位移计、电阻率法、煤粉钻监测方法等等。其主要优点是：经过多年应用，积累了大量的宝贵经验和基本数据指标，各指标直接从前方岩体中取得，具有较高的可靠度。主要缺点是：预测的时间间隔太长，无法实现连续监测，因此，信息量少，偶然性大；预测过程要扰动和接触岩体，易诱发动力现象，安全性差；预测工作量大，预测费用高，受各种操作过程和作业人员因素影响大。 3.2.2 地球物理方法
地球物理方法是通过对岩体突然破裂发出的前兆信息用精密仪器进行采集分析，具体有地震监测技术应用、声发射监测技术应用、电磁辐射监测技术应用、超声波探测技术应用以及其他物理化学探测技术应用等，这些方法的共同特点是将灾害发生前的特征信息通过传感器转化为数字化信息，自动采集或汇集，数字化传输，数据库存储并提供分析结果，从很大程度上克服了直接接触式监测预报方法的局限性，并具有可以在全国甚至全球范围内通过互联网实现前兆数据的分布式共享，建立多维岩爆灾害监测系统的发展前景。目前应用地球物理方法监测预报岩爆灾害还正处在发展阶段，从近期看，其测试参数的依据不强，监测信息的可靠度不高，加之矿山要建立一套较为完善的地球物理监测预报系统，前期投入是很大的。 3.3 岩爆深度预测
国内学者侯发亮认为，岩爆虽然多发生在水平构造应力较大的地区，但如果洞室埋深较大，即使没有构造应力，由于上覆岩体效应，洞室也可能会发生岩爆。根据弹性力学求解，侯发亮推导出仅考虑上覆岩体自重情况下岩爆发生最小埋深Hcr