微震科普系列----2，巖爆產(chǎn)生的主要條件與防治措施
巖爆是巖體破壞的一種形式 。它是處于高應(yīng)力或極限平衡狀態(tài)的巖體或地質(zhì)結(jié)構(gòu)體, 在開挖活動(dòng)的擾動(dòng)下, 其內(nèi)部?jī)?chǔ)存的應(yīng)變能瞬間釋放, 造成開挖空間周圍部分巖石從母巖體中急劇 、猛烈地突出或彈射出來(lái)的一種動(dòng)態(tài)力學(xué)現(xiàn)象。
世界上最早記錄巖爆的歷史可以追溯到18世紀(jì)30年代，那次巖爆發(fā)生在英國(guó)的萊比錫煤礦。從此以后, 世界各地的煤礦 、硬巖礦山 、巖石地下工程等先后發(fā)生各種規(guī)模的巖爆 。特別是煤礦和硬巖礦山的地下開采，隨著開采深度的不斷增加，地應(yīng)力隨之增大，導(dǎo)致巖爆發(fā)生頻率逐步提高，巖爆的破壞性也急劇加大 。中國(guó)最早記錄的巖爆于 1933年發(fā)生在撫順勝利煤礦，中國(guó)發(fā)生巖爆的歷史較短。巖爆發(fā)生地點(diǎn)具有“隨機(jī)性 ”、孕育過程具有“緩慢性 ”、發(fā)生過程具有 “突發(fā)性 ”，對(duì)生產(chǎn)安全和工程可靠性的危害極大，已經(jīng)嚴(yán)重影響了礦山的正常生產(chǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外在巖爆方面做了大量的研究工作，但是，由于巖爆問題極為復(fù)雜，還沒有成熟的理論和方法 。
按發(fā)生部位及釋放的能量, 巖爆可分為以下三種類型:
(1) 圍巖表部巖石突然破裂引起的巖爆，這類巖爆發(fā)生時(shí)發(fā)出如機(jī)槍射擊的劈劈啪啪的響聲，故被稱為巖石射擊。
(2) 礦柱或大范圍圍巖突然破壞引起的巖爆 (被稱為礦山打擊或沖擊地壓) 。
(3) 斷層錯(cuò)動(dòng)引起的巖爆。
(1) 巖爆的動(dòng)力特征。
巖爆的動(dòng)力特征是發(fā)出如鞭炮聲、劈裂聲、冰裂聲或“啪、冰裂聲或“啪、啪”嘎、嘎”“嘭、嘭”“悶雷”等聲響，并伴隨產(chǎn)生塊體的彈射、拋擲、震動(dòng)，硐頂巖爆塊向下撒落時(shí)有一定散射角。
(2) 巖爆破裂面的力學(xué)特征。
巖爆形成的破裂面有平行硐壁的破裂面和與硐壁斜交的破裂面兩種類型。平行于洞壁的破裂面屬?gòu)埿云屏衙妫?巖爆塊爆裂斷口由大致平行的多個(gè)平整面構(gòu)成，面上附著極薄的小碎片，并常見垂直小陡坎，電鏡掃描鑒定為沿晶拉花、穿晶拉花、沿化石表面拉開等幾種形式。斜交洞壁破裂面與掘進(jìn)方向有關(guān), 與洞壁所夾銳角始終指向掘進(jìn)方向。與洞壁斜交的破裂面屬?gòu)埣粜云屏衙? 巖爆面平直, 可見放射狀細(xì)溝、擦痕、擦階, 電鏡掃描鑒定為沿晶擦花、切晶擦花、擦階、擦花等幾種形式。
目前在巖爆發(fā)生機(jī)理研究中, 強(qiáng)度理論 、能量理論和沖擊傾向理論占主導(dǎo)地位。巖爆發(fā)生機(jī)理研究是揭露巖爆發(fā)生的內(nèi)在規(guī)律，確定巖爆發(fā)生的原因、條件和作用，是預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和控制巖爆發(fā)生的理論基礎(chǔ)， 是國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界的重要研究?jī)?nèi)容 。各國(guó)學(xué)者在實(shí)驗(yàn)室研究和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，從不同的角度先后提出了：強(qiáng)度理論 、剛度理論、能量理論、巖爆傾向理論、“三準(zhǔn)則 ”理論等一系列重要的理論，但這些理論只是依托于假設(shè)和經(jīng)驗(yàn)。
（1）強(qiáng)度理論是人們借鑒傳統(tǒng)力學(xué)有關(guān)材料強(qiáng)度的概念提出來(lái)的，該理論只給出了巖爆發(fā)生的必要條件，并未指出在什么條件下會(huì)發(fā)生巖爆。
（2）剛度理論認(rèn)為礦山結(jié)構(gòu)﹙礦體﹚的剛度大于礦山負(fù)荷﹙圍巖﹚的剛度是產(chǎn)生巖爆的必要條件。但它未對(duì)礦山結(jié)構(gòu)與礦山負(fù)荷系統(tǒng)的劃分及其剛度給出明確的概念。
（3）能量理論從能量角度解釋了巖爆的破壞機(jī)理，但它并未說明平衡狀態(tài)的性質(zhì)和破壞條件 。
（4）巖爆傾向理論的突出優(yōu)點(diǎn)是巖爆傾向性評(píng)價(jià)所需數(shù)據(jù)主要是室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果, 是用一個(gè)或一組與巖石本身力學(xué)性質(zhì)有關(guān)的指標(biāo)衡量巖石的巖爆傾向強(qiáng)弱，它是一種既有效又經(jīng)濟(jì)的方法。缺點(diǎn)是這些指標(biāo)的離散度較大。
（5）“三準(zhǔn)則”理論是對(duì)強(qiáng)度理論 、剛度理論及能量理論的組合，該理論不具備可操作性。
國(guó)內(nèi)外巖爆預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法大致可分為理論分析法和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法。
理論分析法在巖爆趨勢(shì)預(yù)測(cè)方面具有一定的優(yōu)越性，可圈定巖爆危險(xiǎn)區(qū)域，確定合理的采礦工藝，為巖爆的防治提供決策依據(jù) 。理論分析法的判據(jù)有應(yīng)力判據(jù) 、能量判據(jù)、沖擊能量指數(shù)判據(jù)等等 。同時(shí)采用先進(jìn)的數(shù)學(xué)方法，如模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等 。理論分析法發(fā)展至今, 通過借助先進(jìn)的數(shù)學(xué)方法，已逐步實(shí)現(xiàn)由巖石試件巖爆傾向性預(yù)測(cè)向工程巖體巖爆趨勢(shì)預(yù)測(cè)的功能擴(kuò)展 。但由于目前對(duì)巖爆機(jī)理的認(rèn)識(shí)還有待深入，因此已有的判據(jù)局限性也比較大 。
現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法是借助一些必要的儀器，對(duì)巖體直接進(jìn)行監(jiān)測(cè)和測(cè)試，來(lái)判別是否發(fā)生巖爆的可能，并指明巖爆發(fā)生的大致時(shí)間，以便及時(shí)撤退工作人員及設(shè)備，保證安全生產(chǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法主要包括各種直接接觸式方法和地球物理方法。直接接觸式方法的主要優(yōu)點(diǎn)是：經(jīng)過多年應(yīng)用，積累了大量的寶貴經(jīng)驗(yàn)和基本數(shù)據(jù)指標(biāo)，各指標(biāo)直接從前方巖體中取得，具有較高的可靠度 。主要缺點(diǎn)是：預(yù)測(cè)的時(shí)間間隔太長(zhǎng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)；預(yù)測(cè)過程要擾動(dòng)和接觸巖體，易誘發(fā)動(dòng)力現(xiàn)象，安全性差；預(yù)測(cè)工作量大，預(yù)測(cè)費(fèi)用高，受各種操作過程和作業(yè)人員因素影響大。目前應(yīng)用地球物理方法監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)巖爆災(zāi)害還正處在發(fā)展階段，從近期看，其測(cè)試參數(shù)的依據(jù)不強(qiáng)，監(jiān)測(cè)信息的可靠度不高，加之礦山要建立一套較為完善的地球物理監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，前期投入是很大的 。
巖爆防治措施大致可分為區(qū)域性防治措施﹙戰(zhàn)略性﹚和局部解危措施﹙戰(zhàn)術(shù)性﹚兩大類 。區(qū)域性防治措施的基本原理就是盡可能避免采礦工作區(qū)域大范圍應(yīng)力﹙或應(yīng)變能﹚集中， 使巖體內(nèi)的應(yīng)力﹙或能量﹚處于極限平衡狀態(tài)以下，從而達(dá)到控制巖爆的目的。局部解危措施旨在對(duì)已形成破壞或具有潛在巖爆災(zāi)害的危險(xiǎn)地段采取措施進(jìn)行維護(hù)和控制。
湖北海震科創(chuàng)技術(shù)有限公司聯(lián)合中科院武漢巖土所，持續(xù)對(duì)微震監(jiān)測(cè)進(jìn)行研究，歡迎微震監(jiān)測(cè)方面的技術(shù)人員溝通交流，共同提高技術(shù)水平。
