深部开采岩爆理论研究现状评述
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积膨 胀 ， 道周 围应 力超 过岩 体强 度 时 ， 体 内会产 巷 岩 生 裂 隙导致 岩体 膨胀 。在 这 过程 中可 能伴 随着 岩石 的弹射 。开挖扰 动 打 破 了 围岩 原 有 的地 应 力 平 衡 ， 如 果原 有 的地应 力 平衡 在巷 道开 挖后 分 为巷道 周边 切 向和径 向应 力 。切 向应 力 值 在 巷 道 边 线处 最 大 ，
随着 与巷 道边 线 的距 离 增 加 而 减 小 ； 向应 力 在 巷 径 道周 边最 小 ，随着 与巷 道 边 线 的距 离减 小 而 增 加 。
相近 ， 当岩体 位移 传播 到 采场 或巷 道 临空 面时 ， 致 导 岩 体大 量破 坏 ， 这种 岩爆 称之 为 断层滑 移 型爆 破 。
ｆ ｃｏ ｎ ｃ ｕ ｒ ｎ ｅ ｃ ｉ ｒａ ｏ ｏ ｋ ｕｒｔ ａ ｔ ｒａ ｄ ｏ ｃ ｒｅ ｃ ｒｔ ｉ ｆｒ ｃ ｂ ｓ． ｅ
ＫＥＹ ＯＲＤＳ：ｄ ｅ ｎｎ ｒ ｃ ｂ ｒｔｍｅ ｈ ｎｓ ；ｆ ｃ ｃｏ ｓ ｆｒ ｃ ｓ；ｕ ｇ ｉｇ Ｗ ｅ ｐ ｍｉｉｇ；ｏ ｋ ｕ ｓ； ｃ ａ ｉ ｅｆ ｔ ａ ｔｒ ；ｏｅ ａ ｔｊ ｄ ｇｎ ｍ ｅ ｆ
（ ａｕｔ ｏ ｎ ｅ ｕｃ Ｅ ｇｎｅ ｎ ， ｕ ｍｉ ｎ ｅｓｙｏ ｉ ｃ ｎ Ｆ ｃｌ Ｌ ｄＲ ｓ ｒ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｋ ｎ ｎ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｆ Ｓ ｅ ｅａ ｄ ｙｆ ａ ｏ ｅ ｉ ｇ ｖ ｉ ｃ ｎ
Ｔｃｎ ｌ ｙ Ｋ ｎ ｉｇ６ ０ ９ ， ｈｎ ） ｅｈ ｏ ｇ ， ｕ ｍ ｎ ５ ０ ３ Ｃ ｉａ ｏ
４ 分形 理论 ）
国内一 些 学 者 ， 分 形 几 何 学 的 用
岩 体 的 突然破 裂 导 致 破 裂 面上 下 盘 岩 体 发 生 错 动 ，
这 种 错动 产 生 的岩体 位移 传播 到采 场 或巷 道 的采空
方法 研究 了岩 爆发 生 的机 理和 预测 预报 手段 。这一
理论 主要 是使 用分 形 的数 目与 半径 的关 系 考察 微震 事件 的位 置分 布 ， 发现 微震 时 间具 有集 聚分 形 结构 。
齐 玉俊 侯 克 鹏 孙 华 芬
（ 昆明理工 大 学 国土 资源 工程 学 院 ， 昆明 ６ ０ ９ ） ５ ０ ３
摘 要 ：随着矿 山开采 深度的增加 ， 岩爆已经成为一种越来越突 出的潜 在威胁 ，极大地威 胁着矿 山施
工 人 员 和 设 备 的 安 全 。本 文 针 对 岩 爆 概 念 、 型 、 成 机 理 、 响 因 素 、 生 判 据 、 测 与 防治 的 研 究 现 类 形 影 发 预
２ 刚度 理论 ）
２ ０世 纪 ７ ０年 代 Ｂａｋ将 刚 度 理 ｌｃ
存 的应变 能 ， 这种 岩爆 称为 应变 性岩 爆 。
２ 矿柱 破 坏型 岩爆 房 柱 法采矿 的矿柱 、 ） 留点 柱 分层 充填 法 的点 柱 、 壁 法 开 采 的 采 场工 作 面 等 突 长 然破 坏 ， 而 诱发 矿 柱周 围岩 体 瞬间跨 落 ， 成 大量 从 造 的设 备损 坏 和人 员 伤 亡 ， 种 岩 爆 称 为 矿柱 破 坏 型 这
的发生 除 了 岩 体 应 力 （ 应 力 或初 始 应 力 ） 于 岩 地 大
石 单轴 抗 压强 度 以外 ， 岩石 还应该 是 坚硬 、 脆性 和 完
整 的 ； 时 ， 石 的弹性 应变 能还 应 大于 岩石破 坏 耗 同 岩
矿
冶
损 的应 变能 。
作 面推进 方 向与前 方 岩体 内原 有地 质构 造若 面 的 法
型 ：
１ 应 变 型岩 爆 在深 部矿 井开 采 过程 中 ， 临着 ） 面
高 地应 力 的 问题 ， 由于 高原岩 应 力场 的存 在 ， 采 矿 在
和 巷 道 掘 进 过 程 中 ， 造 成 在 垂 直 于 原 岩 最 大 主 应 会
力 方 向上 巷道 壁处 岩体 的最 大切 向主应 力超 过岩 体 本 身 的强 度 ， 这时 岩 体 会 发 生剧 烈 破 坏 并 释 放 出 储
系 统复 杂受 力状 态 的极 限平衡 条件 。岩石 单 向抗 压 强 度和 围岩 的切 向应 力是 决定 岩 爆是 否发 生 以及 岩
爆 的强 烈 程 度 。
如果 岩体 破 坏快速 发 生 ， 有 可能发 生 岩爆 就
１３ 岩 爆 的类型 ．
。
不 同 类 型 的岩 爆 产 生 的机 理 不 同 ， 认识 岩 爆 的 类 型是很 有 必要 的 。岩爆 一般 可 以分 为 以下 几 种类
１ ２ 岩 爆 发 生 机 理 ．
学 性质 的基 本理 论 出发 ， 索 在 深 部 采 矿 工 程 中可 探
收 稿 日期 ：０ １０ －０ ２ １ －９ １
国 内外 许 多 专家 对 岩 爆研 究 的结 果 表 明 ， 爆 岩
作者简介 ： 齐玉俊 ， 岩士工程专业 ， 硕士研究生 。
在 总结南 非 金 矿 岩 爆 研 究 的基 础 上 提 出 的 。认 为
继 破坏 ， 成采 场 内大 范 围塌 落 ， 至使 整个采 场 报 造 甚
废。
“ 体． 岩 围岩 ” 系统在 力 学 平 衡 状 态 破 坏 时 释 放 的 能
量 大 于岩体 本身 破坏 所 消耗 的能 量则 发 生岩 爆 。通
２ 岩 爆 机 理 研 究 的 现 状
由于 岩爆 发生 机理 极为 复杂 ， 几 十年来 ， 然 近 虽 国 内外 专 家在 岩爆 机 理 方 面 做 了大 量 的 研 究 工 作 ， 但是 ， 国内外还 没有 成 熟 的理论 和方 法 。现 在 ， 们 人 已从 强度 、 度 、 定 、 量 等诸 多 方 面对 岩 爆 现 象 刚 稳 能 进行 了分 析 ， 出了各 种假 设 和判据 。 提 １ 强 度 理 论 早 期 的强 度 理 论 仅 着 眼 于 岩 体 ） 的破 坏理 论 。而 近代 的 理论 主要 考 虑 “ 体 ． 岩 围岩 ”
ｓａ ｕ ｆｒ ｃ ｕ ｔｐｒ ｄ ｃｉ ｎ ａ ｄ ｐｒｖ ｎ ｉｎ ｆｏ ，ｈ ｅ ｐ ｃ ｓｏ ｏ ｅ ｔ ｙ ｅ，ｆｒ ｔ ｎ ｍｅ ｈａ ｓ ， ｉｆｕｅ ｃ ｎ ｔ ｔ ｓｏ ｏ ｋｂ ｓ ｅ ｉｔｏ ｎ ｅ ｅ ｔｏ ｒ ｍ ｔ ｅ ｒ ｓ ｅ ｔ ｆｃ ｎｃ ｐ ，ｔｐ ｏ ｍａ ｉ ｃ ｎｉｍ ｏ ｎ ｌ ｎ ｉｇ
３ 剪切 破 坏 型岩 爆 矿 体 的 大 面 积 开 挖 导致 巷 ）
道 周 围未 采岩 层应 力 急 剧 升 高 ， 当应 力 达 到 完 整 岩
过 判 断弹性 应变 能指 数 （ 弹性应 变 能与 塑性 应 变 能
的 比值 ） 的大小 来确 定岩 爆是 否会 发 生 。
体 破 坏条 件 时 ， 致岩 体沿 某一 方位 发 生剪 切破 坏 。 导
岩 爆 的破 坏 性 也 急 剧 加 大… 。所 以必 须 从 岩 石 力
１ 岩 爆 发 生 的 机 理 及 分 类
１ １ 岩 爆 的 定 义 ．
岩爆 是地 下工 程 或采 矿过 程 中岩体 破坏 的一种 形式 。它 是处 于 高地应 力 或极 限平衡 状 态 的岩 体或 地质 结构 体 ， 在开 挖活 动 的扰 动下 ， 内部储 存 的应 其 力能 瞬 间释放 ， 成 开 挖 空 间周 围部 分 岩 体 从 母 岩 造 体 中急剧 、 烈地 突 出或 弹射 出来 的一 种 动 态 力 学 猛 现象 。岩 爆 的发生 常伴 随着 岩体 震 动 。
在岩 爆 发生前 ， 震活 动 的集 聚程 度 明显增 加 ， 相 微 并 应 出现 在 主岩爆 区 。
区 时 ， 成空 间 自由面 附近岩 体 突 出和破坏 ， 种岩 造 这
岩爆 。这种 岩爆 往往 发 生在 大面 积房 柱法 开采 和分 层 充填 法 的采场 内 ， 易发生 连 锁反应 ， 容 导致矿 柱 相
论 用 于分析 美 国爱达 荷 家利 纳矿 区的岩 爆 问题 。首 先 认 为矿 山岩 体结 构理 论 的刚 度大 于矿 山 负荷 的刚 度 是 岩爆 产生 的必 要条 件 。岩 爆取 决 于岩石 在 加载 过程 中刚度 与 应 力 达 到 峰 值 后 卸 载 过 程 的 刚 度 比 值 。 当该 比值 ＜１时 ， 为有 可能 发生 岩爆 。 认 ３ 能量理论 ） ２ ０世 纪 ６ ０年 代 中 期 ， 克 等 人 库
Βιβλιοθήκη Baidu
ＲＥＶＩ ＥＷ ＯＮ ＣＵＲＲＥＮＴ Ｓ ＴＵＤＹ ＴＡＴＵＳ ＯＦ ＲＯＣＫＢＵＲＳ Ｓ Ｔ
Ｔ ＯＲＹ Ｎ ＤＥ Ｐ ＭＩ ＮＧ Ｅ Ｉ ＨＥ Ｉ Ｅ ＮＩ ＮＧ ＮＥＥ ＮＧ ＲＩ
Ｑ ｕ ｕ Ｈ Ｕ Ｋ －ｅｇ Ｓ Ｎ Ｈ ａ ｅ ｔＹ － ｎ ｊ Ｏ ｅ ｎ Ｕ ｕ ｆｎ ｐ
第 ２ ｌ卷 第 ２期 ２１ ０ ２年 ６月
矿
冶
Ｖｏ ． １．ＮＯ ２ １２ ． Ｊｎ ２ １ ｕ ｅ ０ ２
Ｍ １ ＮＧ ＆ Ｍ Ｅ ＮＩ ＴＡＬ ＬＵＲＧＹ
文 章 编 号 ：０ ５７ ５ （ ０ ２ ０ － １ －４ １ ０ －８ ４ ２ １ ） ２ ０ ５ ０ ０
深 部 开采 岩爆 理 论 研 究 现状 评 述
状 ， 行了归纳分析和评述。 进
关 键 词 ：深部开采 ； 岩爆 ； 机理 ； 影响因素 ； 预测 ； 判断 中 图分 类 号 ：Ｄ ３ ． Ｔ ２５１ 文献标识码 ： Ａ ｄ ｉ ０ ３ ６／．ｓ ． ０ ５７５ ． ０ ２ ０ ．０ ｏ： ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ － ４ ２ １ ． ２０ ４ １ ｓ ８
线方 向一 致 时 ， 由于 采 矿 解 除 了 长 期施 加在 构 造 弱 面法 线方 向的夹 持 力 ， 致 原 本 活 动 性很 差 的 断 层 导
重新 活化 ， 原来 弱 面 重新 滑 动 。与 剪 切 岩爆 机 理 沿
在 矿 山深 部 开 采 过 程 中 ， 体破 裂 导 致 岩体 体 岩
电工程 的大规模 兴 建 ， 以及 地 下 矿 山 向深 部 矿 床 延 伸 ， 部或 深埋 地下 工程 中的岩 爆 问题越 来越 严 重 ， 深 近年来 相 继 出现严 重 的岩爆 灾 害 。岩爆 发生 地 点具 有 随机 性 、 孕育 过程 具 有缓 慢性 、 生过 程具 有 突发 发 性 ， 生产 安全 和工 程 可靠 性 的危害 极 大 ， 对 已经严 重 影 响 了矿 山 的正 常 生 产 。随 着 开 采 深 度 的不 断 增 加 ， 应力 随之 增 大 ， 致 岩 爆 发 生 频 率 逐 步 提 高 ， 地 导
岩 爆 往往 造成 开 挖 工 作 面 的严 重 破 坏 ， 备 损 设
坏 和人 员 伤亡 ， 已成 为 岩石 地 下 工 程 和 岩 石 力 学 领 域 的世 界性 难 题 。 随着 我 国大 型 交 通 工 程 、 型 水 大
能发 生岩 爆 的理论 和技 术 ， 而 防 治岩 爆 带 来 的灾 从 害。
Ａ ＢＳＴＲ ＡＣ Ｔ ：Ａｓ ｔ ｅ ｉ ｃ ｅ ｓｎ ｆ ｍ ｉ ｎ ｅ ｔ ｈ ｎ ｒ ａ ｉｇ ｏ ｎｉ ｇ ｄ ｐ ｈ， ｒ ｃ ｂ ｒ ｔ ａ ｂ ｃ ｍ ｅ ｎ ｕ ｓａ ｉ ｇ ｐｏｅ ｔ ｌ ｈｒ ａ ， ｗｈ ｃ ｏ ｋ ｕ ｓ ｈ ｓ ｅ ｏ ａ ｏ ｔｔｎｄ ｎ ｔ ｎｉ ｔ ｅ ｔ ａ ｉｈ ｔ ｅ ｔ ｎ ｈ ａｅｙ ｏ ｎ ｎ ａ ｏ ｓ ａ ｑ ｉ ｍｅ ｔ． Ｔｈ ｓ ａ ｔｃ ｅ ｓ ｍ ｍａ ｉｅ ， ａ ａｙ ｅ ｎ ｅ ｉ ｗｓ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｈｒ ａｅ ｓｔ ｅ ｓ ｆ ｔ ｆ ｍｉ ｉ ｇ ｌｂ ｒ ｎｄ ｅ ｕ ｐ ｎ ｓ ｉ ｒｉ ｌ ｕ ｒｚ ｓ ｎ ｌ ｚ ｓ ａ ｄ ｒ ｖｅ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ
随着 与巷 道边 线 的距 离 增 加 而 减 小 ； 向应 力 在 巷 径 道周 边最 小 ，随着 与巷 道 边 线 的距 离减 小 而 增 加 。
相近 ， 当岩体 位移 传播 到 采场 或巷 道 临空 面时 ， 致 导 岩 体大 量破 坏 ， 这种 岩爆 称之 为 断层滑 移 型爆 破 。
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国内一 些 学 者 ， 分 形 几 何 学 的 用
岩 体 的 突然破 裂 导 致 破 裂 面上 下 盘 岩 体 发 生 错 动 ，
这 种 错动 产 生 的岩体 位移 传播 到采 场 或巷 道 的采空
方法 研究 了岩 爆发 生 的机 理和 预测 预报 手段 。这一
理论 主要 是使 用分 形 的数 目与 半径 的关 系 考察 微震 事件 的位 置分 布 ， 发现 微震 时 间具 有集 聚分 形 结构 。
齐 玉俊 侯 克 鹏 孙 华 芬
（ 昆明理工 大 学 国土 资源 工程 学 院 ， 昆明 ６ ０ ９ ） ５ ０ ３
摘 要 ：随着矿 山开采 深度的增加 ， 岩爆已经成为一种越来越突 出的潜 在威胁 ，极大地威 胁着矿 山施
工 人 员 和 设 备 的 安 全 。本 文 针 对 岩 爆 概 念 、 型 、 成 机 理 、 响 因 素 、 生 判 据 、 测 与 防治 的 研 究 现 类 形 影 发 预
２ 刚度 理论 ）
２ ０世 纪 ７ ０年 代 Ｂａｋ将 刚 度 理 ｌｃ
存 的应变 能 ， 这种 岩爆 称为 应变 性岩 爆 。
２ 矿柱 破 坏型 岩爆 房 柱 法采矿 的矿柱 、 ） 留点 柱 分层 充填 法 的点 柱 、 壁 法 开 采 的 采 场工 作 面 等 突 长 然破 坏 ， 而 诱发 矿 柱周 围岩 体 瞬间跨 落 ， 成 大量 从 造 的设 备损 坏 和人 员 伤 亡 ， 种 岩 爆 称 为 矿柱 破 坏 型 这
的发生 除 了 岩 体 应 力 （ 应 力 或初 始 应 力 ） 于 岩 地 大
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损 的应 变能 。
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型 ：
１ 应 变 型岩 爆 在深 部矿 井开 采 过程 中 ， 临着 ） 面
高 地应 力 的 问题 ， 由于 高原岩 应 力场 的存 在 ， 采 矿 在
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系 统复 杂受 力状 态 的极 限平衡 条件 。岩石 单 向抗 压 强 度和 围岩 的切 向应 力是 决定 岩 爆是 否发 生 以及 岩
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如果 岩体 破 坏快速 发 生 ， 有 可能发 生 岩爆 就
１３ 岩 爆 的类型 ．
。
不 同 类 型 的岩 爆 产 生 的机 理 不 同 ， 认识 岩 爆 的 类 型是很 有 必要 的 。岩爆 一般 可 以分 为 以下 几 种类
１ ２ 岩 爆 发 生 机 理 ．
学 性质 的基 本理 论 出发 ， 索 在 深 部 采 矿 工 程 中可 探
收 稿 日期 ：０ １０ －０ ２ １ －９ １
国 内外 许 多 专家 对 岩 爆研 究 的结 果 表 明 ， 爆 岩
作者简介 ： 齐玉俊 ， 岩士工程专业 ， 硕士研究生 。
在 总结南 非 金 矿 岩 爆 研 究 的基 础 上 提 出 的 。认 为
继 破坏 ， 成采 场 内大 范 围塌 落 ， 至使 整个采 场 报 造 甚
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“ 体． 岩 围岩 ” 系统在 力 学 平 衡 状 态 破 坏 时 释 放 的 能
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２ 岩 爆 机 理 研 究 的 现 状
由于 岩爆 发生 机理 极为 复杂 ， 几 十年来 ， 然 近 虽 国 内外 专 家在 岩爆 机 理 方 面 做 了大 量 的 研 究 工 作 ， 但是 ， 国内外还 没有 成 熟 的理论 和方 法 。现 在 ， 们 人 已从 强度 、 度 、 定 、 量 等诸 多 方 面对 岩 爆 现 象 刚 稳 能 进行 了分 析 ， 出了各 种假 设 和判据 。 提 １ 强 度 理 论 早 期 的强 度 理 论 仅 着 眼 于 岩 体 ） 的破 坏理 论 。而 近代 的 理论 主要 考 虑 “ 体 ． 岩 围岩 ”
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３ 剪切 破 坏 型岩 爆 矿 体 的 大 面 积 开 挖 导致 巷 ）
道 周 围未 采岩 层应 力 急 剧 升 高 ， 当应 力 达 到 完 整 岩
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的 比值 ） 的大小 来确 定岩 爆是 否会 发 生 。
体 破 坏条 件 时 ， 致岩 体沿 某一 方位 发 生剪 切破 坏 。 导
岩 爆 的破 坏 性 也 急 剧 加 大… 。所 以必 须 从 岩 石 力
１ 岩 爆 发 生 的 机 理 及 分 类
１ １ 岩 爆 的 定 义 ．
岩爆 是地 下工 程 或采 矿过 程 中岩体 破坏 的一种 形式 。它 是处 于 高地应 力 或极 限平衡 状 态 的岩 体或 地质 结构 体 ， 在开 挖活 动 的扰 动下 ， 内部储 存 的应 其 力能 瞬 间释放 ， 成 开 挖 空 间周 围部 分 岩 体 从 母 岩 造 体 中急剧 、 烈地 突 出或 弹射 出来 的一 种 动 态 力 学 猛 现象 。岩 爆 的发生 常伴 随着 岩体 震 动 。
在岩 爆 发生前 ， 震活 动 的集 聚程 度 明显增 加 ， 相 微 并 应 出现 在 主岩爆 区 。
区 时 ， 成空 间 自由面 附近岩 体 突 出和破坏 ， 种岩 造 这
岩爆 。这种 岩爆 往往 发 生在 大面 积房 柱法 开采 和分 层 充填 法 的采场 内 ， 易发生 连 锁反应 ， 容 导致矿 柱 相
论 用 于分析 美 国爱达 荷 家利 纳矿 区的岩 爆 问题 。首 先 认 为矿 山岩 体结 构理 论 的刚 度大 于矿 山 负荷 的刚 度 是 岩爆 产生 的必 要条 件 。岩 爆取 决 于岩石 在 加载 过程 中刚度 与 应 力 达 到 峰 值 后 卸 载 过 程 的 刚 度 比 值 。 当该 比值 ＜１时 ， 为有 可能 发生 岩爆 。 认 ３ 能量理论 ） ２ ０世 纪 ６ ０年 代 中 期 ， 克 等 人 库
Βιβλιοθήκη Baidu
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Ｖｏ ． １．ＮＯ ２ １２ ． Ｊｎ ２ １ ｕ ｅ ０ ２
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文 章 编 号 ：０ ５７ ５ （ ０ ２ ０ － １ －４ １ ０ －８ ４ ２ １ ） ２ ０ ５ ０ ０
深 部 开采 岩爆 理 论 研 究 现状 评 述
状 ， 行了归纳分析和评述。 进
关 键 词 ：深部开采 ； 岩爆 ； 机理 ； 影响因素 ； 预测 ； 判断 中 图分 类 号 ：Ｄ ３ ． Ｔ ２５１ 文献标识码 ： Ａ ｄ ｉ ０ ３ ６／．ｓ ． ０ ５７５ ． ０ ２ ０ ．０ ｏ： ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ － ４ ２ １ ． ２０ ４ １ ｓ ８
线方 向一 致 时 ， 由于 采 矿 解 除 了 长 期施 加在 构 造 弱 面法 线方 向的夹 持 力 ， 致 原 本 活 动 性很 差 的 断 层 导
重新 活化 ， 原来 弱 面 重新 滑 动 。与 剪 切 岩爆 机 理 沿
在 矿 山深 部 开 采 过 程 中 ， 体破 裂 导 致 岩体 体 岩
电工程 的大规模 兴 建 ， 以及 地 下 矿 山 向深 部 矿 床 延 伸 ， 部或 深埋 地下 工程 中的岩 爆 问题越 来越 严 重 ， 深 近年来 相 继 出现严 重 的岩爆 灾 害 。岩爆 发生 地 点具 有 随机 性 、 孕育 过程 具 有缓 慢性 、 生过 程具 有 突发 发 性 ， 生产 安全 和工 程 可靠 性 的危害 极 大 ， 对 已经严 重 影 响 了矿 山 的正 常 生 产 。随 着 开 采 深 度 的不 断 增 加 ， 应力 随之 增 大 ， 致 岩 爆 发 生 频 率 逐 步 提 高 ， 地 导
岩 爆 往往 造成 开 挖 工 作 面 的严 重 破 坏 ， 备 损 设
坏 和人 员 伤亡 ， 已成 为 岩石 地 下 工 程 和 岩 石 力 学 领 域 的世 界性 难 题 。 随着 我 国大 型 交 通 工 程 、 型 水 大
能发 生岩 爆 的理论 和技 术 ， 而 防 治岩 爆 带 来 的灾 从 害。
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