深部巷道稳定的若干岩石力学问题_贺永年
煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策
煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策煤矿深部岩巷是煤矿生产过程中的重要通道，其围岩稳定与支护对于保障矿井安全生产和提高工作效率至关重要。
煤矿深部岩巷所面临的围岩稳定问题主要包括岩层破裂、露天裂隙、顶板冒落、煤层顶板垮落、瓦斯突出等。
为了有效解决这些问题，煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策是至关重要的。
一、岩巷围岩稳定监测在煤矿深部岩巷中，围岩稳定监测是非常重要的一环。
通过对岩巷围岩的变位、收敛、裂隙、地压的监测，可以及时了解岩巷围岩的变化情况，从而及时调整支护方案，确保岩巷的稳定性。
采用现代化的监测技术，如激光测距仪、应变仪、GPS定位等，可以精准地监测岩巷围岩的变化情况，并及时进行预警和处理。
二、合理支护措施在煤矿深部岩巷中，采用合理的支护措施是保障岩巷稳定的关键。
常见的支护措施包括：锚杆支护、钢架支护、道柱支护、喷锚支护、锚索支护等。
不同的地质条件和围岩稳定状况需要采用不同的支护措施，根据具体情况进行综合分析，制定最合理的支护方案。
隧道内部的排水、通风等设施也需要合理配置，以确保岩巷的稳定和安全。
三、科学合理的掘进工艺在煤矿深部岩巷的掘进过程中，采用科学合理的工艺是提高岩巷稳定性的前提。
根据地质条件和围岩稳定状况，合理选择掘进方式和速度，预防和减少岩巷围岩的变形和破裂。
设定合理的掘进参数，进行适当的控制爆破和支护工艺，确保岩巷的稳定和安全。
四、合理的瓦斯抽放系统在煤矿深部岩巷中，瓦斯是一个常见的安全隐患。
为了降低瓦斯浓度和减少瓦斯突出的风险，需要合理配置瓦斯抽放系统，及时将瓦斯排放出去。
通过合理的通风设计和瓦斯抽放系统的配置，可以有效降低瓦斯浓度，确保岩巷的安全。
五、加强人员管理和安全教育在煤矿深部岩巷中，加强人员管理和安全教育是保障矿井安全生产的重要保障。
通过加强对岩巷围岩稳定和支护技术的培训和教育，提高矿工的安全意识和技术水平，降低事故风险。
加强对矿工的监督和管理，确保操作规程的执行和安全操作。
煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策是煤矿生产中的重要环节。
煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策
煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策煤矿深部岩巷的稳定性是矿山生产安全的重要保障，同时也是煤矿生产效率的关键因素。
在深部岩巷围岩稳定性方面，主要存在以下问题：围岩变形、岩爆、煤层顶板下沉、支护失稳等。
为了解决这些问题，煤矿深部岩巷需要采取一系列的支护措施。
对于围岩变形问题，可以采取人工切坡、嵌岩锚杆和喷锚支护等措施。
人工切坡可以减轻巷道收敛，减少变形。
嵌岩锚杆可以提供牢固的支护力，防止围岩松动。
喷锚支护可以增加围岩的强度，提高围岩的稳定性。
对于岩爆问题，可以采取钻爆预裂爆破技术、冷却注浆和预制支护等措施。
钻爆预裂爆破技术可以分解岩石的结构，减少爆炸能力。
冷却注浆可以降低岩石温度，减缓岩石的应力状态。
预制支护可以提供牢固的支护力，防止岩爆的发生。
针对煤层顶板下沉问题，可以采取压裂注浆、锚索支护和软硬结合支护等措施。
压裂注浆可以增加煤层顶板的承载能力，减少下沉。
锚索支护可以提供牢固的支护力，防止煤层顶板的下沉。
软硬结合支护可以有效地保护煤层顶板，提高煤层的稳定性。
对于支护失稳问题，可以采取定向锚索支护、钢梁支护和网壳支护等措施。
定向锚索支护可以增加巷道的稳定性，减少支护失稳的风险。
钢梁支护可以提供牢固的支护力，防止支护材料的塌方。
网壳支护可以增加巷道的支护面积，提高围岩的稳定性。
煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策主要包括人工切坡、嵌岩锚杆和喷锚支护、钻爆预裂爆破技术、冷却注浆和预制支护、压裂注浆、锚索支护和软硬结合支护、定向锚索支护、钢梁支护和网壳支护等措施。
这些措施能够有效地提高深部岩巷的稳定性和矿山生产安全，提高煤矿生产效率。
煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策
煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策煤矿深部岩巷作为煤矿通风、支护等重要设施，与矿井的安全生产息息相关，稳定性直接关系到矿井的生产效益。
然而，由于矿井条件差异大，岩层结构复杂，存在多种因素导致岩巷岩石变形和破坏，因此对岩巷围岩的稳定研究和支护设计尤为重要。
一、岩巷围岩稳定性分析1、围岩物理力学特性首先参考实际岩巷中的围岩物理力学特性进行分析。
围岩物理力学特性包括:岩石的力学参数(包括弹性模量、泊松比、抗拉强度、抗压强度、剪切强度等)、实际受力状况(包括矿压状态、应力分布等)和岩石的物理特性(包括吸湿性、变形性等)。
2、围岩的结构特点其次分析岩巷围岩的结构特点，主要指影响围岩稳定性的地质构造和构造面、断层等结构因素。
常见的地质构造有褶皱、节理、逆断层、正断层等，这些结构在岩巷开挖过程中容易引起围岩分层、裂隙和破碎等;此外，断层的存在会引起矿区应力集中，加剧岩巷围岩的破坏。
3、外力因素的影响外力因素主要指煤炭层及覆岩的厚度、坚硬程度、断层、构造等因素及开挖方式、支护方式等因素对岩巷造成的影响。
这些因素直接影响岩巷的开挖及支护难度、围岩的破裂及移动情况。
综上，只有通过对围岩物理力学特性、围岩结构特点及外力因素的影响等因素进行详细的分析，才能确定出相应的围岩稳定性评价和支护对策，从而使岩巷得到稳定和安全地运行。
二、岩巷围岩支护设计岩巷围岩支护的核心在于理顺围岩与支护之间的力学关系，即通过支护手段减少围岩应变能，控制岩石变形，以维护岩巷的稳定从而保障煤矿安全生产。
1、支护模式的选择支护模式需要根据开采条件、矿岩石性质及其变形规律而定，常见的支护模式有锚杆支护、喷锚支护、锚网支护、聚合物支护等，其中锚杆支护是诸多岩巷支护模式中广泛采用的一种方案。
2、支护策略的选取对于岩巷围岩破裂和移动情况不同的部位，需要采用不同的支护策略。
这些策略包括: 优化锚杆布局、增加支撑杆数量及密度、加强岩石的极限支撑能力、选择合适的注浆材料等，结合岩巷所处的实际环境和矿压情况进行综合分析，从而实现围岩稳定的目的。
关于煤矿深部岩巷围岩稳定与支护几个问题的认识
刘泉声
中国科学院武汉岩土力学研究所 2007年11月15日于安徽理工大学
目 录
煤矿深部围岩特点 深部围岩稳定控制对策 信息化施工与围岩稳定控制 结 语
一、煤矿深部围岩特点
高地应力
软弱、裂隙发育
深部围岩
高渗透压力
深部：埋深＞800米
高温度梯度
高地应力作用
3
4 5 6 8
1.35
1.43 1.50 1.575 1.675
0.068
0.072 0.075 0.081 0.089
1.09
1.16 1.21 1.27 1.35
1.13
1.19 1.25 1.35 1.48
1.832
1.928 2.075 2.17 2.275
0.625
0.668 0.7 0.75 0.82
3
内摩擦 角 φ /° 40-45
2.65
粘结 力 C/ MPa 1.52.0 1.01.5 0.51.0 0.20.5
抗拉强 度 σt/MP a 0.700.83 0.520.70 0.290.52 0.130.29
单轴抗压 强度 σc/MPa 6.43-9.66
弹性模 量 E/ GPa 15-20
C /MPa
0.35 0.36 0.36 0.37 0.37 0.38 0.39
对 策
φ /(°)
31.5 31.5 33.5 35.6 37.1 38.8 40.4
C*
/MPa 0.017 0.018 0.018 0.018 0.019 0.019 0.021
φ*
/° 31.5 31.5 33.5 35.6 37.1 38.8 40.4
煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策
煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策随着我国工业化进程的加快和能源需求的增长，煤矿深部开采已成为煤矿生产的主要形式之一。
煤矿深部开采也带来了一系列的岩巷围岩稳定与支护问题。
煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策的研究和实践对于确保煤矿生产安全、提高生产效率具有重要意义。
本文将从煤矿深部岩巷的特点、围岩稳定机理、常见的围岩稳定问题和相应的支护对策等方面展开探讨。
一、煤矿深部岩巷的特点煤矿深部岩巷指的是距离地表较深的煤层巷道。
由于深部地压和岩层构造的复杂性，煤矿深部岩巷与浅部岩巷相比具有以下特点：1. 地应力较大：地表以上的地应力是受到岩层自重等因素的影响而逐渐减小的，而在深部开采场所，地应力往往非常大，这对围岩稳定提出了更高的要求。
2. 岩层构造较复杂：深部地层通常都经历了了复杂的地质作用，形成了较为复杂的岩层构造，这使得深部岩巷的围岩稳定问题更为复杂。
3. 地质构造异常多：在深部地层中，地质构造异常多，如断层、褶皱、节理等，这也给岩石的稳定性带来了挑战。
以上这些特点使得煤矿深部岩巷的围岩稳定问题成为了深部开采的难点和瓶颈。
二、围岩稳定机理煤矿深部岩巷的围岩稳定机理是深部开采的重要理论基础。
围岩稳定主要受到以下几方面因素的影响：1. 地应力：地应力是指地下岩石受到的压力。
在深部开采中，地应力是影响围岩稳定的主要因素之一。
地应力大小与深度成正比，因此深部开采受到的地应力通常较大。
2. 岩层构造：地质构造异常多的深部岩巷，岩层构造对围岩稳定起着至关重要的作用。
褶皱、断层等地质构造对围岩形成和变形带来了很大的影响。
3. 岩体力学性质：岩石的力学性质是影响围岩稳定的另一个重要因素。
岩石的抗压强度、断裂带特性、岩石的变形特性等都对围岩稳定有着重要的影响。
4. 采动影响：煤矿深部开采的过程中，采动对围岩产生了很大的影响。
采动导致了围岩的应力分布发生了变化，从而引发了岩体的破裂和变形。
以上这些因素共同影响着煤矿深部岩巷的围岩稳定，了解这些因素对选择合适的支护对策具有重要的意义。
煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策
煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策随着煤炭产业的发展，煤矿深部开采越来越成为现实。
然而，深部开采带来的围岩稳定和支护难题也就愈加突出，岩层失稳导致的事故频繁发生。
为此，我们需要在深入研究深部岩巷围岩稳定和支护机理的基础上提出有效的对策。
本文将探讨煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策。
一、深部岩巷围岩类型及特点煤矿深部岩巷围岩多为韧性岩和硬质岩，其中韧性岩包括砂岩、页岩、粘土岩等；硬质岩包括灰岩、花岗岩、变质岩等。
这种岩石具有强度高、固结性好、变形能力小等特点。
一旦失稳，破坏面及范围较大，导致的后果也比较严重。
二、深部岩巷围岩稳定问题1.巷道围岩应力状态异常在深部开采过程中，地压力显著增大。
强度高的围岩难以发生很大的变形，围岩与煤壁之间的支承能力骤然下降，导致失稳。
尤其是在矿山大倾角、小断距、高采高条件下，围岩失稳的风险更加突出。
2.采动力对围岩稳定的影响深部开采引起的水力压力、地质构造的因素增大，围岩的内部应力分布也跟着变化。
瓦斯爆炸、顶板、底板异常变形等因素也将加剧围岩的失稳程度。
因此，对于深部开采进行时，采动力对其岩巷围岩稳定的影响不容忽视。
三、深部岩巷围岩支护措施1. 预留稳定带对边界支护，必须在岩巷的设计和施工中尽量预留稳定带，这样可以承担较大的变形并在支护压力的约束下形成一定的合理变形。
如果没有预留稳定带，岩巷可能会出现突然迸裂和破裂，导致严重的灾难性事故。
2. 优化支护结构设计岩壁空间处理下，进一步优化岩巷支护结构设计。
支护材料必须充分利用材料的高强度和低变形能力，以提高支撑能力。
支护结构中的钢材应选用截面大、模量大、屈服强度大的高性能材料，能够承受较大的荷载。
采用带钢和点钢支撑结构，能够减少钢材用量及相关成本，提高支护结构的稳定性。
3. 优化支护措施支护措施是三级支柱、锚杆、栓网等。
三级支柱通过冲孔、侵入无人区、钻裂短煤体、切断金属等优化施工工艺，提高岩巷稳定性。
锚杆通过优化美麻构造和锚杆技术，制定相应的施工方案、技术流程、施工标准和质量控制方法，提高锚杆的锚固性。
煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策
煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策1. 引言1.1 煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策的重要性煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策是煤矿安全生产中至关重要的环节，直接关系到矿工的生命安全和生产稳定。
随着煤矿开采向深部发展，岩巷围岩稳定问题日益突出，岩体变形、岩层移动、岩爆等地质灾害频发，给煤矿的生产经营带来了严重的危害。
加强岩巷围岩稳定与支护对策的研究和实践，对于提高煤矿生产效率、降低事故风险、保障矿工安全至关重要。
通过科学合理的支护设计和实施，可以有效减少岩体变形和岩层移动，提高岩巷的稳定性和安全性。
建立健全的预警监测系统，及时发现和预防岩体变形的迹象，为采取相应的措施提供依据。
加强安全管理与培训，提高矿工的安全意识和技能，也是确保煤矿深部岩巷围岩稳定与支护工作有效开展的关键。
煤矿深部岩巷围岩稳定与支护对策的重要性不可忽视。
只有不断加强科学研究、技术改进和管理创新，才能有效预防和控制岩体灾害，确保煤矿生产的安全稳定。
2. 正文2.1 岩巷围岩稳定问题分析煤矿深部岩巷围岩稳定是煤矿生产中一个至关重要的问题。
岩巷围岩稳定问题主要表现为岩体结构不稳定、岩层变形和移位等现象。
这些问题给煤矿生产和安全带来了严重影响。
岩体结构不稳定是造成岩巷围岩稳定问题的主要原因之一。
煤矿深部岩层中存在着各种岩性、构造和地质断裂，这些因素使岩体结构复杂多变，容易发生变形和破坏。
岩体结构的不稳定性会导致岩层失稳，崩塌等现象，严重影响了岩巷的稳定性。
岩层变形和移位也是岩巷围岩稳定问题的重要表现。
深部煤矿开采会导致地下岩层发生变形和移位，岩巷围岩受到巨大压力和变形，容易发生裂隙和破坏。
岩层的变形和移位会使岩巷围岩稳定性受到极大影响，给矿井生产和安全带来了严重威胁。
岩巷围岩稳定问题是煤矿深部开采中不可忽视的重要问题。
只有深入分析岩体结构、岩层变形和移位等问题，采取科学有效的支护措施和技术手段，才能保证煤矿深部岩巷围岩的稳定和安全。
2.2 支护措施及技术支护措施及技术是保障煤矿深部岩巷围岩稳定的关键环节。
煤矿深部岩巷围岩的稳定与支护技术分析
煤矿深部岩巷围岩的稳定与支护技术分析文章分析了煤矿深部岩巷围岩稳定和支护的现状，探析了提高煤矿深部岩巷围岩稳定性的支护技术，以供参考。
标签：煤矿；深部岩巷围岩；稳定与支护技术1 前言煤炭资源作为一种重要的能源资源，社会需求量巨大，随着煤炭资源的开采，浅部资源逐渐的枯竭，煤炭开采工作逐渐的向深部延伸。
随着煤矿开采深度的增加，矿井地质条件越来越恶化，涌水量增加、地应力增大、破碎岩体增多，导致深部岩巷围岩的稳定和支护难度增加，同时还会增加生产成本，如何处理煤矿深部岩巷围岩稳定和支护问题，已经成为困扰众多煤矿企业的难题。
因此，文章针对煤矿深部岩巷围岩稳定和支护技术的研究具有非常重要的现实意义。
2 煤矿深部岩巷围岩稳定和支护的现状分析煤炭自身所处地层之下，随着矿井深度的不断延伸，并且在开挖的过程中会对围岩的稳定性产生一定的影响，必须采用有效的支护技术进行处理。
但是，通过对现阶段出现的众多深部围岩支护理论进行研究和分析，这些理论存在许多问题，并不能够准确的揭示深部岩巷围岩变形以及破坏机理，采用的多种支护方式或者技术，也不能够起到有效的支护作用，在深部矿井高地压的作用下，很容易导致巷道出现破坏、变形等问题，甚至导致巷道出现坍塌事故，必须对支护形式进行实时的监控，一旦发现问题进行及时的维护和翻修，但是这样会大幅度的增加支护成本，还会降低煤矿开采进度，影响煤矿企业的采煤量和经济效益。
3 提高煤矿深部岩巷围岩稳定性的支护技术分析随着煤矿开挖深度的增加，围岩自身的受力状况发生巨大的变化，巷道不同位置围岩的压力状况、应力状况都存在一定的差异，为了保证煤矿深部岩巷围岩的稳定性，应该采取多种支护技术，以此提高围岩自身的承载力和强度，防止围岩出现失稳或者坍塌的现象。
3.1 锚杆支护技术传统的锚杆支护原理包括加固拱、组合梁、悬吊等原理，笔者通过实际测量和数值计算，对深部岩巷围岩变形的冲击性、扩容性以及流变性等进行分析，然后采用合适的锚杆支护技术进行加固。
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第35卷第3期 中国矿业大学学报 Vol.35No.32006年5月 Journal of China University of Mining &Technology May 2006收稿日期:20050912基金项目:国家自然科学基金重大项目(50490273)作者简介:贺永年(19432),男,浙江省杭州市人,教授,博士生导师,工学硕士,从事岩石力学与工程稳定方面的研究.E 2m ail :ynhe @ T el :0516283883491文章编号:100021964(2006)0320288208深部巷道稳定的若干岩石力学问题贺永年,韩立军,邵 鹏,蒋斌松(中国矿业大学建筑工程学院,江苏徐州221008)摘要:论述了深部岩石力学与工程问题研究的意义;评述了深部原岩应力分布对岩石性质与岩石工程的影响;指出了岩石强度失效与工程围岩破坏过程的实质;分析和评价了岩石破坏所形成的序列结构形式以及对其强度的影响.根据深部岩石工程施工以及变形破坏的特点,通过对工程开挖的卸压影响、岩石脆性与延性破坏的关系以及岩石变形、破坏的时间效应的分析,说明了深部岩石工程稳定有其不同的性质与特点.关键词:深部岩石力学;原岩应力;工程围岩破坏;脆性与延性;巷道稳定中图分类号:TD 325+.1 文献标识码:ASome Problems of Rock Mechanics forRoadways Stability in Dept hH E Y ong 2nian ,HAN Li 2jun ,SHAO Peng ,J IAN G Bin 2song(School of Architecture and Civil Engineering ,China University of Mining &Technology ,Xuzhou ,Jiangsu 221008,China )Abstract :The significance of t he research on rock mechanics and engineering was indicated in great underground dept h.The effect of dist ribution of t he initial st ress on rock quality and rock engineering was evaluated.The essential of t he failure for rock st rengt h and surround 2ing rocks of engineering is rep resented.The st ruct ural sequence formed f rom t he failure of rock and it s effect on t he rock st rengt h were analyzed.Based on t he sit uations of t he deep rock en 2gineering const ructio n and it s deformation and failure ,it is explained t hat t here are diverse property and peculiarity for t he stabilization of t he rock engineering in deep underground ,by analyzing t he unload effect during t he engineering co nstruction ,t he relationship between t he brittleness failure and ductile failure of rock ,and t he time effect s of t he deformation and failure of rock.K ey w ords :rock mechanics in dept h ;initial st ress ;surrounding rock failure of engineering ;brittleness and ductility ;roadways stability 人类的触角在伸向天体空间的同时,也在向地球的深处拓展.地球深处是人类认识自然和开发自然的另一个重要领域.当前的研究表明,探索地球深部的困难程度并不亚于其他领域,研究手段也已经涉及了现代科学的众多方面.工程范畴里的深部岩体是人类直接面对的对象,深部岩体力学问题的研究成果,不仅为解决相应的工程技术难题作出贡献,同时也将推动现代科学与技术的进步.因此,可以说这也是人类在新世纪面临的一个新的挑战和机遇.随着我国资源开发向深部的延伸,开展对深部岩体力学基础问题的研究[1]是非常有意义的.采矿是人类在地下深处最大规模的工程活动.随着资源开发强度的增加,矿山采掘正向千米以上及更深的地层发展.南非、印度最深的金矿已经深第3期 贺永年等:深部巷道稳定的若干岩石力学问题入地下4000m ,俄罗斯金属矿的开采深度已经向2000～2500m 发展.尽管煤矿的岩石和环境条件比较恶劣,但其开采深度也不逊色.根据上世纪90年代资料,俄罗斯最深的矿井已经达到1550m ,德国、英国、日本、波兰等国的煤矿深井都已达1100m 以上.我国煤矿在近20余年时间里,每年平均以8～12m 的速度在向深部延伸[2],面对我国东部1000～2000m 煤炭资源占2000m 以内预测储量的83%3,以及全国深部煤炭储量占多的形势,可以预计,今后10a 内千米深井将成为我国煤炭资源的主要来源.与此同时,伴随着我国西部开发的进程,水电、交通等工程也已经并将更多地遇到相关的深部岩石力学问题.早在20世纪70到80年代,深部岩石力学问题就已经成为国际采矿工程界关心的重要内容.1983年,原苏联学者就提出所谓临界开采深度的概念[3],原西德曾专门对1600m 深井的三维矿压问题进行模拟研究[4].1989年国际岩石力学(局)曾在法国专门召开“深部岩石力学”问题国际会议,并出版了相关的专著.我国学者在80年代末也开始注意深矿井的开拓问题,“九五”、“十五”规划期间曾作为专题提出.矿山深部工程的一个主要困难是围岩处在高应力、高渗透压、高温和长期变形不止的恶劣条件.对煤矿而言,同时伴随有高瓦斯含量和高瓦斯压力等问题.这些环境条件,不仅给矿山造成严重的技术困难和巨大经济投入,还是矿山重大灾害性事故的主要根源.据顿涅茨矿区资料介绍,为解决井深增加带来的影响,15a 内尽管支护强度增加一倍,费用增加1.4倍,但矿井巷道复修量仍超过40%以上[5].我国统计的深井巷道翻修率甚至高达200%[6],而一些巷道因难于维护被遗弃(如开滦赵各庄矿-980m 水平和新汶孙村矿-1100m 水平煤巷[7]).深部矿井岩石冲击性行为(岩爆、煤岩突出)的发生频率、强度和规模几乎和深度成正比增加,由此造成的灾害性事故越来越频繁,规模越来越大.国内最大的砂岩和油气突出(海石湾煤矿)中,突出砂岩上千吨,油气近百万立方米[8].国外有资料表明,深度800m 以上的巷道有60%存在底鼓倾向.国内有的深井20余年底鼓不止,总底鼓量累计达数十米[9].深部高应力巷道围岩的维护及其灾害防护已成为决定深部矿井经济效益和安全生产的关键问题,决定了资源开发的可行性及可持续发展.本文是作者在该领域的部分研究内容.1 深部原岩应力及岩石强度分布原岩应力的存在是引起地下岩石工程一系列特点的重要原因.当前对于原岩应力分布的认识,主要是根据Brow 和Hoek 对全球上百个测量数据的统计结果(图1)[10].图1 原岩应力分布Fig.1 Distributing of the initial stress由于水平原岩应力分布的复杂性,使它一直以来都是本领域讨论的热点,包括有弹性地核理论[11]、热应力理论[12213]等解释.根据Brow 和Hoek 以及后续对水平应力的研究与统计,深部的3个原岩应力分量趋于均匀.如南非深度超过1000m 后平均的水平应力与竖向应力之比的水平应力系数3 中国煤田地质总局.第三次全国煤田地质预测研究报告[R ].中国煤田地质总局(涿州),1998.982 中国矿业大学学报 第35卷基本上都小于1;俄罗斯学者在K ola 地区采用声波技术对地表下11500m 深部的测试结果表明,该处的水平应力系数为0.777且与深度无关[14].如果深部应力作均匀考虑,则开挖首先导致应力差增加.此时若原来的应力状态处于临界状态附近,则岩石可能出现的断裂将改变后续整个应力平衡过程.这和开挖使应力差减小(或局部减小)的情况不一样.如果通过对平均水平应力系数公式k =1500/z +0.5的讨论,用曲线上k =1和k =3.5两点的切线确定其拐点,得到此拐点的深度约为860m 的位置(图1中的G 点).研究深部岩石的力学性质与工程问题,必须考虑岩石长期受深部高压及深部地质环境的生成影响.高压力成岩作用的一个明显结果是导致岩石的致密性增加.图2是波兰采矿研究总院在上西里西亚煤田获得的岩石性质资料[15].说明岩石密度均值随深度增加而增加,其密度分布更趋于均匀的情况.同时,岩石的强度与密度有良好的相关性.该地区的砂岩强度具有以下规律R c =7+0.064ΔH ,(1)式中:R c 为岩石单轴抗压强度,M Pa ;△H 表示从石灰层顶板起的深度,m.图2岩石容重和强度与埋深的关系[15]Fig.2Relationship among the unit weight ,strength and the burying depth乌克兰顿涅茨矿区对岩石强度的统计(表1[16])表明,在600m 以上浅部,强度小于40M Pa 的岩石占39.6%,强度大于80M Pa 的岩石占6.6%;而到800～1000m ,强度小于40M Pa 的岩石占25.4%,强度大于80M Pa 的岩石比例增加到28.6%.岩石渗透性与其密度有相同关系.岩石的这些性质导致了岩石的脆性,这是岩石动力现象显现频率与其埋深成为线性关系的重要原因之一.表1岩石强度随深度分布资料[16]T able 1 The relationship betw een rock strength and burying depth深度/m不同岩石单轴压缩强度所占比例/%<20MPa 21～40MPa 41～60MPa 61～80MPa 81～100MPa >100MPa总计<6009.430.224.629.2 5.5 1.1100600～800 2.83 5.739.313.48.10.4100800～1000 1.823.624.521.524.5 4.11001000～1200 1.824.329.524.716.0 3.71001200～1400 3.38.331.030.025.0 2.4100>14001.65.629.041.021.01.8100092第3期 贺永年等:深部巷道稳定的若干岩石力学问题2 深部岩石的破坏2.1岩石强度峰值后的破坏岩石变形曲线的强度峰值后性态一直是岩石力学界讨论的热点.深部岩石工程的围岩平衡必然要受到强度峰值后性质的影响,它是形成深部岩石工程稳定问题许多特点的重要因素.应该说,目前对于岩石单轴压缩变形曲线的峰值后性质的认识并不完全一致.有实验分析证明,岩石峰后曲线主要是破裂面的滑动轨迹,软化的初始状态反映了连续体到结构(块裂)体的转变和受载截面尺寸的改变[17218].应该说,岩石的破坏就是指岩石的断裂.从更大的尺度考虑,岩石的破坏就是一个不断从完整的、到大的破裂块体、到较小块体的过程.图3是通过对井下工作面后180m 的巷道围岩裂隙(破裂面)实测结果[19],裂隙越来越多,分布越来越密,说明了岩石破坏的变化过程.图3沿巷道长度的围岩裂隙参数分布Fig.3The distribution of fissure parameters in surrounding rock along the length of the roadway岩石的块裂使岩石形成不同层次的构造分布.俄罗斯学者根据上世纪70年代末由M.A.萨道夫斯基提出的岩石块体等级呈序列分布的观点,通过实验和实测,证明各层次的岩石块度之间存在有比较稳定的统计关系[20]Δi =(2)i ・Δ0,(2)式中:i 是序列数,任意负整数;Δi 为i 层次岩石块度的特征尺寸;Δ0=2.5×106m ,该值和地核的直径相当.俄罗斯学者甚至认为,这一关系适用于相当宽的范围,例如,当i 为-109时,其Δ值为0.981A 。