第六章地下工程災害預報與防治第四節、巖爆發生的現象、機理與防治一、巖爆發生的現象巖爆是礦井進入深部開采以后更容易遇到的嚴重的災害之一。有記錄的巖爆發生的歷史我國巖爆發生的基本情況巖爆是巖石動力破壞的一種特殊形式采礦引起巖石破壞的主要形式1、巖塊的冒落或坍落原因：采礦導致節理巖體的松動。危害：砸傷作業人員、損壞支護。2、松散巖層變形原因：在強大地應力作用下，松軟巖體的明顯變形。危害：損壞支護，改變巷道斷面和形狀。3、鑿巖爆破等動載荷下的破壞；4、巖爆、煤與瓦斯突出等動力現象巖爆發生的一些實例巖爆的危害：造成人員設備的巨大損失并引起作業人員的恐慌。巖爆與通常的巖體破壞現象的區別通常的巖體石破壞發生時的主要現象：1、通常的巖石破壞不會有猛烈的聲響和(大量)能量的瞬間釋放；2、破壞過程緩慢；3、要進一步施加外載或做功才能發生破壞；4、比較容易預報。蛋巖爆發生醫的現象和邀特點宰：卻1匙、破壞范厲圍大、能制量大氏；蓮2兩、無明顯獄前兆的情稅況下，自燥行發生破稍壞，難以征預報戲；究3先、破壞時撥可以有巨引大聲響，晶破壞及其欄迅速淺；饒4息、小擾動納下會引發抱巖爆專；屆銜5敗、巖爆有轉滯后發生袍的現象站；芽6披、巖爆引怒起的巖體還突然破壞家不需要外千界向系統狡進一步輸舒入能量，話因此與爆銜破載荷引竟起的巖體腳動力破壞夠有實質區蠶別。半巖爆發生話的初步的時定杰義搖(搏從現象正上臺)蠢：逃巖爆是巖捧石（體）榮猛烈破壞五并釋放大墨量能量的抹現象殼。樸巖爆是巖滋石（體）鼓的一種特澇殊的破壞寶形式，并聰可以得出旺如下結論趣：態1封、巖爆不生能簡單地技等同與巖巴石的破壞手；殼2姑、巖爆所瑞表現出的廢巖石破壞賊的動力性吼，不同于漲爆破引起側的巖石動劣力破壞。釀問題與思沈考：巖爆累與普通巖鹽石破壞的栽根本區別什是什么？愈“供科學研究瞇的區分，筑就是根據燥科學對象域所具有的嘩特殊的矛唯盾性。因漂此，對某冷一現象所早特有的某寫種矛盾的舒研究，就歷構成某一純門學科的療對象陽。飾”摘（毛澤東無《矛盾論俯》）式庫克認為泡：墓“淹巖體發生齒破壞，引施起礦運體誘—嚇圍巖力學葉系統平衡疏狀態破壞纏時，若其乞釋放的能盆量大于消話耗的能量背，將產生享巖爆穗。章”煮巖爆與通葛常巖石破賺壞的本質跡區別在于岡：稠1尤、破壞的榜突然性丈；蛋2恥、破壞過忠程中有多榆余象的帆(裹有時是大蔽量饅的鬧)放能量釋放憲。毫二、經典霸力學關于廳非穩定平器衡和突然動破壞的研尾究再1忙、壓桿失脫穩羨2核、鉛筆的爐穩定平衡西與非穩定熔平衡mgmgmg岔3渾、小球的品穩定平衡認、非穩定杯平衡和隨矩遇平衡妥4既、薄壁結吐構的失穩敬破壞錄穩定平衡麻的定義舉：肅當一個平防衡系統在慕任意微小謹擾動作用孤下，偏離療平衡位置呈一個微小轟距離后，膠立即會產竭生一種作報用，使其現回到原來病的平衡狀產態，則稱臟該系統處至于穩定平頂衡狀態。圈非穩定平筒衡的定義屋：誤當一個平閃衡系統在藍任意微小睜擾動作用晚下，偏離趕平衡位置遷一個微小蹦距離后，胞立即會產脹生一種作手用，使其膨繼續偏離墾原來的平恢衡狀態，生則稱該系衫統處于非賢穩定平衡拼狀態。穿隨遇平衡得的定義潮：艇當一個平亞衡系統在波小擾動作還用下，偏絮離平衡位杰置一個任珠意微小距肉離，當擾碧動消失后壇停留在新哥的平衡位殲置，則稱攪為隨遇平孫衡。誘以上四種湯非穩定平構衡現象都付具有以下剖特點：句1戶、不需要好外部對系償統進一步累施加能量叨，在小擾具動下可自托行發生；蓮2吹、平衡狀唱態的變化酷和破壞是燥突然發生盟的。氏三、巖爆盼發生的機然理疲(坡條件或準儉則交)鬼考察試驗皇機與巖石稠組成的力酒學系統：煩加美載胃咸—福綁受載系統達的力學模鹿型（試驗籌機擋—渠巖樣系統密的力學模宵型）香假設：巖吵樣發生破餐壞以前，盯試驗機與脈巖樣處于橡準靜態加安載過程。獄系統的力薦學特性武：僅1突、試驗機脅在彈性范鹽圍內工作襯，因此鴨P咸=促Ku移m猴式中籍K補—鼻試驗機剛暈度，燈u赴m炮—潮試驗機變濃形（解釋磁：面u溫m返不是應變雨是位移）探2鍋、巖樣與僵試驗機組盟成串聯系某統P=R艘式中凡P辱—彎試驗機受殊力；壟R玩—藝巖樣受嗚力敘試樣a試樣a—試驗機的全位移；u—巖樣端面位移au試驗機巖樣優3悶、巖樣具講有應變弱帆化的本構鵝特性巖石應力巖石應力—應變全過程曲線0虧巖石與金缸屬力學性介質的主要男區別在于威巖石有應懂變弱化村。勻按照巖石償的統計損丈傷理論，睜巖石應翅力鈔—國應變關系束為對巖石應力—應變全過程曲線的模擬0菜，慘脊對巖石應力—應變全過程曲線的模擬0攔E絲—疤巖石的彈盯性模量，儀—用巖石的強攪度。茶巖樣載僑荷胃—庭位移曲線往的模擬關夫系，辱式中慨—及巖樣的初商始剛度逼試驗排機半—侄巖樣系統朋的力學模他型個從巖樣變主形速率討豎論試驗壟機籌—奔巖樣系統紫的不穩定如性守巖樣破壞宜以前的準柏靜態加載丑過程、加坡載速率亮式中蒜，都，婦—般巖樣的準捷靜態變形皂速率，乖—游試驗系統警的準靜態功變形速率兩巖樣變形盒速率驅若儀，則由于栗有欣總取限值吩，因此纏，這意味源著巖樣變馳形失穩。磨對巖樣變杏形失穩色（破壞）革條件的討腹論：訊1習、禿可以取負致值，即搜巖樣具有番應變弱化拐特性警(規這是巖石嶼自身的性胖質況)眉；燦2夸、系統所家受的載荷冠足夠大，壯足以使巖錯石進入過拉巖石峰值霧強度以后堵的變形區業，即巖石主應、媽力佛—永應變全過傷程曲線的蠻后半竭段般(樣外部條件心)詳；消3際、在過巖紹石峰值強憐度以后的炕變形區，閣即覺時，有承(蘿系統特性頃)再。北從變形過汽程中試驗零機和巖樣左受力和能斬量的不平餃衡討論試役驗偏機日—殺巖樣系統含破壞的不杠穩定性瓣1掃、當巖樣準位于峰值左強度以前泊的變形區輔—波巖樣的峰粥值強度，揮—煌巖樣峰值尊強度對應檢的巖樣壓隨縮，陸—變系統處于她非穩定平意衡時巖樣累的臨界位憂移，腔—鋸系統處于斃非穩定平鳳衡時巖樣頓的臨界載察荷。塞特點：只虜有向系統忘持續輸入龜能量或增謝加載荷，定巖樣和試刊驗機才能紋發生進一友步的變形墻即系統的優平衡是穩完定的。介2吉、當巖樣擊進入峰值饞強度以后拉的變形區蛾，試驗機挑剛度小于轉巖樣的負認剛度，即吧時系統平愉衡的失穩哄與巖樣的沿突然破壞盲。睜(1刷)報、當劫時，靠，試驗機亦卸載（彈枯性恢復）旨釋放能量武。嫂(2租)掛、巖樣繼掙續壓縮，油消耗能量街，但隨壓悶縮變形的天增加，強教度同步降棋低。修當狐時假設有益一小擾動鞭使巖樣發護生進一步輪變形塞u拜，則有睜(3贈)球、試驗機共加于巖樣擁上的力超斥過了巖樣股的瞬時強助度惜—余即巖樣能縫夠承受的屢力，直，膛(禽)摩。面(4橫)膛、試驗機至彈性恢復腦，在這個折過程中，批試驗機釋鼠放的能量駛大于巖樣午繼續破壞總所需要的擱能量，芳(先)蘿。慌(5洪)閱、膜越大，試稍驗機出力偏與巖樣受憂力之間的奮不平衡，丑和試驗機自釋放的能術量與巖樣衛變形消耗皮的能量之割間的不平某衡（率和晃）越大，體引起巖樣脫變形加速栽，直到洪為止。窮特點：一椅個任意微耳小擾動可狀以導致巖翁樣的突然動破壞（變歸形突然加兔速），并膊引起系統額突然釋放傾能量衫。蠅結論：宮當巖樣的侄變形達到睬時，如果相試驗機剛敢度小于巖發樣的負剛環度時時，試驗膛機側—該巖樣系統凈處于非穩密定平衡狀絡態蠟。拖系統失穩技和巖樣突御然破壞的竿條件：椒(1匠)睛、巖樣進泛入峰值強腰度后的變滋形區，技；其(寬綜合了巖運樣與試驗抬機的特性隆，系統的橫特性，必奴要條拿件話)棟(2在)孫、在巖樣洲過峰值強衛度以后的心某個變形狠區內都有禁，試驗機阿剛度小于閣巖樣剛度沉，球。姨(魚充分條擁件洋)摘3妙、當巖樣血進入峰值白強度以后效的變形區帽，試驗機某剛度大于識巖樣的負愚剛度研，系統穩慕定平衡。歸特點：進有入過峰值鞏強度以后諷的變形區免，只有向噸系統持續丘輸入能量短或增加載半荷，巖樣過和試驗機站才能發生漲進一步的線變形危。朋(蛋例如剛性還試驗機和于巖石的應爺力應變全感曲況線半)毫4林、加愉載籍—猴受載系統默的隨遇平彼衡詳注意：在貨實踐中，偵無限小擾昏動實際上君是有限小掉擾動靠四、巖爆短的定義葡(董不僅從現戶象上而且雨從理論壤上木)育巖爆是礦土山巖體結奇構處于非遙穩定平衡滿狀態時，云由小擾動朝引起的巖妄體突然破薪壞和系統街瞬間釋飼放犁(離大設量淋)御能量的現兵象廳。譽五、加他載椒—排受載模型密（試驗谷機希—壓巖樣系統缸）浴解釋巖爆屆的能力芒(1底)斃、可以解農釋巖石破衫壞造成大蝦量能量釋懷放的突然刃性夢；瓶(告根據在只丈需要有任袋意小擾動賢和不需要絲外界向系勢統進一步奇輸入能憐量壩)唉(2缸)健、可以解搞釋無明顯獨前兆，自糟行破壞險；燥(新同樣根據省只要有小舌擾動作用味和不需要征外界進一火步輸入能嚷量討)象(3謀)梁、可以解或釋突然破雜壞和破壞扁過程極其群迅速；（枯力與能量溉的不平衡勇）伍(4軋)緞、可以解浩釋小擾動婦下發生突席然破壞；份(5辟)霞、無法解浸釋破壞的弟滯后性；臉(6柳)烤、該模型企還可以解贏釋巖爆終內止；肚特別注意庭：與壓桿拿和薄殼的徒幾何失穩妖不同，巖涌爆是圍辣巖惡—怎礦體系統劃的物理失味穩，而試蒙驗盟機蛙—底巖樣系統惰是模擬巖而爆物理失近穩的理想茶模型。輸從上面的療討論還可章以看出：下當加臘載喜—拜受載系統竿處于非穩極定平衡狀摸態時，不膽需要外部喪向系統輸細入能量，赤僅僅一個續任意微小病擾動就可纏以駝誘發器巖爆。巖核爆的發生抓過程是加迫載濤—巖受載系統潑內加載體搖和受載體吵之間應力勾迅速調整平的過程，暑還是加載刃體和受載您體之間能穗量迅速轉敬移的過程育，在臨近殲巖爆發生腰前的候孕育過程響和催巖爆發生拾過程叨中，每這些過程沃是系統的絮內部過程音，在外部趙很難探測桂到，因此衰巖爆的預婦測十分困報難道，至今仍貴是巖石力貞學中的一旱個難題。揚加練載筐—屠受載模型朱的其他應研用OO別(1崇)月、地震的誓前兆變形鵲率零(罩即臨近地席震發生時罰大地變形永速率的增樣加林)檔；航(2泊)切、地震的蝦前兆應力駱降恭(繪即臨近地后震發生時拒地殼應力煩下轟降羊)虹；勞(3屢)錦、地震的亦失穩應力貿降界(倦地震發生扮前后地殼織應力的降禍低食)侍；冠(4律)發、地震空控區（聲發喝射哪）牢(揉即臨近地蒜震發生時貍聲發射事途件數的減賢小攻)夫。佛問題與思幕考：虛爆破引起姥的巖石動搖力破壞與王巖爆動力神破壞之間輸的區別與料聯系召六、巖爆版發生條件鞋1安、巖爆發話生的充分鬼條件：失遲穩破壞過尿程中蓋礦體消耗李的能量小妹于系統釋械放的能量孤；魄2離、巖爆發懲生的必要趕條件：貞礦對體估—俯圍巖系統疑處于非穩醋定平衡狀麥態支條乒件摩2鉆是巖樣突蹄然破壞的陷條件。擱上述結論途是通過對荒試驗豐機順—哄巖樣系統險的研究得械到的，袋像校“初彈束性仙”烈、容“桶塑尚性叫”積一樣，試肺驗皇機漸—引巖樣系統轟是模擬巖仿爆物理失馳穩的理想怨模型。是辯通過對實橡際現象和仰過程的抽逆象得到的宏。畝但抽是裕“太抽象化的經方法（有世意棄去它底的次要屬引性而僅保撇留主要的相）不僅對鴿于工程實垮際目的是芹完全許可嚷的，而且犬是科研認腥識過程的扶條件之一迎。劣”拌“迅從具體的單東西上升尼到抽象的昂東西，思薪維不是離細開新尖—躍長如果它是妹正確的每話拾譜—爆雅真理而是正接近真例理慧”貧—葛—購先摘自列寧貫《哲學筆聾記》域將加載體多和受載體盛組成的系流統作為研掙究對象，絲與經典力艙學的研究者方法有本逆質區別。崖1孟、航經典力學已僅僅研究武外部作用衛下的受載育體。但是蛙對巖爆發粘生過程的檔研究需要聰考察加載走體與受載哪體組成的北變形力學閘系統；墨2清、在圍經典力學忙中拿受載體的辛外部作用捎是已知的惕，但是在偷巖爆發生趙過程中，六加載殊體紗(狼圍執巖憐)犧作用在受廣載輔體孝(狹礦恥體攀)烤之上的載艦荷是變化拘的。躺3銷、怎經典力學必所研究的樹平衡失穩洽多是由于唉特殊的幾削何形狀引僑起的，稱充之為幾何肌失穩。但柴礦體具有啦應變弱化山的本構特循性最是蔽(數圍滾巖刮厘—輪礦體的失密穩的重要衰條件。梯七、變形參系統平衡塌失穩觀點照在巖爆研社究中的應睡用歇1倘、堅硬頂吧板下，礦卷柱突然破玻壞的巖爆11233P擱1蝕、堅硬頂做板芽；狠2盯、礦柱既；虜3耐、礦體檔試驗喬機辟—昏堅硬頂板蓮；巖鞏樣盜—從礦柱瑞2忘、圓形巷崖道巖爆11234應變軟化區裳1無—符巷道識；衡2藥—峰塑性區（貪應變軟化外區）峽；幣3廳—右彈性區唇；貧4撤—當圍巖。旬試驗灰機遭—瓦彈性區巖籃體；巖魚體極—天塑性區巖羅體閥3砌、其他應社用。蘿八、關于搏巖爆發生宣的理論猛1趨、強度理潮論O囑2毅、沖擊傾哀向理論O關3賤、剛度理合論脅4宗、失穩理杏論