微震科普系列----2，巖爆產生的主要條件與防治措施
巖爆是巖體破壞的一種形式 。它是處于高應力或極限平衡狀態的巖體或地質結構體, 在開挖活動的擾動下, 其內部儲存的應變能瞬間釋放, 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的一種動態力學現象。
世界上最早記錄巖爆的歷史可以追溯到18世紀30年代，那次巖爆發生在英國的萊比錫煤礦。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生各種規模的巖爆 。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，地應力隨之增大，導致巖爆發生頻率逐步提高，巖爆的破壞性也急劇加大 。中國最早記錄的巖爆于 1933年發生在撫順勝利煤礦，中國發生巖爆的歷史較短。巖爆發生地點具有“隨機性 ”、孕育過程具有“緩慢性 ”、發生過程具有 “突發性 ”，對生產安全和工程可靠性的危害極大，已經嚴重影響了礦山的正常生產。目前，國內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雜，還沒有成熟的理論和方法 。
按發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，這類巖爆發生時發出如機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) 斷層錯動引起的巖爆。
(1) 巖爆的動力特征。
巖爆的動力特征是發出如鞭炮聲、劈裂聲、冰裂聲或“啪、冰裂聲或“啪、啪”嘎、嘎”“嘭、嘭”“悶雷”等聲響，并伴隨產生塊體的彈射、拋擲、震動，硐頂巖爆塊向下撒落時有一定散射角。
(2) 巖爆破裂面的力學特征。
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張性破裂面， 巖爆塊爆裂斷口由大致平行的多個平整面構成，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方向有關, 與洞壁所夾銳角始終指向掘進方向。與洞壁斜交的破裂面屬張剪性破裂面, 巖爆面平直, 可見放射狀細溝、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。
目前在巖爆發生機理研究中, 強度理論 、能量理論和沖擊傾向理論占主導地位。巖爆發生機理研究是揭露巖爆發生的內在規律，確定巖爆發生的原因、條件和作用，是預測預報和控制巖爆發生的理論基礎， 是國內外學術界和工程界的重要研究內容 。各國學者在實驗室研究和現場調查的基礎上，從不同的角度先后提出了：強度理論 、剛度理論、能量理論、巖爆傾向理論、“三準則 ”理論等一系列重要的理論，但這些理論只是依托于假設和經驗。
（1）強度理論是人們借鑒傳統力學有關材料強度的概念提出來的，該理論只給出了巖爆發生的必要條件，并未指出在什么條件下會發生巖爆。
（2）剛度理論認為礦山結構﹙礦體﹚的剛度大于礦山負荷﹙圍巖﹚的剛度是產生巖爆的必要條件。但它未對礦山結構與礦山負荷系統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理，但它并未說明平衡狀態的性質和破壞條件 。
（4）巖爆傾向理論的突出優點是巖爆傾向性評價所需數據主要是室內巖石力學試驗結果, 是用一個或一組與巖石本身力學性質有關的指標衡量巖石的巖爆傾向強弱，它是一種既有效又經濟的方法。缺點是這些指標的離散度較大。
（5）“三準則”理論是對強度理論 、剛度理論及能量理論的組合，該理論不具備可操作性。
國內外巖爆預測預報方法大致可分為理論分析法和現場實測法。
理論分析法在巖爆趨勢預測方面具有一定的優越性，可圈定巖爆危險區域，確定合理的采礦工藝，為巖爆的防治提供決策依據 。理論分析法的判據有應力判據 、能量判據、沖擊能量指數判據等等 。同時采用先進的數學方法，如模糊數學綜合評判方法、人工神經網絡等 。理論分析法發展至今, 通過借助先進的數學方法，已逐步實現由巖石試件巖爆傾向性預測向工程巖體巖爆趨勢預測的功能擴展 。但由于目前對巖爆機理的認識還有待深入，因此已有的判據局限性也比較大 。
現場實測法是借助一些必要的儀器，對巖體直接進行監測和測試，來判別是否發生巖爆的可能，并指明巖爆發生的大致時間，以便及時撤退工作人員及設備，保證安全生產。現場實測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點是：經過多年應用，積累了大量的寶貴經驗和基本數據指標，各指標直接從前方巖體中取得，具有較高的可靠度 。主要缺點是：預測的時間間隔太長，無法實現連續監測；預測過程要擾動和接觸巖體，易誘發動力現象，安全性差；預測工作量大，預測費用高，受各種操作過程和作業人員因素影響大。目前應用地球物理方法監測預報巖爆災害還正處在發展階段，從近期看，其測試參數的依據不強，監測信息的可靠度不高，加之礦山要建立一套較為完善的地球物理監測預報系統，前期投入是很大的 。
巖爆防治措施大致可分為區域性防治措施﹙戰略性﹚和局部解危措施﹙戰術性﹚兩大類 。區域性防治措施的基本原理就是盡可能避免采礦工作區域大范圍應力﹙或應變能﹚集中， 使巖體內的應力﹙或能量﹚處于極限平衡狀態以下，從而達到控制巖爆的目的。局部解危措施旨在對已形成破壞或具有潛在巖爆災害的危險地段采取措施進行維護和控制。
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