巖石力學之 巖爆發(fā)作的現(xiàn)象機理與防治

第六章地下工程災(zāi)害預(yù)報與防治第四節(jié)、巖爆發(fā)生的現(xiàn)象、機理與防治一、巖爆發(fā)生的現(xiàn)象巖爆是礦井進入深部開采以后更容易遇到的嚴重的災(zāi)害之一。有記錄的巖爆發(fā)生的歷史我國巖爆發(fā)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(dǎo)致節(jié)理巖體的松動。危害：砸傷作業(yè)人員、損壞支護。2、松散巖層變形原因：在強大地應(yīng)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(xiàn)象巖爆發(fā)生的一些實例巖爆的危害：造成人員設(shè)備的巨大損失并引起作業(yè)人員的恐慌。巖爆與通常的巖體破壞現(xiàn)象的區(qū)別通常的巖體石破壞發(fā)生時的主要現(xiàn)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(fā)生破壞；4、比較容易預(yù)報。擱巖爆發(fā)歇生的現(xiàn)讀象和特帝點條：辜1浸、破壞乓范圍大翁、能量憤大摔；忙2喇、無明奶顯前兆交的情況狗下，自各行發(fā)生團破壞，飲難以預(yù)秀報備；盆3福、破壞紡時可以杰有巨大擴聲響，無破壞及什其迅速培；佩4唉、小擾多動下會塑引發(fā)巖絲爆違；笑砍5培、巖爆里有滯后滋發(fā)生的耽現(xiàn)象機；避6蒙、巖爆躁引起的箏巖體突等然破壞衡不需要濟外界向盟系統(tǒng)進浮一步輸施入能量退，因此永與爆破罩載荷引懶起的巖矩體動力機破壞有形實質(zhì)區(qū)亮別。職巖爆發(fā)題生的初竿步的定忙義療(歌從現(xiàn)象偵上拒)繩：獄巖爆是冊巖石（繪體）猛頂烈破壞竟并釋放畏大量能瞎量的現(xiàn)教象界。乳巖爆是煉巖石（深體）的趁一種特傭殊的破蛇壞形式者，并可冊以得出珍如下結(jié)左論：該1肉、巖爆鑼不能簡嚴單地等唯同與巖必石的破乓壞掀；紅2新、巖爆芳所表現(xiàn)溜出的巖斤石破壞胳的動力廊性，不車同于爆益破引起傲的巖石緣動力破時壞。挎問題與能思考：掛巖爆與套普通巖勺石破壞壯的根本拋區(qū)別是茅什么？欠“必科學研轎究的區(qū)簽分，就互是根據(jù)魔科學對批象所具漏有的特寄殊的矛雷盾性。值因此，零對某一害現(xiàn)象所況特有的寫某種矛剪盾的研鍛究，就牛構(gòu)成某宴一門學惰科的對圈象出。悅”濁（毛澤回東《矛奴盾論》盾）飾庫克認勁為繞：計“玩巖體發(fā)泥生破壞踏，引起許礦氏體肝—指圍巖力捉學系統(tǒng)語平衡狀巖態(tài)破壞舊時，若確其釋放恨的能量字大于消丑耗的能原量，將為產(chǎn)生巖銷爆陪。無”科巖爆與次通常巖拘石破壞我的本質(zhì)雅區(qū)別在齡于旋：榴1推、破壞直的突然壁性攜；伙2著、破壞勸過程中費有多余漆的近(葉有時是須大量芽的章)掠能量釋盒放。警二、經(jīng)暑典力學關(guān)關(guān)于非貌穩(wěn)定平竄衡和突鞋然破壞凳的研究性1知、壓桿厘失穩(wěn)躍2中、鉛筆僵的穩(wěn)定者平衡與辟非穩(wěn)定苦平衡mgmgmg進3尋、小球討的穩(wěn)定逮平衡、獨非穩(wěn)定警平衡和承隨遇平等衡基4攏、薄壁劑結(jié)構(gòu)的腳失穩(wěn)破徒壞憤穩(wěn)定平望衡的定冤義苦：糞當一個衡平衡系仰統(tǒng)在任匙意微小震擾動作岸用下，降偏離平浩衡位置赴一個微晶小距離芽后，立功即會產(chǎn)敢生一種窯作用，析使其回殲到原來怒的平衡閑狀態(tài)，時則稱該敘系統(tǒng)處閘于穩(wěn)定死平衡狀獎態(tài)。送非穩(wěn)定稱平衡的拴定義販：陽當一個嬌平衡系寇統(tǒng)在任駁意微小炸擾動作挺用下，辰偏離平展衡位置胃一個微點小距離蟻后，立堵即會產(chǎn)旦生一種鬧作用，膊使其繼系續(xù)偏離瑞原來的攪平衡狀難態(tài)，則劑稱該系相統(tǒng)處于附非穩(wěn)定留平衡狀謎態(tài)?；孰S遇平營衡的定聲義角：忘當一個五平衡系船統(tǒng)在小后擾動作撕用下，茫偏離平忽衡位置忠一個任社意微小牙距離，賄當擾動蛛消失后墊停留在待新的平溉衡位置本，則稱忍為隨遇恢平衡。業(yè)以上四寸種非穩(wěn)前定平衡遠現(xiàn)象都卻具有以斥下特點優(yōu)：求1撿、不需耕要外部藍對系統(tǒng)潮進一步紡施加能男量，在書小擾動震下可自他行發(fā)生訓；北2鳳、平衡遣狀態(tài)的僑變化和墊破壞是楚突然發(fā)繼生的。港三、巖周爆發(fā)生創(chuàng)的機理田(朵條件或曾準樣則敗)祖考察試手驗機與晚巖石組歪成的力概學系統(tǒng)陣：加留載約其—泄買受載系蠅統(tǒng)的力炸學模型遇（試驗酷機評—乘巖樣系衡統(tǒng)的力吃學模型牛）精假設(shè)：呀巖樣發(fā)房生破壞仰以前，在試驗機負與巖樣走處于準棵靜態(tài)加訂載過程曾。表系統(tǒng)的這力學特醋性錫：循1迎、試驗寶機在彈弱性范圍植內(nèi)工作勺，因此朵P施=茄Ku鑼m華式中毒K綢—嶺試驗機澡剛度，于u裙m在—佩試驗機患變形（顏解釋：周u館m鑒不是應(yīng)銜變是位是移）息2訪、巖樣螺與試驗閑機組成彼串聯(lián)系逮統(tǒng)P=R保式中朗P假—降試驗機胖受力；避R貨—昂巖樣受殖力浸試樣a試樣a—試驗機的全位移；u—巖樣端面位移au試驗機巖樣練3伶、巖樣草具有應(yīng)清變?nèi)趸拥谋緲?gòu)洞特性巖石應(yīng)力巖石應(yīng)力—應(yīng)變?nèi)^程曲線0嫂巖石與衡金屬力洽學性質(zhì)風的主要泉區(qū)別在驕于巖石絲有應(yīng)變彎弱化母。棟按照巖災(zāi)石的統(tǒng)怪計損傷善理論，燭巖石應(yīng)戀力卻—庫應(yīng)變關(guān)太系為對巖石應(yīng)力—應(yīng)變?nèi)^程曲線的模擬0侄，電正對巖石應(yīng)力—應(yīng)變?nèi)^程曲線的模擬0某E侵—交巖石的沸彈性模鞋量，媽—壁巖石的亡強度。虜巖樣載垃荷溪—霞位移曲豐線的模慣擬關(guān)系，蠻式中嘴—結(jié)巖樣的騎初始剛大度雞試驗翻機感—釀巖樣系未統(tǒng)的力憑學模型心從巖樣齊變形速貧率討論廉試驗戀機籍—揮巖樣系華統(tǒng)的不價穩(wěn)定性誓巖樣破煙壞以前還的準靜教態(tài)加載云過程、初加載速義率啄式中殲，盟，衫—擱巖樣的從準靜態(tài)嶼變形速束率，折—炸試驗系匆統(tǒng)的準眼靜態(tài)變謠形速率令巖樣變純形速率晌若共，則由母于有巷總?cè)∠逓橹?，因衛(wèi)此聽，這意涼味著巖形樣變形母失穩(wěn)。庸對巖樣歇變形失商穩(wěn)蛇（破壞杰）條件谷的討論假：是1蟲、馬可以取貢負值，報即單巖樣具廣有應(yīng)變穩(wěn)弱化特仙性砍(提這是巖扯石自身抗的性質(zhì)磚)冰；陡2淹、系統(tǒng)輪所受的錯載荷足生夠大，園足以使書巖石進邪入過巖竊石峰值貝強度以松后的變程形區(qū)，糊即巖石竿應(yīng)、鼻力劈—哥應(yīng)變?nèi)曔^程曲勤線的后皺半贏段僅(傲外部條亦件磁)情；曾3弊、在過剃巖石峰衫值強度瘋以后的吩變形區(qū)標，即讓時，有滾(報系統(tǒng)特酒性下)拘。史從變形錯過程中屑試驗機字和巖樣擊受力和戲能量的蝴不平衡較討論試洋驗踐機途—就巖樣系唉統(tǒng)破壞竊的不穩(wěn)液定性襪1適、當巖厲樣位于羨峰值強升度以前宵的變形花區(qū)貝—樣巖樣的喉峰值強販度，影—形巖樣峰晝值強度釘對應(yīng)的作巖樣壓離縮，庭—飾系統(tǒng)處圈于非穩(wěn)邊定平衡鎖時巖樣飾的臨界挪位移，圍—盼系統(tǒng)處榆于非穩(wěn)掠定平衡合時巖樣巡的臨界胸載荷。示特點：竭只有向寨系統(tǒng)持悔續(xù)輸入凈能量或聚增加載甲荷，巖喪樣和試登驗機才輔能發(fā)生爬進一步鵲的變形無即系統(tǒng)供的平衡劫是穩(wěn)定蘆的。有2俱、當巖蠻樣進入尾峰值強洋度以后概的變形庫區(qū)，試棉驗機剛閘度小于根巖樣的泰負剛度鋼，即稻時系統(tǒng)軋平衡的體失穩(wěn)與短巖樣的狹突然破到壞。紡(1使)徹、當穴時，門，試驗翅機卸載護（彈性包恢復(fù)）脊釋放能枯量。鄰(2靠)披、巖樣翻繼續(xù)壓擺縮，消賄耗能量當，但隨笑壓縮變玩形的增晌加，強呈度同步唉降低。落當賭時假設(shè)戴有一小隸擾動使顧巖樣發(fā)柏生進一幫步變形鍋u望，則有售(3案)削、試驗跑機加于奇巖樣上黎的力超爭過了巖哥樣的瞬鵝時強朱度最—需即巖樣芒能夠承躺受的力診，哪，送(敬)嘆。軋(4厘)亮、試驗濁機彈性捕恢復(fù)，辛在這個掉過程中誕，試驗西機釋放惑的能量災(zāi)大于巖漠樣繼續(xù)池破壞所旨需要的宏能量，溫(墊)膊。雁(5畫)誼、凈越大，診試驗機腎出力與鐘巖樣受帳力之間茅的不平暖衡，和伴試驗機婚釋放的執(zhí)能量與悅巖樣變儀形消耗疏的能量絞之間的掩不平衡帆（名和陰）越大辣，引起螞巖樣變衣形加速揀，直到羨為止。元特點：矛一高個任意狡微小擾薦動可以舉導(dǎo)致巖奇樣的突站然破壞斜（變形錘突然加挺速），競并引起刃系統(tǒng)突總?cè)会尫咆Q能量佩。晨結(jié)論：釋當巖樣嚇的變形邪達到勉時，如愿果試驗澆機剛度得小于巖贈樣的負皂剛度階時，試梅驗女機蜘—識巖樣系盼統(tǒng)處于梅非穩(wěn)定拼平衡狀柜態(tài)敘。遠系統(tǒng)失炊穩(wěn)和巖愿樣突然宰破壞的倦條件：挑(1抵)獨、巖樣神進入峰且值強度規(guī)后的變羞形區(qū)，扭；書(悲綜合了取巖樣與季試驗機值的特性禽，系統(tǒng)刷的特性盤，必要憐條罵件旗)脈(2筋)渾、在巖貼樣過峰僅值強度寶以后的裕某個變卷形區(qū)內(nèi)怖都有，等試驗機圖剛度小紛于巖樣車剛度，承。記(虧充分條障件劉)司3休、當巖淹樣進入童峰值強科度以后沙的變形蒜區(qū)，試粗驗機剛飾度大于罷巖樣的益負剛度僑，系統(tǒng)狂穩(wěn)定平啟衡。刮特點：鉛進入過改峰值強灑度以后世的變形烏區(qū)，只攻有向系見統(tǒng)持續(xù)身輸入能落量或增伏加載荷衣，巖樣益和試驗聰機才能鼻發(fā)生進蹤一步的鑄變形棟。奶(萍例如剛糟性試驗供機和巖瘦石的應(yīng)忌力應(yīng)變聲全曲昨線喪)宏4亂、加甘載津—牌受載系渠統(tǒng)的隨頑遇平衡暈注意：疫在實踐挺中，無哭限小擾并動實際傍上是有漏限小擾俊動月四、巖杯爆的定它義撫(輩不僅從面現(xiàn)象上益而且從裕理論遭上伐)莊巖爆是器礦山巖岸體結(jié)構(gòu)啄處于非掙穩(wěn)定平準衡狀態(tài)雀時，由鹿小擾動酸引起的初巖體突增然破壞居和系統(tǒng)才瞬間釋拉放于(萍大河量沒)廉能量的吉現(xiàn)象雖。卸五、加罵載疾—昌受載模壺型當（試驗浮機著—豈巖樣系騰統(tǒng)）秘解釋巖亭爆的能御力害(1齡)鳴、可以渠解釋巖俊石破壞奮造成大童量能量慧釋放的寫突然性蠢；榆(浩根據(jù)在匆只需要挎有任意狀小擾動羊和不需場要外界測向系統(tǒng)走進一步劑輸入能頁量栗)輩(2豆)負、可以杠解釋無殲明顯前匪兆，自同行破壞艱；篩(駁同樣根巧據(jù)只要孟有小擾充動作用態(tài)和不需下要外界亂進一步府輸入能療量喚)廉(3搏)材、可以現(xiàn)解釋突患然破壞框和破壞肉過程極區(qū)其迅速稼；（力詢與能量徑的不平濾衡）托(4況)焦、可以幼解釋小潔擾動下膜發(fā)生突傾然破壞吉；勿(5賣)牙、無法弓解釋破樂壞的滯慌后性；勝(6其)皮、該模配型還可的以解釋鎮(zhèn)巖爆終栽止；販特別注賠意：與霉壓桿和皮薄殼的糧幾何失怖穩(wěn)不同吉，巖爆見是圍抓巖稅—菠礦體系宗統(tǒng)的物拒理失穩(wěn)諷，而試感驗高機建—半巖樣系物統(tǒng)是模拔擬巖爆羊物理失療穩(wěn)的理燕想模型捕。院從上面鹿的討論雖還可以歉看出：鞭當加代載房—估受載系翻統(tǒng)處于錯非穩(wěn)定裝平衡狀射態(tài)時，菜不需要起外部向穿系統(tǒng)輸捐入能量寇，僅僅怖一個任停意微小篇擾動就拖可以著誘發(fā)匪巖爆。血巖爆的貞發(fā)生過匹程是加基載平—邪受載系忌統(tǒng)內(nèi)加踐載體和瘋受載體周之間應(yīng)爽力迅速晴調(diào)整的聚過程，全還是加透載體和京受載體駝之間能輔量迅速背轉(zhuǎn)移的或過程，獸在臨近屠巖爆發(fā)昆生前的籮孕育過焦程番和蘇巖爆發(fā)戲生過程雪中，多這些過薦程是系蛛統(tǒng)的內(nèi)頃部過程煙，在外益部很難眉探測到肢，因此差巖爆的絲預(yù)測十領(lǐng)分困難直，至今射仍是巖檔石力學雕中的一倒個難題脅。白加漠載粱—流受載模允型的其市他應(yīng)用OO巾(1扭)佳、地震烈的前兆想變形糕率鏟(望即臨近吊地震發(fā)濤生時大各地變形破速率的址增塑加權(quán))梁；濱(2拋)奪、地震焰的前兆教應(yīng)力降紀(手即臨近黨地震發(fā)涌生時地錯殼應(yīng)力納下榨降萍)塔；繼(3民)雨、地震啦的失穩(wěn)更應(yīng)力降沿(最地震發(fā)撓生前后量地殼應(yīng)咱力的降填低狹)打；川(4藍)潔、地震仙空區(qū)（撫聲發(fā)射翅）鞠(箭即臨近證地震發(fā)叢生時聲取發(fā)射事凱件數(shù)的毀減石小凡)迫。植問題與換思考：出爆破引勺起的巖省石動力益破壞與游巖爆動僚力破壞餅之間的雨區(qū)別與障聯(lián)系查六、巖易爆發(fā)生壞條件汁1鐵、巖爆揚發(fā)生的銷充分條鴉件：失踐穩(wěn)破壞壓過程中太礦體消坑耗的能雕量小于博系統(tǒng)釋顏放的能壇量；貓2裕、巖爆羊發(fā)生的就必要條凱件：撥礦刻體精—墻圍巖系瞇統(tǒng)處于龜非穩(wěn)定伴平衡狀姜態(tài)歉條錦件誘2確是巖樣揉突然破刊壞的條恨件。唐上述結(jié)惕論是通黨過對展試驗助機體—球巖樣系專統(tǒng)的研去究得到鋼的，怎像灰“核彈邪性疏”權(quán)、蝶“飲塑睛性齡”富一樣，淡試驗撒機客—蒼巖樣系喘統(tǒng)是模蛇擬巖爆歇物理失必穩(wěn)的理路想模型曾。是通納過對實出際現(xiàn)象撓和過程射的抽象握得到的律。傍但贈是攜“咳抽象化僚的方法僑（有意膨棄去它賄的次要通屬性而榨僅保留瘦主要的規(guī)）不僅殊對于工污程實際稱目的是命完全許式可的，缸而且是拋科研認聞識過程漢的條件晃之一烈。普”仗“慘從具體痰的東西阻上升到帝抽象的級東西，豐思維不暢是離璃開奏肌—龜畝如果它凡是正確討的盡話慧賀—壘巷真理而盡是接近兄真短理碼”乒—禽—扭菠摘自列座寧《哲桂學筆記繩》盲將加載旱體和受引載體組禽成的系誰統(tǒng)作為啟研究對匠象，與甜經(jīng)典力緒學的研植究方法傾有本質(zhì)蹄區(qū)別。偏1槐、顆經(jīng)典力碗學駐僅僅研瓣究外部心作用下革的受載饒體。但蕩是對巖濤爆發(fā)生厘過程的起研究需耐要考察穿加載體奏與受載爐體組成效的變形蠅力學系撫統(tǒng)；邁2浸、在紛經(jīng)典力妥學中血受載體勢的外部營作用是崗已知的隆，但是回在巖爆戲發(fā)生過亦程中，托加載后體宣(復(fù)圍玉巖砍)金作用在虜受載幻體揉(偏礦泳體鉤)悅之上的內(nèi)載荷是鞋變化的供。崇3亂、動經(jīng)典力僵學所研鏟究的平您衡失穩(wěn)著多是由紛于特殊善的幾何獎形狀引題起的，帶稱之為贏幾何失鄰穩(wěn)。但尼礦體具膽有應(yīng)變萌弱化的艇本構(gòu)特木性蔑是辯(催圍傭巖廳疫—那礦體的溪失穩(wěn)的蜓重要條蒙件。眉七、變羽形系統(tǒng)漿平衡失未穩(wěn)觀點冬在巖爆墳研究中科的應(yīng)用師1況、堅硬應(yīng)頂板下背，礦柱竊突然破岔壞的巖雖爆11233P集1色、堅硬斗頂板檔；漸2扔、礦柱抬；壯3你、礦體賀試驗嘩機決—民堅硬頂既板；巖縱樣畢—昌礦柱賤2色、圓形小巷道巖嫌爆11234應(yīng)變軟化區(qū)憑1意—乳巷道客；限2企—費塑性區(qū)麗（應(yīng)變貼軟化區(qū)嫁）偶；殖3綁—妖彈性區(qū)訂；敢4算—梅圍巖。即試驗挎機涉—抱彈性區(qū)鍬巖體；獸巖炒體擔—燙塑性區(qū)劇巖體給3瞧、其他硬應(yīng)用。頑八、關(guān)浪于巖爆蘭發(fā)生的條理論廣1埋、強度吩理論O枯2徹、沖擊云傾向理持論O慎3督、剛度璃理論授4所、失穩(wěn)頸理論耗巖爆就井是