综合地球物理勘探技术保障煤矿深部资源的科学开采.pdf

第1 6 卷第3 期 总第1 0 0 期 2 0 1 1 年6 月 煤矿开采 C o a lm i n i n gT e c h n o l o g y V 0 1 1 6 N o 3 S e r i e sN o 1 0 0 J u n e2 0 1 1 综合地球物理勘探技术保障煤矿深部资源的科学开采 胡水根1 2 张平松1 严家平1 1 安徽理工大学地球与环境学院 安徽淮南2 3 2 0 0 1 2 淮南职业技术学院采矿工程系 安徽淮南2 3 2 0 0 1 摘要 煤矿在向深部开采的过程中 会遇到一系列比浅部更困难的问题 如 巷道围岩变 形和冲击矿压 煤与瓦斯突出 水灾及高温热害等 通过分析 深部问题会引起岩 矿 体产生相应 的物性异常 认为可发挥综合地球物理勘探技术的优点 预先探测出深部开采中可能会遇到的哪些具 体问题 指出综合地球物理勘探是保障煤矿深部科学开采的重要技术 关键词 综合物探 深部资源 科学开采 中图分类号 1 3 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 6 2 2 5 2 0 1 1 0 3 0 0 3 1 0 4 S c i e n t i f i cM i n i n gD e e pC o a lR e s o u r c eS u p p o r t e db yC o m p r e h e n s i v e G e o p h y s i c a lP r o s p e c t i n gT e c h n o l o g y H US h u i g e n l 2 Z H A N GP i n g s o n g Y A NJ i a p i n 9 1 1 T h eE a r t ha n dE n v i r o n m e n tS c h o o l A n h u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c e T e c h n o l o g y H u a i n a n2 3 2 0 0 1 C h i n a 2 M i n i n gD e p a r t m e n t H u m n a nV o c a t i o nI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y H u m n a n2 3 2 0 0 1 C h i n a A b s t r a c t I nd e e pc o a lm i n i n g as e r i e so fd i f f i c u l tp r o b l e m sw o u l do c c u rs u c ha ss u r r o u n d i n gr o c kd e f o r m a t i o n r o c k b u r s t c o a la n d m e t h a n eb u r s t i n g f l o o da n dh e a td a m a g e T h ep r o b l e m sw o u l dm s u l ti nr o c ka n dc o a lb o d y sp h y s i c a lp r o p e r t i e sv a r i a t i o n s oc o m p r e h e n s i v eg e o p h y s i c a lp r o s p e c t i n gt e c h n o l o g ym i g h tb eu s e dt op r e d i c tt h ep r o b l e m si nd e e pm i n i n g C o m p r e h e n s i v eg e o p h y s i c a lp r o s p e c t i n gt e c h n o l o g yi sa ni m p o r t a n tt e c h n o l o g yf o rd e e ps c i e n t i f i cm i n i n g K e yw o r d s c o m p r e h e n s i v eg e o p h y s i c a lp r o s p e c t i n g d e e pr e s o u r c e s c i e n t i f i cm i n i n g 1 深部开采综合物探的必要性与技术思路 随着对能源需求量的增加和开采强度的不断加 大 浅部资源日益减少 矿井深部开采 是煤矿生 产的必然过程 如何认识深部开采的复杂条件 吸 引了学者们对此问题的广泛关注 山J 及时解决深 部开采时面I 临的主要问题 7 j 如 巷道围岩变形和 冲击矿压 煤与瓦斯突出 水灾及高温热害等 实 现煤矿的科学开采旧J 做到高效开采 绿色开采 安全开采和经济开采 是摆在当前从事深部开采生 产管理者面前的重要课题 面对深部复杂的勘探目标 由于任一种地球物 理方法所利用和反映的只是其一个侧面 单凭一种 方法就表现出了某种局限性 如重 磁方法横向分 辨率较高 而电磁勘探是介于地震和重 磁勘探方 法之间的一种勘探方法 比重 磁方法有较好的垂 向分辨和分层能力 但是 由于电磁场强度随深度 呈指数规律衰减的特点 其分辨能力也随着深度按 指数规律减小 所以与地震方法相比 其垂向分辩 率与分层能力要低一J 必须以其他方法作必要的 补充以克服物探技术多解性的不足 综合各种地球 物理方法 从不同角度来研究同一对象就较全面地 接近于实际 将其综合解释不仅有可能解决深部采 矿所遇到的问题 而且还可对地下构造有更全面地 认识 矿井深部地质 地球物理条件的复杂多样 性 都决定了物探必须在先进的地质理论指导下走 综合物探之路 只有这样 才能充分发挥各种地球 物理方法的优势和特长 高效率 高效益地解决矿 井深部的难题 实现科学采矿 另外 市场经济要 求 最小的投入 最大的回报 因此 近年来国 内外学者十分重视综合地球物理方法的研究 0 2 1 地下岩 矿 体的物性差异是地球物理勘查 工作的前提 在物探工作开展之前 首先对勘查区 的物性进行调查研究 其次 才能根据勘探的目标 体综合评价其可能产生哪些可靠的物性差异 选择 合适的哪几种地球物理勘探方法 然后 根据地质 条件的具体情况对综合地球物理勘探数据进行分析 处理 解释 最后 总结深部综合地球物理方法的 成功经验 推广应用 因此 综合地球物理勘探技 术解决深部开采问题的思路如图1 所示 收稿日期 2 0 1 0 1 1 0 8 基金项目 安徽省高等学校优秀青年人才基金项目 2 0 0 9 S Q R Z 2 2 0 淮南职业技术学院重点教科研项目 H K J 0 8 1 作者简介 胡水根 1 9 7 5 一 男 安徽芜湖人 在读博士 主要从事地电学 工程和综合地球物理勘探教学和科研工作 3 l 万方数据 总第1 0 0 期煤矿 开 采2 0 1 1 年第3 期 l 深部开采的主要问题I 凸 1 分析问题町能引起的物性异常l 8 一 医函面函而磊习 L J l I 匾 吲匝硇吲 8 u I 问题得到解决l 8 l 归纳整理l I 由特殊性到一般性l 图1深部开采综合物探技术解决思路 2 煤矿深部开采主要问题及探测方法选择 2 1 矿井水灾 深部开采面l 临高岩溶水压问题 承压水位高 水头压力大 使巷道围岩和煤层底板承受的高压水 对矿井安全生产的威胁越来越大 由于电磁法对含水低阻体敏感 当岩 矿 体中充水时其电性将发生显著的改变 以岩 矿 电性差异为基础的电磁法勘探是较为理想的矿井水 灾地球物理勘探方法 在解决与水有关的矿井构造 及含水性评价方面显示出较大的优越性 石显新 等L 2 2o 在综合利用常规矿井直流电法 井下高密度 电阻率法 电透视 矿井瞬变电磁法等物探方法 从应用实例表明 电磁法是一种探测井下深部高压 突水水害隐患的有效方法 邢相荣等 驯对肥城矿 区利用直流电法 瑞利波法 直流电法透视法 钻 孑L 无线电波透视法等综合物探技术进行了成功探 测 并指出物探方法有许多种 但每种物探方法各 有千秋 应用条件不同 需要解决的地质目的不 同 就要选用不同的物探方法 要开展几种有效的 综合物探方法 以便减少因开展单一物探方法造成 的误判和损失 刘志新等 2 纠使用了电阻率成像技 术 矿井瞬变电磁法 无线电波透视技术及音频电 透视技术进行了突水条件模型试验和现场应用 并 取得了预期的效果 同时指出各种单一的物探技术 在使用过程中都存在着各种局限性 必须使用综合 物探技术才能更好地进行勘探和评价 为矿井防治 水技术提供保障 杨文钦等 o 使用了三极测深法 瞬变电磁法 无线电坑透法等综合物探方法 并结 合本区水文 构造地质和钻探资料进行分析 对断 层的富水性进行了成功探测 程久龙旧纠综合使用 电法和地震C T 等物探方法研究了采动裂隙岩体的 地球物理特征 为深部采煤防治水提供了参考 2 2 巷道围岩变形 对于深部开采引起的巷道围岩变形 矿井冲击 3 2 矿压 矿压显现加剧等现象都会引起岩 矿 体 的物性发生一系列的变化 因此可以通过地球物理 的方法加以解决 张平松等 2 6 1 利用煤层采动后顶 底板应力状态发生改变会产生一定范围的变形与破 坏 不同煤层采动过程中的底板破坏具有一定的规 律 通过实测法获得底板破坏深度值及规律 采用 震波E T 探测技术结合煤层工作面中孑L 一巷间形成 的探测剖面进行不同时期震波C T 数据采集反演与 资料处理 可获得煤层采动过程中底板破坏的动态 发育规律及特征 开采探测实践表明震波C T 技术 对底板破坏规律探测具有连续的动态效应 其适用 性强 应用效果显著 王恩元等旧刊运用K B D 5 矿 用本安型电磁辐射监测仪测试了煤矿采掘过程中工 作面煤岩体的电磁辐射 分析了电磁信号与采掘工 艺及煤岩动力灾害危险性等的关系 研究表明 煤 矿采掘过程伴随产生电磁辐射 电磁辐射是煤岩体 受到采动影响后应力重新分布或变形破裂趋向新的 平衡的结果 有煤与瓦斯突出和冲击矿压危险时 有明显的电磁异常前兆 采取防治措施后 电磁辐 射显著下降 电磁辐射技术在煤矿可以用于预测煤 与瓦斯突出 冲击矿压等煤岩动力灾害 李凤琴 等 2 副通过微震监测技术 观测 分析生产活动中 产生的微小地震事件来监测其对生产活动的影响 效果及地下状态 其基础是声发射学和地震学 当 地下岩石由于人为因素或自然因素发生破裂 移动 时 产生一种微弱的地震波向周围传播 在空间上 不同方位设置的传感器 记录微震波的到达时间 传播方向等信息确定岩石的破裂点 从而推演覆岩 空间破裂形态与采动应力场的关系 预测和控制可 能的煤矿灾害 如冲击矿压等 王云海等 2 9o 通过 实验研究不同煤样变形破坏全过程的声发射和电磁 辐射效应的演化规律 分析了煤样变形破坏过程中 电磁辐射和声发射信号的相关性和煤样变形破坏的 微观机理 提出了煤样变形破坏过程中电磁辐射和 声发射信号分别是在煤样内的裂纹面滑移和裂纹扩 展时产生的观点 较好地解释了煤样变形破坏过程 中声电效应的变化规律和特征 为进一步提高电磁 辐射及声发射 电磁辐射综合预测煤岩动力灾害的 可靠性和准确性提供了理论基础 2 3 矿井煤与瓦斯突出 随着开采深度与强度的增加 我国煤矿瓦斯动 力灾害显著增加 对于煤与瓦斯的地球物理方法探 测 一些相关的科研工作者进行了相应的探索 刘 盛东等 1 分析研究了淮南矿区煤层频谱特征 波 速特征及衰减特征 结果表明 煤层中瓦斯含量和 万方数据 胡水根等 综合地球物理勘探技术保障煤矿深部资源的科学开采 2 0 1 1 年第3 期 震波动力学参数具有较好的相关性 其中煤层瓦斯 含量与震波波速具有线性相关关系 随着煤层瓦斯 含量的增加 煤层波速逐渐减小 瓦斯含量与煤层 固有主频值呈较好的线性相关 瓦斯含量与煤层衰 减系数呈对数相关 与品质因子呈线性相关 杨双 安等口 假定煤层游离态甲烷富集区与固态煤系地 层是一种典型的 固相 流相 双相介质 利用基 于双相介质的波动方程理论 对现有的三维地震资 料进行再处理 认为预测瓦斯富集区是可行的 并 进行了应用尝试 2 杨永波等旧列利用三维地震资 料及双介质理论对晋城煤业集团赵庄矿瓦斯富集区 进行了预测 从预测结果看 符合煤层气理论 同 时符合地质规律 为煤矿的安全生产进行了有益的 尝试 崔若飞等旧4o 利用地震P 波对裂缝性地层所 表现出的方位各向异性特征 根据地震属性随方位 角变化可以预测裂隙发育方向和密度的基本原理 应用多种地震P 波方位属性预测裂隙发育带 通 过对淮南张集煤矿西三采区三维地震P 波资料的 处理 获得6 个方位地震数据体 从中提取多种与 煤层和围岩裂隙相关的地震属性 并计算出裂隙的 发育方向和密度 为确定瓦斯富集带的分布提供了 一种新的途径 袁亮 5 3 7 1 提出并研究了煤与瓦斯 共采技术 并指出利用矿井坑透对开采煤层中小断 层及裂缝发育带进行精确预测 地震勘探A V O 技 术 8 预测瓦斯的富集部位 综合地质和物探技 术 对矿区瓦斯的分布进行预测和评价 为瓦斯抽 采治理提供可靠的技术依据 冯宏 9 总结出通过 测量岩体物性差异预测瓦斯动力赋存的地质条件 测定物性差异体的三维空间位置可确定采矿作业的 安全岩体隔离厚度等 认为地球物理探测技术为防 止煤矿瓦斯事故发生发挥着关健作用 2 4 地热灾害的地球物理探测 随着开采深度的加大 地热对生产的影响已逐 步加大 有些矿井 热害问题已经成为制约安全生 产 高产高效 和谐发展的瓶颈 J 综合地球物 理方法在地面已有成功勘探的很多案例 应勇 等H 根据在地热勘探中地球物理各方法自身的特 点和地球物理前提不同 比如 重力勘探适用于反 映区域构造 磁法适用于探测测区内火成岩和侵入 岩体的存在和分布特征 而电法对于勘探精细构造 和地层划分特别是对于地层的电性特征的划分具有 独特的优势 通过遥感解译 重力勘探 磁法勘 探 电法勘探等综合物探技术在华东J 地区地热勘 探中的应用 成功地探测出地层的地热资源分布 认为单一的物探方法对于解决单一的地质问题可发 挥重要作用 但从整体上考虑 综合物探对地热地 质勘探的优势更趋显著 金永念等 o 历经1 a 张家 港市西张镇地热勘查 在项目的论证 调查工作 中 充分应用了包括重力 航磁 直流电测深 地 温测量 可控源音频大地电磁测深等综合物探方 法 展示了物探多元信息技术在非温泉出露地区地 热勘查中的有效性和重要性 认为重力 航磁 直 流电测深方法能快速有效地确定地热勘查靶区 排 除钻遇火成岩体的风险 可控源音频大地电磁测深 则能在地质构造推断 地热井位选择方面发挥很好 的作用 相信不久的将来也将会运用到井下 3 讨论 深部采矿中遇到的主要问题都可在分析其产生 可靠的物性差异的基础上 采用综合地球物理勘探 的方法加以解决 但要想使地球物理勘探这种方法 能更好地为深部科学采矿发挥作用 笔者认为目前 必须要解决以下3 个问题 1 要求克服井下相对严重的地球物理干扰 场 尤其是电法和瞬变电磁的干扰为甚 2 提高数据的采集效率 深部井下的环境 使数据采集的困难比地面大的多 必须在短时间内 能够采集到大量的数据 因为地球物理学在本质上 是一门观测的科学 故可靠信息与信息量的缺乏则 是任何数学技巧和图像处理所无法弥补的H3 目 前的电法数据采集方面有重要进展 主要采用并行 方法采集 在同样电极组合条件下 并行采集 物理点的数据是随着电极数量的增加而成二次抛物 线增长 从而使电法勘探数据采集效率空前提高 3 数据处理方法 目前大部分的数据处理 反演 针对的是地面半空间的处理 4 5 4 引 而针对 深部井下的三维全空间数据反演 钊涉及的很少 4 结论与建议 1 单一的物探方法可能解决深部的一些问 题 但综合地球物理勘探技术有相当大的优越性 是进行深部科学采矿的重要技术保障 2 为使综合地球物理勘探技术更好地发挥 作用 一方面深入分析深部问题产生的可靠异常 选择合适物探方法 另一方面需加强深部井下综合 地球物理勘探技术实践 加大相关科研投人 参考文献 1 陈卫忠 谭贤君 吕森鹏 等 深部软岩大型三轴压缩流变 3 3 万方数据 总第1 0 0 期煤矿开采2 0 1 1 年第3 期 试验及本构模型研究 J 岩石力学与工程学报 2 0 0 9 2 8 9 1 7 3 5 1 7 4 4 2 张强勇 陈旭光 林波 等 深部巷道围岩分区破裂三维 地质力学模型试验研究 J 岩石力学与工程学报 2 0 0 9 2 8 9 1 5 7 7 1 5 8 6 3 吴钦宝 陈同俊 陈凤云 中国东部煤矿深部开采中的地质 勘探技术 J 地球物理学进展 2 0 0 5 2 0 2 3 7 0 3 7 3 4 胡千庭 孟贤正 张永将 等 深部矿井综掘面煤的突然压 出机理及其预测 J 岩土工程学报 2 0 0 9 3 1 1 0 5 于景郄 刘志新 刘树才 等 深部采场突水构造矿井瞬变 电磁法探查理论及应用 J 煤炭学报 2 0 0 7 3 2 8 6 许宏发 钱七虎 王发军 等 电阻率法在深部巷道分区破 裂探测中的应用 J 岩石力学与工程学报 2 0 0 9 2 8 1 1 1 l 1 1 9 7 李化敏 付凯 煤矿深部开采面临的主要技术问题及对策 J 采矿与安全工程学报 2 0 0 6 2 3 4 4 6 8 4 7 1 8 钱鸣高 煤炭的科学开采 J 煤炭学报 2 0 1 0 3 5 4 9 杨辉 戴世坤 宋海斌 等 综合地球物理联合反演综述 J 地球物理学进展 2 0 0 2 1 7 2 2 6 2 2 7 1 1 0 邢相荣 h 昌森 综合物探探测煤矿水文地质条件 J 煤 田地质与勘探 1 9 9 7 2 5 5 4 7 1 1 柳建新 胡厚继 刘春明 等 综合物探方法在深部接替资 源勘探中的应用 J 地质与勘探 2 0 0 6 4 2 4 7 1 7 4 1 2 孙兴国 刘建明 刘洪涛 等 综合物探方法在好力宝铜矿 床的应用 J 地球物理学进展 2 0 0 7 2 2 6 1 3 石明 冯德山 戴前伟 综合物探方法在堤防质量检测中 的应用 J 地球物理学进展 2 0 0 6 2 1 4 1 3 2 8 1 3 3 1 1 4 刘伊克 郝天珧 综合地球物理解释与盆地模拟系统研究 J 地球物理学报 1 9 9 7 4 0 3 3 4 7 3 5 5 1 5 郝天珧 江为为 综合地球物理方法在山东百里店地区找寻 隐伏金矿中的应用 J 地球物理学报 1 9 9 8 4 1 s 1 1 6 涂广红 江为为 朱东英 等 综合地球物理方法对黄海地 区前新生代残留盆地分布的研究 J 地球物理学进展 2 0 0 8 2 3 2 3 9 8 4 0 6 1 7 李淑玲 盂小红 付立新 等 综合地球物理方法在华南桂 中海相残留盆地沉积相预测中的应用 J 地球物理学报 2 0 0 9 5 2 1 0 2 6 1 9 2 6 2 6 1 8 Y u a nB i n g q i a n g L i uS h i y i L uG u o y i n A ni n t e g r a t e dg e o p h y s i c a la n da r c h a e o l o g J i e a li n v e s t i g a t i o no ft h ee m p e r o rq i ns h ih u a n g m a u s o l e u m J E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n gG e o p h y s i c a lS o c i e t y 2 0 0 6 1 1 7 3 8 1 1 9 C h e nC h a o L i uJ i a n g p i n g X i aJ i a n g h a i e ta 1 I n t e g r a t e dg e o p h y s i c a lt e c h n i q u e si nd e t e c t i n gh i d d e nd a n g e r si nr i v e re m b a n k m e r i t s J J o u r n a lo fE n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n gG e o p h y s i c s 2 0 0 6 1 1 8 3 9 4 2 0 崔敏利 张宝林 梁光河 等 黄土覆盖区钼矿综合地球物 理找矿技术组合 以沙坡岭钼矿为例 J 地球物理学进展 2 0 1 0 2 5 2 6 0 2 6 1 1 2 1 B i s h o p K o o rN P I n t e g r a t e dg e o p h y s i c a la n dg e o t e c h n i c a li n v e s t i g a t i o n so fo l dm a s o n r yr e t a i n i n gw a l l si nH o n gK o n g J Q u a f t e r l yJ o u m a lo fE n g i n e e r i n gG e o l o g ya n dH y d r o g e o l o g y 2 0 0 0 3 3 4 3 3 5 3 4 9 2 2 石显新 李华 闰述 等 深部高压水害隐患探测的井 下电磁法技术 J 煤田地质与勘探 2 0 0 8 3 6 6 2 3 刘志新 岳建华 刘仰光 矿井物探技术在突水预测中的应 用 J 工程地球物理学报 2 0 0 7 4 1 9 1 4 2 4 杨文钦 胡东祥 断层富水性的综合探测技术与应用 J 煤田地质与勘探 2 0 0 2 3 0 2 5 1 5 3 2 5 程久龙 矿山采动裂隙岩体地球物理场特征研究及工程应用 J 中国矿业大学学报 2 0 0 8 3 7 6 1 3 2 6 张平松 吴基文 刘盛东 煤层采动底板破坏规律动态观测 研究 J 岩石力学与工程学报 2 0 0 6 2 5 8 1 2 7 王恩元 何学秋 窦林名 等 煤矿采掘过程中煤岩体电磁 辐射特征及应用 J 地球物理学报 2 0 0 5 4 8 1 2 8 李凤琴 张兴民 姜福兴 煤矿井下微震监测系统及应用 J 煤田地质与勘探 2 0 0 6 3 4 4 6 8 7 0 2 9 王云海 何学秋 窦林名 煤样变形破坏声电效应的演化规 律及机理研究 J 地球物理学报 2 0 0 7 5 0 5 3 0 刘盛东 赵秋芳 张平松 等 煤体瓦斯特征与震波参数关 系的试验研究 J 煤炭科学技术 2 0 0 5 3 3 1 1 3 1 杨双安 宁书年 张会星 等 三维地震勘探技术预测瓦斯 的研究成果 J 煤炭学报 2 0 0 6 3 1 3 3 3 4 3 3 6 3 2 杨双安 张会星 三维地震资料预测瓦斯富集区的应用 J 煤炭科学技术 2 0 0 9 3 7 8 1 0 8 1 1 0 3 3 杨永波 张玉忠 运用三维地震资料预测瓦斯富集区C J 煤炭技术 2 0 0 9 2 8 2 1 4 0 1 4 2 3 4 崔若飞 钱进 陈同俊 等 利用地震P 波确定煤层瓦斯 富集带的分布 J 煤田地质与勘探 2 0 0 7 3 5 6 3 5 袁亮 高瓦斯矿区复杂地质条件安全高效开采关键技术 J 煤炭学报 2 0 0 6 3 1 2 1 7 4 1 7 8 3 6 袁亮 淮南矿区现代采矿关键技术 J 煤炭学报 2 0 0 7 3 2 1 9 1 2 3 7 袁亮 复杂地质条件矿区瓦斯综合治理技术体系研究 J 煤炭科学技术 2 0 0 6 3 4 1 l 3 3 8 彭苏萍 高云峰 杨瑞召 等 A V O 探测煤层瓦斯富集的理 论探讨和初步实践一以淮南煤田为例 J 地球物理学报 2 0 0 5 4 8 6 1 4 7 5 1 4 8 6 3 9 冯宏 我国防止矿井瓦斯事故的地球物理探测技术进展 J 地球物理学进展 2 0 0 5 2 0 4 1 1 7 1 1 1 7 5 4 0 袁亮 淮南矿区矿井降温研究与实践 J 采矿与安全工 程学报 2 0 0 7 2 4 3 2 9 8 3 0 1 4 1 应勇 何兰芳 杨轮凯 等 综合物探在J 地区地热水勘 探中的应用 j 工程地球物理学报 2 0 0 6 3 4 2 5 1 2 5 6 4 2 金永念 张登明 刘志平 综合地球物理勘查技术在地热勘 查中的应用 J 水文地质工程地质 2 0 0 6 1 9 2 9 5 4 3 滕吉文 关于设立 张衡计划 的建议 为中国地球物理 仪器研发和产业化 J 地球物理学进展 2 0 0 9 2 4 4 4 4 胡水根 刘盛东 电法勘探中并行数据采集与传统数据采集 效率的比较研究 J 地球物理学进展 2 0 1 0 2 5 2 4 5 D LM H L o k e E l e c t r i c a li m a g i n gs u r v e y sf o re n v i r o n m e n t a la n d e n g i n e e r i n gs t u d i e s Z M a l a y s i a 1 9 9 9 4 6 T J G i l m o r e E A C l a y t o n M a p p i n gt h et o po ft h ep e r m a f r o s tU s i n g u l f a e ed i r e c tc u r r e n tr e s i s t i v i t ys u r v e y J E n v i r o n m e n t a l G e o l o g y 1 9 9 7 3 0 1 2 2 9 3 3 下转6 1 页 万方数据 徐连满等 基于岩爆发生条件的原岩应力反分析方法2 0 1 1 年第3 期 d k o b a 1 2 式中 k 表示崩落最大岩块的厚度与塑性损伤区深 度的比值 极限情况 塑性损伤区内的岩石整体完 全崩落 则k 1 如能根据巷道现场具体情况 依据经验得出k 的值 即能求出塑性半径b 将式 1 2 代入到式 1 1 中 整理得到 堕 j 一 坐 竺 二1 1 f 3 o r m 一儿1 一 1 d k o 口 2J 7 因此 要求远场处地应力的P 大小 需根据 岩爆发生时 围岩的岩石参数等数据 确定出崩落 最大岩块的厚度与塑性损伤区深度的比值k 统计了多个煤矿巷道 金属矿巷道和水利及道 路隧道发生岩爆时 测量现场崩落岩块的厚度d 巷道半径a 和塑性区半径b 结合岩石内摩擦角母 抗压强度o r 以及抗拉强度o r 等数据 根据d 与 b a 之间的规律 得到了岩爆崩落岩块的最大 厚度与塑性损伤区深度的比值k 的关系式 盯t k o 0 0 7 m e 4 瓦 1 4 在岩爆发生的巷道 测出崩落最大岩块的厚度 d 岩石的内摩擦角吊 岩石抗压强度盯 以及抗 拉强度盯 由式 1 4 算出k 将k 岩块厚度d 巷道半径a 岩石的内摩 擦角咖 岩石抗压强度盯 代入式 1 3 中 即可 算出远场原岩应力P 3 实例分析 某金矿处于高地应力区 目前已进入深部开 采 一5 9 0 m 处最大主应力达到1 0 8 4 M P a 巷道半 径1 8 m 在巷道施工过程中 遇到岩爆发生 崩 落的岩块多呈薄片 透镜 棱板状或板状等 均具 有新鲜的弧形断口 楔形断口和贝壳状断口 测得 岩块厚度最大达到9 0 m m 根据现场岩体参数 抗 压强度盯 1 3 8 4 M P a 抗拉强度矿 7 7 4 M P a 内 摩擦角咖 3 4 代人式 1 4 得到k 0 2 5 将 其代人式 1 3 算出原岩应力P 1 0 4 8 M P a 某水电站处于我国西南高应力区 实测最大应 力值达4 2 1 1 M P a 引水隧洞半径5 5 m 发生岩爆 处的岩块厚度最大达到l O O m m 根据现场岩体参 数 抗压强度o r 7 8 M P a 抗拉强度盯 4 1 M P a 内摩擦角咖 5 0 1 7 0 代人式 1 4 得到k 0 5 4 将其代入式 1 3 算出原岩应力P 4 5 1 M P a 将计算得到的原岩应力与已有的原岩应力测量 值进行比较 实测原岩应力与计算所得应力值基本 接近 4 结论 采用损伤力学和极值点失稳理论 通过统计得 出的岩爆现场崩落岩块的厚度与塑性损伤区深度的 比值k 将岩爆的解析解进一步简化 可快速计 算出原岩应力值 形成一种岩爆远场原岩应力反分 析方法 该方法运用到岩爆发生的工程中 求得原岩应 力与测量值基本相等 参考文献 1 李忠华 官福海 潘一山 基于损伤理论的圆形巷道围岩应 力场分析 J 岩土力学