深部開(kāi)采巖體力學(xué)及工程災(zāi)害控制探討

孫楊 于洋藍(lán)

摘要：深部開(kāi)采巖體力學(xué)是我國(guó)當(dāng)代地質(zhì)研究的一個(gè)重點(diǎn)。近年來(lái)，國(guó)家對(duì)深部巖體力學(xué)的力學(xué)特征和巖層移動(dòng)規(guī)律都進(jìn)行了深入研究，這對(duì)我國(guó)預(yù)知地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生機(jī)理和控制災(zāi)害發(fā)生有著積極的影響。本文結(jié)合深部開(kāi)采巖力學(xué)及工程災(zāi)害的控制進(jìn)行相關(guān)探討，希望為相關(guān)領(lǐng)域提供一定參考。

關(guān)鍵詞：深部開(kāi)采巖力學(xué)；工程災(zāi)害；控制

近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷發(fā)展，交通、水利、國(guó)防、礦產(chǎn)等工業(yè)建設(shè)對(duì)地下工程造成了一定影響。受此影響，我國(guó)陸續(xù)出現(xiàn)了不同的地質(zhì)災(zāi)害，為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)的共同發(fā)展，保障地下能源資源開(kāi)采和環(huán)境的相互協(xié)調(diào)。希望國(guó)家結(jié)合地下深部環(huán)境，對(duì)資源的開(kāi)發(fā)進(jìn)行合理性規(guī)劃，將深部力學(xué)開(kāi)采綜合運(yùn)用到工業(yè)生產(chǎn)和建設(shè)中，這對(duì)完善我國(guó)地下資源的合理開(kāi)發(fā)應(yīng)用有著重要的指導(dǎo)性意義。

1.深部開(kāi)采巖體力學(xué)和工程災(zāi)害控制現(xiàn)狀

在環(huán)境影響和能源危機(jī)的雙從壓力下，國(guó)家對(duì)能源礦產(chǎn)和公共環(huán)境的合理性建設(shè)展開(kāi)了深入部署。在國(guó)家頒布的《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006一2020年）》中，將環(huán)境和地下資源的開(kāi)發(fā)利用作為環(huán)境建設(shè)的重要課題。在國(guó)家的高度重視下，重大自然災(zāi)害防治與監(jiān)測(cè)、重大安全事故的排查和預(yù)警、地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)急處理和預(yù)警也成為當(dāng)?shù)丨h(huán)境科學(xué)家們重點(diǎn)研究的難題和技術(shù)領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，加強(qiáng)國(guó)家資源和環(huán)境的統(tǒng)一建設(shè)，深部巖開(kāi)采體力學(xué)和工程災(zāi)害控制對(duì)國(guó)家實(shí)現(xiàn)地下資源的可持續(xù)發(fā)展意義重大。

2.深部開(kāi)采巖體力學(xué)技術(shù)分析

2.1TP耦合深部軟演氣體運(yùn)移規(guī)律

TP耦合指的是溫度（T）和壓力（P）耦合作用下的軟巖氣體移動(dòng)。為了減少軟演深部的變形導(dǎo)致地下煤氣游離變形引發(fā)工程災(zāi)害，利用溫度和壓力產(chǎn)生高壓現(xiàn)象讓游離的氣體能夠被吸附并移除，降低了地質(zhì)災(zāi)害。

2.2模擬不對(duì)稱(chēng)深部模型建立

在深部開(kāi)采中，受到地應(yīng)力場(chǎng)、巖體結(jié)構(gòu)差異性變化、巖層產(chǎn)狀的不規(guī)律變形等影響，會(huì)導(dǎo)致常規(guī)的對(duì)稱(chēng)支護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)法對(duì)巖層進(jìn)行有效支撐。這嚴(yán)重威脅著開(kāi)采人員的生命安全。對(duì)此，通過(guò)軟巖巷道破壞結(jié)構(gòu)效益形成的物理實(shí)現(xiàn)模型系統(tǒng)，能夠有效地對(duì)巖層內(nèi)非線線性分布的荷載和巖層結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行控制，方便人員對(duì)深部巖層的關(guān)鍵部位進(jìn)行支撐，降低災(zāi)害發(fā)生率。

2.3深部軟巖水理作用功能

在進(jìn)行煤礦深部開(kāi)挖時(shí)，軟巖吸水膨脹是圍巖發(fā)生變形隱患的最主要原因。軟巖中常見(jiàn)的成分如高嶺石、黏土?xí)驗(yàn)槔砘磻?yīng)產(chǎn)生極強(qiáng)的負(fù)電性，對(duì)地下巖層的水分進(jìn)行大量吸附。為了降低深部軟巖吸水軟化對(duì)開(kāi)采造成的威脅和影響，通過(guò)對(duì)軟巖水理作用的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，能夠?yàn)閷?duì)開(kāi)挖影響預(yù)評(píng)估，方便之后的解決措施的建立。這對(duì)分析軟巖巖層理化性質(zhì)和泥質(zhì)巖層融水吸附提供了一定的研究條件。

2.4軟巖爆破技術(shù)分析

隨著開(kāi)采深度的不斷加大，深井高應(yīng)力水平也隨之遞增。當(dāng)深度超過(guò)一千米時(shí)，應(yīng)力數(shù)值甚至能夠達(dá)到數(shù)十兆帕以上。在此條件下，由于開(kāi)挖引起的側(cè)向會(huì)引起軟巖巷道臨空發(fā)能量釋放，夾雜著泥塵、砂巖，也會(huì)發(fā)生巖爆現(xiàn)象，這對(duì)開(kāi)挖造成了巨大的隱患。對(duì)此，通過(guò)對(duì)軟巖爆破技術(shù)的研究，能夠預(yù)先模擬爆炸環(huán)境的特點(diǎn)和造成隱患，降低損失和工程災(zāi)害。

3.深部工程災(zāi)害的控制技術(shù)分析

在深部開(kāi)采中，軟巖變形的問(wèn)題也愈加重要。下文從深部力學(xué)應(yīng)力入手，對(duì)深部工程災(zāi)害控制技術(shù)進(jìn)行了一定分析和探討。

3.1大斷面巷道雙控支護(hù)技術(shù)

為了降低深部出現(xiàn)大規(guī)模斷面造成巖層交匯點(diǎn)嚴(yán)重破壞，建議針對(duì)巖層巷道交匯相反變形的特點(diǎn)，在兩側(cè)加固雙控錨桿，讓中間的巖柱利用自身變形減少巖層大斷面影響。

3.2泵房集群化設(shè)計(jì)

為了消除酮室群空間效應(yīng)，增強(qiáng)泵房的整體穩(wěn)定性，提升井下安全性。建議在深度泵房處設(shè)置合適的吸水裝置，降低酮室群造成的高應(yīng)力影響，降低深部工程災(zāi)害。

3.3對(duì)高溫引起的工程災(zāi)害控制分析

在進(jìn)行煤礦開(kāi)采時(shí)候，深部軟巖和其淺部存在很大的高溫差。這會(huì)使得深部軟巖巷道施工環(huán)境受到影響。因此，深度煤巖溫度分步研究意義重大，通過(guò)對(duì)深入軟巖的熱害控制和資源技術(shù)的分析，能夠?qū)崿F(xiàn)深部軟巖的控制。隨著我國(guó)對(duì)溫度影響的不斷研究，研發(fā)的HEMS降溫和熱能系統(tǒng)能夠有效實(shí)現(xiàn)降溫供風(fēng)，降溫降濕的效果。為深井熱害控制提出了有效的解決手段。

3.4恒定支護(hù)變形系統(tǒng)

為了降低由于巖體不對(duì)稱(chēng)構(gòu)造、關(guān)鍵部位差異性變形、地應(yīng)力變化等造成巖體變形影響。針對(duì)軟巖巷道的非對(duì)稱(chēng)新變形進(jìn)行有效的支撐改善。在參數(shù)優(yōu)化和設(shè)備改革的背景下，采用恒阻大變形錨桿等手段能夠控制圍巖產(chǎn)生的變形在規(guī)定范圍內(nèi)，降低圍巖變形造成的有害工程災(zāi)害。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)加注漿改善圍巖變形造成強(qiáng)度衰弱也能維護(hù)巖層整體形成穩(wěn)定狀態(tài)。

4.結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，煤礦的需求也將日益見(jiàn)長(zhǎng)。作為一個(gè)資源差異性大、耗能高的國(guó)家。煤礦一直是我國(guó)核心主要供能能源。對(duì)此，在煤礦資源深度開(kāi)采的同時(shí)，隨之而來(lái)的高水壓、高地溫等突發(fā)工程災(zāi)害與自然隱患對(duì)國(guó)家的發(fā)展提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，建議國(guó)家和企業(yè)在進(jìn)行地下能源開(kāi)發(fā)時(shí)，要注重對(duì)深部資源的巖體力學(xué)的精細(xì)化研究，為我國(guó)重大災(zāi)害的預(yù)防和防治提供重要的理論指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李春元.深部強(qiáng)擾動(dòng)底板裂隙巖體破裂機(jī)制及模型研究[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），2018.25（20）：22+24.

[2]謝和平.“深部巖體力學(xué)與開(kāi)采理論”研究構(gòu)想與預(yù)期成果展望[J].工程科學(xué)與技術(shù)，2017，49（02）：1-16.

[3]謝和平，高峰，鞠楊.深部巖體力學(xué)研究與探索[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2015，34（11）：2161-2178.