磷礦開(kāi)挖對(duì)將軍崖巖畫區(qū)巖體開(kāi)裂的影響分析

李 偉， 理繼紅， 何 偉， 李 明， 常學(xué)文

（1.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，南京 210018； 2.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 211100）

將軍崖巖畫區(qū)位于江蘇省連云港市錦屏山南麓山坡上，是我國(guó)一處重要的巖畫遺址，具有重大的歷史意義與研究?jī)r(jià)值. 錦屏磷礦位于將軍崖巖畫區(qū)的西北側(cè). 錦屏磷礦的開(kāi)挖導(dǎo)致將軍崖巖畫區(qū)巖體出現(xiàn)多條裂縫，對(duì)巖畫遺址的保護(hù)產(chǎn)生了極大的威脅，因此分析錦屏磷礦開(kāi)挖對(duì)將軍崖巖畫區(qū)巖體開(kāi)裂的影響將有助于保護(hù)將軍崖巖畫. 天然巖體具有非均質(zhì)、各向異性和非連續(xù)等特征，巖土工程的失穩(wěn)與破壞大都是巖體內(nèi)部裂隙的擴(kuò)展、貫通造成的. 將軍崖巖畫區(qū)巖體主要由混合花崗巖構(gòu)成，花崗巖是一種典型的脆性巖石，對(duì)花崗巖的強(qiáng)度以及開(kāi)裂擴(kuò)展特征進(jìn)行研究具有重要的工程價(jià)值.

巖體的開(kāi)裂過(guò)程是巖體內(nèi)部裂隙萌生、擴(kuò)展與貫通的過(guò)程，也是巖體失穩(wěn)破壞的重要原因. 目前關(guān)于巖體開(kāi)裂過(guò)程的研究已有很多. 張國(guó)凱等［1］通過(guò)對(duì)裂隙花崗巖進(jìn)行單軸壓縮下的聲發(fā)射測(cè)試綜合分析了花崗巖的裂紋擴(kuò)展特征. 劉杰等［2］通過(guò)二維顆粒流程序（PFC2D）對(duì)三裂隙花崗巖進(jìn)行了單軸壓縮試驗(yàn)，研究了三裂隙花崗巖巖體強(qiáng)度的破壞準(zhǔn)則. 陳中一等［3］使用視頻圖像和多目標(biāo)跟蹤技術(shù)對(duì)不同時(shí)刻花崗巖中多條裂隙萌生擴(kuò)展的過(guò)程進(jìn)行了分析. 王向剛［4］、趙振［5］、牛心剛［6］通過(guò)單軸壓縮試驗(yàn)以及聲發(fā)射技術(shù)研究了預(yù)制裂隙巖石的新生裂紋擴(kuò)展和貫通破壞規(guī)律. 朱澤奇［7］、喻學(xué)文［8］在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上研究了三峽花崗巖在加荷與卸荷過(guò)程中的裂紋擴(kuò)展模式與破壞后的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系. 張潔［9］、李兆霖［10］研究了真三軸條件下的巖石卸荷破壞特性. 張占榮［11］、王培濤［12］、章廣成［13］結(jié)合支持向量機(jī)模型以及離散元方法對(duì)裂隙巖體變形參數(shù)的影響因素進(jìn)行了研究. 另有較多學(xué)者［14-19］通過(guò)對(duì)單裂隙花崗巖進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)探究了單軸壓縮條件下裂隙巖石的強(qiáng)度特性、裂紋起裂規(guī)律及破壞模式. 此外，基于數(shù)值模擬對(duì)巖體開(kāi)裂與破壞特征進(jìn)行研究的學(xué)者也有很多. 王林豐［20］通過(guò)顆粒流PFC2D軟件對(duì)花崗巖進(jìn)行了不同裂隙和不同圍壓下的數(shù)值模擬，分析了裂隙花崗巖的微觀機(jī)理. 陳小婷和黃波林［21］采用有限元/離散元耦合分析方法對(duì)柱狀危巖進(jìn)行了研究，并指出這兩種數(shù)值模擬方法對(duì)巖體的小變形與大變形問(wèn)題均有較好的適用性. 陶志剛等［22］開(kāi)發(fā)的雜交有限元-離散元法（FDEM）為有隱患滑坡體的排查提供了科學(xué)依據(jù).

綜合來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于礦山開(kāi)挖對(duì)臨近巖體開(kāi)裂影響的研究較少. 本研究以錦屏西山磷礦層及將軍崖巖畫區(qū)的地質(zhì)體為研究區(qū)域，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，采用離散元軟件3DEC研究了錦屏磷礦開(kāi)挖對(duì)臨近巖體（即將軍崖巖畫區(qū)巖體）開(kāi)裂的影響. 此外，通過(guò)計(jì)算預(yù)測(cè)了巖石蠕變作用下20年后將軍崖巖畫區(qū)巖體的開(kāi)裂狀況. 本研究可為礦山邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)、復(fù)雜地質(zhì)條件下的文物保護(hù)等工程地質(zhì)問(wèn)題提供參考.

1 將軍崖巖畫區(qū)巖體開(kāi)裂分析

受錦屏磷礦開(kāi)挖形成的采空區(qū)塌陷影響，將軍崖巖畫區(qū)巖體出現(xiàn)多處裂縫. 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查過(guò)程中重點(diǎn)調(diào)查了將軍崖巖畫區(qū)巖體的變形開(kāi)裂現(xiàn)狀與裂隙發(fā)育特征等內(nèi)容，通過(guò)整理現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料對(duì)將軍崖巖畫區(qū)巖體的變形特征進(jìn)行了總結(jié)，在此基礎(chǔ)上分析了磷礦開(kāi)采過(guò)程中將軍崖巖畫區(qū)巖體開(kāi)裂破壞的力學(xué)機(jī)理.

1.1 巖體開(kāi)裂特征分析

將軍崖巖畫區(qū)巖體所在的巖坡為錦屏磷礦西山磷礦層的頂板. 錦屏磷礦的礦體和圍巖均呈急傾斜，傾角在70°～85°之間，礦體水平厚度在5～8 m之間，礦石采出后圍巖自然崩落充填采空區(qū). 多年來(lái)的持續(xù)監(jiān)測(cè)和實(shí)地調(diào)查測(cè)量結(jié)果顯示，將軍崖巖畫區(qū)內(nèi)巖體的主裂隙為近南北向，且有繼續(xù)向南北延伸的趨勢(shì). 巖畫區(qū)巖體的裂隙數(shù)量持續(xù)增多，裂隙長(zhǎng)度持續(xù)增長(zhǎng)并連接貫通. 巖畫區(qū)巖體由線狀開(kāi)裂逐漸向帶狀破壞方向發(fā)展，大部分裂縫開(kāi)裂無(wú)明顯錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象，裂紋性質(zhì)屬于圖1所示的水平拉張裂縫. 此外，裂縫多沿原有節(jié)理面發(fā)育，總體走向?yàn)镹NW，與節(jié)理面產(chǎn)狀基本一致，如圖2所示. 從延伸方向上看，裂隙是由采空區(qū)逐漸擴(kuò)展到巖畫區(qū)的，新裂隙主要出現(xiàn)在東側(cè)，東側(cè)裂隙的密度、張開(kāi)度以及開(kāi)裂速率整體上大于西側(cè)裂隙. 隨著時(shí)間的推移，大多數(shù)裂隙長(zhǎng)度繼續(xù)擴(kuò)展，開(kāi)口繼續(xù)張大，原有灌漿體脫落，周圍逐漸出現(xiàn)新的裂縫，但有少數(shù)裂隙趨于收縮閉合. 根據(jù)巖畫區(qū)巖體彈性波CT波速測(cè)試成果可知，巖畫區(qū)巖體存在5條張裂縫帶，張裂縫為近南北走向，深度基本在20 m以內(nèi).

圖1 現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查Fig.1 On-site geological survey

圖2 裂隙產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)圖Fig.2 Fracture occurence chart

1.2 巖體開(kāi)裂邊界確定

錦屏磷礦西山磷礦層采空區(qū)為近北西向、中間寬兩端窄的不規(guī)則條帶形狀，走向長(zhǎng)約1800 m，平均寬約310 m.將軍崖巖畫區(qū)的巖體位于西山磷礦層的頂板. 巖畫區(qū)下部磷礦體采空后，采空區(qū)頂板巖體在自重作用下向采空區(qū)方向傾倒、崩落并充填采空區(qū). 根據(jù)頂板地表巖體變形破壞情況，可將研究區(qū)分為采空陷落區(qū)（Ⅰ區(qū)）、傾倒崩落坍塌區(qū)（Ⅱ區(qū)）和變形開(kāi)裂區(qū)（Ⅲ區(qū)），如圖3 所示. 其中采空陷落區(qū)（Ⅰ區(qū)）為采空區(qū)陷落形成的陷落坑，圍巖自然崩落充填采空區(qū)并逐漸形成以采空區(qū)為中心的塌陷槽，坑底堆積落石；傾倒崩落坍塌區(qū)（Ⅱ區(qū)）主要表現(xiàn)為采空區(qū)巖壁傾倒拉裂，傾倒劇烈部位產(chǎn)生橫切巖體的折裂、破碎，導(dǎo)致向采空區(qū)方向的坍塌、崩落，裂隙不斷向上部擴(kuò)展并逐漸發(fā)展至地表，引起地表陷落、開(kāi)裂和變形，景區(qū)通向巖畫區(qū)的道路即位于該區(qū)；變形開(kāi)裂區(qū)（Ⅲ區(qū)）主要表現(xiàn)為巖體拉裂張開(kāi)，形成拉裂隙，裂隙多沿原有節(jié)理發(fā)育，將軍崖巖畫區(qū)就位于東部變形開(kāi)裂區(qū).

圖3 研究區(qū)示意圖Fig.3 Schematic diagram of study area

將軍崖巖畫區(qū)位于錦屏磷礦西山磷礦層采空區(qū)東北側(cè)頂板，巖畫區(qū)巖體主要向西偏南方向傾倒，故巖畫區(qū)傾倒變形邊界主要為北側(cè)和東側(cè)邊界. 隨著時(shí)間的推移，頂板巖體繼續(xù)破壞崩落、空隙壓密，導(dǎo)致塌陷槽邊界向四周擴(kuò)展，故北側(cè)和東側(cè)邊界巖體的變形方式主要為巖體拉張裂隙. 通過(guò)勘察確定，裂隙邊界距離巖畫區(qū)東北側(cè)約75 m，距離采空區(qū)邊界約255 m，反算上盤裂隙邊界角約為54°. 資料顯示，1984年實(shí)測(cè)裂隙邊界距離巖畫區(qū)東北側(cè)約60 m，反算上盤裂隙邊界角約為57°. 對(duì)比可知，近40年來(lái)采空區(qū)塌陷影響范圍向外擴(kuò)展了約15 m，反算上盤裂隙邊界角擴(kuò)大了約3°.

2 不同采空區(qū)深度下研究區(qū)巖體開(kāi)裂的數(shù)值模擬研究

2.1 模型建立與參數(shù)選取

運(yùn)用離散元軟件3DEC建立如圖4所示的研究區(qū)數(shù)值模型，模型邊界根據(jù)本文1.2小節(jié)所述的巖體開(kāi)裂邊界確定，Z向水平長(zhǎng)度600 m，X向水平寬度200 m，Y向豎直高度400 m，設(shè)置了走向?yàn)镹NW、傾向?yàn)镹E的節(jié)理組，在采空區(qū)兩側(cè)邊界處各設(shè)置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、在巖畫區(qū)設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)以獲取模型中不同位置的位移. 設(shè)定不同的采空區(qū)深度（-50、-110、-170、-230 m），在靜力條件下通過(guò)計(jì)算錦屏磷礦開(kāi)挖過(guò)程中不同采空區(qū)深度下巖體的應(yīng)力與塑性區(qū)分布來(lái)分析磷礦開(kāi)挖過(guò)程對(duì)將軍崖巖畫區(qū)巖體的擾動(dòng)機(jī)制和影響程度. 模型參數(shù)通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)獲得，具體見(jiàn)表1和表2.

圖4 研究區(qū)數(shù)值模型的縱剖面圖Fig.4 Longitudinal section of numerical model in the study area

表1 研究區(qū)巖體的物理力學(xué)參數(shù)Tab.1 Physical and mechanical parameters of rock mass in the study area

表2 研究區(qū)巖體的結(jié)構(gòu)面物理力學(xué)參數(shù)Tab.2 Physical and mechanical parameters of structural plane of rock mass in the study area

2.2 不同采空區(qū)深度下研究區(qū)巖體的應(yīng)力分析

從圖5可以看出，隨著采空區(qū)深度的增加，最小主應(yīng)力逐漸在采空區(qū)頂板邊界處集中，從巖體邊界到頂板坡體內(nèi)，最小主應(yīng)力呈擴(kuò)散趨勢(shì)，在頂板坡體中，最小主應(yīng)力與坡面近于平行. 最小主應(yīng)力的最大值主要位于模型底部，最小主應(yīng)力隨著地層深度的變淺而減小，并在采空區(qū)底部附近趨于零，再往上則處于拉應(yīng)力狀態(tài). 拉應(yīng)力區(qū)首先出現(xiàn)在采空區(qū)頂板邊界處并呈現(xiàn)斷續(xù)狀態(tài). 隨著采空區(qū)深度的增加，拉應(yīng)力區(qū)逐漸變得連續(xù)并不斷向采空區(qū)頂板后方延伸擴(kuò)大到達(dá)巖畫區(qū)，然后穿過(guò)巖畫區(qū)繼續(xù)向后方擴(kuò)展. 當(dāng)采空區(qū)深度為-230 m 時(shí)，拉應(yīng)力區(qū)最終到達(dá)巖畫區(qū)后約80 m 處. 開(kāi)挖過(guò)程中，最大拉應(yīng)力值隨著采空區(qū)深度的增加而增加；當(dāng)采空區(qū)深度為-50 m時(shí)，最大拉應(yīng)力為0.46 MPa；當(dāng)采空區(qū)深度為-110 m時(shí)，最大拉應(yīng)力為0.99 MPa；當(dāng)采空區(qū)深度為-170 m時(shí)，最大拉應(yīng)力為1.25 MPa；當(dāng)采空區(qū)深度為-230 m時(shí)，最大拉應(yīng)力增大到1.90 MPa；且從采空區(qū)深度為-170 m開(kāi)始，巖畫區(qū)巖體的拉應(yīng)力近于最大值，此時(shí)，拉應(yīng)力已經(jīng)超過(guò)節(jié)理面的抗拉強(qiáng)度.

圖5 不同采空區(qū)深度下研究區(qū)巖體的最小主應(yīng)力云圖（單位：Pa）Fig.5 Nephogram of minimum principal stress of rock mass in the study area under different goaf depths（unit：Pa）

從圖6可以看出，剪應(yīng)力主要集中在采空區(qū)坡腳處，隨著采空區(qū)深度增加，剪應(yīng)力區(qū)不斷向采空區(qū)兩側(cè)的坡體內(nèi)延伸并到達(dá)巖畫區(qū)，然后穿過(guò)巖畫區(qū)繼續(xù)向后方擴(kuò)展. 最大剪應(yīng)力始終位于采空區(qū)頂板坡腳處，且隨著采空區(qū)深度的增大，最大剪應(yīng)力也不斷增大. 當(dāng)采空區(qū)深度為-50 m時(shí)，最大剪應(yīng)力只有1.31 MPa，剪應(yīng)力區(qū)僅限于開(kāi)挖邊界處；當(dāng)采空區(qū)深度為-110 m時(shí)，最大剪應(yīng)力為4.14 MPa，增加了2.83 MPa，剪應(yīng)力區(qū)擴(kuò)展到巖畫區(qū)的西南邊界；當(dāng)采空區(qū)深度為-170 m 時(shí)，最大剪應(yīng)力為5.71 MPa，剪應(yīng)力區(qū)覆蓋了大部分巖畫區(qū)，此時(shí)巖畫區(qū)巖體的最大剪應(yīng)力為1 MPa；當(dāng)采空區(qū)深度為-230 m時(shí)，頂板坡腳處的最大剪應(yīng)力為6.15 MPa，剪應(yīng)力區(qū)穿過(guò)巖畫區(qū)繼續(xù)向后方擴(kuò)展，此時(shí)巖畫區(qū)巖體的最大剪應(yīng)力約為1.4 MPa.

圖6 不同采空區(qū)深度下研究區(qū)巖體的剪應(yīng)力云圖（單位：Pa）Fig.6 Shear stress nephogram of rock mass in the study area under different goaf depths（unit：Pa）

2.3 不同采空區(qū)深度下研究區(qū)巖體的塑性區(qū)分析

從圖7可以看出，整個(gè)開(kāi)采過(guò)程中，采空區(qū)頂板和底板整體上處于彈性變形狀態(tài)，只有局部出現(xiàn)塑性屈服區(qū). 塑性屈服區(qū)包括剪切屈服區(qū)和受拉屈服區(qū)，剪切屈服區(qū)主要出現(xiàn)在采空區(qū)開(kāi)挖坡腳處，受拉屈服區(qū)則主要出現(xiàn)在采空區(qū)頂板-20 m以內(nèi)的淺地層中. 從分步開(kāi)挖過(guò)程來(lái)看，當(dāng)采空區(qū)深度為-50 m時(shí)，只有采空區(qū)頂板坡腳的個(gè)別巖體處于剪切屈服狀態(tài)，其他區(qū)域則處于彈性狀態(tài)；當(dāng)采空區(qū)深度為-110 m時(shí)，剪切屈服區(qū)在采空區(qū)頂板坡腳處橫向擴(kuò)展，坡腳巖體已大部分處于剪切屈服狀態(tài)，縱向擴(kuò)展不明顯，1號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近的頂板邊界表面出現(xiàn)了零星受拉屈服區(qū)；當(dāng)采空區(qū)深度為-170 m時(shí)，剪切屈服區(qū)在采空區(qū)頂板坡腳處向上擴(kuò)展明顯，巖畫區(qū)周圍淺地表出現(xiàn)明顯的受拉屈服區(qū)，部分受拉屈服區(qū)覆蓋到巖畫區(qū)，但深度不超過(guò)10 m；當(dāng)采空區(qū)深度為-230 m時(shí)，采空區(qū)底板坡腳處也出現(xiàn)剪切屈服區(qū)，但范圍不大，頂板坡腳處剪切屈服區(qū)繼續(xù)沿開(kāi)挖邊界向外發(fā)展，頂板淺地表受拉屈服區(qū)范圍繼續(xù)擴(kuò)大，基本覆蓋了頂板邊界和巖畫區(qū)淺地表，最深約在地表下20 m左右. 在模型計(jì)算過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，塑性屈服區(qū)多沿節(jié)理面開(kāi)始出現(xiàn)，并沿節(jié)理面向周圍擴(kuò)展. 因?yàn)楣?jié)理面的強(qiáng)度相較于巖石小得多，所以巖體在受到剪切力和拉張力時(shí)，節(jié)理面首先會(huì)屈服開(kāi)裂，張開(kāi)成縫.

圖7 不同采空區(qū)深度下研究區(qū)巖體的塑性云圖（單位：Pa）Fig.7 Plastic nephogram of rock mass in the study area under different goaf depths（unit：Pa）

根據(jù)資料可知，錦屏磷礦在1984年初實(shí)測(cè)的裂縫邊界距離采空區(qū)的水平投影距離約為240 m，反算上盤裂隙邊界角約為57°. 本次實(shí)測(cè)的采空塌陷區(qū)反算上盤裂隙邊界角比57°略小是因?yàn)樵趯?shí)測(cè)過(guò)程中會(huì)存在一些已經(jīng)破壞但是裂縫開(kāi)口較小難以發(fā)現(xiàn)的情況. 本次數(shù)值模擬是根據(jù)采空區(qū)深度為-230 m時(shí)所得到的受拉屈服區(qū)邊界與采空區(qū)上盤坡腳連線來(lái)反算上盤裂隙邊界角的，計(jì)算結(jié)果約為58°，這個(gè)結(jié)果與利用摩爾庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則中破壞面方向與主應(yīng)力方向夾角計(jì)算的結(jié)果較為接近，可見(jiàn)模擬計(jì)算所得的反算上盤裂隙邊界角與實(shí)測(cè)值基本一致，這也證明了本次模擬計(jì)算的合理性.

3 將軍崖巖畫區(qū)巖體的開(kāi)裂預(yù)測(cè)

圖8a是巖石蠕變作用下20年后研究區(qū)巖體的總位移云圖. 從圖8a可以看出，整個(gè)頂板持續(xù)向采空區(qū)傾倒，邊界位置的傾倒位移已增大至51 cm，巖畫區(qū)巖體的傾倒總位移在14～25 cm之間. 從圖8b可以看出，整個(gè)采空區(qū)頂板的巖體開(kāi)裂情況在不斷惡化，裂隙也在不斷拓寬加深. 模擬計(jì)算結(jié)果顯示，20 年后巖畫區(qū)巖體的最大裂隙寬度約為6 cm，最大裂隙深度約為50 m.

圖8 20年后研究區(qū)巖體的位移云圖（單位：m）Fig.8 Displacement nephogram of rock mass in the study area after 20 years（unit：m）

圖9 是20 年后巖畫區(qū)東西邊界3 號(hào)和5 號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移差曲線. 從圖9可以明顯看出，總位移差增長(zhǎng)明顯，各分向上，無(wú)論是水平位移差還是豎向位移差都在持續(xù)變大，其中，Z向水平位移差對(duì)巖體拉裂作用的影響最大，其曲線斜率隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸變大，說(shuō)明巖體的水平拉裂速度逐漸加快；Y向豎直位移差和X向水平位移差隨著時(shí)間的延長(zhǎng)也略有增大. 從數(shù)值上來(lái)看，巖畫區(qū)巖體的總位移差由4.5 cm增大到8.5 cm，Z向水平位移差由2.5 cm 增加到6 cm，最大裂隙寬度由3 cm 增大到6 cm左右，說(shuō)明20年后將軍崖巖畫區(qū)巖體的開(kāi)裂程度加劇.

圖9 20年后將軍崖巖畫區(qū)東西邊界3號(hào)和5號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移差曲線Fig.9 Displacement difference curve of monitoring points 3 and 5 on the East-West boundary of in rock painting area of Jiangjun Cliff after 20 years

將軍崖巖畫區(qū)巖體裂隙發(fā)育的過(guò)程可概括為：首先在磷礦開(kāi)挖過(guò)程中，巖畫區(qū)巖體節(jié)理面出現(xiàn)受拉屈服，產(chǎn)生1～2 mm的微裂隙；隨后在20年巖石蠕變作用下，裂隙因繼續(xù)受拉增大到6 cm左右. 因?yàn)閹r體節(jié)理面的黏結(jié)力不足以抵抗巖體傾倒所產(chǎn)生的拉張力，所以裂隙多為沿節(jié)理面發(fā)生的繼發(fā)性張裂，然后再加上風(fēng)化作用、雨水沖蝕等因素的相互疊加、相互影響，最終加快了巖體變形破壞的速度. 從數(shù)值模擬結(jié)果來(lái)看，目前采空區(qū)頂板巖體整體上是穩(wěn)定的，不會(huì)產(chǎn)生整體陷落垮塌，但是由于受到巖石蠕變作用以及采空區(qū)塌陷影響，頂板巖體會(huì)繼續(xù)向采空區(qū)傾倒變形，巖畫區(qū)巖體也會(huì)繼續(xù)受拉開(kāi)裂，因此20年后將軍崖巖畫區(qū)巖體的開(kāi)裂程度將會(huì)加劇.

4 結(jié)論

在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查將軍崖巖畫區(qū)巖體開(kāi)裂情況的基礎(chǔ)上，運(yùn)用離散元軟件3DEC模擬了磷礦開(kāi)挖對(duì)將軍崖巖畫區(qū)巖體的應(yīng)力場(chǎng)、塑性區(qū)和裂隙開(kāi)展情況的影響，同時(shí)分析了磷礦開(kāi)挖過(guò)程對(duì)采空區(qū)頂板傾倒變形和巖畫區(qū)巖體開(kāi)裂破壞的影響機(jī)制和程度，得出結(jié)論如下：

1）磷礦開(kāi)挖過(guò)程中，采空區(qū)頂板巖體因應(yīng)力場(chǎng)變化產(chǎn)生表生改造變形并持續(xù)傾倒下沉，巖畫區(qū)巖體出現(xiàn)拉應(yīng)力集中. 隨著采空區(qū)深度的增加，拉應(yīng)力區(qū)相互連接并不斷向后方延伸，導(dǎo)致巖體節(jié)理面受拉開(kāi)裂，產(chǎn)生裂隙.

2）采空區(qū)頂板坡腳處以剪切屈服破壞為主，隨著采空區(qū)深度增加，剪應(yīng)力區(qū)不斷向采空區(qū)兩側(cè)坡體延伸并不斷向后方擴(kuò)展，導(dǎo)致巖畫區(qū)巖體不斷開(kāi)裂. 塑性屈服區(qū)多沿節(jié)理面開(kāi)始出現(xiàn)，并沿節(jié)理面向周圍擴(kuò)展. 因?yàn)楣?jié)理面強(qiáng)度遠(yuǎn)小于巖石強(qiáng)度，所以巖體在受到剪切力和拉張力時(shí)，節(jié)理面首先會(huì)屈服開(kāi)裂，張開(kāi)成縫.

3）目前采空區(qū)頂板整體上是穩(wěn)定的，不會(huì)產(chǎn)生整體陷落垮塌，但是在巖石蠕變作用以及采空塌陷影響下，頂板巖體會(huì)不斷向采空區(qū)傾倒變形，巖畫區(qū)巖體裂隙數(shù)量會(huì)繼續(xù)增多、裂隙長(zhǎng)度會(huì)繼續(xù)增大并連接貫通. 因此，預(yù)測(cè)20年后將軍崖巖畫區(qū)巖體的破裂程度會(huì)進(jìn)一步加劇.