巖爆判據(jù)與監(jiān)測預(yù)測技術(shù)研究進(jìn)展

黃 寧,盧海珠,彭 庚,汪曉霖,尹里剛,張曉悟

(1.中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司,湖北 武漢 430080)(2.湖北興發(fā)化工集團(tuán)有限公司,湖北 宜昌 443000)(3.煤炭資源與安全開采國家重點實驗室,江蘇 徐州 221100)(4.深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司凡口鉛鋅礦,廣東 韶關(guān) 512000)

0 引 言

巖爆,本質(zhì)上是地下巖體在內(nèi)部構(gòu)造應(yīng)力和外部采動應(yīng)力共同作用下,由靜態(tài)平衡向動態(tài)失穩(wěn)轉(zhuǎn)變,并伴有突發(fā)巖石飛濺、能量突變等現(xiàn)象的過程[1-2]。自21世紀(jì)以來,我國工業(yè)發(fā)展規(guī)模實現(xiàn)跨越式增長,隨之引發(fā)的礦產(chǎn)資源、隧道工程等行業(yè)逐漸由近地向深地擴(kuò)張,進(jìn)而導(dǎo)致巖爆災(zāi)害在現(xiàn)場施工過程中屢見不鮮。

迄今為止,巖爆的發(fā)生機(jī)理在工程學(xué)術(shù)界尚無統(tǒng)一定論。Kidybiński等[3]早在1981年提出了巖爆傾向性理論,該理論認(rèn)為巖體本身就擁有儲存能量和抵抗破壞的能力,當(dāng)巖石介質(zhì)所受壓力和所儲應(yīng)變能超越閾值時,即發(fā)生巖爆。Cook等[4]最早于1965年提出了能量破壞理論,該理論的主要支撐點為當(dāng)巷道圍巖的能量釋放速率大于能量儲存速率,將會發(fā)生巖爆。Obert 等[5]基于材料強(qiáng)度準(zhǔn)則提出了巖爆強(qiáng)度理論,其認(rèn)為巖體所受的極限強(qiáng)度超過最大抗壓強(qiáng)度,巖體內(nèi)部將會發(fā)生破壞。Hoek E等[6]于1966年基于剛度理論和突變理論提出分形失穩(wěn)理論,該理論考慮的是整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性,從剛度超限和突變失穩(wěn)兩個角度研究巖體失穩(wěn)的破壞形式。

在具體工程實例中,根據(jù)巖爆發(fā)生機(jī)理可將巖爆現(xiàn)象分為3類[7]:應(yīng)變型巖爆、巖柱型巖爆和斷裂型巖爆,其中斷裂型巖爆后果最嚴(yán)重,巖柱型巖爆次之。應(yīng)變型巖爆[8]多見于地質(zhì)體內(nèi)部最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力比懸殊的巖體中,多發(fā)生于褶皺或臨近斷層地帶,在研究過程中應(yīng)優(yōu)先關(guān)注地質(zhì)條件、埋深和巖體介質(zhì)參數(shù)。巖柱型巖爆[9]常見于多條巷道或多個采場交匯處的巖柱,與實際工程背景和掘進(jìn)開采工藝息息相關(guān)。斷裂型巖爆[10]從嚴(yán)格意義上講屬于應(yīng)變型巖爆加劇的一種模式,在應(yīng)變型巖爆中未考慮巖體內(nèi)部的節(jié)理裂隙,但在實際巖體中,節(jié)理裂隙對巖爆的發(fā)生具有加劇的作用。

盡管巖體巖爆機(jī)理和表現(xiàn)形式不一,但在其破壞時均表現(xiàn)出應(yīng)力的轉(zhuǎn)移和能量的傳遞[11]。因此,采取不同的監(jiān)測預(yù)測技術(shù)對巖爆發(fā)生前兆進(jìn)行超前監(jiān)測與預(yù)警是降低損傷的最直接、最有效的方法。如何準(zhǔn)確獲取巖爆前兆的物理信號并判斷巖爆發(fā)生的傾向是監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的重要方向。本文從巖爆的動態(tài)時空關(guān)系出發(fā),揭示了理論指標(biāo)和現(xiàn)場監(jiān)測兩方面的各類巖爆監(jiān)測、預(yù)測技術(shù)的工作原理及應(yīng)用現(xiàn)狀,分析了其優(yōu)缺點及適用條件,并分析了各監(jiān)測技術(shù)方案之間的關(guān)聯(lián)性。

1 理論指標(biāo)判據(jù)法

為研究巖爆發(fā)生傾向性,諸多學(xué)者通過理論分析,提出各類理論判定標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)查閱文獻(xiàn)和筆者認(rèn)知,可將巖爆理論判據(jù)分為單指標(biāo)判據(jù)和綜合指標(biāo)判據(jù)。

1.1 單指標(biāo)判據(jù)法

1.1.1 巖石固有性質(zhì)判據(jù)

表1 巖爆能量預(yù)測判據(jù)指標(biāo)

表2 巖爆脆性預(yù)測判據(jù)指標(biāo)

巖石儲能和脆性均是巖石自身屬性,當(dāng)這兩種屬性達(dá)到強(qiáng)烈?guī)r爆標(biāo)準(zhǔn)時,具體何時發(fā)生巖爆、發(fā)生多大范圍的巖爆還與巖石的賦存條件、開發(fā)方式和支護(hù)方式有關(guān),需要進(jìn)一步研究探討。

1.1.2 應(yīng)力條件判據(jù)

為了綜合分析巖爆應(yīng)力判據(jù)的發(fā)展歷程和理論基礎(chǔ),此處以時間線為主軸詳細(xì)羅列出應(yīng)力判據(jù)的判別條件和來源,如表3所示。從以往的經(jīng)驗公式可以看出:判別條件均為能量與應(yīng)力之比或者應(yīng)力與能量之比,但有些判據(jù)條件相同,巖爆傾向和等級卻不盡相同。由此分析其主要原因是目前國內(nèi)外巖爆機(jī)理尚不明確,應(yīng)力判據(jù)均為經(jīng)驗判據(jù),根據(jù)各個工程的具體情況差異有所不同。據(jù)表3指標(biāo),本文把臨界深度歸類于應(yīng)力判據(jù)的范疇,是由于埋深、采深是造成地應(yīng)力變化的主要原因。

表3 巖爆應(yīng)力預(yù)測判據(jù)指標(biāo)

1.1.3 圍巖地質(zhì)條件判據(jù)(RQD指標(biāo))

巖體圍巖是巖體外部應(yīng)力的主要來源,對巖體巖爆發(fā)生傾向及等級至關(guān)重要。一般而言,圍巖完整性越好,能儲存的應(yīng)變能越大,越不易發(fā)生應(yīng)力集中和能量積聚現(xiàn)象,越不容易發(fā)生巖爆。根據(jù)圍巖等級分類,國內(nèi)外多采用RQD指標(biāo)對巖爆進(jìn)行分級判別:(1)RQD<0.25,無巖爆;(2)0.25≤RQD<0.5,弱巖爆;(3)0.5≤RQD<0.7,中巖爆;(4)0.7≤RQD,強(qiáng)巖爆。

1.2 綜合指標(biāo)判據(jù)法

1.2.1 范正綺判據(jù)指標(biāo)

范正綺等[28]通過大量的現(xiàn)場工業(yè)性試驗監(jiān)測發(fā)現(xiàn)一套適用于硬巖巖體的巖爆判據(jù)指標(biāo),其認(rèn)為只有當(dāng)巖爆傾向和圍巖應(yīng)力同時滿足相應(yīng)指標(biāo)才能發(fā)生巖爆,判據(jù)如公式(1)～(3)所示。

σθ≥kσc

(1)

Wet≥5

(2)

k=f(σ1,σθ)

(3)

式中:k為比例系數(shù)。當(dāng)σ1/σθ為0.25時,k取0.3;當(dāng)σ1/σθ為0.5時,k取0.4;當(dāng)σ1/σθ為0.75時,k取0.5。

1.2.2 秦嶺隧道指標(biāo)

谷明成等[29]學(xué)者通過在秦嶺隧道展開現(xiàn)場巖爆監(jiān)測預(yù)測研究,針對此處的巖爆發(fā)生可能性提出理論判據(jù),如式(4)～(7)所示。

σc≥1.5σt

(4)

Wet≥2.0

(5)

σθ≥0.3σc

(6)

kv≥0.55

(7)

其中,kv為巖石完整性系數(shù),Wet為彈性能量指數(shù)。

1.2.3 張鏡劍判據(jù)指標(biāo)

張鏡劍等[30]在實際研究中發(fā)現(xiàn)陶振宇提出的σθ/σ1≤14.5的巖爆發(fā)生判據(jù)的閾值較低,而谷明成提出的σθ≥0.3σc較高,為了充分準(zhǔn)確的判斷預(yù)測指標(biāo)在各類巖體巖爆中的普適性,張鏡劍在兩位學(xué)者的基礎(chǔ)上將秦嶺隧道指標(biāo)略作調(diào)整,提出了較為一種較為綜合的判據(jù)指標(biāo),如式(8)所示。

σθ≥0.15σc

(8)

1.2.4 RVI判據(jù)指標(biāo)

邱士利等[31]通過對錦屏水電站的地下硐室群的62例巖爆事故進(jìn)行反向推演,提出了需要達(dá)到巖爆所需的巖石力學(xué)條件,進(jìn)而提出了巖爆傾向性指標(biāo)(RVI),并基于此指標(biāo)確立了爆坑深度計算公式,依此來確定巖爆風(fēng)險等級。

RVI巖爆判據(jù)指標(biāo)由4個控制因子構(gòu)成,結(jié)合了巖爆強(qiáng)度理論、剛度理論和能量理論中所提出的巖體剛度因子FM、應(yīng)力因子FS、巖體構(gòu)造因子FG和巖石因子FR,公式中分別體現(xiàn)不同巖爆因子對巖爆傾向性的貢獻(xiàn)。RVI 判據(jù)指標(biāo)和了爆坑深度計算公式如式(9)～(10)所示。

RVI=FMFSFGFR

(9)

Df=Rf(0.008RVI+0.2307)

(10)

式中:Df-爆坑深度;Rf-水力半徑。

1.2.5 巖爆勢(Prb)判據(jù)指標(biāo)

尚彥軍等[32]在建立應(yīng)變型巖爆模型的基礎(chǔ)上,采用現(xiàn)場調(diào)研、數(shù)理統(tǒng)計以及數(shù)值模型等多種研究手段,提出了最大切應(yīng)力σθ、巖石抗拉強(qiáng)度σt和巖體完整性kv作為巖爆的3個獨立參數(shù)指標(biāo),并根據(jù)歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)擬合出了巖爆勢表達(dá)式(Prb),如式(11)所示,以此表征巖爆的發(fā)展趨勢和風(fēng)險等級。

Prb=(σθ/σt)Kv

(11)

當(dāng)Prb<1.7,無巖爆;1.7≤Prb<3.3,弱巖爆;3.3≤Prb<9.7,中巖爆;9.7≤Prb,強(qiáng)巖爆。

2 現(xiàn)場監(jiān)測判據(jù)法

2.1 超前宏觀監(jiān)測法

超前宏觀監(jiān)測法最初是通過經(jīng)驗豐富的現(xiàn)場作業(yè)人員采用“聽”和“看”的方式對超前工作面進(jìn)行現(xiàn)場巡查,結(jié)合巖爆發(fā)生的物理特征,進(jìn)行初步預(yù)判。而后隨著時間發(fā)展,施工單位通過對現(xiàn)有類似工程或類似地質(zhì)條件的巖爆事故進(jìn)行統(tǒng)計分析,監(jiān)測與巖爆相關(guān)的特殊地質(zhì)現(xiàn)象(如巖體內(nèi)部巖芯餅化程度,應(yīng)力-應(yīng)變曲線異常等),最后對巖爆發(fā)生的傾向性進(jìn)行預(yù)測[33]。如日本Kan-Etsu公路隧道施工過程中揭露的巖芯餅化程度與巖爆區(qū)相吻合,進(jìn)而佐證了超前宏觀監(jiān)測法的有效性。但該方法受到同等地質(zhì)條件且相同的工程案例數(shù)據(jù)庫,且在預(yù)測方面受人為經(jīng)驗影響較大,其準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性往往不能與實際相匹配。

2.2 鉆屑量法

鉆屑量法是根據(jù)巖體小孔徑鉆孔施工過程中每米進(jìn)尺時的排粉量變化規(guī)律和造孔期間的動力現(xiàn)象,揭示巖體應(yīng)力集中狀態(tài)并據(jù)此預(yù)報巖爆。通常,具有巖爆危險部位的鉆孔排粉量劇增至正常值10倍以上,當(dāng)排粉量為正常值2倍以上時則認(rèn)為存在巖爆危險。

該方法20世紀(jì)60年代在歐洲開始使用,且普遍應(yīng)用于礦山領(lǐng)域。陳海棟等[34]將鉆屑量法用于煤礦領(lǐng)域,通過對比單位長度內(nèi)鉆屑量判斷巖石松動圈和塑性圈所處范圍,如圖1所示。該方法在電磁設(shè)備和物探設(shè)備應(yīng)用于礦山領(lǐng)域后,逐漸被聲發(fā)射、微震等監(jiān)測手段替代。

圖1 鉆屑量-鉆井深度

2.3 微重力法

微重力法的力量基礎(chǔ)是脆性巖石的“擴(kuò)容”,巖體在外部荷載和采動二次地應(yīng)力條件下發(fā)生損傷破壞,內(nèi)部由于裂隙的產(chǎn)生,體積會進(jìn)一步增大。此時巖石的微重力異常變化呈現(xiàn)由正到負(fù)的趨勢,臨近巖爆發(fā)生時的巖石負(fù)重力異常達(dá)到極值,故借助微重力變化量可以判斷巖爆發(fā)生與否。當(dāng)重力異常長期為正異常水平,表明巖爆發(fā)生可能性小[35]。

Bieniawski等[36]在實驗室力學(xué)試驗的基礎(chǔ)上,建立了微重力“擴(kuò)容”模型,將巖樣在外部荷載條件的5個應(yīng)力-應(yīng)變體征與5個擴(kuò)容階段相對應(yīng),解釋了巖體在破壞前微重力異常與巖爆發(fā)生傾向的相互作用關(guān)系。此方法受外部溫度、濕度和巖體賦存條件等環(huán)境因素影響較大,在實際工程應(yīng)用中局限性大。

2.4 巖體電磁輻射監(jiān)測法

早在20世紀(jì)40年代初,國外知名學(xué)者Urusovskaja在研究KCL斷裂行為的過程中,發(fā)現(xiàn)固體介質(zhì)在衍生斷裂裂隙時會產(chǎn)生電磁輻射現(xiàn)象。Maniak等[37]通過監(jiān)測花崗巖在外部動態(tài)荷載加載條件下的電磁輻射特征,發(fā)現(xiàn)電磁輻射強(qiáng)度與脈沖數(shù)分布規(guī)律與巖體破壞特征同步,隨著巖體的彈性壓縮階段、峰值強(qiáng)度階段、軟化階段表現(xiàn)出由弱至強(qiáng)再至弱的演化過程。

國內(nèi)周春華等[38]學(xué)者將巖體電磁輻射監(jiān)測方法廣泛應(yīng)用于長深隧道、水蓄能電站領(lǐng)域的工程實踐中,通過“區(qū)域靜態(tài)”的電子輻射監(jiān)測方法揭示了電子輻射強(qiáng)度和脈沖數(shù)在硬巖巷道中表現(xiàn)出上、下部低,巷幫中部高的普遍特性,如圖2、3所示,并且進(jìn)一步表明電磁輻射強(qiáng)度在斷層、褶皺等不同地質(zhì)構(gòu)造下空間分區(qū)特征顯著,即電磁輻射在相對完整的巖層中輻射強(qiáng)度高且變化幅度大,在特征發(fā)生突變時,將有可能發(fā)生巖爆。

圖2 電磁強(qiáng)度時空分布圖

圖3 脈沖數(shù)時空分布圖

2.5 紅外熱線法

紅外輻射是物體介質(zhì)在熱交換過程中產(chǎn)生的一種物理現(xiàn)象,是一種熱力學(xué)性征。巖體在產(chǎn)生應(yīng)變的過程中會有顯著的溫度升高現(xiàn)象,當(dāng)散發(fā)出的紅外溫度異常時,表明巖體發(fā)生破壞。在地下工程開挖過程中,圍巖表面溫度的快速上升是巖石發(fā)生巖爆的一種前兆特征。但采用紅外熱成像技術(shù)對巷道、采場的圍巖進(jìn)行巖爆監(jiān)測的可操作性尚有待深入研究。目前該項技術(shù)尚在室內(nèi)模擬試驗研究階段,現(xiàn)場應(yīng)用還不成熟。

2.6 聲發(fā)射監(jiān)測法

巖體由于外部荷載的作用,產(chǎn)生裂縫擴(kuò)展、塑性變形或者相變而釋放“應(yīng)力波”的過程被稱為聲發(fā)射[39]。聲發(fā)射監(jiān)測(acoustic emission,簡稱AE)又稱地音法,是通過接收并分析巖體內(nèi)部傳出的“聲”信號事件數(shù)和能率,判定巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律。

羅丹旎等[40]設(shè)計了單裂隙花崗巖真三軸單面臨空試驗,采用高速攝像系統(tǒng)和聲發(fā)射系統(tǒng)聯(lián)合監(jiān)測不同產(chǎn)狀巖石的聲發(fā)射演化特性,揭示了裂隙產(chǎn)狀與巖爆彈射動能的關(guān)系,研究成果為裂隙巖石的巖爆災(zāi)變機(jī)制和聲發(fā)射監(jiān)測的有效性提供了科學(xué)依據(jù)。王亞磊等[41]認(rèn)為對巖爆等級進(jìn)行精準(zhǔn)分級是巖爆災(zāi)害預(yù)警的重要基礎(chǔ),其采用聲發(fā)射監(jiān)測不同方向條件下巖樣單軸壓縮試驗的聲發(fā)射特征,巖石應(yīng)力-應(yīng)變與聲發(fā)射事件數(shù)、能率之間的關(guān)系如圖4所示,并基于此特征提出了基于試件主破裂前的累積聲發(fā)射能量Eq與最終破裂后的累積聲發(fā)射能量E之比的巖爆等級預(yù)判方法。

圖4 應(yīng)力-應(yīng)變與聲發(fā)射事件數(shù)、能率關(guān)系

巖爆的災(zāi)變過程是一個能量累積的過程,能量的累積過程是一個聲發(fā)射平靜期,在此期間聲發(fā)射信號的暫時平靜是巖爆災(zāi)害發(fā)生的前兆。且?guī)r爆前平靜期的聲發(fā)射是一個高頻率、低能量的傳播事件(能量發(fā)出頻率高、下降速度快、傳播距離有限),與地震、微震的頻率對比如圖5所示。因此,聲發(fā)射僅適用于對局部小范圍的巖體工程。

圖5 地震、微震與聲發(fā)射頻率的關(guān)系[42]

2.7 微震監(jiān)測法

微震監(jiān)測技術(shù)是現(xiàn)行的一種高科技、信息化的地下工程巖體監(jiān)測技術(shù)。微震是指目標(biāo)巖體在外力作用下,材料內(nèi)部的一個或多個局域源以順位彈性波的形式快速向外釋放能量的過程,目標(biāo)能量傳遞起源于材料的裂紋、巖體的破壞。巖體的破壞是一系列巖石損傷的演化過程,通過分析蘊含在巖體內(nèi)部的微震數(shù)據(jù),能夠得到巖體在破壞演化過程中應(yīng)力和能量的傳遞信息,可以從側(cè)面推演出巖體的穩(wěn)定性和破壞機(jī)理。

李庶林[42]于2003年建立起全國第一套全數(shù)字型64通道微震監(jiān)測系統(tǒng),并應(yīng)用于凡口鉛鋅礦的地壓監(jiān)測,實現(xiàn)了對該礦深部采區(qū)的地壓控制。唐禮忠等[43]引進(jìn)南非ISSI公司的ISS微震監(jiān)測系統(tǒng)以建立冬瓜山深井開采微震監(jiān)測系統(tǒng),系統(tǒng)監(jiān)測出的巖體活動特征如圖6所示,該系統(tǒng)的設(shè)計與礦山采礦方法設(shè)計同步進(jìn)行,不僅實現(xiàn)了對該礦開采過程的巖體動態(tài)響應(yīng)的連續(xù)監(jiān)測,更進(jìn)一步證明了微震監(jiān)測在礦山地壓控制領(lǐng)域的可靠性,為我國深井巖爆的安全管控提供了方向。

圖6 微震活動特征

和聲發(fā)射技術(shù)相比,微震監(jiān)測技術(shù)利用的是一種低頻率、高能量的震動,具備監(jiān)測范圍廣、地域深的特點。經(jīng)過幾十年科技的發(fā)展,微震監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)具備成套的巖爆監(jiān)測預(yù)測系統(tǒng),在我國物探及監(jiān)測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,但監(jiān)測過程中易受“虛假信號”的干擾,對信號的譯碼需要進(jìn)一步研究。

3 其他監(jiān)測、預(yù)測方法

3.1 數(shù)值指標(biāo)監(jiān)測、預(yù)測

除了應(yīng)用廣泛的理論判據(jù)和現(xiàn)場監(jiān)測方法外,國內(nèi)外諸多學(xué)者通過對大量的巖爆災(zāi)害進(jìn)行調(diào)研分析,并結(jié)合能量理論提出了能量釋放率(ERR)[44]、超前應(yīng)力(ESS)[45]、巖爆傾向指數(shù)(BPI)[46]、局部能量釋放密度(LERD)[47]、相對能量釋放指數(shù)(RERI)[48]等數(shù)值監(jiān)測指標(biāo)。

從上述數(shù)值指標(biāo)可以看出,巖爆數(shù)值指標(biāo)的發(fā)展逐步由靜力學(xué)向動力學(xué)發(fā)展,從單一的礦山巖爆指標(biāo)向全方位、全賦能綜合指標(biāo)發(fā)展,從無法表征巖體破壞的彈性模型(ERR、BPI、LERD)向可以表征巖體發(fā)生巖爆的彈(脆)性模型(RERI)邁進(jìn)。

3.2 應(yīng)用數(shù)學(xué)監(jiān)測、預(yù)測

應(yīng)用數(shù)學(xué)法監(jiān)測、預(yù)測主要依賴于巖爆工程案例和巖爆理論預(yù)測指標(biāo)。依托于巖爆工程案例的監(jiān)測、預(yù)測法[49-51]主要包括:BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)綜合訓(xùn)練法、支持向量機(jī)法、Fisher判別分析法、Bayes判別分析法和高斯過程法。在理論預(yù)測指標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合預(yù)測的方法包括模糊數(shù)學(xué)法、灰色理論綜合分析法、物元可拓綜合判別法、逼近理想解法等多種計算方法。

預(yù)測方法中的前者主要將試樣巖石各項力學(xué)參數(shù)通過巖爆指標(biāo)判據(jù)公式進(jìn)行多次訓(xùn)練,將其與待評估的試驗巖石形成非線性曲線進(jìn)行對比,進(jìn)而判別巖爆風(fēng)險等級;后者主要通過現(xiàn)有理論判據(jù)指標(biāo)進(jìn)行判別。

4 結(jié) 論

由于我國深地采礦的必然性和巖爆災(zāi)害的復(fù)雜性,“巖爆”控制已成為巖石力學(xué)領(lǐng)域?qū)W者面臨的首要難題。為幫助諸多學(xué)者對巖爆發(fā)生的機(jī)理和監(jiān)測、預(yù)測手段的清晰認(rèn)識,本文對國內(nèi)外暫行的巖爆形成機(jī)理進(jìn)行了梳理,對現(xiàn)有的監(jiān)測、預(yù)測方法進(jìn)行了分析總結(jié),得出以下結(jié)論:

(1)巖爆理論、機(jī)理明確化:理論是一切監(jiān)測及防治手段的基礎(chǔ),當(dāng)前盛行的能量理論、剛度理論、強(qiáng)度理論、傾向性理論等學(xué)說均僅適用于某些特定地質(zhì)條件或者某種實驗狀態(tài),不具備普適性。因此,為確保監(jiān)測手段和防治方法的有效、準(zhǔn)確,對巖爆發(fā)生機(jī)理和理論支撐應(yīng)做進(jìn)一步研究明確。

(2)巖爆監(jiān)測方法智能化:現(xiàn)有的監(jiān)測手段中聲發(fā)射和微震監(jiān)測能夠較為準(zhǔn)確的對巖體活動行為及特征進(jìn)行評判,但均易受外部“假信號”的干擾。系統(tǒng)如何實現(xiàn)智能自動識別、屏蔽甚至剝離虛假信號是聲發(fā)射和微震監(jiān)測系統(tǒng)的一大難題。

(3)巖爆預(yù)測指標(biāo)綜合化:巖爆活動傳遞的信號包括應(yīng)力、應(yīng)變、能量等等,單一指標(biāo)判據(jù)預(yù)測很難實現(xiàn)對巖爆風(fēng)險等級的準(zhǔn)確評估。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論等現(xiàn)代化計算模型建立綜合指標(biāo)預(yù)測體系能夠準(zhǔn)確地對巖爆發(fā)生傾向進(jìn)行預(yù)測。

(4)監(jiān)測、預(yù)測手段即時化、集成化:從目前國內(nèi)外的巖爆研究現(xiàn)狀可以看出,僅僅采用傳統(tǒng)的、單一的監(jiān)測技術(shù)和預(yù)測判據(jù)難以滿足工程需要。為達(dá)到穩(wěn)定、準(zhǔn)確、可靠地監(jiān)測巖爆活動的目的,將理論指標(biāo)判據(jù)法和現(xiàn)場監(jiān)測判據(jù)法進(jìn)行綜合應(yīng)用是必然的,采用即時的、先進(jìn)的數(shù)值和應(yīng)用數(shù)學(xué)監(jiān)測預(yù)測方法進(jìn)行輔助驗證是巖爆風(fēng)險評估的未來發(fā)展趨勢。