動態擾動誘發岩爆的機理及預報方法研究

《動態擾動誘發岩爆的機理及預報方法研究》是依託昆明理工大學，由周宗紅擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：動態擾動誘發岩爆的機理及預報方法研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：周宗紅
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

岩爆是一種極為複雜的動力失穩現象，迄今為止，岩爆機理研究尚未取得重大突破，也無法準確地預測岩爆。本研究選擇會澤鉛鋅礦深部礦床為研究對象，採用實驗研究、礦山微震活動性監測與整體礦山應力場數值分析相結合方法，系統研究動態擾動條件下岩體內裂紋形成、擴展、貫通的演化規律，分析岩體細觀結構特徵、內部組分與岩爆的關係，通過應力場的演化解讀微震活動性，探求開挖過程中應力積累、應力陰影和應力遷移的變化規律與岩爆形成過程中微震活動性的關係，尋求礦山微震活動性、背景應力場演化與動態擾動之間的聯繫，查明動態擾動誘發深部巷道發生岩爆的過程，揭示動態擾動誘發微破裂導致岩爆的機理，建立以微震現場監測為主、以背景應力場分析為輔的礦山岩爆預測預報新方法。該項研究不僅可以深入揭示岩爆的本質，認清動態擾動誘發岩爆的機理，詳細分析岩爆發生條件和發展進程，還可以為現場岩爆預測提供理論依據。

結題摘要

通過室內實驗，研究岩體的變形破壞特徵和聲發射規律。研究表明：岩爆傾向性較強岩體的聲發射信號在峰值應力前保持較低釋放率，而在岩樣破壞前有一個快速釋放過程，峰值應力後聲發射信號均急劇減少；而岩爆傾向性較弱的岩體，聲發射出現較早，聲發射沒有突變性。岩爆傾向性強的岩體在破壞之前，聲發射存在一定的相對平靜期。套用會澤鉛鋅礦已建立並運行的微震監測和數據採集系統，實現對礦山的微震活動性及其岩爆進行連續監測，獲取大量的微震活動時空數位化記錄。利用大型數值軟體，建立礦區的三維地質力學模型，獲得礦山整體的背景應力場分布，疊加三維空間的微震分布信息，分析了礦山微震活動性、背景應力場演化與開採活動之間的關係，建立了以“微震現場監測”為主、“應力場數值模擬”為輔的岩爆預測預報新方法。採用基於SHPB的動靜組合載入系統，研究岩石的力學特性與破壞機理。試驗結果表明：圍壓一定時，白雲岩的抗壓強度隨軸向靜壓增大呈現出先增加後降低的趨勢；軸壓一定時，白雲岩抗壓強度隨著圍壓的增大而增大。不同圍壓下，岩體變形模量隨著軸壓的增大而減小；當軸壓一定時，隨圍壓的增加而增大。載入過程中軸向靜壓對岩體內部的裂紋起催生作用，弱化微元體的承載能力；而圍壓能抑制裂紋的萌生和擴展，強化岩體的承載能力。岩石在彈性階段積聚了大量的彈性能，受動態衝擊載荷作用，岩樣內部的裂紋萌生、擴展，彈性能會突然釋放出來，岩體失穩形成岩爆。分析了岩體結構、內部組分與岩爆的關係，研究結果表明：有機顯微組分的力學性質、含量及分布決定了岩體的物理力學性質；顯微硬度和顯微脆度均較大的岩體較易發生岩爆；在顯微組分分布簡單且原生損傷越小的情況下，岩爆傾向性越小；反之，則越大。