深部開采巖體力學及工程災害控制探討

孫楊 于洋藍

摘要：深部開采巖體力學是我國當代地質研究的一個重點。近年來，國家對深部巖體力學的力學特征和巖層移動規律都進行了深入研究，這對我國預知地質災害發生機理和控制災害發生有著積極的影響。本文結合深部開采巖力學及工程災害的控制進行相關探討，希望為相關領域提供一定參考。

關鍵詞：深部開采巖力學；工程災害；控制

近年來隨著我國經濟建設不斷發展，交通、水利、國防、礦產等工業建設對地下工程造成了一定影響。受此影響，我國陸續出現了不同的地質災害，為了實現經濟和環境保護的共同發展，保障地下能源資源開采和環境的相互協調。希望國家結合地下深部環境，對資源的開發進行合理性規劃，將深部力學開采綜合運用到工業生產和建設中，這對完善我國地下資源的合理開發應用有著重要的指導性意義。

1.深部開采巖體力學和工程災害控制現狀

在環境影響和能源危機的雙從壓力下，國家對能源礦產和公共環境的合理性建設展開了深入部署。在國家頒布的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006一2020年）》中，將環境和地下資源的開發利用作為環境建設的重要課題。在國家的高度重視下，重大自然災害防治與監測、重大安全事故的排查和預警、地質災害的應急處理和預警也成為當地環境科學家們重點研究的難題和技術領域。為實現環境可持續發展，加強國家資源和環境的統一建設，深部巖開采體力學和工程災害控制對國家實現地下資源的可持續發展意義重大。

2.深部開采巖體力學技術分析

2.1TP耦合深部軟演氣體運移規律

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。為了減少軟演深部的變形導致地下煤氣游離變形引發工程災害，利用溫度和壓力產生高壓現象讓游離的氣體能夠被吸附并移除，降低了地質災害。

2.2模擬不對稱深部模型建立

在深部開采中，受到地應力場、巖體結構差異性變化、巖層產狀的不規律變形等影響，會導致常規的對稱支護結構無法對巖層進行有效支撐。這嚴重威脅著開采人員的生命安全。對此，通過軟巖巷道破壞結構效益形成的物理實現模型系統，能夠有效地對巖層內非線線性分布的荷載和巖層結構變化進行控制，方便人員對深部巖層的關鍵部位進行支撐，降低災害發生率。

2.3深部軟巖水理作用功能

在進行煤礦深部開挖時，軟巖吸水膨脹是圍巖發生變形隱患的最主要原因。軟巖中常見的成分如高嶺石、黏土會因為理化反應產生極強的負電性，對地下巖層的水分進行大量吸附。為了降低深部軟巖吸水軟化對開采造成的威脅和影響，通過對軟巖水理作用的系統開發，能夠為對開挖影響預評估，方便之后的解決措施的建立。這對分析軟巖巖層理化性質和泥質巖層融水吸附提供了一定的研究條件。

2.4軟巖爆破技術分析

隨著開采深度的不斷加大，深井高應力水平也隨之遞增。當深度超過一千米時，應力數值甚至能夠達到數十兆帕以上。在此條件下，由于開挖引起的側向會引起軟巖巷道臨空發能量釋放，夾雜著泥塵、砂巖，也會發生巖爆現象，這對開挖造成了巨大的隱患。對此，通過對軟巖爆破技術的研究，能夠預先模擬爆炸環境的特點和造成隱患，降低損失和工程災害。

3.深部工程災害的控制技術分析

在深部開采中，軟巖變形的問題也愈加重要。下文從深部力學應力入手，對深部工程災害控制技術進行了一定分析和探討。

3.1大斷面巷道雙控支護技術

為了降低深部出現大規模斷面造成巖層交匯點嚴重破壞，建議針對巖層巷道交匯相反變形的特點，在兩側加固雙控錨桿，讓中間的巖柱利用自身變形減少巖層大斷面影響。

3.2泵房集群化設計

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

3.3對高溫引起的工程災害控制分析

在進行煤礦開采時候，深部軟巖和其淺部存在很大的高溫差。這會使得深部軟巖巷道施工環境受到影響。因此，深度煤巖溫度分步研究意義重大，通過對深入軟巖的熱害控制和資源技術的分析，能夠實現深部軟巖的控制。隨著我國對溫度影響的不斷研究，研發的HEMS降溫和熱能系統能夠有效實現降溫供風，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恒定支護變形系統

為了降低由于巖體不對稱構造、關鍵部位差異性變形、地應力變化等造成巖體變形影響。針對軟巖巷道的非對稱新變形進行有效的支撐改善。在參數優化和設備改革的背景下，采用恒阻大變形錨桿等手段能夠控制圍巖產生的變形在規定范圍內，降低圍巖變形造成的有害工程災害。在此基礎上，通過加注漿改善圍巖變形造成強度衰弱也能維護巖層整體形成穩定狀態。

4.結語

隨著我國各項經濟的不斷發展，煤礦的需求也將日益見長。作為一個資源差異性大、耗能高的國家。煤礦一直是我國核心主要供能能源。對此，在煤礦資源深度開采的同時，隨之而來的高水壓、高地溫等突發工程災害與自然隱患對國家的發展提出了嚴峻的挑戰。因此，建議國家和企業在進行地下能源開發時，要注重對深部資源的巖體力學的精細化研究，為我國重大災害的預防和防治提供重要的理論指導。

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