,1496. 北京科技大学学报 第31卷 (h 比例尺200 尺2000 028x1伊-0191伊0490000100网10 0567xo-04w.1D-010*0-02x1005w.D 0213￥10P -0i04x10f0s00.10 0115x10 0224x100 -0503x10㎡ -037510m -024610y-01110 010210 图5一500m水平矿岩主应力分布云图·(a)o分布图：(b)3分布图 Fig-5 Principal stress distribution of ore and rock at-500m level:(a)distribution of :(b)distribution of 开采活动的影响越来越小，深部岩层地应力场基本 6矿区岩体能量分析与岩爆预测 近似于原岩地应力场，能量值只与岩层深度有关， 岩爆发生的充分必要条件，除了岩石本身具备 运用绘图软件对有限元分析结果进行处理，再 贮存大量弹性能的性质外，还必须具备产生高应力 结合程潮铁矿一500m中断运输大巷图，得到 或造成能量积累的环境.根据有限元计算结果，可 一500m水平岩爆倾向区的弹性能分布，如图6所 获得深部开采后，围岩内弹性应变能的分布特征和 示，从图可知，该水平岩爆可能发生地点比较集中， 大小 一般矿岩接触带附近发生岩爆可能性比较大，西区 岩体弹性应变能的计算公式[0按下式进行： 位于W25~W43线，东区主要位于W0~W7线. We=(1e1+22十33)/2 (1) 57100 比例尺1200 式中，1、1、2、2、3和3分别为岩体单元内 o矿体 的主应力和主应变，国内外已有研究和现场监测表 56700 明，当岩体内部弹性能达到或超过1.00×10Jm-3 时，将发生岩爆和冲击地压山】.通过数值模拟，可 56300 以得到一430m水平开采后矿区主要水平（中段高 70m)最大弹性应变能值，见表4. 55900 表4各水平最大弹性应变能 Table 4 Maximum elastic strain energy at each level 558308670871075008790030w70 各水平标高/m一430 -500-533 -568 -640 能量值/(km-3)94.5119.1106.1112.4117.4 图6一500m水平岩燥倾向区的弹性能分布(105Jm-3) Fig-6 Energy distribution in rockburst area at-500m level (10 计算结果还表明，程潮铁矿一500m水平高应 Jm-3) 力区矿岩体内积聚弹性能值主要位于(0.94~ 1.20)×10Jm3,一500m水平以下局部矿岩的最 7结论 大弹性应变能均超过了1.00×10Jm-3这一临界 (1)将RMR与Q系统分类方法综合考虑，对 值.因而，程潮铁矿一500m水平以下深部开采时， 深部矿岩稳定性进行评价，优劣互补，更加真实地对 有发生岩爆和岩石弹射的很大可能性， 程潮铁矿深部围岩质量进行描述，有利于深井开拓 一500m岩爆区弹性应变能值明显比其他水平 和深部开采工作的顺利进行， 高，说明该水平受上部采动影响强烈，压应力高度集 (2)通过开展工程地质调查与矿岩体质量稳定 中.尽管一430m水平也受到上部采空区或松散覆 性的评估以及三维有限元的模拟分析可知，由于矿 盖层影响，但其岩层深度较浅，岩体强度低，所以矿 区深部水平构造应力强烈，矿体顶、底板主要围 岩能量较小.一533m水平由于受到上部影响小，因 岩一花岗岩和闪长玢岩质量等级较高（达到Ⅱ类 而其能量也会减小，但是高于一430m水平能量值. 岩体标准)，岩石完整性较好(RQD值大于60%)， 一533m水平以下矿岩能量最大值逐渐递增，这主 而且受采动扰动影响深部矿岩孕育较大弹性应变能 要是随着垂直深度增加，矿岩的地应力环境受上部 量（大于岩爆临界值1.0×10Jm3),所以程潮铁图5 －500m 水平矿岩主应力分布云图．（a） σ1 分布图；（b） σ3 分布图 Fig．5 Principal stress distribution of ore and rock at －500m level：（a） distribution of σ1；（b） distribution of σ3 6 矿区岩体能量分析与岩爆预测 岩爆发生的充分必要条件‚除了岩石本身具备 贮存大量弹性能的性质外‚还必须具备产生高应力 或造成能量积累的环境．根据有限元计算结果‚可 获得深部开采后‚围岩内弹性应变能的分布特征和 大小． 岩体弹性应变能的计算公式［9－10］按下式进行： We＝（σ1ε1＋σ2ε2＋σ3ε3）／2 （1） 式中‚σ1、ε1、σ2、ε2、σ3 和ε3 分别为岩体单元内 的主应力和主应变．国内外已有研究和现场监测表 明‚当岩体内部弹性能达到或超过1∙00×105J·m －3 时‚将发生岩爆和冲击地压［11］．通过数值模拟‚可 以得到－430m 水平开采后矿区主要水平（中段高 70m）最大弹性应变能值‚见表4． 表4 各水平最大弹性应变能 Table4 Maximum elastic strain energy at each level 各水平标高／m －430 －500 －533 －568 －640 能量值／（kJ·m －3） 94∙5 119∙1 106∙1 112∙4 117∙4 计算结果还表明‚程潮铁矿－500m 水平高应 力区矿 岩 体 内 积 聚 弹 性 能 值 主 要 位 于 （0∙94～ 1∙20）×105 J·m －3‚－500m 水平以下局部矿岩的最 大弹性应变能均超过了1∙00×105 J·m －3这一临界 值．因而‚程潮铁矿－500m 水平以下深部开采时‚ 有发生岩爆和岩石弹射的很大可能性． －500m 岩爆区弹性应变能值明显比其他水平 高‚说明该水平受上部采动影响强烈‚压应力高度集 中．尽管－430m 水平也受到上部采空区或松散覆 盖层影响‚但其岩层深度较浅‚岩体强度低‚所以矿 岩能量较小．－533m 水平由于受到上部影响小‚因 而其能量也会减小‚但是高于－430m 水平能量值． －533m 水平以下矿岩能量最大值逐渐递增‚这主 要是随着垂直深度增加‚矿岩的地应力环境受上部 开采活动的影响越来越小‚深部岩层地应力场基本 近似于原岩地应力场‚能量值只与岩层深度有关． 运用绘图软件对有限元分析结果进行处理‚再 结合程潮 铁 矿 －500m 中 断 运 输 大 巷 图‚得 到 －500m水平岩爆倾向区的弹性能分布‚如图6所 示．从图可知‚该水平岩爆可能发生地点比较集中‚ 一般矿岩接触带附近发生岩爆可能性比较大‚西区 位于 W25～W43线‚东区主要位于 W0～W7线． 图6 －500m 水平岩爆倾向区的弹性能分布（105J·m －3） Fig．6 Energy distribution in rockburst area at －500m level （105 J·m －3） 7 结论 （1） 将 RMR 与 Q 系统分类方法综合考虑‚对 深部矿岩稳定性进行评价‚优劣互补‚更加真实地对 程潮铁矿深部围岩质量进行描述‚有利于深井开拓 和深部开采工作的顺利进行． （2） 通过开展工程地质调查与矿岩体质量稳定 性的评估以及三维有限元的模拟分析可知‚由于矿 区深部水平构造应力强烈‚矿体顶、底板主要围 岩———花岗岩和闪长玢岩质量等级较高（达到Ⅱ类 岩体标准）‚岩石完整性较好（RQD 值大于60％）‚ 而且受采动扰动影响深部矿岩孕育较大弹性应变能 量（大于岩爆临界值1∙0×105 J·m －3）‚所以程潮铁 ·1496· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷