·1132· 工程科学学报，第39卷，第8期 耦合损伤机理密不可分.然而，目前深部开采岩体损 击地压进行了分类，并在此基础上介绍了各类型岩爆 伤灾变机理和多维度演化规律的研究主要集中于定性 的定量预测原理与模型.顾金才等]从应力与能量 分析灾变的宏观诱发因素与断裂破坏机制，未能准确 两个方面出发，对抛掷型岩爆机制提出了新的认识，并 揭示深部岩体灾变特征因素（损伤、断裂、流变、渗流 研发了新的针对抛掷型岩爆现象的物理模拟试验装 等)的宏细观内在联系，缺乏对深部开采复杂赋存条 置.王斌等5]从动力学理论角度对岩爆诱发机理及 件下裂隙岩体损伤多重分形分维理论以及损伤-断 其支护原则进行深入剖析，并在此基础上引入新的适 裂-分形耦合动力学特征的研究[3”].此外，现阶段对 应深部岩爆动力学特征的动静组合支护系统.何满潮 于深部裂隙岩体结构面网络模拟表征与多尺度演化机 等[]研发了真三轴非线性力学岩爆模拟试验系统，从 制以及多因素耦合动力作用的模态影响机制认识不 宏一微观以及静-动载等不同角度深入揭示了岩爆的 足，且有关深部复杂地质环境演化与高应力场耦合作 破坏过程与发生机制，并在此基础上提出了岩爆的时 用下的裂隙岩体损伤流变力学模型的研究仍不完善： 间类型、应力与能量判别准则等.刘磊磊等[]提出一 亦未能明确深部岩体在渗流、应力和损伤多因素耦合 种新的基于变权靶心贴近度的工程类比岩爆预测法. 作用下的灾变破坏判据及其耦合互馈机制[0-4] 马春驰等[6]基于颗粒流理论与硬脆特性评价指标体 1.3深部开采动力灾害机理与预报技术研究 系，建立了微观层面颗粒模型，并指出在高低两种围压 岩爆和冲击地压是深部开采诱发的典型动力灾 卸荷条件下岩爆效应具有持续性与爆发性特征.王迎 害，随着开采深度的不断加大，深部岩体赋存环境的多 超等[6]建立了一种基于德尔菲-正态云的综合评价模 因素耦合效应以及采动过程的非线性响应机制使得深 型，将人工智能方法较好地应用在岩爆烈度的分级定 部动力灾害致灾机理更为复杂.据相关资料显 量化预测中.周辉等]从理论分析角度深入揭示了 示[6]：在国外，南非金矿是世界上发生深井岩爆最 结构面的产状、规模、生产环境、力学性质及开挖方式 严重的地区，最大岩爆震级达到ML5.1级：我国发生 对岩爆的作用机制，并提出相应的结构面型岩爆分类 岩爆的矿山比较典型的有辽宁的红透山铜矿、安徽的 方法.张子健等[6]基于岩石室内单轴压缩力学试验 冬瓜山铜矿等金属矿山，冲击地压灾害则主要显现于 与声发射试验，从线弹性能判据角度出发，初步揭示了 鹤岗、胜利等煤矿矿区.因此，未来采矿动力灾害研究 不同岩石的声发射能量累积计数与其岩爆倾向性之间 的工作重点将是深部开采，开展深部开采动力过程的 的规律性关联关系.李莎莎等[]基于能量理论和 机理、监测与预报技术研究具有极其重大的实际工程 P℉CP颗粒流数值模拟技术，从三维建模的角度研究了 和科学理论意义 卸载岩爆的细观力学机理.苏国韶等[6]采用真三轴 Vesela[s]提出了能量集中存储因素和冲击敏感因 压缩试验的方法研究了岩爆过程的声音信号波形、分 素等概念，认为煤岩体的第三主应力是反映能量存储 形以及频谱特征，提出基于声音信号的岩爆预测方法. 的冲击敏感因素.Mutke等[)研究并提出适用于评估 当前，由于关于岩爆或冲击地压等采动动力灾害力学 预测煤矿冲击地压和岩爆灾害的新准则.何满潮 机制的复杂性和多变性，其机理研究的相关成果（如： 等]基于自主设计开发的深部岩爆过程实验系统，从 刚度理论和强度理论等)多半停留在定性和半定量的 岩爆的发生时间、破坏形式、能量释放等方面出发，研 理论分析层面，并且上述理论未能明确岩爆（冲击地 究并揭示了深部开挖卸载作用下岩爆发生机理的时空 压)的动力失稳过程与内外诱发因素（冲击倾向性、岩 效应及其分类特征.苗金丽等[]基于声发射频谱分 体结构面和采动能量聚集)的关系[s-0).关于此类动 析及时频分析，深入揭示了花岗岩岩爆宏观现象的微 力灾害的监测和预报依然缺少成熟的技术，深部岩体 观破坏机制.吴顺川等[]从实际公路工程隧道群岩 开挖过程中能量的“积聚-转移-演化-耗散”过程的随 爆灾变过程的细观力学机制出发，对比研究了室内卸 机性与突发性也导致深部动力灾害的预测与防控难度 载岩爆试验的破坏过程与P℉CD颗粒流数值仿真分析 愈发增大，现行的诸多方法（如：声发射法和电磁辐射 的破裂结果.贾义鹏等]基于粒子群优化算法和能 法等)仍难以实现岩爆以及冲击地压的短期和临震预 量理论，构建了一种岩爆预测的非线性回归神经网络 报[5-56]深部动力灾害研究整体上依然处于被动救灾 模型.尚彦军等54]开展了关于岩爆势综合量化表征 状态，对深部岩体细观破裂演化过程诱发动力灾害的 的多参量经验公式拟合工作，较好地补充完善了岩爆 机制研究仍不完善，也缺乏有效的深部动力灾害超前 的五因素判据.蔡美峰等[]以三山岛金矿为工程背 辨识与精准预报技术[64-o] 景，综合运用室内力学试验、改进套孔深部地应力测 1.4深部开采突水灾害机理与预警技术研究 量、有限差分数值仿真以及地震学与能量积聚理论等， 深部裂隙岩体在地下水长期渗流作用下的变形损 定量地对矿区未来开采扰动诱发岩爆的范围及级别进 伤模式和突水机理不明晰，一方面造成了井下采掘工 行了预测.钱七虎[6]从发生机制的角度对岩爆及冲 作环境恶化和生产设备寿命缩短，另一方面也使得排工程科学学报,第 39 卷,第 8 期 耦合损伤机理密不可分. 然而,目前深部开采岩体损 伤灾变机理和多维度演化规律的研究主要集中于定性 分析灾变的宏观诱发因素与断裂破坏机制,未能准确 揭示深部岩体灾变特征因素(损伤、断裂、流变、渗流 等)的宏细观内在联系,缺乏对深部开采复杂赋存条 件下裂隙岩体损伤多重分形分维理论以及损伤鄄鄄 断 裂鄄鄄分形耦合动力学特征的研究[35鄄鄄37] . 此外,现阶段对 于深部裂隙岩体结构面网络模拟表征与多尺度演化机 制以及多因素耦合动力作用的模态影响机制认识不 足,且有关深部复杂地质环境演化与高应力场耦合作 用下的裂隙岩体损伤流变力学模型的研究仍不完善; 亦未能明确深部岩体在渗流、应力和损伤多因素耦合 作用下的灾变破坏判据及其耦合互馈机制[40鄄鄄42] . 1郾 3 深部开采动力灾害机理与预报技术研究 岩爆和冲击地压是深部开采诱发的典型动力灾 害,随着开采深度的不断加大,深部岩体赋存环境的多 因素耦合效应以及采动过程的非线性响应机制使得深 部 动 力 灾 害 致 灾 机 理 更 为 复 杂. 据 相 关 资 料 显 示[46鄄鄄47] :在国外,南非金矿是世界上发生深井岩爆最 严重的地区,最大岩爆震级达到 ML5郾 1 级;我国发生 岩爆的矿山比较典型的有辽宁的红透山铜矿、安徽的 冬瓜山铜矿等金属矿山,冲击地压灾害则主要显现于 鹤岗、胜利等煤矿矿区. 因此,未来采矿动力灾害研究 的工作重点将是深部开采,开展深部开采动力过程的 机理、监测与预报技术研究具有极其重大的实际工程 和科学理论意义. Vesela [48]提出了能量集中存储因素和冲击敏感因 素等概念,认为煤岩体的第三主应力是反映能量存储 的冲击敏感因素. Mutke 等[49]研究并提出适用于评估 预测煤矿冲击地压和岩爆灾害的新准则. 何满潮 等[50]基于自主设计开发的深部岩爆过程实验系统,从 岩爆的发生时间、破坏形式、能量释放等方面出发,研 究并揭示了深部开挖卸载作用下岩爆发生机理的时空 效应及其分类特征. 苗金丽等[51] 基于声发射频谱分 析及时频分析,深入揭示了花岗岩岩爆宏观现象的微 观破坏机制. 吴顺川等[52] 从实际公路工程隧道群岩 爆灾变过程的细观力学机制出发,对比研究了室内卸 载岩爆试验的破坏过程与 PFC 3D颗粒流数值仿真分析 的破裂结果. 贾义鹏等[53] 基于粒子群优化算法和能 量理论,构建了一种岩爆预测的非线性回归神经网络 模型. 尚彦军等[54] 开展了关于岩爆势综合量化表征 的多参量经验公式拟合工作,较好地补充完善了岩爆 的五因素判据. 蔡美峰等[55] 以三山岛金矿为工程背 景,综合运用室内力学试验、改进套孔深部地应力测 量、有限差分数值仿真以及地震学与能量积聚理论等, 定量地对矿区未来开采扰动诱发岩爆的范围及级别进 行了预测. 钱七虎[56] 从发生机制的角度对岩爆及冲 击地压进行了分类,并在此基础上介绍了各类型岩爆 的定量预测原理与模型. 顾金才等[57] 从应力与能量 两个方面出发,对抛掷型岩爆机制提出了新的认识,并 研发了新的针对抛掷型岩爆现象的物理模拟试验装 置. 王斌等[58] 从动力学理论角度对岩爆诱发机理及 其支护原则进行深入剖析,并在此基础上引入新的适 应深部岩爆动力学特征的动静组合支护系统. 何满潮 等[59]研发了真三轴非线性力学岩爆模拟试验系统,从 宏鄄鄄微观以及静鄄鄄 动载等不同角度深入揭示了岩爆的 破坏过程与发生机制,并在此基础上提出了岩爆的时 间类型、应力与能量判别准则等. 刘磊磊等[60] 提出一 种新的基于变权靶心贴近度的工程类比岩爆预测法. 马春驰等[61]基于颗粒流理论与硬脆特性评价指标体 系,建立了微观层面颗粒模型,并指出在高低两种围压 卸荷条件下岩爆效应具有持续性与爆发性特征. 王迎 超等[62]建立了一种基于德尔菲鄄鄄正态云的综合评价模 型,将人工智能方法较好地应用在岩爆烈度的分级定 量化预测中. 周辉等[63] 从理论分析角度深入揭示了 结构面的产状、规模、生产环境、力学性质及开挖方式 对岩爆的作用机制,并提出相应的结构面型岩爆分类 方法. 张子健等[64] 基于岩石室内单轴压缩力学试验 与声发射试验,从线弹性能判据角度出发,初步揭示了 不同岩石的声发射能量累积计数与其岩爆倾向性之间 的规律性关联关系. 李莎莎等[65] 基于能量理论和 PFC 3D颗粒流数值模拟技术,从三维建模的角度研究了 卸载岩爆的细观力学机理. 苏国韶等[66] 采用真三轴 压缩试验的方法研究了岩爆过程的声音信号波形、分 形以及频谱特征,提出基于声音信号的岩爆预测方法. 当前,由于关于岩爆或冲击地压等采动动力灾害力学 机制的复杂性和多变性,其机理研究的相关成果(如: 刚度理论和强度理论等)多半停留在定性和半定量的 理论分析层面,并且上述理论未能明确岩爆(冲击地 压)的动力失稳过程与内外诱发因素(冲击倾向性、岩 体结构面和采动能量聚集)的关系[48鄄鄄50] . 关于此类动 力灾害的监测和预报依然缺少成熟的技术,深部岩体 开挖过程中能量的“积聚鄄鄄转移鄄鄄演化鄄鄄耗散冶过程的随 机性与突发性也导致深部动力灾害的预测与防控难度 愈发增大,现行的诸多方法(如:声发射法和电磁辐射 法等)仍难以实现岩爆以及冲击地压的短期和临震预 报[55鄄鄄56] . 深部动力灾害研究整体上依然处于被动救灾 状态,对深部岩体细观破裂演化过程诱发动力灾害的 机制研究仍不完善,也缺乏有效的深部动力灾害超前 辨识与精准预报技术[64鄄鄄66] . 1郾 4 深部开采突水灾害机理与预警技术研究 深部裂隙岩体在地下水长期渗流作用下的变形损 伤模式和突水机理不明晰,一方面造成了井下采掘工 作环境恶化和生产设备寿命缩短,另一方面也使得排 ·1132·