深部开采岩体力学研究及其进展

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1、井巷设计优化与施工新技术第五讲深部开采岩体力学研究及其进展深部开采岩体力学研究及其进展湖南工程学院曾宪桃（博士、教授、博士生导师）二零一零年八月1.引言2.国内外研究现状3.深部开采与浅部的区别4.深部开采工程岩体力学特性5.深部开采工程灾害表现形式6.矿井深部开采六个转型7.深部开采十大理论问题8.结语深部开采岩体力学研究及其进展1.引言我国目前已探明的煤炭资源量占世界总量的11.1%石油和天然气仅占总量的2.4%和1.2%煤炭资源埋深在1000m以下的为2.95万亿吨占煤炭资源总量的53%煤矿开采深度以每年8～12m的速度增加东部矿井正以每10年100～2

2、50m的速度发展深部开采岩体力学研究及其进展1.引言己有一批矿山进入深部开采沈阳采屯矿开采深度为1197m开滦赵各庄矿开采深度为1159m徐州张小楼矿开采深度为1100m北票冠山矿开采深度为1059m新汶孙村矿开采深度为1055m北京门头沟开采深度为1008m长广矿开采深度为1000m预计在未来20年进入到1000～1500m深部开采岩体力学研究及其进展1.引言深部开采岩体力学研究及其进展地表年度198019952000201020206001000深度/m15002884285007001200延伸速度10～25m/a图1我国国有重点煤矿平均采深变化趋势年需

3、矿石的缺口越来越大仅铜矿的缺口，“九五”期间就达到了8000万吨/年已探明的45种主要矿产中，到2010年可满足需求的只有21种到2020年将下降为6种2020年预计我国铁矿石需求量为3.71亿吨，其保证度只有62%，铜需求量220万吨，保证度只有57%深部开采岩体力学研究及其进展1.引言俄罗斯的克里沃罗格铁矿区，已有捷尔任斯基、基洛夫、共产国际等8座矿山采准深度达910m，开拓深度到1570m，将来要达到2000～2500m加拿大、美国、澳大利亚的一些有色金属矿山采深亦超过1000m1960年前，西德平均开采深度已经达650m，1987年已将近达900m原苏

4、联在20世纪80年代末就有一半以上产量来自600m以下深部深部开采岩体力学研究及其进展1.引言国外矿产资源的开采已经进入深部开采阶段国外开采超千米深的金属矿山有80多座南非绝大多数金矿的开采深度大都在1000m以下Anglogold有限公司的西部深井金矿，采矿深度达3700mWestDriefovten金矿矿体赋存于地下600m，并一直延伸至6000m以下印度的Kolar金矿区，己有三座金矿采深超2400m，其中钱皮恩里夫金矿共开拓112个阶段，总深3260m深部开采岩体力学研究及其进展1.引言深部开采岩体力学研究及其进展1.引言图2国外矿山开采深度变化情况随

5、着开采深度的不断增加，呈现地质环境更加复杂，地应力增大、涌水量加大、地温升高导致突发性工程灾害和重大恶性事故增加，如矿井冲击地压、瓦斯爆炸、矿压显现加剧、巷道围岩大变形、流变、低温升高等对深部资源的安全高效开采造成了巨大威胁深部开采岩体力学研究及其进展1.引言2国内外研究现状深部开采岩体力学研究及其进展深部开采工程岩石力学主要是指在进行深部资源开采过程中而引发的与巷道工程及采场工程有关的岩石问题目前深部资源开采过程中所产生的岩石力学问题已成为国内外研究的焦点2国内外研究现状1983年，原苏联的权威学者就提出对超过1600m深（煤）矿井开采进行专题研究当时的西德

6、还建立了特大型模拟试验台，专门对1600m深矿井的三维矿压问题进行了模拟试验研究近二十年来，国内外学者在岩爆预测、软岩大变形机制、隧道涌水量预测及岩爆防治措施(改善围岩的物理力学性质、应力解除、及时施作锚喷支护、合理的施工法等)、软岩防治措施(加强稳定掌子面、加强基脚及防止断面挤入、防止开裂的锚、喷、支，分断面开挖等)等各方面进行了深入的研究，取得了很大的成绩。深部开采岩体力学研究及其进展南非政府、大学与工业部门密切配合，从1998年7月开始启动了一个“DeepMine”的研究计划，耗资约合1.38亿美元，旨在解决深部的金矿安全、经济开采所需解决的一些关键问题

7、。加拿大联邦和省政府及采矿工业部门合作开展了为期10年的两个深井研究计划，在微震与岩爆的统计预报方面的计算机模型研究，以及针对岩爆潜在区支护体系和岩爆危险评估等进行了卓有成效的探讨美国Idaho大学、密西根工业大学及西南研究院就此展开了深井开采研究，并与美国国防部合作，就岩爆引发的地震信号和天然地震或化爆与核爆信号的差异与辨别进行了研究深部开采岩体力学研究及其进展2国内外研究现状2.1深部岩石的变形性质(深部岩体的脆–延转化)岩石在不同围压下表现出不同的峰后特性在较低围压下表现为脆性的岩石可以在高围压下转化为延性自vonkarman（1911）首先用大理岩进行

8、不同围压条件下的力学实验以来，人们针对