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摘要：近年来，我国对矿产资源的需求不断增加，矿产开采越来越多，岩爆越来越成为地下金属矿山开采过程中难以避免且频繁发生的动力灾害。在对国内外地下金属矿山岩爆发生现状、影响因素、典型特征、类型与等级、孕育发生过程等全面综述的基础上，探讨、分析井巷和采场岩爆的预测与防治技术。
关键词：采矿工程；地下金属矿山；岩爆孕育过程；井巷岩爆
引言
矿井进入深部后，其所处环境复杂多变，往往表现出与浅部开采不同的特点，主要体现在深部开采时存在高地应力等特点。岩爆就是一种深井高地应力下岩体中聚积的弹性变形势能(超过1．0×105J/m3)因开挖扰动在一定条件下突然猛烈释放的动力学灾害现象，表现为岩石的爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷，也称为冲击矿压。研究表明，金属矿产资源的深部开采过程中岩爆的发生是一个复杂的非线性力学过程，受到系统内外多种影响因素的综合作用。由于岩爆的复杂性和突发性，岩爆的预测是深部岩体工程中相关研究者遇到的最棘手的问题之一，国内外还没有形成成熟的理论和方法能够解决岩爆预测问题。
1地下金属矿山岩爆发生现状
目前，我国先后有20余座地下金属矿山已经发生或正在经历岩爆灾害。总结、分析可知，我国发生过岩爆活动的地下金属矿山分布具有以下特点和规律：(1)除少数矿山(金川二矿区、厂坝铅锌矿、崟鑫金矿)外，岩爆矿山主要自东北至西南近海岸线一侧呈“S”型分布；(2)20世纪70年代前共有5座矿山记录曾发生过岩爆活动，但活动地点普遍较浅，基本位于埋深300～600m范围内；(3)近30a来岩爆矿山呈较明显的递增趋势，仅在过去10余年里发生岩爆灾害的矿山达到8座，且近年来岩爆发生的深度大多在800～1000m以上；(4)发生岩爆活动的矿山中，主体采矿方法采用空场法的最多(接近1/2)，其次是充填法和崩落法，可见大规模空场回采容易诱发岩爆灾害的发生。另外需要特别说明的是，尽管采用充填法回采无法消除和完全避免岩爆活动，但在调研中发现充填后的地下矿山回采区域基本没有大规模的岩爆灾害事件发生，显示了充填采矿在岩爆等地压灾害防治方面的优势。除此之外，阿舍勒铜矿、程潮铁矿、湘西金矿、寿王坟铜矿、乳山金矿、东安锑矿、铜绿山铜铁矿等不少矿山在进入或即将进入深部开采时，均进行过岩爆倾向性预测等相关方面的研究工作。
2井巷和采场岩爆预测与防治技术
2.1理论分析预测法
此类方法分析、预测的基础和数据一般来源于预测区域的岩石力学试验成果，根据已有的岩爆理论和学说，从强度、刚度、能量、稳定、断裂、损伤等方面对岩爆现象进行分析，国内外学者先后提出了10多种假设和判据。根据国内外研究成果和各判据指标意义分析可知，目前所提出的岩爆判据总体上包括两大类：①一类是能量判据，此类判据主要采用弹性应变能、弹塑性变形能等指标，其中，最具代表性的有能量比指标判据、弹性能量指数ETW判据、冲击能量指数判据CFW判据、岩石最大储存弹性应变能指标Es等；②另一类是应力–强度判据，此类判据主要采用切向应力、轴向应力、岩石单轴抗压强度、最大主应力等指标，其中，最具代表性的有Russenes判据、Hoek判据、岩石脆性指标判据、陶振宇判据等，我国学者针对交通隧道工程提出的秦岭隧道判据、二郎山公路隧道判据等也属于此类。除此之外，还有一些较重要的判据，如临界深度判据、动态DT法等。由于各判据所考虑的因素和采用的指标不同，导致不同方法的评价结果往往会出现一定甚至较大的差异，为了解决不同判据结果差异性大的问题，采用合适的科学处理方法进行综合预测分析和验证就显得尤为必要。目前常用的处理方法主要包括数学综合处理分析法(如模糊数学理论、灰色理论、人工神经网络、支持向量机、距离判别法等)，模型试验验证法、数值模拟分析验证法(如采用FLAC3D，PFC3D，RFPA等进行模拟验证)等。需要注意的是，不同的判据和理论分析方法具有其最佳适用条件和范围，因此在实际工程应用中，首先可根据各地下金属矿山矿岩和工程实际选择多种适合的方法分别进行判别，然后将多方法计算结果进行综合处理分析，进而得到所需要的理论综合判别结果，且随工程进展情况应不断修正完善。
2.2技术优化
过去对露天矿山边帮进行控制爆破时经常采用较多的孔径与，也就是在主爆与预裂区间设置小于设计孔网的炮孔[1]。如果严格遵循预裂爆破进行设计施工，应先对钻孔的角度予以严格控制。由于浅孔位置的确定不容易掌握，而且深度也很难控制，这是因为它主要由地质构造而决定；在规模较大的爆破中，利用人工进行装药，难以保证最终的装药质量。此外，从成本角度讲，完全按预裂爆破进行设计存在很严重的浪费，难以被施工单位接受。（1）在和边坡线相距1.8~2.0m的位置开缓冲孔，设置在它和边坡表面之间的保护层能起到良好的护坡作用。因保护层可以吸收很多的爆破能量，所以能减小爆破时产生的震动对边坡带来的扰动，经优化以后布置的缓冲孔虽然整体药量比优化前增多，但对边帮带来的破坏却很小，可以很好的满足安全生产要求。（2）优化后的缓冲爆破设计过程中，经起爆之后形成的炮孔壁面不是最后的边坡面，设计边坡和缓冲孔之间存在保护层，因岩体由孔底至孔口抵抗爆破的性能不断减弱，所以在保护层方向上，岩体发生的破坏将由下至上明显减小，在这种情况下，边坡表面角度将小于缓冲孔角度。基于此，当需要形成和边坡表面角度一致的最后边坡时，可以对经优化的缓冲孔进行增加一定倾角，即从70°增加到80°，减小钻孔及装药过程的难度，并确保钻孔的底部可以达到设计要求的位置。（3）通过对不同装药结构的使用，能极大的方便实际操作。对于人工单独装药，具有操作简便，孔中炸药的分布保持均匀等优势；对于组合装药，它能增加孔中的装药量，现在孔底装填直径为110mm的药卷，以此避免产生底盘夹制，防止根底；在上部装填直径为70mm的药卷，以此保证不耦合系数，能有效减少爆炸后破碎带等部分的形成。另外，以上两者都具有保证边坡稳定性的功能，并使坡比度满足设计要求。
结束语
综上所述，我国作为世界范围内岩爆灾害频发的主要国家之一，目前已有20余座地下金属矿山已发生或正在经历岩爆灾害，其分布主要位于自东北至西南近海岸线的地区，且近30a来发生岩爆的矿山数量呈递增趋势，持续、深入的岩爆理论与实践研究对于我国地下金属矿山安全开采具有重大而深远的意义。影响地下金属矿山岩爆发生因素包括内在决定因素、外在诱发因素和加剧因素3类，这三类因素既相互独立又相互影响。依靠“直观判别+定量分析”可判断岩爆基本类型和等级。充填采矿法是应对深井开采岩爆等地压灾害的首选采矿方法，开展充填开采岩爆理论与实践研究对于深井矿山安全生产具有重要价值。地下金属矿山采场岩爆相关理论与防治技术尚处于研究探索阶段，开展深入的有针对性的采场岩爆孕育发生机制和防治技术研究，将是地下金属矿山开采领域需要重点研究的内容之一。
参考文献
[1]李果，周承京，张勇，等.地下工程岩爆研究现状综述[J].水利水电科技进展，2013，33(3)：77–83.
[2]古德生，李夕兵.有色金属深井采矿研究现状与科学前沿[J].矿业研究与开发，2003，23(增1)：1–5.
[3]何满潮，谢和平，彭苏萍，等.深部开采岩体力学研究[J].岩石力学与工程学报，2005，24(16)：2803–2813.