深部开采围岩稳定性与岩层控制关键理论和技术

摘要

首先,介绍了地应力对采矿工程荷载作用方式的特殊性,阐述了地应力控制采矿开挖过程和岩层稳定性的力学机理。地应力是采矿开挖前就存在于地层中的天然应力,采矿开挖出现自由空间并引起地应力向自由空间释放,形成“等效释放荷载”,它作用在开挖自由空间的边界上,而不是采矿外边界上。“等效释放荷载”带动周围岩体变形、位移和应力集中,导致围岩和岩层失稳、破坏。这与传统力学理论“外边界加载模式”有本质区别。若将地应力直接加在采矿外边界上,将得出“采矿外边界位移最大、开挖周边位移最小”等一系列错误结果。为此,必须根据采矿设计的开挖形态,将地应力转换成“等效释放荷载”进行计算和分析,才能得到正确的结果。同时,必须认识到地下采矿是多步开挖过程,也就是多次“等效释放荷载”加载过程。岩体是非线性材料,荷载的力学效应具有加载途径性。优化开采布局、开采顺序等可以优化“等效释放荷载”加载途径和力学效应,实现更好的岩层控制效应。最后,提出了地下采矿围岩稳定性与岩层控制的基本原理和方法,指出:支护的根本目的是保护、改善和提高岩体的强度,必须改变把围岩当成一种被动的荷载加以支撑的传统认识;充分发挥围岩自身强度达到采矿工程稳定,是岩石力学最基本的原理。在深部高地应力条件下,为了控制岩层变形和移动,维持采矿工程的稳定,上述原理的指导尤其重要。