动态扰动诱发岩爆的机理及预报方法研究

岩爆是一种极为复杂的动力失稳现象，迄今为止，岩爆机理研究尚未取得重大突破，也无法准确地预测岩爆。本研究选择会泽铅锌矿深部矿床为研究对象，采用实验研究、矿山微震活动性监测与整体矿山应力场数值分析相结合方法，系统研究动态扰动条件下岩体内裂纹形成、扩展、贯通的演化规律，分析岩体细观结构特征、内部组分与岩爆的关系，通过应力场的演化解读微震活动性，探求开挖过程中应力积累、应力阴影和应力迁移的变化规律与岩爆形成过程中微震活动性的关系，寻求矿山微震活动性、背景应力场演化与动态扰动之间的联系，查明动态扰动诱发深部巷道发生岩爆的过程，揭示动态扰动诱发微破裂导致岩爆的机理，建立以微震现场监测为主、以背景应力场分析为辅的矿山岩爆预测预报新方法。该项研究不仅可以深入揭示岩爆的本质，认清动态扰动诱发岩爆的机理，详细分析岩爆发生条件和发展进程，还可以为现场岩爆预测提供理论依据。

通过室内实验，研究岩体的变形破坏特征和声发射规律。研究表明：岩爆倾向性较强岩体的声发射信号在峰值应力前保持较低释放率，而在岩样破坏前有一个快速释放过程，峰值应力后声发射信号均急剧减少；而岩爆倾向性较弱的岩体，声发射出现较早，声发射没有突变性。岩爆倾向性强的岩体在破坏之前，声发射存在一定的相对平静期。应用会泽铅锌矿已建立并运行的微震监测和数据采集系统，实现对矿山的微震活动性及其岩爆进行连续监测，获取大量的微震活动时空数字化记录。利用大型数值软件，建立矿区的三维地质力学模型，获得矿山整体的背景应力场分布，叠加三维空间的微震分布信息，分析了矿山微震活动性、背景应力场演化与开采活动之间的关系，建立了以“微震现场监测”为主、“应力场数值模拟”为辅的岩爆预测预报新方法。. 采用基于SHPB的动静组合加载系统，研究岩石的力学特性与破坏机理。试验结果表明：围压一定时，白云岩的抗压强度随轴向静压增大呈现出先增加后降低的趋势；轴压一定时，白云岩抗压强度随着围压的增大而增大。不同围压下，岩体变形模量随着轴压的增大而减小；当轴压一定时，随围压的增加而增大。加载过程中轴向静压对岩体内部的裂纹起催生作用，弱化微元体的承载能力；而围压能抑制裂纹的萌生和扩展，强化岩体的承载能力。岩石在弹性阶段积聚了大量的弹性能，受动态冲击载荷作用，岩样内部的裂纹萌生、扩展，弹性能会突然释放出来，岩体失稳形成岩爆。分析了岩体结构、内部组分与岩爆的关系，研究结果表明：有机显微组分的力学性质、含量及分布决定了岩体的物理力学性质；显微硬度和显微脆度均较大的岩体较易发生岩爆；在显微组分分布简单且原生损伤越小的情况下，岩爆倾向性越小；反之，则越大。