应变岩爆 | 易于岩爆岩石性质的三维预测

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1 引言

本文概述了西澳大学Phillip Dight【采矿边坡稳定性---未来的边坡(Slopes of the Future)】最新发布的研究报告《(2022) Rock Properties to Predict Rockburst Vulnerability in Three Dimensions. 93p.》，核心的研究对象是应变岩爆(strainburst)，这也是本公共号长期讨论的问题【深部矿井稳定和诱发地震(Deep Mine Stability and Induced Seismicity)；应变岩爆和断层滑移岩爆(Rock Burst Hazard)】。

2 项目概述

岩爆现象【岩爆预测文献回顾(Prediction of Rock Burst) (5) [2006-2008]】导致了地下采矿的安全成本不断增加，对深部矿产资源的未来开发构成了重大威胁。该项目的目标是在三维空间中研究岩石特性，以便提前预警应变爆发的可能性，从而更好地理解岩爆事件的发生情况并管理相关风险。研究结果初步表明，与岩石性质和应力条件相关的应变岩爆倾向性，为采矿地层支护系统设计提供了新的方法。这是岩石力学领域的独特方法，在全球范围内首次实施，现在需要进一步使用机器学习来识别其趋势。

所有岩石性质信息都可以从早期的定向钻探中获得，这是目前最先进技术的重大进展，这项工作对于矿业公司的战略规划非常有价值且具有成本效益，因为在采矿之前了解地层条件可以在规划阶段发现问题时制定替代解决方案。应力测定使用变形速率分析(DRA，Deformation Rate Analysis)方法，该方法不同于其他任何技术，是一种直接测量方法，不依赖于弹性行为的假设。由于DRA测试是在亚芯上进行的，因此可以使用相同的亚芯获得其它三维岩石物理力学参数，这是一种颠覆性的测量方法。

在运营过程中，当遇到应变岩爆问题时，修复和地层支护的变更将成为战术应对问题：确定修复措施、条件爆破、额外地层支护以及如何保证采矿安全。该项目提出了一种新的测试锚杆数据的方法。该项目进行的测试工作表明，应变岩爆中的岩石破裂通常发生在最小开孔尺寸的0.1倍的距离内，这意味着这种伸展性破裂及其引起的体积膨胀发生在动态锚杆的灌浆部分，并导致岩石从锚杆周围解体。该项目提出了可能会带来立即效益的替代方法。这些建议易于实施，对操作人员具有价值。

实验室研究指出，监测应变岩爆的关键要素之一是使用声发射(AE, Acoustic Emission)和光纤技术进行锚杆变形监测，以便定位敏感性的裂缝。因为测试结果提供了三维岩石特性，而不是常规假定的各向同性特性，所以这些测试还将革新采矿过程中的数值模拟方法，从而为设计提供更可靠的工程方法。

该项目对矿业的最终好处是导致减少由于岩爆而关闭的矿山数量，并有助于确定减少岩爆后果的方法，特别是设计更合适的支护系统，这将有助于未来使深部矿井更安全、更可持续地发展。

3 参考

[1] (2017) Ground control in strainbursting ground - A critical review and path forward on design principles【AusRock 2022---第6届澳大利亚采矿地层控制大会(Ground Control in Mining)】

[2] (2019) Rock support in strainburst-prone ground【岩石锚杆锚固节理化岩体产生的楔形效应】

[3] (2022) Abutment Loading in Cave Mines with Massive Brittle Rock – Understanding the Strainburst Hazard【岩石开挖的脆性破坏 (Brittle Failure in Excavations)】

[4] (2022) A novel structural model for strainburst hazard considering the surrounding rock burst volume interaction and its use to obtain a strength criterion for strainbursts【离散断裂网络(DFN)[P4]: 创建一个合成岩体SRM】

[5] (2022) Strainburst hazard assessment methodology and case studies【[最新文献]新的Cadanav方法论---基于三维轨迹模拟的落石危险区域划分[11/6/2020]】

[6] (2022) Abutment loading in deep cave mines towards understanding susceptibility to strainbursts【块体崩落采矿的岩石破碎评估方法(fragmentation assessment)】

[7] (2023) Comparison of constitutive models for numerical modeling of strainburst assessment【第62届朗金讲座 | Lidija Zdravkovic教授---岩土工程中的数值方法】

来源：计算岩土力学