Page 42 - 矿山地质灾害与环境治理

第二章 常见矿山地质灾害

害和破坏；岩爆在大范围内产生影响，但并未造成局部区域损害；岩爆发生在离采场和掘

进工作面一定距离之外，但也会在局部范围内产生严重损害。第一种类型显然与采掘活动
有十分密切的关系，第二种类型是由于大范围矿震引起的，第三种类型与断层活动有关。
根据相关的统计资料，岩爆多发生在强度高、厚度大的坚硬岩（煤）层中，对含煤地

层而言，岩爆发生的典型条件是顶底板含有较厚的砂岩。
一般认为岩爆的主要影响因素包括煤层顶底板条件、原岩应力、埋深、煤层物理
力学特性、厚度及倾角等。至于岩爆与采深的关系，尽管在极浅的硬煤层中（深度小于

100m，有的甚至在 30 ～ 50 m）也有发生岩爆的记载，但目前的统计资料仍显示随着开采
深度的增加，岩爆的发生次数及强度也会随之上升，南非金矿的统计数据甚至表明，岩爆
次数与采深之间存在十分明显的线性关系。

南非金矿过去几十年的开采实践表明，深部开采过程中岩爆的产生是有一定规律的，
总结起来，主要有 3 点规律：岩爆的产生与岩层的剪切破坏有关，尤其是岩层沿预先存在

的不连续面产生滑移占主导地位；岩爆多发生在采掘活动频繁的区域，统计表明，深部开
采大部分岩爆都发生在工作面附近 100 ～ 200m；深部开采岩爆的发生具有一定的随机性，
因此岩爆的预测预报只能建立在统计观点基础上，而准确预报岩爆发生的时间与地点几乎

是不可能的。但有一点是可以肯定的，即当一些不利因素如开采空间大、支承压力高、断
层发育等同时出现时，产生岩爆的概率会大大增加。因此，在此基础上发展的岩石力学模

型对于预测岩爆的发生是十分有帮助的。
采深增加引起岩爆危险性增大的机理十分复杂，从开采环境看，采深的增加会导致煤
层顶底板压力的增大，尤其是开采空间附近顶底板移近量的急剧增大，对煤层的夹持作用

更加明显，十分有利于煤岩中弹性能的聚焦；并且煤层自身的物理力学性能也会发生明显
的改变，由浅部的脆性状态转化为深部的类黏性材料，十分容易由煤岩体的流变过程演化
为岩爆，例如，南非金矿的深部开采中，即使是非常坚硬的岩石因受到采掘影响而向新的

平衡态的转移过程也不是瞬间完成的，而是一个随时间演化的过程。近年一些研究人员已
开始关注这一现象。他们发现在深部开采中，坚硬岩层也具有十分明显的时间效应现象，
而一旦将这种岩石样本在实验室进行实验，却几乎观测不到时间效应现象或流变速率十分

低，实验室的实验结果与现场观测结果之间的差异十分明显，无法解释现场观测到的十分
明显的时效现象。

深部开采中，不仅岩爆的发生与岩层的运动速率存在十分明显的关系，且岩爆的强度
与震级也与岩层的运动速率有关。有关目前预报岩爆的重要参数就是岩层的位移和运动速
率。另外，深部开采引起的开采沉陷极可能成为岩爆的诱因，同时地质结构面（弱面）的

活化也可能导致岩爆，地质构造面附近的应力重新分布甚至有可能导致一系列的前震，因
此深部矿井岩爆的空间分布和时间分布都十分复杂，且岩爆事件组成的时间序列很有可能

不符合正态分布。
35