充分理解“深部”概念是研究深部岩石力学基础理论的必要前提，科学界定“深部”概念是深部开采理论发展与技术实践的重要基础。原岩应力是地下岩体的基本状态，高应力环境和非线性力学响应特征是深部力学状态的显著特征，也是深部开采伴生灾害的主要诱因。深部开采可定义为在高地应力环境和具有非线性力学响应的煤岩体空间实施的采矿活动。但究竟什么是深部，如何定义深部，却始终没有科学的、定量化的表述。2001 年，谢和平院士召集了我国第一个以“深部岩体力学”为主题的香山科学论坛，率先提出深部岩石所处环境的“三高一强”特征(高地应力、高地温、高渗透压、强时效)。随后，深部开采与深部岩体力学研究得到了持续的、广泛的关注，获得了一系列研究成果。随着研究的不断深入，现在普遍认为“深部”不是一个简单的深度概念，而是一种由地应力水平、采动应力状态和围岩属性共同决定的力学状态，可以通过力学分析给出定量化表征。

卸压开采是为减小深部工作面采动应力集中、降低工作面回采过程中发生动力灾害危险、实现工作面安全高效回采的方法。卸压开采后，顶板岩层中出现大范围的破断、移动变形和卸压，工作面回采时能够取得显著的卸压效果。因此，卸压开采技术在实践中得到了应用。卸压开采的主要方法有：开槽卸压、巷旁卸压巷卸压、顶部卸压巷卸压、钻孔卸压、爆破卸压、卸压巷加松动爆破卸压、切缝卸压等。

深部开采的“三高一扰动”对岩石力学特性具有重要影响。其中，高地应力主要受岩体埋藏深度影响。为了降低高地应力的影响，深部工程通常采用卸压开采方式。从岩石力试验角度分析，通常采用卸载围压、改变应力路径等方式进行模拟。另外，深部岩体开挖前处于原岩应力状态下，原岩应力是引起深部工程岩体变形和破坏的重要作用力。在深部开挖过程中，开挖、工程扰动等均会打破埋藏深部岩层中岩体的初始原岩应力平衡状态。同时，在其开挖过程中，深部巷道常会有不同的开挖方式，而其开挖方式的不同在进行岩石力学试验时则表现为对岩石进行不同应力路径的加卸载试验。对岩石进行不同应力路径的加卸载试验可总结为对岩石进行一个或多个方向的卸载，而其他方向的应力或增加或减小或保持不变。在深部巷道开挖后，深部岩层中岩体的应力状态经历复杂的调整过程会重新达到新的平衡。目前国内外矿山相继进入了深部开采阶段。在深部开采过程中，埋深越大，其煤岩体的力学行为将更加复杂。

内容简介

本书主要内容包括深部卸压开采的概念及意义、常规及真三轴条件下深部岩石卸荷力学特性、流-固耦合条件下深部卸荷岩石渗流特性、深部卸荷岩石蠕变力学特性、错层位开采卸压原理及技术等。

本书可供采矿工程、岩土工程、地下工程等相关专业的本科生、研究生、科研人员及工程技术人员借鉴参考。

正文节选

基于前文对深部岩石在“三阶段”加卸载下的力学响应分析，本节进一步对各工况下的深部岩石破坏特征进行深入分析。同时，在进行“三阶段”加卸载应力-渗流耦合力学试验之后，鉴于各深部岩石变形存在一定的记忆效应与自相似性，分别选取了卸载预设围压为13MPa，模拟深度为1000m、1500m、2000m 下的深部岩石进行微米级CT 扫描，获得了工况下的深部岩石微米级CT扫描俯视图、主视图及侧视图，相应工况下的微米级CT 扫描特征图如图2-38～图2-47 所示。

如图2-38 所示，可以发现，试验前深部岩石内部孔隙分布均匀，均质性较好。另外，尽管同一卸载预设围压、不同模拟深度下的深部岩石整体破坏模式均为剪切破坏，但其破坏特征依旧存在一些显著差异。如图2-39～图2-41 所示，模拟深度为1000m 的深部岩石呈现出明显的“Y”形破坏特征，并且在深部岩石中部形成的主裂纹的分叉处存在主裂纹“断路”扩展假象，产生此现象的原因是渗流场冲刷深部岩石内部产生的部分坍塌颗粒缺失而形成颗粒冲蚀裂纹通道，其破坏特征明显不同于单一应力场作用煤岩体形成的“Y”形破坏特征。在成“Y”形裂纹通道的同时，伴随着少量的次生裂纹共生。另外，从图2-39(a)可以发现，模拟深度为1000m 的深部岩石“Y”形破坏形态上端产生了明显的二次次生裂纹，此二次次生裂纹将主裂纹分叉后的分支裂纹进行了连接与贯通。如图2-42～图2-44所示，模拟深度为1500m 的深部岩石亦呈现出了明显的“Y”形破坏特征，并且在深部岩石周边部位形成的主裂纹的分叉处存在主裂纹“断路”扩展假象，产生此现象的原因与模拟深度为1000m 深部岩石相同，亦是由于渗流场冲刷深部岩石内部产生的部分坍塌颗粒而形成颗粒冲蚀裂纹通道，但相比于模拟深度为1000m的深部岩石破坏形态而言，模拟深度为1500m 的深部岩石破坏形态更不明显，其“Y”形破坏形态不是在深部岩石中部起始，而是在深部岩石周边部位衍生的。另外，从图2-42(a)可以发现，模拟深度为1500m 的深部岩石在形成“Y”形破坏形态的同时，其主裂纹周边衍生出了大面积的次生微裂纹。如图2-45～图2-47 所示，模拟深度为2000m 的深部岩石破坏特征与模拟深度为1000m 及1500m 的深部岩石破坏特征存在显著差异，模拟深度为2000m 的深部岩石呈现出明显的单一裂纹主干型破坏特征，并且未产生明显的次生微裂纹。模拟深度为2000m 的深部岩石与模拟深度为1000m及1500m的深部岩石的破坏特征相似之处是其形成的主裂纹的分叉处亦存在主裂纹“断路”扩展假象，产生此现象的原因亦是渗流场冲刷深部岩石内部产生的部分坍塌颗粒而形成颗粒冲蚀裂纹通道。以上不同模拟深度下的深部岩石形成的主裂纹中均存在部分颗粒坍塌缺失特征，这主要是深部岩石受到的外界应力场在起主导贡献作用导致的。

ISBN 978-7-03-071665-1

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