深部软岩工程的研究进展与挑战

　　摘要：随着开采深度的增加，地应力增大、涌水量加大、地温升高等深部地质环境愈加复杂，深部工程灾害日益严重，深部软岩工程灾害尤其严重，给深部软岩工程问题研究提出了严峻的挑战。以深部的科学定义为基础，从深部软岩吸水软化机理、深部含结构面软岩非对称大变形机理、深部软岩岩爆机理、高温高湿环境引起深部岩体软化大变形机理等方面论述了深部软岩工程变形破坏机理、试验方法和装备方面的研究进展，总结了深部软岩大变形设计方法和控制技术，以及以恒阻大变形锚杆为主体的深部软岩大变形控制新材料的研究进展，并提出了深部软岩工程未来面临的主要挑战。

　　关键词：深部；软岩工程；研究进展；挑战

　　随着经济建设的高速发展，全球范围内浅部资源日益短缺，资源开采必然转向深部。深部工程由于地应力增大、涌水量加大、地温升高等深部地质环境愈加复杂，地下突发性工程灾害日益严重，给深部软岩工程问题研究提出了严峻的挑战［１－４］。一方面，相当一部分矿井由浅部的硬岩矿井转型为深部软岩矿井，软岩支护问题十分严重；另一方面，深部能源开发引发的岩爆、冲击地压、瓦斯爆炸、突水、高温热害等重大工程灾害在我国时有发生，深部软岩工程灾害控制问题已成为关系到国家财产和人民生命安全的重大问题，也是国内外岩石力学与地下工程领域研究的焦点问题。近年来，在深部资源开采过程中，由于冲击压、瓦斯爆炸、矿井突水等工程灾害造成的重大安全生产事故在我国频繁发生，造成了巨大的生命、财产损失。其根本原因在于浅部工程中形成的理论、设计和技术体系进入到深部状态已经部分或严重失效。深部岩体力学的基础理论与工程灾害控制技术正面临着前所未有的一系列特殊的、富有挑战性的新课题。本文系统总结了深部软岩工程理论、实验装备与技术方面的研究进展，提出了深部软岩工程将面临的挑战。

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　　１深部的科学定义

　　目前，国内外岩石力学与采矿界在“深部”、“深部工程”的界定上还没有统一的划分标准，在一定程度上影响了该领域理论与技术研究的发展及交流。因此，针对深部工程岩体所处的特殊地质力学环境及其出现的科学现象，对深部的概念、分类体系及其评价指标进行科学定义，是推动深部岩体力学基础理论研究的当务之急。

　　２深部软岩工程变形破坏机理研究进展

　　针对深部软岩工程的大变形破坏问题，笔者所在的中国矿业大学（北京）深部岩土力学与地下工程国家重点实验室建立了一系列功能完备的、具有自主知识产权的实验装备系统，对深部软岩大变形破坏机理进行了系统的研究，取得了一系列创新性研究成果。

　　３深部软岩工程控制对策研究进展

　　从深部地应力场测试分析入手，以软岩大变形机理为突破点，提出了深部软岩工程非线性大变形设计方法，以此为基础，建立了在关键部位加强支护的软岩巷道非对称大变形控制设计方法，提出了“大断面、预留量、恒阻大变形锚杆、多次加压注浆”的大变形软岩巷道支护理念，并开发了适合于大断面岩巷、大断面交叉点、硐室群和控制底臌等深部开挖大变形控制专利支护技术，研发了适应于深部软岩工程大变形特点的具有负泊松效应的“恒阻大变形锚杆（索）”新型支护材料，并在实际工程中进行了成功应用，解决了现场工程技术难题。

　　４深部软岩工程面临的挑战

　　虽然深部软岩工程变形机理和灾害控制研究在理论上有深化、技术上有突破、工程上有验证、实验室建设有进展。但随着研究的深入，更深层次的深部科学问题被揭示出来，因此，下一步研究将重点开展以下几个方面的研究：

　　（１）深部软岩吸水强度衰减规律及其大变形破坏机理；

　　（２）深部软岩高应力场条件下的支护荷载力学模型及其变化机理；

　　结语

　　通过对我国深部软岩工程研究现状的深入分析，系统总结了深部的定义及评价指标，深部软岩变形破坏机理和实验装备方面的研究进展。总结了深部软岩工程非线性大变形的设计方法和控制对策，以及以恒阻大变形锚杆为主体的大变形控制新材料等方面的研究进展，提出了深部软岩工程面临的主要挑战。

　　参考文献：

　　［１］ＨｅＭａｎｃｈａｏ．ＲｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄｈａｚａｒｄｃｏｎｔｒｏｌｉｎｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎＣｈｉｎａ［Ａ］．ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓｉｎＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＣｏｎ－ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＩＳＲＭＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍ２００６［Ｃ］．ＴｈｅＷｏｒｌｄＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇ，２００６：２９－４６．

　　［２］何满潮，谢和平，彭苏萍，等．深部开采岩体力学研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００５，２４（１６）：２８０３－２８１３．ＨｅＭａｎｃｈａｏ，ＸｉｅＨｅｐｉｎｇ，ＰｅｎｇＳｕｐｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｒｏｃｋｍｅ－ｃｈａｎｉｃｓｉｎｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００５，２４（１６）：２８０３－２８１３．

　　［３］何满潮．深部的概念体系及工程评价指标［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００５，２４（１６）：２８５４－２８５８．ＨｅＭａｎｃｈａｏ．Ｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｅｓｆｏｒｄｅｅｐｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉ－ｎｅｅｒｉｎｇ，２００５，２４（１６）：２８５４－２８５８．

　　何满潮

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