深部采矿工程岩爆灾害机理分析与防控对策

摘要：随着矿产资源开采向更深地层延伸，深部采矿工程中岩爆灾害问题日益突出，严重威胁矿山安全生产与人员生命财产安全。岩爆作为一种剧烈的动力灾害，其发生机理复杂，受多种因素交互影响，预测与防控难度大。本文围绕深部采矿条件下岩爆的成因机制进行系统分析，探讨了岩爆孕育演化的力学本质，提出了基于超前探测、能量释放、区域治理等综合措施的防控对策，旨在为深部矿井岩爆灾害的科学预防与应急处置提供参考与借鉴。

关键词：深部采矿；岩爆灾害；防控对策

一、深部采矿工程中岩爆灾害的成因与机理分析

（一）地应力环境变化对岩爆孕育的主导作用

随着开采深度增加，地层中原始地应力水平显著升高，局部区域应力集中效应尤为突出。当矿体周边的地应力超出岩石的极限强度时，岩体内部将出现塑性变形与裂隙扩展现象。伴随采掘扰动，应力重新分布，形成应力集中区与应力释放区的剧烈变化。在应力集中区，能量不断积累，当积累能量超过岩石自身韧性与承载极限时，便引发剧烈破坏释放，即发生岩爆。岩爆发生过程中，能量以微震、声发射乃至碎裂爆破形式释放，造成井巷支护破坏、设备损毁甚至人员伤亡。因此，高地应力环境是深部岩爆灾害孕育与爆发的根本物理背景。

%5）岩体结构特征对岩爆演化过程的影响机制

岩体作为非均质介质，其内部裂隙、节理、夹层等结构面系统对岩爆灾害的孕育与发展具有重要调控作用。完整致密、脆性较高的岩体在高应力作用下，能量积累效应更为显著，岩爆倾向性更强。而裂隙发育、结构松散的岩体则易通过微裂隙扩展逐步耗散能量，岩爆发生概率相对较低。局部岩层的不连续性、结构面组合方式、力学参数差异均会引起应力场局部畸变，形成易爆发的高危区。岩体结构的各向异性特征使得能量释放方向性增强，导致岩爆破坏模式呈现出复杂的空间分布特性。因此，准确掌握岩体结构特征及其力学响应规律，是岩爆灾害精准预测与防控的基础。

%5）开采扰动与采矿方式对岩爆诱发的促进作用

深部采矿过程中，采掘活动对围岩应力场与能量场产生显著扰动。大采高开采、长壁工作面推进、群矿叠加开采等工艺条件，易造成采区围岩应力集中与动力失稳，显著增加岩爆发生风险。急剧开采速度导致应力调整滞后，使局部区域能量迅速积聚且来不及释放，诱发强烈岩爆。同时，顶板控制方式、支护参数选择与施工工艺差异，也影响岩体的能量积累与释放路径。例如，柔性支护不足以约束应力集中区岩石破坏扩展，硬性支护可能加剧能量储存效应。因此，合理优化开采工艺与施工参数，控制扰动强度与范围，是降低岩爆灾害发生概率的重要措施。

二、深部采矿工程岩爆灾害的防控技术与应用路径

（一）基于超前探测与监测的岩爆风险预判技术

深部采矿岩爆灾害防控的首要环节是超前探测与动态监测技术的应用，通过提前识别高应力集中区与异常能量积聚区，实现风险预警。采用地震波速测试、微震监测、声发射定位、瞬变电磁法等手段，可以探测围岩内部微破坏发展态势，评估潜在岩爆区分布特征。微震监测系统能够捕捉到岩体内部微小破裂事件，结合事件频次、能量等级变化，构建动态岩爆孕育模型，实现短期风险预测。通过布设多层次监测网格，形成井下三维应力场演化与破坏趋势实时感知体系。监测数据应实时上传至智能分析平台，利用机器学习算法进行模式识别与趋势预测，自动生成预警信息。建立与监测系统联动的分级预警机制，当预警信号达到设定阈值，自动启动应急响应流程，指导工作面调整作业计划或撤离人员，最大程度降低岩爆灾害造成的损失。

（二）能量释放与应力调控技术的应用优化路径

在识别高风险区域后，主动释放能量与调控围岩应力是降低岩爆灾害发生概率的关键策略。常用的能量释放技术包括定向钻孔卸压、液压劈裂、深孔爆破卸压等。定向钻孔卸压通过在应力集中区布设有规律的卸压孔，削弱局部高应力区承载力，诱导岩体预先发生可控破坏，降低能量积累水平。液压劈裂技术利用高压液体在岩体内部形成新裂缝，调整应力场分布，实现能量定向释放。深孔爆破卸压通过精确控制爆破能量与爆破参数，诱导局部岩体破碎，打破能量储存连续性。支护体系优化也是应力调控的重要手段，采用高强度柔性支护材料与可伸缩性锚杆，吸收部分冲击能量，缓解围岩能量释放冲击效应。通过卸压措施与支护优化协同实施，形成主动控制岩爆风险的多重保障体系，实现从被动防护向主动防控转变，提升矿井整体动力灾害防治水平。

（三）区域综合治理与灾后快速响应机制建设

在深部开采环境中，单点治理往往难以覆盖广泛分布的岩爆风险源，需推行区域综合治理策略，构建多层次、多手段联动的整体防控格局。区域综合治理应基于矿区地质构造、水文地质条件与应力分布特征，系统规划能量调控工程与灾害隔离工程。高风险区域通过构建卸压带、应力屏障带与灾害隔离巷道，实现能量分区隔离与应力梯度调控，降低整体岩爆孕育环境。灾后快速响应机制建设至关重要，应完善岩爆事故应急预案，组建专职应急救援队伍，配备应急通信系统、排险装备与医疗救护设施。应急预案需细化响应流程与职责分工，定期开展模拟演练与实战推演，检验应急处置能力与流程有效性。一旦发生岩爆事故，能够在最短时间内完成灾区封锁、人员救援与次生灾害防控，最大程度降低事故损失与社会影响，全面提升深部矿井抗灾韧性与恢复能力。

（四）智能化防控平台建设与动态管理模式创新

随着信息技术与智能装备的发展，构建智能化岩爆灾害防控平台已成为提升深部采矿安全管理水平的重要方向。平台应集成微震监测、声发射感知、变形监测、地质探查与施工进程等多源数据，构建统一数据采集、处理与分析体系。基于大数据分析、人工智能与数字孪生技术，实时动态模拟矿井应力场与能量场演化过程，预测高风险区域变化趋势。平台应支持自动化预警触发与应急联动，提升灾害响应速度。动态管理模式创新方面，应推行风险分区管理与分级响应机制，根据不同区域、不同阶段岩爆风险等级，动态调整监测密度、能量释放策略与作业强度。引入区块链技术保障数据不可篡改性与追溯性，提升安全管理透明度与公信力。通过建设智能化防控平台与推行动态管理模式，深部采矿岩爆灾害防控将实现从传统经验型管理向数据驱动、智能决策、动态响应的新型管理范式转型，为矿山安全生产提供有力保障。

结束语：深部采矿工程岩爆灾害成因复杂、危害巨大，防控工作必须立足于灾害机理深度解析，构建集超前探测、能量调控、区域治理、智能预警与应急响应为一体的系统防控体系。通过多技术协同应用与管理模式创新，能够有效降低岩爆灾害发生率与损失程度，保障深部矿井的安全、绿色与高效发展，为矿业行业可持续发展提供坚实支撑。

参考文献

崔鹏宇.深部采矿中岩爆的应力调控理论与实践[J].岩石力学与工程学报，2023，42（08）：243-245.

胡坷伦.深部巷道岩爆的动态支护技术研究[J].矿业安全与环保，2023，50（06）：45-52.