中石化江钻石油机械有限公司430223
摘要：随着浅部资源的日益减少，进入深部开采已成为国内外矿产资源开采的必然趋势。深部“三高一扰动”的复杂力学环境，使得深部岩体力学特性及其工程响应有着明显的不同，同时也在造成了岩爆、突水、顶板大面积来压和采空区失稳等灾害性事故在程度上加剧，频度上提高，成灾机理更加复杂。因此，正确认识深部开采工程岩行力学与浅部开采岩石力学的区别，深入研究深部开采条件下的岩体力学特性、工程稳定性控制理论及其设计方法，对于避免深部资源开采中的重大事故发生，降低深部开采的成本，提高经济效益，保证21世纪我国主体能源的后备储量，具有重要的理论指导意义和现实意义。
关键词：深部开采；岩石力学；现状；展望
深部开采岩石力学，主要是指在进行深部资源开采过程中引发的与巷道工程及采场工程有关的岩石力学问题。目前，对能源的需求逐步增加，开采强度也不断加大，这些都造成了浅部资源的日益减少，因而国内外的矿山都相继进入深部资源开采状态。而开采深度的不断增加，工程灾害也随之增多，这对深部资源安全高效的开采造成了巨大威胁。
1.深部开采岩体的力学特点
1.1开采环境深部开采和浅部开采最明显的区别在于深部岩石所处的特殊环境，也就是“三高一扰动”的复杂力学环境。“三高”主要是指高地温、高地应力和高岩溶水压。“一扰动”主要是指强烈的开采扰动。当进入深部开采后，岩体呈现塑性状态，即由各向不等压的原岩应力引起的压、剪应力超过岩石的强度，并且对岩石造成破坏。
1.2力学行为特性深部岩石的“三高一扰动”复杂环境，对深部岩体的组织结构、基本行为特征和工程响应产生根本性的影响。主要表现在深部岩体动力响应的突变性，深部岩体应力场的复杂性，深部岩体的大变形和强流变性，深部岩体的脆性一延性转化，深部岩体开挖岩溶突水的瞬时性等五个方面。
2深部开采工作今后研究重点
2.1强度确定
在浅部开采条件下，由于所处的地应力水平比较低，其工程岩体强度一般采用岩块的强度即可，即在实验室对岩块迸行加载直至破坏所确定的强度。而在深部开采条件下，由于地应力水平比较高，工程开挖后，工程岩体在高围压作用下，一个或两个方向上应力状态的改变所表现出的强度变化，并不是简单的表现在受拉或受压，而是复杂的拉压复合状态，即径向产生卸载，而切向产生加载，因此，其工程岩体强度就不能简单的用岩块强度来确定，必须建立符合深部开采特点的工程岩体拉压复合强度确定理论。
2.2稳定性控制理论
在浅部开采条件下，由于所处的地应力水平比较低，工程开挖后，围岩一般不会产生破坏，因此，采用一次支护即可实现工程的稳定性。而深部开采条件下，工程开挖后，在高于工程围岩强度的围压作用下，工程围岩就会产生破坏，此时采用简单的一次支护就不能满足工程稳定性要求，必须采用二次支护或多次支护才能实现工程的稳定性。因此，由浅部建立起来的稳定性控制理论已不再适合，必须建立适合深部开采工程的二次（支护）稳定性控制理论。
2.3设计理论
在浅部开采条件下，由于工程围岩所处的力学环境比较简单，因此，在进行稳定性控制设计时，采用传统的线性设计理论即可奏效。而深部开采环动与地表沉陷的动态影响，是控制深都开采对地表环境下，由于工程围岩所表现出的非线性力学特性，环境影响最小化的关键。使得在进行稳定性控制设计时，就不能简单的采用一次线性设计，而必须考虑采用二次以至更复杂的厚煤层综放开采使我国具有知识产权的、具有多次作线性大变形力学稳定性控制设计理论。
3今后研究重点
随着我国国民经济的提高和科学技术的发展，在复杂地质条件下一些长深铁路、公路隧道的修建，有了许多深部开采事故的预防应用，并由此发展了先进的科学技术和理论。我们认为对岩石力学问题，今后主要研究方向应集中在对深部岩石力学基本特性、深部开采工程稳定性控制、深部开采地表环境损伤控制和深部厚煤层综放开采基础理论研究等方面。
3.1深部岩石力学基本特性研究
深部“三高一扰动”的复杂环境，使深部岩体的组织结构、基本行为特征和工程响应均发生根本性变化，也是导致深部开采中灾变事故出现多发性和突发性的根本原因所在。因此，深部岩体长期处于“二高”环境下，由于采掘扰动所表现出的特殊力学行为是深部资源开采所面临的核心科学问题。其中，深部高应力场成因及多个应力场的耦合作用状态研究、深部复杂应力状态下岩体拉压复合强度确定方法及其灾变机理将是今后研究的重点。
3.2深部开采工程稳定性研究
与一般地表工程不允许进入塑性破坏状态不同，深部开采工程稳定性问题是研究开采围岩破坏后与支护系统相互作用达到二次稳定的复杂力学问题，包括深部矿层采动引起顶板破断后，采场局部顶板结构与支架相互作用，达到二次稳定的作用机理以及与采场相配套的巷道围岩产生塑性大变形后与支护体系相互作用达到二次稳定的作用机理。同时，由于深部采动条件下工作面回采所形成的采动应力场与巷道掘进形成的开挖应力场相互耦合叠加，形成了复杂的三维应力场，其采动应力分布及其与回采空间多维、动态的时空规律以及支承压力区范围及峰值应力等也将产生很大变化，因此，应在深入分析深部采场及巷道围岩采动应力时空分布规律的基础上，结合深部岩体非线性力学特性的研究，探讨深部开采采场及巷道一体化稳定性非线性力学控制对策。
3.3深部开采与地表环境损伤控制对策研究
深部条件下，由于岩体的结构、力学特性及破碎断裂规律都将发生较大变化，因此，采动过程中岩体的变形、破断、移动规律也会产生明显的不同。如何建立描述深部采动覆岩变形—破断一移动全过程的结构运动力学模型，分析其结构运动全过程对采场矿压、巷道矿压、岩层内部裂隙分布、岩层移动与地表沉陷的动态影响，是控制深都开采对地表境下，由于工程围岩所表现出的非线性力学特性，环境影响最小化的关键。
3.4深部厚煤层综放开采基础理论研究
厚煤层综放开采使我国具有知识产权的、具有多次作线性大变形力学稳定性控制设计理论。国际领先水平的技术。在深部“三高一扰动”复杂环境下，工程岩体基本力学特性研究的基础上，如何确定深部厚煤层的可放性，是采用综放开采技术的关键。同时，在深部厚煤层综放开采采场及巷道应力分布时空规律以及深部开采条件下的复合应力作用放煤机理研究的基础上，如何建立适合厚煤层综放开采模型、确定最佳工程参数，将是综放开采技术应用于深部资源开采的基础。
4结语
深部煤炭资源（1000一1500m）是21世纪我国主体能源的后备储量，进行深部开采工程岩石力学基础理论研究势在必行。“三高一扰动”的复杂环境，使深部开采遇到了岩爆、突水、瓦斯爆炸等地质灾害，其成灾机理及控制技术是采矿工程领域面临的挑战性、高难度课题。与一般地表上程不允许进入塑性破坏状态不同，深部开采力学问题是研究开采围岩破坏后与支护系统相互作用达到二次稳定的复杂力学问题，而这种力学问题直接与采场工作人员的生命息息相关。同时，厚煤层综放开采技术是我国具有知识产权的国际领先水平的技术，进行深部基础理论研究能够保证该技术继续处于国际领先地位。因此，大力开展深部开采工程岩石力学基础理论研究，不仅能为深部资源开发提供可靠的理论基础，而且能为我国经济可持续发展和国家安全战略的实施提供能源和资源保证。
参考文献：
[1]张赟兰.煤矿深部开采中常见的问题及对策[J].煤炭科技，2015（04）：134-135.
[2]谢和平.“深部岩体力学与开采理论”研究构想与预期成果展望[J].工程科学与技术，2017，49（02）：1-16.
[3]李长洪，卜磊，魏晓明，王鹏飞，时悦琪，陈龙根.深部开采安全机理及灾害防控现状与态势分析[J].工程科学学报，2017，39（08）：1129-1140002E