深部軟巖工程的研究進展與挑戰(zhàn)

　　摘要：隨著開采深度的增加，地應(yīng)力增大、涌水量加大、地溫升高等深部地質(zhì)環(huán)境愈加復(fù)雜，深部工程災(zāi)害日益嚴重，深部軟巖工程災(zāi)害尤其嚴重，給深部軟巖工程問題研究提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。以深部的科學(xué)定義為基礎(chǔ)，從深部軟巖吸水軟化機理、深部含結(jié)構(gòu)面軟巖非對稱大變形機理、深部軟巖巖爆機理、高溫高濕環(huán)境引起深部巖體軟化大變形機理等方面論述了深部軟巖工程變形破壞機理、試驗方法和裝備方面的研究進展，總結(jié)了深部軟巖大變形設(shè)計方法和控制技術(shù)，以及以恒阻大變形錨桿為主體的深部軟巖大變形控制新材料的研究進展，并提出了深部軟巖工程未來面臨的主要挑戰(zhàn)。

　　關(guān)鍵詞：深部；軟巖工程；研究進展；挑戰(zhàn)

　　隨著經(jīng)濟建設(shè)的高速發(fā)展，全球范圍內(nèi)淺部資源日益短缺，資源開采必然轉(zhuǎn)向深部。深部工程由于地應(yīng)力增大、涌水量加大、地溫升高等深部地質(zhì)環(huán)境愈加復(fù)雜，地下突發(fā)性工程災(zāi)害日益嚴重，給深部軟巖工程問題研究提出了嚴峻的挑戰(zhàn)［１－４］。一方面，相當一部分礦井由淺部的硬巖礦井轉(zhuǎn)型為深部軟巖礦井，軟巖支護問題十分嚴重；另一方面，深部能源開發(fā)引發(fā)的巖爆、沖擊地壓、瓦斯爆炸、突水、高溫熱害等重大工程災(zāi)害在我國時有發(fā)生，深部軟巖工程災(zāi)害控制問題已成為關(guān)系到國家財產(chǎn)和人民生命安全的重大問題，也是國內(nèi)外巖石力學(xué)與地下工程領(lǐng)域研究的焦點問題。近年來，在深部資源開采過程中，由于沖擊壓、瓦斯爆炸、礦井突水等工程災(zāi)害造成的重大安全生產(chǎn)事故在我國頻繁發(fā)生，造成了巨大的生命、財產(chǎn)損失。其根本原因在于淺部工程中形成的理論、設(shè)計和技術(shù)體系進入到深部狀態(tài)已經(jīng)部分或嚴重失效。深部巖體力學(xué)的基礎(chǔ)理論與工程災(zāi)害控制技術(shù)正面臨著前所未有的一系列特殊的、富有挑戰(zhàn)性的新課題。本文系統(tǒng)總結(jié)了深部軟巖工程理論、實驗裝備與技術(shù)方面的研究進展，提出了深部軟巖工程將面臨的挑戰(zhàn)。

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　　１深部的科學(xué)定義

　　目前，國內(nèi)外巖石力學(xué)與采礦界在“深部”、“深部工程”的界定上還沒有統(tǒng)一的劃分標準，在一定程度上影響了該領(lǐng)域理論與技術(shù)研究的發(fā)展及交流。因此，針對深部工程巖體所處的特殊地質(zhì)力學(xué)環(huán)境及其出現(xiàn)的科學(xué)現(xiàn)象，對深部的概念、分類體系及其評價指標進行科學(xué)定義，是推動深部巖體力學(xué)基礎(chǔ)理論研究的當務(wù)之急。

　?。采畈寇泿r工程變形破壞機理研究進展

　　針對深部軟巖工程的大變形破壞問題，筆者所在的中國礦業(yè)大學(xué)（北京）深部巖土力學(xué)與地下工程國家重點實驗室建立了一系列功能完備的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的實驗裝備系統(tǒng)，對深部軟巖大變形破壞機理進行了系統(tǒng)的研究，取得了一系列創(chuàng)新性研究成果。

　?。成畈寇泿r工程控制對策研究進展

　　從深部地應(yīng)力場測試分析入手，以軟巖大變形機理為突破點，提出了深部軟巖工程非線性大變形設(shè)計方法，以此為基礎(chǔ)，建立了在關(guān)鍵部位加強支護的軟巖巷道非對稱大變形控制設(shè)計方法，提出了“大斷面、預(yù)留量、恒阻大變形錨桿、多次加壓注漿”的大變形軟巖巷道支護理念，并開發(fā)了適合于大斷面巖巷、大斷面交叉點、硐室群和控制底臌等深部開挖大變形控制專利支護技術(shù)，研發(fā)了適應(yīng)于深部軟巖工程大變形特點的具有負泊松效應(yīng)的“恒阻大變形錨桿（索）”新型支護材料，并在實際工程中進行了成功應(yīng)用，解決了現(xiàn)場工程技術(shù)難題。

　?。瓷畈寇泿r工程面臨的挑戰(zhàn)

　　雖然深部軟巖工程變形機理和災(zāi)害控制研究在理論上有深化、技術(shù)上有突破、工程上有驗證、實驗室建設(shè)有進展。但隨著研究的深入，更深層次的深部科學(xué)問題被揭示出來，因此，下一步研究將重點開展以下幾個方面的研究：

　?。ǎ保┥畈寇泿r吸水強度衰減規(guī)律及其大變形破壞機理；

　?。ǎ玻┥畈寇泿r高應(yīng)力場條件下的支護荷載力學(xué)模型及其變化機理；

　　結(jié)語

　　通過對我國深部軟巖工程研究現(xiàn)狀的深入分析，系統(tǒng)總結(jié)了深部的定義及評價指標，深部軟巖變形破壞機理和實驗裝備方面的研究進展。總結(jié)了深部軟巖工程非線性大變形的設(shè)計方法和控制對策，以及以恒阻大變形錨桿為主體的大變形控制新材料等方面的研究進展，提出了深部軟巖工程面臨的主要挑戰(zhàn)。

　　參考文獻：

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　　何滿潮

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