深部开采岩体力学研究

第２４卷第１６期岩石力学与工程学报

Ｖ０１．２４Ｎｏ．１６

２００５年８月

ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ

ｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ

ａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ａｕｇ．，２００５

深部开采岩体力学研究

何满潮１～，谢和平Ｌ３，彭苏萍１，姜耀东１

（１．中国矿业大学（北京校区），北京

１０００８３：２．中国地质大学（北京），北京

１０００８３；３．四川大学，四川成都６１００６５）

摘要：深部开采工程中产生的岩石力学问题是目前国内外采矿及岩石力学界研究的焦点，国内外学者通过理论研

究、室内及现场试验研究取得了大量的成果。总结分析了深部开采与浅部开采岩体工程力学特性的主要区别，主要表现在“三高一扰动”的恶劣环境、５个力学特性转化特点、４个方面的矿井转型、６大灾害表现形式。针对深部工程所处的特殊地质力学环境，通过对深部工程岩体非线性力学特点的深入研究，指出进入深部的工程岩体所属的力学系统不再是浅部工程围岩所属的线性力学系统，而是非线性力学系统，传统理论、方法与技术已经部分或相当大部分失效，深入进行深部工程岩体的基础理论研究已势在必行。

关键词：岩石力学；深部开采；三高一扰动；工程特性

中图分类号：Ｔｕ

４５７

文献标识码：Ａ文章编号：１０００—６９１５（２００５）１６—２８０３—１１

ＳＴＵＤＹｏＮＲｏＣＫ

ＭＥＣＨＡＮＩＣＳＩＮ

ＤＥＥＰ

ＭＩＮＩＮＧＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

ＨＥ

Ｍａｎ—ｃｈａ０１，２

ＸＩＥＨｅ—ｐｉｎ９１’３，ＰＥＮＧＳｕ—ｐｉｎ９１，ＪＩＡＮＧＹａｏ—ｄｏｎ９１

（１．ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ

１０００８３，

Ｃｈｉｎａ：３．Ｓｉｃｈｕａｎ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００６５，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓｐｒｏｂｌｅｍｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

ａｒｅ

ｔｈｅｆｏｃｕｓｅｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｓｏｆ

ｍｉｎｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓ．Ａｌｏｔｏｆａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｓｃｈｏｌａｒｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ

ｓｔｕｄｙ，ｌａｂｏｒａｔｏｒｙｔｅｓｔ，ａｎｄｉｎ—ｓｉｔｅｔｅｓｔ．Ｂａｓｅｄ

ｏｎ

ｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｓｔｕｄｉｅｓｏｆａｕｔｈｏｒｓ，ｔｈｅｍａｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

ｍｅｃｈａｎｉｃｓｆｏｒｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｓｏｆｒｏｃｋｍａｓｓｂｅｔｗｅｅｎｓｈａｌｌｏｗｍｉｎｉｎｇａｎｄｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｙａｒｅ

ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ

ａｓ

ｆｏｌｌｏｗｓ：（１）ｍｉｎｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｗｉｔｈ

ｔｈｒｅｅ“ｈｉｇｈ”ａｎｄ

ｏｎｅ“ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ”一ｈｉｇｈｇｒｏｕｎｄ

ｓｔｒｅｓｓ，

ｈｉｇｈ

ｅａｒｔｈ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｉｇｈｋａｒｓｔｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ，ａｎｄｍｉｎｉｎｇｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ；（２）ｆｉｖｅ

ｔｒａｎｓｆｏｒｍｆｅａｔｕｒｅｓｏｆ

ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｓ；（３）ｆｏｕｒｃｈａｎｇｅｓｏｆｃｏａｌｍｉｎｅｔｙｐｅｓ；ａｎｄ（４）ｓｉｘｒｅｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇｔｙｐｅｓｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｈａｚａｒｄｓ．

Ｂｙｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｒｅｓｅａｒｃｈ

ｏｎ

ｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒ

ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

ｃｈａｒａｃｔｅｒｓｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｒｏｃｋｍａｓｓｉｎｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇｕｎｄｅｒ

ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｇｅｏｌｏｇｙｍｅｃｈａｎｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ；ｉｔｉｓｐｏｉｎｔｅｄ

ｏｕｔｔｈａｔ

ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｉｓｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｅｄ

ｔｏ

ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｒｏｃｋｍａｓｓａｔｄｅｐｔｈ，ｉｓｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ，ｂｕｔ

ｎｏｔ

ｔｈｅｌｉｎｅａｒ

ｍｅｃｈａｎｉｃｓｓｙｓｔｅｍ

ｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｅｄｔｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｒｏｃｋｍａｓｓａｔｓｈａｌｌｏｗ．Ｔｈｅｃｌａｓｓｉｃｔｈｅｏｒｙ，ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅｐａｒｔｌｙｏｒ

ｍｏｓｔ

ｅｎｔｉｒｅｌｙｉｎｖａｌｉｄ．Ｓｏ，ｉｔｉｓｖｅｒｙ

ｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｂａｓｉｃｔｈｅｏｒｙｏｆｒｏｃｋ

ｍｅｃｈａｎｉｃｓ

ｉｎｄｅｅｐｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓ；ｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇ；ｔｈｒｅｅ“ｈｉｇｈ”ａｎｄｏｎｅ“ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ”：ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｓ

源开采过程中而引发的与巷道工程及采场工程有关

１

引

目的岩石力学问题。

随着对能源需求量的增加和开采强度的不断加

深部开采工程岩石力学主要是指在进行深部资

浅部资源日益减少，国内外矿山都相继进入深

收藕日期：２００５一０３一０５：修回日期：２００５—０４—２０

基金项目：国家自然科学基金重大项目（５０４９０２７０）；国家基金委创新群体基金资助项目（５０２２１４０２）；教育部科学技术研究重大项目（１０４０５）

作者简介：何满潮（１９５６一），男，博士，１９８５年毕业于长春地质学院水文工程地质系工程地质专业，现任教授、博士生导师、国家自然科学基金重大项目（５０４９０２７０）首席科学家，主要从事岩石力学理论及工程方面的教学与研究工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｅｍａｎｃｈａｏ＠２６３．ｎｅｔ。

万　

方数据

岩石力学与工程学报２００５年

部资源开采状态。随着开采深度的不断增加，工程灾害日趋增多，如矿井冲击地压、瓦斯爆炸、矿压

显现加剧、巷道围岩大变形、流变、地温升高等，对深部资源的安全高效开采造成了巨大威胁。因此，深部资源开采过程中所产生的岩石力学问题已成为国内外研究的焦点【卜ＩｌＪ。

２国内外深部工程现状

据不完全统计［１２￣１６｜，国外开采超千米深的金属矿山有８０多座，其中最多为南非。南非绝大多数金矿的开采深度大都在１

０００

ｍ以下。其中，Ａｎｇｌｏｇｏｌｄ

有限公司的西部深井金矿，采矿深度达３

７００

ｍ，

ＷｅｓｔＤｒｉｅｆｏｖｔｅｎ金矿矿体赋存于地下６００ｍ，并一直延伸至６０００ｍ以下。印度的Ｋｏｌａｒ金矿区，己有三座金矿采深超２

４００

ｍ，其中钱皮恩里夫金矿共开拓１１２个阶段，总深３２６０ｍ。俄罗斯的克里沃罗格铁矿区，已有捷尔任斯基、基洛夫、共产国际等８座矿山采准深度达９１０ｍ，开拓深度到１５７０

ｍ，预

计将来达到２０００～２

５００

ｍ。另外，加拿大、美国、

澳大利亚的一些有色金属矿山采深亦超过ｌ

０００ｍ。

国外一些主要产煤国家从２０世纪６０年代就开始进入深井开采。１９６０年前，西德平均开采深度已经达

６５０

ｍ，’１９８７年已将近达９００ｍ；原苏联在２０世纪

８０年代末就有一半以上产量来自６００ｍ以下深部。国外深部工程开采现状如图１所示。

图１国外深部工程开采现状

Ｆｉｇ．１

Ｐｒｅｓｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｄｅｅｐ

ｍｉｎｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｂｒｏａｄ

根据目前资源开采状况，我国煤矿开采深度以每年８～１２ｍ的速度增加，东部矿井正以１００～

２５０

ｍ／（１０ａ）的速度发展卟１７，１８１。近年己有一批矿

山进入深部开采。其中，在煤炭开采方面，沈阳采

万　

方数据屯矿开采深度为１

１９７

ｍ、开滦赵各庄矿开采深度为

１１５９

ｍ、徐州张小楼矿开采深度为１

１００

ｍ、北票

冠山矿开采深度为１

０５９

ｍ、新汶孙村矿开采深度为

１０５５

ｍ、北京门头沟开采深度为１

００８

ｍ、长广矿

开采深度为１０００

ｍ。在金属矿开采方面，红透山铜

矿目前开采己进入９００～１１００

ｍ深度，冬瓜山铜矿

现已建成２条超１

０００

ｍ竖井来进行深部开采，弓

长岭铁矿设计开拓水平７５０ｍ，距地表达１

０００ｍ，

夹皮沟金矿二道沟坑口矿体延深至１

０５０

ｍ，湘西金

矿开拓３８个中段，垂深超过８５０ｍ。此外，还有寿王坟铜矿、凡口铅钵矿、金川Ｉ镍矿、乳山金矿等许多矿山都将进行深部开采。可以预计在未来２０年我国很多煤矿将进入到１０００～１５００

ｍ的深度。同时，

在今后１０～２０ａ内，我国金属和有色金属矿山将进入

１

０００～２

０００

ｍ深度开采。我国国有重点煤矿平均

采深变化趋势如图２所示。

图２我国国有重点煤矿平均采深变化趋势

Ｆｉｇ．２

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｓｏｆａｖｅｒａｇｅｍｉｎｉｎｇｄｅｐｔｈｏｆｋｅｙ

ｃｏａｌ

ｍｉｎｅｓｉｎＣｈｉｎａ

３国内外深部研究现状

早在２０世纪８０年代初，国外已经开始注意对深井问题的研究。１９８３年，原苏联的权威学者就提出对超过１

６００

ｍ的深（煤）矿井开采进行专题研究。

当时的西德还建立了特大型模拟试验台，专门对

１６００

ｍ深矿井的三维矿压问题进行了模拟试验研

究。１９８９年岩石力学学会曾在法国专门召开“深部岩石力学”问题国际会议，并出版了相关的专著。近２０ａ来，国内外学者在岩爆预测、软岩大变形机

制、隧道涌水量预测及岩爆防治措施（改善围岩的物理力学性质、应力解除、及时施作锚喷支护、合理的施工方法等）、软岩防治措施（Ｄｉｌ强稳定掌子面、

加强基脚及防止断面挤入、防止开裂的锚、喷、支，分断面开挖等）等各方面进行了深入的研究，取得了很大的成绩。一些有深井开采矿山的国家，如美国、

加拿大、澳大利亚、南非，波兰等，政府、工业部

第２４卷第１６期何满潮等．深部开采岩体力学研究

・２８０５・

门和研究机构密切配合，集中人力和财力紧密结合

深部开采相关理论和技术开展基础问题的研究。南非政府、大学与工业部门密切配合，从１９９８年７月开始启动了一个“ｄｅｅｐｍｉｎｅ”的研究计划，耗资约合１．３８亿美元，旨在解决深部的金矿安全、经济开采所需解决的一些关键问题。加拿大联邦和省政府及采矿工业部门合作开展了为期１０ａ的２个深井

研究计划，在微震与岩爆的统计预报方面的计算机

模型研究，以及针对岩爆潜在区的支护体系和岩爆危险评估等进行了卓有成效的探讨。美国Ｉｄａｈｏ大

学、密西根工业大学及西南研究院就此展开了深井

开采研究，并与美国国防部合作，就岩爆引发的地震信号和天然地震或化爆与核爆信号的差异与辨别进行了研究。西澳大利亚大学在深井开采方面也进行了大量工作。

近些年来，随着我国国民经济和科学技术的发

展，对复杂地质条件下一些长深铁路、公路隧道的

修建，深部开采事故的预防，应用和发展了许多先进的科学技术和理论。在软岩支护、岩爆防治、超前探测、信息化施工等方面，隧道工程部门、中国矿业大学、中南大学、东北大学、重庆大学、同济

大学、西南交通大学等进行了大量的研究和实践，

积累了丰富的实践经验，且具有开展相关研究的基础与条件。如“九五”期间，中国矿业大学在深部

煤矿开发中灾害预测和防治研究、武汉岩土所在峒

室优化及稳定性研究、中南大学《千米深井岩爆发

生机理与控制技术研究》、北京科技大学《抚顺老虎

台矿开采引发矿震的研究》都做了许多有益工作，

取得了重要成果。目前该领域的研究进展主要有以

下几个方面。

３．１深部岩石的变形性质

（１）深部岩体的脆一延转化

岩石在不同围压下表现出不同的峰后特性，在较低围压下表现为脆性的岩石可以在高围压下转化为延性。白Ｖｏｎ．Ｋａｒｍａｎ（１９１１年）首先用大理岩进行不同围压条件下的力学试验以来，人们针对围压对岩石力学性质的影响进行了大量试验研究。文［１８］

在室温下对大理岩进行了试验，证明了随着压力增大

岩石变形行为由脆性向延性转变的特性。文［１９，２０］

发表过类似的试验结果，并指出脆一延转化通常与岩石强度有关。文［２１】也曾获得过类似的结论，但对于诸如花岗岩和大理岩这类岩石，在室温下即使

围压达到１

０００

ＭＰａ甚至以上时，仍表现为脆性。而

有的现场观测资料表明，像花岗闪长岩这种极坚硬

万　

方数据的岩石在长期地质力作用下也会发生很大延性变形。

岩石破坏时在不同的围压水平上表现出不同的

应变值，当岩石发生脆性破坏时，通常不伴有或仅伴有少量的永久变形或塑性变形，当岩石呈延性破坏时，其永久应变通常较大，因此，文［２２，２３］用岩石破坏时的应变值作为脆一延转化判别标准。

文【２４］根据亚洲、欧洲、美洲和非洲的１０１个砂岩试件的试验数据，对岩石的脆一延转化规律进

行了深入研究，系统分析了脆一延转化临界条件，并研究了脆一延转化过程中的过渡态性质，文［２５］

认为过渡态中，通常具有脆性破坏的特征，也具有延性变形的性质。

岩石脆一延转化临界条件的诸多成果还来自于地壳岩石圈动力学中，普遍认为，随着深度的增加

当岩层中压力和温度达到一定条件时，岩石即发生脆一延转化，所以存在转化深度的概念，当然该深

度还与岩石性质有关。文［２６，２７］认为当摩擦强度

与蠕变强度相等时岩石即进入延性变形状态。文［２８】

给出了地球岩石圈各种强度的推测曲线。文［２９，３０】还发现在脆性向延性转换深度上存在着很高的应力释放。

总之，脆一延转化是岩石在高温和高压作用下

表现出的一种特殊的变形性质，如果说浅部低围压下岩石破坏仅伴有少量甚至完全没有永久变形的话，则深部高围压条件下岩石的破坏往往伴随有较大的塑性变形，目前的研究大多集中在脆一延转化的判断标准上，而对于脆一延转化的机理却研究较

少，目前还没有比较成熟的成果。

（２）深部岩石的流变特性

在深部高应力环境中，岩石具有强时间效应，表现为明显的流变或蠕变。文［３１，３２］在研究核废料处置时，研究了核废料储存库围岩的长期稳定性

和时间效应问题。一般认为，优质硬岩不会产生较

大的流变，但南非深部开采实践表明，深部环境下硬岩同样会产生明显的时间效应【３３’３４］ｏ对于软岩巷

道，文【３５］提出了一个非常简单的参数～岩体的承

载因子（即岩体强度和地应力的比值）来衡量巷道围岩的流变性。文【３６】讨论了该参数的适用范围。文［３７】通过对大量日本的软岩巷道调查后发现，发生明显流变的巷道围岩承载因子都小于２。该结论是针对典型软岩如泥岩、凝灰岩、页岩和粉砂岩等得出的，且埋深都小于４００ｍ，该准则是否适用于深部硬岩目前尚无定论。

岩石力学与工程学报

２００５焦

文［３３，３４，３８，３９］系统地研究了南非金矿深

部硬岩的流变性，发现高应力导致围岩流变性十分明显，支护极其困难，巷道最大收缩率曾达到了５００ｍｍ／月的水平ｕ圳。

岩石在高应力和其他不利因素的共同作用下，其蠕变更为显著，这种情况在核废料处置中十分普遍。例如，即使质地非常坚硬的花岗岩，在长时微破裂效应和地下水力诱致应力腐蚀（ｗａｔｅｒ

ｉｎｄｕｃｅｄ

ｓｔｒｅｓｓ

ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）的双重不利因素作用下，同样会对

存贮库近场区域的岩石强度产生很大的削弱作用ｔ４０ｌ。蠕变的发生还与岩体中微破裂导致的岩石剥

离有关，根据瑞典Ｆｏｒｓｍａｒｋ核废料候选场址的观测记录以及长时蠕变准则的推测，预计该硐库围岩经历１

０００

ａ后，岩石剥落波及的深度将达到３

Ｉｎｌ４１｜。

（３）深部岩石的扩容性质

文［４２】首次在单轴压缩试验中观测到岩石破裂

前出现体积增大现象。文［４３］在围压下同样也观测到了扩容现象，不过，随着围压的增大，扩容的数

值会降低。文［２４］的试验进一步表明，在低围压下，岩石往往会在低于峰值强度时由于内部微裂纹张开而产生扩容现象，但在高围压下，岩石的这种扩容现象不明显甚至完全消失。

３．２‘深部岩石强度和破坏特征

研究表明ｍ“５Ｉ，总体上岩石的强度随深度的增加而有所提高。如有的矿区从深度小于６００Ｉｌｌ变化到８００＂～１

０００

ｍ时，强度为２１～４０ＭＰａ的岩石所

占的比重从３０％减少到２４％，而强度为８１～１００ＭＰａ岩石的比重则从５．５％增加到２４．５％，且岩石更脆，更容易发生岩爆。

文［２３１根据大量试验数据，总结了在非常高的侧向应力（高达７００ＭＰａ）下的岩石强度准则，提出了一个非线性的岩石强度准则。文［４６】根据试验发现，在２００℃～２８０℃和不同围压的条件下，花岗岩具有较低的强度值，据此提出了地壳强度结构的圣诞

树模型，合理解释了大陆地壳多震层的成因。

随着开采深度的增加，岩石破坏机理也随之转

化，由浅部的脆性能或断裂韧度控制的破坏转化为深部开采条件下由侧向应力控制的断裂生长破坏，更进一步，实际上就是由浅部的动态破坏转化为深

部的准静态破坏，以及由浅部的脆性力学响应转化

为深部的潜在的延性行为力学响应【４

７｜。

与此观点相反，有些人则认为深部岩体的破坏

更多地表现为动态的突然破坏，即岩爆或矿震１４８｜。

深部开采中，不仅岩爆的发生与岩层的运动速

万　

方数据率存在十分明显的关系，且岩爆的强度与震级也与岩层的运动速率有关【４９｜。因此，目前预报岩爆的重要参数就是岩层的位移和运动速率。另外，深部开

采引起的开采沉陷极有可能成为岩爆的诱因，同时

地质结构面（弱面）的活化也可能导致岩爆，地质构造面附近的应力重新分布甚至有可能导致一系列的前震（ｆｏｒｅｓｈｏｃｋｓ），因此，深部矿井岩爆的空问分布和时间分布都十分复杂，且岩爆事件组成的时问序列很有可能不符合正态分布【５…。

３．３深部岩石的破碎诱导机理

在深井开采中，坚硬矿岩出现的“好凿好爆”现象给人们重要启示，这种现象应该是高应力所致。因此，在深部开采中，如何有效地预防和抑制由高

应力诱发的岩爆等灾害性事故发生的同时，又充分

利用高应力与应力波应力场叠加组合高效率的破裂矿岩，应成为深部开采中一大迫切需要研究的课题。

．

近十几年来，国内外对岩石分别在高应力状态

和动荷载作用下的特性与响应做了一系列细致而深入的研究。以三轴试验仪为主要试验设备，对岩石在高应力状态下的物理特性与破坏进行了试验研究，利用细观力学、断裂力学以及损伤力学等现代

理论，对岩石的本构特征、断裂破坏机理进行了理

论与数值分析，从而对冲击地压、岩爆等物理现象

有了本质的认测５１￣５引；另一方面，以霍布金逊压杆

与轻气炮为主要冲击试验设备，对岩石在动荷载作用下高应变率段的动力参量与动力性质进行了试验

研究，并从应力波理论的角度利用各种现代方法对岩石的动态本构特征、应力波在岩石中的传播与能

量耗散以及界面边界效应等方面进行了理论分析推导与数值模拟，从而得到了一系列岩石动态破坏规律【５４￣５８１。纵观国内外的研究，至今为止人们还没有重视对于在高应力状态下的岩石的动态特性与碎裂机理的研究【５吼６０１，有限的研究也主要限制在脆性材料在高应力与应力脉冲组合下的理论分析上【６１Ｊ。

４深部工程岩体的地质力学特性

与浅部岩体相比，深部岩体更突显出具有漫长

地质历史背景、充满建造和改造历史遗留痕迹、并

具有现代地质环境特点的复杂地质力学材料（见图３）。

深部工程岩体产生冲击地压、岩爆、瓦斯突出、流变、底板突水等非线性力学现象的原因，归根结

第２４卷第１６期何满潮等．深部开采岩体力学研究

・２８０７・

ｌ些堕壶堂堕皇Ｉ

Ｏ

匪圄延］］匪匝匦旭匿圃

Ｏ

图３深部岩体地质力学特点

Ｃｈａｒａｃｔｅｒｓｏｆｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ

ｌ墨垡些堕垄堂楚！垦ｌ

ｌ鲞壅垄堂堡垫Ｉ

Ｏ

（２）高地温

根据量测，越往地下深处，地温越高。地温梯

度一般为３０～５０℃／ｋｍ不等，常规情况下的地温梯度为３０。Ｃ／ｋｍ。有些地区如断层附近或导热率高的

口巫到匦亟圄区蠲压枣妇Ｌ［巫圈

Ｆｉｇ．３

异常局部地区，地温梯度有时高达２００℃／ｋｍ。岩

体在超出常规温度环境下，表现出的力学、变形性

ｍｅｃｈａｎｉｃｓｏｆｒｏｃｋｍａｓｓ

ａｔ

ｄｅｐｔｈ

质与普通环境条件下具有很大差别。地温可以使岩体热胀冷缩破碎，而且岩体内温度变化１℃可产生

０．４～０．５ＭＰａ的地应力变化。岩体温度升高产生的地应力变化对工程岩体的力学特性会产生显著的影响。

（３）高岩溶水压

底是由于深部岩体因其所处的地球物理环境的特殊

性和应力场的复杂性所致。受其影响，深部岩体的受力及其作用过程所属的力学系统不再是浅部工程

围岩所属的线性力学系统（虽然由于地质条件的复

杂性也含有非线性力学问题），而是非线性力学系统，其稳定性控制的难点和复杂性在于不再含有线性问题（见表１）。

进入深部以后，随着地应立即低温的升高，同

时将会伴随着岩溶水压的升高，在采深大于１

０００ｍ

的深部，其岩溶水压将高达７ＭＰａ，甚至更高。岩溶水压的升高，使得矿井突水灾害更为严重。

５．１．２采矿扰动

５深部开采岩体的工程力学特点

５．１“三高一扰动”的恶劣环境

深部岩体地质力学特点决定了深部开采与浅部开采的明显区别在于深部岩石所处的特殊环境，即“三高一扰动”的复杂力学环境。５．１．１“三高”

采矿扰动主要是指强烈的开采扰动。进入深部

开采后，在承受高地应力的同时，大多数巷道要经受硕大的回采空间引起强烈的支承压力作用，使受采动影响的巷道围岩压力数倍、甚至近十倍于原岩应力，从而造成在浅部表现为普通坚硬的岩石，在深部却可能表现出软岩大变形、～大地压、难支护的特征；浅部的原岩体大多处于弹性应力状态，而进入深部以后则可能处于塑性状态，即有各向不等压

“三高”主要是指高地应力、高地温、高岩溶

水压。

（１）高地应力

进入深部开采以后，仅重力引起的垂直原岩应力通常就超过工程岩体的抗压强度（＞２０ＭＰａ），而由于工程开挖所引起的应力集中水平则更是远大于工程岩体的强度（＞４０ＭＰａ）。同时，据已有的地应力资料显示，深部岩体形成历史久远，留有远古构造运动的痕迹，其中存有构造应力场或残余构造应力场。二者的叠合累积为高应力，在深部岩体中形成了异常的地应力场。据南非地应力测定，在

３

的原岩应力引起的压、剪应力超过岩石的强度，造

成岩石的破坏。

５．２

５个力学特性转化特点

进入深部以后，受“三高一扰动”作用，深部

工程围岩的地质力学环境较浅部发生了很大变化，从而使深部巷道围岩表现出其特有的力学特征现象【Ｉ¨，主要包括以下几方面。

（１）围岩应力场的复杂性

浅部巷道围岩状态通常可分为松动区、塑性区和弹性区３个区域，其本构关系可以采用弹塑性力学理论进行推导求解［６２１。然而，研究表明，深部巷

道围岩产生膨胀带和压缩带，或称为破裂区和未破

５００～５

０００

ｍ深度，地应力水平为９５～１３５ＭＰａ。

如此高的应力状态下进行工程开挖，确实面临严峻

挑战。

裹１深部岩体与浅部岩体的受力特点对比

Ｔａｂｌｅ１

Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒｏｃｋ

ｍａｓｓｉｎｄｅｅｐｍｉｎｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｏｓｅｏｆｓｈａｌｉｏｗｍｉｎｅｓ

万方数据　

岩石力学与工程学报

２００５芷

坏区，交替出现的情形，且其宽度按等比数列递增，这一现象被称为区域破裂现象（据Ｓｈｅｍｙａｋｉｎ

ＥＩ）。

现场实测研究也证明了深部巷道围岩变形力学的拉

压域复合特征［６３１。因此，深部巷道围岩的应力场更为复杂。

（２）围岩的大变形和强流变性特性

研究表明，进入深部后岩体变形具有两种完全

不同的趋势，一种是岩体表现为持续的强流变特

性，即不仅变形量大，而且具有明显的“时间效应”畔’６５］，如煤矿中有的巷道２０余年底臌不止，

累计底臌量达数十米。文［３３，３４，３９］对南非金矿

深部围岩的流变性进行了系统研究，发现其围岩流

变性十分明显，巷道围岩最大移近速度达５００

ｍｍ／

月。另一种是岩体并没有发生明显变形，但十分破碎，处于破裂状态，按传统的岩体破坏、失稳的概

念，这种岩体己不再具有承载特性，但事实上，仍然具有承载和再次稳定的能力【６５￣６７］，借助这一特

性，有些巷道还特地将其布置在破碎岩（煤）体中，如沿空掘巷。

（３）动力响应的突变性

浅部岩体破坏通常表现为一个渐进过程，具有

明显的破坏前兆（变形加剧）。而深部岩体的动力响应过程往往是突发的、无前兆的突变过程，具有强烈的冲击破坏特性，宏观表现为巷道顶板或周边围岩的大范围的突然失稳、坍塌‘４８’６８，６９１。

（４）深部岩体的脆一延转化

试验研究表吲１８’２１’２３，２４１，岩石在不同围压条

件下表现出不同的峰后特性，由此，最终破坏时应变值也不相同。在浅部（低围压）开采中，岩石破坏以脆性为主，通常没有或仅有少量的永久变形或塑

性变形；而进入深部开采以后，因在“三高一扰动”

作用下，岩石表现出的实际就是其峰后强度特性，在高围压作用下岩石可能转化为延性，破坏时其永

久变形量通常较大。因此，随着开采深度的增加，

岩石已由浅部的脆性力学响应转化为深部潜在的延性力学响应行为【４７】。

（５）深部岩体开挖岩溶突水的瞬时性

浅部资源开采中，矿井水主要来源是第四系含

水层或地表水通过采动裂隙网络进入采场和巷道，水压小，渗水通道范围大，基本服从岩体等效连续介质渗流模型，涌水量也可根据岩体的渗透率张量

进行定量估算，因此，突水预测预报尚具可行性。而深部的状况却十分特殊，首先，随着采深加大，

承压水位高，水头压力大；其次，由于采掘扰动造万　

方数据成断层或裂隙活化，而形成渗流通道相对集中，矿

井涌水通道范围窄，使奥陶系岩溶水对巷道围岩和

顶底板形成严重的突水灾害。另外，突水往往发生在采掘活动结束后的一段时间内，具有明显的瞬时突发性和不可预测性。

５．３四类矿井转型

浅部开采时所确定的矿井类型，由于进入深部

开采之后地质力学环境的改变和力学性质的转化，

矿井的类型也发生转变。在矿井转型期间，人们的思想尚未认知，特别容易发生事故。因此，转型期

将（已）是事故多发期。矿井转型主要表现在以下４

个方面。

（１）硬岩矿井向软岩矿井的转化

浅部原岩体多数处于弹性应力状态，但进入深

部以后，在高地应力以及采掘扰动力等的作用下，浅部表现为普通坚硬的岩石，在深部可能表现出大

变形、难支护的软岩特征，即矿井由浅部的硬岩矿井转化为软岩矿井。

（２）低瓦斯矿井向高瓦斯矿井的转变

浅部开采条件下，由于煤层中瓦斯气体运移通

道较通畅，通过上部岩体裂隙和煤层露头可以进行

散发，进行井下煤炭开采时，矿井内部积聚的瓦斯

较少，为低瓦斯矿井。在深部开采的条件下，由于

瓦斯运移通道不畅通，大量的瓦斯气体非均匀地分布在煤岩体的裂隙和空隙之间，在井下施工过程中，释放到巷道或工作面内，从而造成瓦斯气体含量急剧增大，使矿井在深部转变为高瓦斯矿井。

（３）非突矿井向突出矿井的转变

在深部高应力作用下，煤层内瓦斯气体压缩达

到极限，煤岩体中积聚了大量的气体能量，由于工

程扰动的作用，造成压缩气体的突然、急剧、猛烈

释放，导致工作面或巷道的煤岩层结构瞬时破坏而产生煤与瓦斯突出，从而使浅部不存在煤与瓦斯突出倾向的非突矿井，进入深部以后转变为煤与瓦斯

突出灾害频发的突出矿井。

另外，在高承压水的作用下，煤岩层内部积聚了大量的液体能量，当能量聚集到一定程度，在开挖扰动作用或工作面回采过程中巷道的顶底板向采

掘临空区发生突然倾出，就会造成突水事故的发生，

从而使浅部不产生突水灾害的非突矿井，进入深部后转变为水害频发的突出矿井。

（４）非冲矿井向冲击矿井的转变

在浅部开采条件下，由于工程围岩所承受的应

力荷载主要为自重应力，一般不会产生冲击地压。

第２４卷第１６期何满潮等．深部开采岩体力学研究

・２８０９・

进入深部以后，地质构造变得复杂、自重应力增大，

煤岩体积聚了大量的固体能量，在深部地应力、构

造应力以及工程扰动的作用下，使得积聚的能量大于矿体失稳和破坏所需要的能量，造成整个煤岩系统失去结构稳定性，发生冲击地压。从而使得浅部没有冲击倾向性的非冲矿井，进入深部后转变为冲击地压频发的冲击矿井。

５．４

６大灾害表现形式

由于深部岩石力学行为具有明显区别于浅部岩

石力学的这些重要特征，再加上赋存环境的复杂性，致使深部资源开采中以岩爆、突水、项板大面积来压和采空区失稳为代表的一系列灾害性事故与浅部工程灾害相比较，程度上加剧，频度上提高，成灾机理更加复杂，具体表现如下：

（１）岩爆频率和强度均明显增加

有关统计资料表明，岩爆多发生在强度高、厚度大的坚硬岩（煤）层中，主要影响因素包括煤层顶底板条件、原岩应力、埋深、煤层物理力学特性、厚度及倾角等。目前的统计资料显示，尽管在极浅

的硬煤层中（深度小于１００ｍ，有的甚至在３０～５０

１１１）

也有发生岩爆的记载，但总的来看，岩爆与采深有

密切关系，即随着开采深度的增加，岩爆的发生次数、强度和规模也会随之上升。

（２）采场矿压显现剧烈

随着采深的增加引起的覆岩白重压力的增大和构造应力的增强，表现为围岩发生剧烈变形、巷道和采场失稳、并易发生破坏性的冲击地压，给项板管理带来许多困难。

（３）突水事故趋于严重

自１９８４年６月２日开滦矿务局范各庄矿发生井下岩溶陷落柱特大突水灾害以来，先后在淮北杨庄矿、义马新安矿、峰峰梧桐矿、皖北任楼矿、徐州张集矿又相继发生特大型奥灰岩岩溶突水淹井事故，初步估计，经济损失超过２７亿元，同时产生了若干地质环境负效应。

（４）巷道围岩变形量大、破坏具有区域性

与浅部一样，深部巷道支护的目的仍是尽量保持围岩的完整性以及避免破碎岩体进一步产生位

移。深部开采一方面自重应力逐渐增加，同时由于

深部岩层的构造一般比较发育，其构造应力十分突

出，致使巷道围岩压力大，巷道支护成本增加。据煤炭行业的有关资料，近１０ａ巷道支护成本增加了

１．４倍，巷道翻修量占整个巷道掘进量的４０％。

另外，浅部围岩在临近破坏时往往出现加速变

万　

方数据形的现象，工程技术人员常常根据这一现象进行破坏之前的预测预报，且浅部围岩的破坏一般发生在比较局部的范围内。而深部围岩在破坏之前近乎处于不变形状态，破坏前兆非常不明显，使破坏预测预报十分困难，从而造成深部围岩的破坏往往是大面积的发生，具有区域性，如巷道大面积的冒顶垮落等。

（５）地温升高、作业环境恶化

深部开采条件下，岩层温度将达到摄氏几十度的高温，如俄罗斯千米平均地温为３０℃～４０℃，

个别达５２℃，南非某金矿３０００ｍ时地温达７０℃。

地温升高造成井下工人注意力分散、劳动率减低，

甚至无法工作。

（６）瓦斯涌出量增大

随着煤矿采深的增加，瓦斯含量迅速增加，并造成瓦斯灾害事故的频繁发生。近年来，由于瓦斯

突出和爆炸引起的死亡１０人以上的煤矿事故７０％

出现在中国采深６００ｍ以下的矿区。在另一方面，深部煤层处于较高的温度环境下，更易引起煤层的

自燃发火、触发矿井火灾、瓦斯爆炸事故的发生。５．５十大理论问题

由于深部工程所处的复杂地质力学环境，深部岩体力学研究与浅部相比主要存在十大理论问题，具体表现在：（１）深部工程岩体的力学特性；（２）深部工程岩体的连续性问题；（３）深部工程岩体的本

构关系及参数确定方法；（４）深部工程岩体的强度

确定方法；（５）深部工程岩体的强向破坏准则；（６）深部岩体结构的唯一性问题；（７）深部工程岩体的

大变形问题；（８）深部工程岩体的非线性力学设计

方法；（９）深部巷道工程岩体的荷载计算方法；（１０）深部工程岩体的稳定性控制对策及技术。

６深部开采工程今后的研究重点

虽然目前对于深部开采工程研究已取得了一部分成果，总的来看，侧重技术、注重个案，深层次的基础研究重视不够，特别是由于“三高一扰动”的特殊地质力学环境，深部工程岩体表现出明显的非线性力学特性，进入深部的工程岩体所属的力学系统不再是浅部工程围岩所属的线性力学系统，而

是非线性力学系统，传统理论、方法与技术已经部

分或全部失效。因此，根据我国煤炭资源开采情况，要保证我国主体后备能源供给，深入开展１０００～

１５００

ｍ深井开采基础理论研究迫在眉睫。

・２８１０・

岩石力学与工程学报

２００５住

６．１深部开采工程中的岩石力学问题

由于处于“三高一扰动”的复杂力学环境，使

得深部岩石力学行为以及深部灾害特征与浅部明显不同，基于浅部开采建立起来的传统理论已不再适合于深部开采，主要表现在：

（１）强度确定理论

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，

即在实验室对岩块进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）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。

（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。而深部开采环境下，由于工程围岩所表现出的非线性力学特性，

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甚至更复杂的

多次非线性大变形力学稳定性控制设计理论。６．２今后研究重点

针对深部开采工程中存在的岩石力学问题，今

后主要研究方向集中在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以及深部厚煤层综放开采基础理论研究等方面。６．２．１深部的概念及其分类体系

虽然目前国内外对深部工程中所引发的岩石力

学问题的研究非常重视，但是在“深部”、“深部工

万　

方数据程”等一系列概念上差异较大，至今也没有明确的概念或划分标准，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“三高一扰动”的特殊地质力学环境，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。６．２．２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“三高”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。６．２．３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Ｎ－－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Ｎ－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。

６．２．４深部工程灾害发生机理及其控制对策研究

深部条件下，由于“三高一扰动”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，深入研究

岩体在高地应力、地下水、瓦斯、温度等多场作用下稳定与非稳定变形，破坏状态及转化机理、条件

和规律，掌握深部多相介质、多场耦合作用下工程灾害的频度、强度等特征，揭示深部工程灾害诱发

机理和成灾过程，并提出相应的预测方法及控制对

策，对于解决随着开采深度的增加，以岩爆、突水、

第２４卷第１６期何满潮等．深部开采岩体力学研究

・２８１１・

煤与瓦斯突出、顶板大面积来压和采空区失稳为代表的工程灾害防治问题具有重要意义。６．２．５深部厚煤层综放开采基础理论研究

厚煤层综放开采是我国具有知识产权的、具有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。

７结语

深部煤炭资源是２ｌ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。与一般地表工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。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（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：

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ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ

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【６】

钱七虎．深部地下工空间开发中的关键科学问题［Ａ】．见：第２３０

次香山科学会议——深部地下空间开发中的基础研究关键技术问

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Ｃｈｉｎｅｓｅ））

钱鸣高．２０年来采场围岩控制理论和实践的回顾［Ｊ］．中Ｉ虱矿业大学学报，２０００，１９（１）：１—４．（ＱｉａｎＭｉｎｇｇａｏ．Ｒｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅｔｈｅｏｒｙ

ａｎｄ

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２０ｙｅａｒｓ［Ｊ］．

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Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０００，

１９（１）：１—４．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））

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ｏｆ

ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２０００，（３７）：４４７—４６５．［９】古德生．金属矿床深部开采中的科学问题［Ａ］．见：香山科学会议编．科学前沿与未来（第六集）［ｃ］．北京：中国环境科学出版社，２００２．

１９２—２０１．（ＧｕＤｅｓｈｅｎｇ．Ｔｈｅ

ｓｃｉｅｎｃｅ

ｐｒｏｂｌｅｍｓ

ｉｎ

ｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇｏｆ

ｍｅｔａｌｄｅｐｏｓｉｔ［Ａ］．Ｉｎ：Ｘｉａｎｇｓｈａｎ

ＳｃｉｅｎｃｅＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ

ｅｄ．Ｓｃｉｅｎｃｅ

ＦｏｒｅｌａｎｄａｎｄＦｕｔｕｒｅ（ＶｏｌｕｍｅＶＩ）［ｃ】．Ｂｅｒｉｎｇ：ＣｈｉｎａＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ

ＳｃｉｅｎｃｅＰｒｅｓｓ，２００２．１９２—２０１．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））

［１０］

谢和平．深部高应力下的资源开采——现状、基础科学问题与展

望［Ａ］．见：香山科学会议编．科学前沿与未来（第六集）［ｃ１．北京：中国环境科学出版社，２００２．１７９—１９１．（ＸｉｅＨｅｐｉｎｇ．Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｕｎｄｅｒ

ｈｉｇｈ

ｇｒｏｕｎｄｓｔｒｅｓｓ：ｐｒｅｓｅｎｔｓｔａｔｅ，ｂａｓｅ

ｓｃｉｅｎｃｅ

ｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ【ＡｌＩｎ：ＸｉａｎｇｓｈａｎＳｃｉｅｎｃｅＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ

ｅｄ．

Ｓｃｉｅｎｃｅ

Ｆｏｒｅｌａｎｄ

ａｎｄＦｕｔｕｒｅ（ＶｏｌｕｍｅＶＩ）［Ｃ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅ

Ｐｒｅｓｓ，２００２．１７９—１９１．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））

［１１】

何满潮．深部开采工程岩石力学的现状及其展望［Ａ】．见：中国岩石力学与工程学会编．第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集［ｃ］．北京：科学出版社，２００４．８８—９４．（ＨｅＭａｎｃｈａｏ．Ｐｒｅｓｅｎｔｓｔａｔｅａｎｄｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ

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ｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓ

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Ｉｎ：

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Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

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ＤｉｅｔｉｎｇＤ

Ｈ．Ｕｌｔｒａ－ｄｅｅｐｌｅｖｅｌｍｉｎｉｎｇ：ｆｕｔｕｒｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆｔｈｅＳｏｕｔｈＡｆｒｉｃａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ，１９９７，９７ｆ６１：

２４９—２５５．

［１３］

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３

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ｍｉｎｉｎｇｉｎｄｕｓⅡｙ［Ａ］．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ

ｏｆ

ＭｅｃｈａｎｉｃｓｏｆＪｏｉｎｔｅｄａｎｄＦｒａｃｔｕｒｅｄＲｏｃｋ［Ｃ］．Ｒｏｔｔｅｒｄａｍ：Ａ．Ａ．

Ｂａｌｋｅｍａ，１９９８．３—１０．

【１４］

ＤｉｅｔｉｎｇＤ

Ｈ．Ｔｕｎｎｅｌｓｕｎｄｅｒ

ｐｒｅｓｓｕｒｅ

ｉｎａｎ

ｕｌｔｒａ－ｄｅｅｐ

Ｗｉｆｗａｔｅｒｓｒａｎｄ

ｇｏｌｄ

ｍｉｎｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆ

ｔｈｅＳｏｕｔｈ

ＡｆｒｉｃａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄ

【４】

［５】

・２８１２・

岩石力学与工程学报

２００５焦

ｇｏｌｄｍｉｎｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ

ｔｈｅ

Ｓｏｕｔｈ

Ａｆｒｉｃａｎ

Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ

ｏｆ

ＭｉｎｉｎｇａｎｄＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２０００，１００：３１９—３２４．

［１５］ＶｏｇｅｌＭ，Ａｎｄｒａｓｔ

Ｈ

Ｅ

Ａｌｐ

ｔｒａｎｓｉｔ・ｓａｆｅｔｙ

ｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ

ａｓａ

ｃｈａｌｌｅｎｇｅ，ｈｅａｌｔｈ

ａｎｄ

ｓａｆｅＷａｓｐｅｃｔｓ

ｉｎ

ｖｅｒｙ

ｄｅ印ｔｕｎｎｅｌ

ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＴｕｎｎｅｌｉｎｇａｎｄＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，

２０００，１５（４）：４８１—４８４．

【１６】

ＪｏｈｎｓｏｎＲＡ

Ｓ．Ｍｉｎｉｎｇａｔｕｌｔｒａ－ｄｅｐｔｈ，ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ

ｏｆ

ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓ［Ａ］．

Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ

ｏｆ

ｔｈｅ

２ｎｄ

Ｎｏｒｔｈ

ＡｍｅｒｉｃａＲｏｃｋ

Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ

Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ［Ｃ］．Ｍｏｎｔｒｅａｌ：ＮＡＲＭＳ７９６，１９９６．３５９—３６６．

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ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ

ｏｎ

ｔｈｅ

ｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅ

ｏｆ

ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｓｉｎ

ｓｏｆｔ

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ｔｒｅｎｄｉｎ

ｔｈｅｃｏａｌ

ｉｎｄｕｓｔｒｙ

ｉｎ

Ｃｈｉｎａ［Ａ］．Ｉｎ：ＨｅＭａｎｃｈａｏ

ｅｄ．Ｔｈｅ

Ｔｈｅｏｒｙ

ａｎｄＰｒａｃｔｉｃｅｓ

ｏｆＳｏｆｔ

Ｒｏｃｋ

ＲｏａｄｗａｙＳｕｐｐｏｒｔ

ｉｎ

Ｃｈｉｎａ［Ｃ］．

Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇ

ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＰｒｅｓｓ，１９９６．

１—１７．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））

［１８】ＰａｔｅｒｓｏｎＭ

Ｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｆａｕｌｔｉｎｇ

ｉｎ

Ｗｏｍｂｅｙａｎ

ｍａｒｂｌｅ［Ｊ］．Ｂｕｌｌ．Ｇｅ０１．Ｓａｃ．Ａｍ．，１９５８，６９：４６５—４６７．

Ｋ．Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ

ａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅ

ｏｆｒｏｃｋｓｕｎｄｅｒｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ：

ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ

ａｎｄ

ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ

ｏｆ

ｓｏｍｅｒｏｃｋｓ［Ｊ］．Ｂｕｌｌ．Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ

Ｒｅｓ．Ｉｎｓｔ．

Ｔｏｋｙｏ

Ｕｎｉｖｔ，１９６５，４３：３４９—３７９．

Ｋ．Ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ

ｏｆ

ｒｏｃｋ

ｓｔｒｅｎｇｔｈ

ａｎｄｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｆｒｏｍ

ｂｒｉｔｔｌｅｆｒａｃｔｕｒｅ

ｔｏ

ｄｕｃｔｉｌｅ

ｆｌｏｗ［Ｊ］．Ｂｕｌｌ．ＥａｒｔｈｑｕａｋｅＲｅｓ．Ｉｎｓｔ，Ｔｏｋｙｏ

Ｕ１１ｉｖ．，１９６６，４４：２１５—２３２．

ＭＳ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＲｏｃｋ

Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ－－ｔｈｅＢｒｉｔｔｌｅＦｉｅｌｄ［Ｍ］．

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Ｈ

Ｃ．Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｆｒｏｍｂｒｉｔｔｌｅ

ｆｍｃｔｕｒｅｔｏｄｕｃｔｉｌｅ

ｆｌｏｗ

ｉｎ

Ｓｏｌｅｎｈｏｆｅｎｌｉｍｅｓｔｏｎｅ

ａｓ

ａ

ｆｕｎｃｔｉｏｎ

ｏｆ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ

ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ａｎｄｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌｆｌｕｉｄｐｒｅｓｓｕｒｅ［Ｊ］．Ｂｕｌｌ．Ｇｅ０１．Ｓａｃ．Ａｍ．，

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Ｊ．Ｓｔｒｅｎｇｔｈ

ｏｆ

ｒｏｃｋｓａｔ

ｄｅｐｔｈ［Ａ］．Ｉｎ：Ｒｏｃｋ

ａｔ

ＧｒｅａｔＤｅｐｔｈ［Ｃ］．

Ｒｏｔｔｅｒｄａｍ：Ａ．Ａ．Ｂａｌｋｅｍａ，１９８９．３７—４４．

Ｋｗａｓｎｉｅｗｓｋｉ

Ｍ

Ａ．Ｌａｗｓ

ｏｆ

ｂｒｉｔｔｌｅ

ｆａｉｌｕｒｅａｎｄｏｆＢ—Ｄ

ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ

ｉｎ

ｓａｎｄｓｔｏｎｅ［Ａ］．Ｉｎ：Ｒｏｃｋａｔ

ＧｒｅａｔＤｅｐｔｈ［Ｃ］．Ｒｏｔｔｅｒｄａｍ：Ａ．Ａ．Ｂａｌｋｅｍａ，１９８９．４５—５８．

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１７—３８．（Ｃｈｅｎ

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Ｒ，ＫｕｓｚｎｉｒＮＪ．Ｃｍｓｔａｌｖｉｓｃｏｓｉｔｙ

ａｎｄｔｈｅｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅ

ｌｏｗｅｒｃｒｕｓｔ［Ｊ］．Ａｎｎ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．，１９８７，ｆ５Ｂ）：３６５—３７３．

Ｇ，Ｍｕｒｐｈｙ

Ｄ

Ｃ．Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ

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ＳｈｉｍａｄａＭ．Ｌｉｔｈｏｓｐｈｅｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈ

ｉｎｆｅｒｒｅｄ

ｆｒｏｍｆｒａｃｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆ

ｒｏｃｋｓ

ａｔ

ｈｉｇｈ

ｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｓ

ａｎｄ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ［Ｊ］．

Ｔｅｃｔｏｎｏｐｈｙｓｉｃｓ，１９９３，２１７：５５—６４．

ＳｉｂｓｏｎＲ

Ｈ．Ｆａｕｌｔ

ｒｏｃｋａｎｄｓａｎｄｆａｕｌｔｍｅｃｈａｎｉｓｍ［Ｊ］．Ｊ．Ｇｅ０１．Ｓｅｅ．Ｌｏｎｄｏｎ，１９７７，１３３：１９１—２１３．

ＳｉｂｓｏｎＲＨ．Ｐｏｗｅｒｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎａｎｄ

ｓｔｒｅｓｓｌｅｖｅｌｓ

ｏｎ

ｆａｕｌｔｓｉｎｔｈｅ

ｕｐｐｅｒ万　

方数据ｃｒｕｓｔ［Ｊ］．Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．，１９８０，８５：６２３９—６２４７．

［３１】ＢｌａｃｉｃＪ

Ｄ．Ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｏｆｃｍｅｐｆ菌ｌｕｒｅｏｆｈａｒｄｒｏｃｋｊｏｉｎｔｓｉｎｔｈｅｎｅａｒ

ｆｉｅｌｄｏｆａ

ｎｕｃｌｅａｒｗａｓｔｅ

ｒｅｐｏｓｉｔｏｒｙ［Ａ］．Ｉｎ：Ｐｒｏｃ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ

ｏｎ

ＮｅａｒｆｉｅｌｄＰｈｅｎｏｍｅｎｏｎ

ｉｎ

Ｇｅｏｌｏｇｉｃ

Ｒｅｐｏｓｉｔｏｒｉｅｓ

ｆｏｒ

Ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ

Ｗａｓｔｅ［Ｃ］．【ｓ．１．】：［ｓ．ｎ．］，１９８１．１２１—１３２．

［３２】Ｐｕｓｃｈ

Ｒ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄ

ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓ

ｏｆ

ｃｒｅｅｐｉｎ

ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ

ｒｏｃｋ［Ａ］．Ｉｎ：Ｈｕｄｓｏｎ

ＪＡ

ｅｄ．ＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅＲｏｃｋ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｃ］．

Ｏｘｆｏｒｄ：Ｐｅｒｇａｍｏｎ

Ｐｒｅｓｓ，１９９３．２２７—２４１．

［３３１

Ｍａｌａｎ

ＤＥ

Ｔｉｍｅ—ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ

ｂｅｈａｖｉｏｒ

ｏｆ

ｄｅｅｐ

ｌｅｖｅｌｔａｂｕｌａｒ

ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｓｉｎｈａｒｄ

ｒｏｃｋ［Ｊ］．ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＲｏｃｋＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．

１９９９，３２：１２３—１５５．

［３４】Ｍａｌａｎ

ＤＥ

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｉｍｅ—ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ

ｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｅｘｃａｖａｔｉｏｎｓ

ｉｎ

ｈａｒｄ

ｒｏｃｋ［Ｊ】．ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＲｏｃｋＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００２，３５（４）：

２２５—２５４．

【３５】Ｍｕｉｒｗｏｏｄ

Ａ

Ｍ．Ｔｕｎｎｅｌｓｆｏｒｒｏａｄｓａｎｄｍｏｔｏｒｗａｙｓ［Ｊ］．Ｑｕａｒｔ．Ｊ．Ｅｎｇ．

Ｇｅ０１．，１９７２，５：１１９—１２０．

［３６１

ＢａｒｌａＧＳｑｕｅｅｚｉｎｇｒｏｃｋｓｉｎｔｕｎｎｅｌｓ［Ｊ］．ＩＳＲＭ，Ｎｅｗ

Ｊ．，１９９５，２：４４—

４９．

【３７】

ＡｙａａｎＯ，Ａｋａｇｉ

Ｔ，Ｋａｖａｍｏｔｏ

Ｔ

Ｔｈｅ

ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ

ｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆｒｏｃｋ

ａｒｏｕｎｄｔｕｎｎｅｌｓ：ｔｈｅｏｒｙａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｗｉｔｈｅｘａｍｐｌｅｓ

ｔａｋｅｎ

ｆｒｏｍ

Ｊａｐａｎ［Ｊ］．ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＲｏｃｋＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９６，２９：１２５—

１４３．

［３８】Ｍａｌａｎ

ＤＦ，ＢａｓｓｏｎＦＲＰ

Ｕｌｔｒａ—ｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇ：ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｐｏｔｅｎｔｉａｌ

ｆｏｒｓｑｕｅｅｚｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｊ．Ｓ，Ａｆｔ．Ｉｎｓｔ．Ｍｉｎ．Ｍｅｔａｌｌ，，１９９８，９８：

３５３—３６３．

【３９】Ｍａｌａｎ

Ｄ

Ｆ，ＳｐｏｔｔｉｓｗｏｏｄｅＳＭ．Ｔｉｍｅ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｆｒａｃｔｕｒｅｚｏｎｅ

ｂｅｈａｖｉｏｒ

ａｎｄ

ｓｅｉｓｍｉｃｉｔｙ

ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ

ｄｅｅｐｌｅｖｅｌ

ｓｔｏｐｐｉｎｇ

ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ［Ａ］．Ｉｎ：ＲｏｃｋｂｕｒｓｔａｎｄＳｅｉｓｍｉｃｉｔｙ

ｉｎ

Ｍｉｎｅｓ［Ｃ］．Ｒｏｔｔｅｒｄａｍ：

Ａ．Ａ．Ｂａｌｋｅｍａ，１９９７．１７３—１７７．

【４０】ＫｗｏｎＳ，Ｐａｒｋ

Ｂ

Ｙ，ＫａｎｇＣＨ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙ

ａｎａｌｙｓｉｓ

ｆｏｒ

ａ

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ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｎｕｃｌｅａｒ

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ｉｎ

ｇｒａｎｉｔｅ［Ａ］．Ｉｎ：Ｐａｃｉｆｉｃ

Ｒｏｃｋｓ２０００—Ｐｒｏｃ．ｔｈｅ４ｔｈＮｏｒｔｈＡｍｅｒｉｃａｎ

ＲｏｃｋＭｅｃｈ．

Ｓｙｍｐ．【Ｃ】．［Ｓ．１．】：【Ｓ．ｎ．】，２０００．１２７９—１２８５．

［４１】Ｐｕｓｃｈ

Ｒ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ

ａｎｄｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓｏｆｃｒｅｅｐ

ｉｎ

ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ

ｒｏｃｋ［Ａ］．Ｉｎ：ＨｕｄｓｏｎＪ

Ａ

ｅｄ．Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ

ＲｏｃｋＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｃ］．

Ｏｘｆｏｒｄ：ＰｅｒｇａｍｏｎＰｒｅｓｓ，１９９３．２２７—２４１．

［４２］

Ｂｒｉｄｇｍａｎ

Ｐ

Ｗ：Ｖｏｌｕｍｅｃｈａｎｇｅｓ

ｉｎ

ｔｈｅｐｌａｓｔｉｃ

ｓｔａｇｅｓｓｉｍｐｌｅ

ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ［Ｊ］．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，１９４９，２０：１２４１—１

２５１．

【４３】

ＭａｔｓｕｓｈｉｍａＳ．Ｏｎｔｈｅｆｌｏｗ

ａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅ

ｏｆｉｇｎｅｏｕｓ

ｒｏｃｋｓａｎｄｏｎ

ｔｈｅ

ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄ

ｆｒａｃｔｕｒｅｏｆ

ｇｒａｎｉｔｅｕｎｄｅｒｈｉｇｈ

ｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ［Ｊ］．

Ｂｕｌｌ．Ｄｉｓａｓｔｅｒ

ＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎＲｅｓ．Ｉｎｓｔ．，ＫｙｏｔｏＵｎｉｖ．，１９６０，３６：２０—

２６．

［４４】

周维垣．高等岩石力学【Ｍ】．北京：水利水电出版社，１９９０．８７—９０．

（Ｚｈｏｕ

Ｗｅｉｙｕａｎ．ＡｄｖａｎｃｅｄＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｕｇ：Ｗａｔｅｒ

Ｐｏｗｅｒ

Ｐｒｅｓｓ，１９９０．８７—９０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））

【４５］

李世平．岩石力学简明教程ＩＭ］．北京：煤炭工业出版社，１９９６．（Ｌｉ

ＳｈｉｐＩｎｇ．Ｃｏｎｃｉｓｅ

Ｔｕｔｏｒｉａｌ

ｏｆ

ＲｅｅｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ

ＣｏａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＨｏｕｓｅ，１９９６．（ＩｎＣｈｉｎｅｓｅ））

［４６】ＳｈｉｍａｄａＭ，ＬｉｕＪＴ．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ

ｏｆ

ｇｒａｎｉｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈ

【１９］Ｍｏｇｉ【２０］Ｍａｇｉ［２１】Ｐａｔｅｒｓｏｎ［２２】Ｈｅａｒｄ

［２３】Ｓｉｎｇｈ【２４］

【２５］

［２６】Ｍｅｉｓｓｎｅｒ【２７】Ｒａｎａｌｌｉ

【２８］

【２９】

［３０】

第２４卷第１６期

何满湖等．深部开采岩体力学研究

・２８１３・

ｓｅｉｓｍｏｇｅｎｉｃ

ｚｏｎｅｓ

ｉｎ

ｔｈｅ

ｃｒｕｓｔ［Ａ］．Ｉｎ：Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ

“ＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｓｍ，ＲｈｅｏｌｏｇｙａｎｄＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”【Ｃ】．［ｓ．１．］：［ｓ．ｎ．】，１９９９．４６—５４．

【４７】ＣｌｅａｒｙＭ．Ｅｆｆｅｃｔｓ

ｏｆ

ｄｅｐｔｈ

ｏｎｒｏｃｋ

ｆｒａｃｔｕｒｅ［Ａ］．Ｉｎ：Ｒｏｃｋ

ａｔＧｒｅａｔ

Ｄｅｐｔｈ［Ｃ］．Ｒｏｔｔｅｒｄａｍ：Ａ．Ａ．Ｂａｌｋｅｍａ，１９８９．１１５３—１１６３．

［４８］ＯｉｂｏｗｉｃｚＳＪ，Ｋｉｊｋｏ

Ａ．Ａｎ

Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏ

ＭｉｎｉｎｇＳｅｉｓｍｏｌｏｇｙ［Ｍ］．

Ｓａｎ

Ｄｉｅｇｏ：ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ，１９９４．

［４９】

Ｏｒｔｌｅｐｐ

ＷＤ．Ｈｉｇｈ

ｇｒｏｕｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ

ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ

ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ

ｗｉｔｈ

ｒｏｃｋｂｕｒｓｔ

ｄａｍａｇｅ［Ａ］．Ｉｎ：Ｒｏｃｋｂｕｒｓｔａｎｄ

Ｓｅｉｓｍｉｃｉｔｙｉｎ

Ｍｉｎｅｓ［Ｃ］．

Ｒｏｔｔｅｒｄａｌｎ：Ａ．Ａ．Ｂａｌｋｅｍａ，１９９３．１０ｌ一１０６．

［５０］Ｍａｒｃａｋ

Ｈ．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｅｉｓｍｉｃ

ｅｖｅｎｔｓ

ｓｅｑｕｅｎｃｅｓｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍ

Ｐｏｌｉｓｈｄｅｅｐ

ｍｉｎｅｓ［Ａ］．Ｉｎ：Ｒ０ｃｋｂｕｒｓｔａｎｄＳｅｉｓｍｉｃｉｔｙｉｎＭｉｎｅｓ［Ｃ］．

Ｒｏｔｔｅｒｄａｍ：Ａ．Ａ．Ｂａｌｋｅｍａ，１９９７．１０７—１０９．

【５１］Ｔａｎｇ

Ｃ

Ａ，Ｔｈａｍ

Ｌ

Ｇ，Ｌｅｅ

Ｐ

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Ｋ，ｅｔ

ａ１．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｔｅｓｔｓ

ｏｎ

ｍｉｃｒｏ－ｍａｃｒｏ

ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｒｏｃｋｆａｉｌｕｒｅ

ｕｎｄｅｒｔｍｉａｘｉａｌ

ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ阴．

Ｉｎｔ．Ｊ．ＲｏｃｋＭｅｃｈ．Ｍｉｎ．Ｓｃｉ．，２０００，３７：５５５—５６９，

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Ｎｅｗｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇｒｏｃｋｂｕｒｓｔｉｎｄｕｃｅｄｂｙｍｉｎｉｎｇ

ａｔ

ｇｒｅａｔ

ｄｅｐｔｈａｎｄ

ｉｔｓ

ｃｏｎｔｒｏｌ

ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆ

Ｃｈｉｎａ

Ｃｏａｌ

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ＫｉｒｚｈｎｅｒＦ，ＲｏｓｅｎｈｏｕｓｅＧＮｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ

ｏｆｔｕｎｎｅｌ

ｄｙｎａｍｉｃ

ｒｅｓｐｏｎｓｅ

ｔｏ

ｅａｒｔｈ

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Ｓ

Ｇ，ＣａｉＪＧ，ＺｈａｏＪ，ｅｔ

ａ１．Ｄｉｓｃｒｅｔｅ

ｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆ

ａｎ

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ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｉｎ

ａ

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ＬｉＸＢ，ＬｏｋＴ

Ｓ，ＺｈａｏＪ，ｅｔａ１．Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ

ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ

ｉｎｔｈｅ

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ａｐｐａｒａｔｕｓ

ａｎｄ

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ｃｕｒｖｅｓ

ｆｏｒ

ｒｏｃｋｓ［Ｊ］．Ｉｎｔ．Ｊ．ＲｏｃｋＭｅｃｈ．Ｍｉｎ．Ｓｃｉ．，２０００，３７（７）：

１０５５一ｌ０６０．

Ｚ

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ＬＧ，ｅｔ

ａ１．Ｅｆｆｅｃｔｓ

ｏｆ

ｌｏａｄｉｎｇ

ｒａｔｅｏｎ

ｒｏｃｋ

ｆｒａｃｔｕｒｅ：ｆｒａｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄ

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万　

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Ｄｅｓｈｅｎｇ．

Ｔｈｅｈａｚａｒｄｃｏｎｔｒｏｌａｎｄ

ｃａｔａｃｌａｓｔｉｃ

ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ

ｉｎｄｕｃｅｄ

ｂｙｈｉｇｈ

ｓｔｒｅｓｓ

ｉｎ

ｈａｒｄ

ｒｏｃｋｍｉｎｉｎｇ

ａｔ

ｄｅｐｔｈ［Ａ］．Ｉｎ：ＸｉａｎｇｓｈａｎＳｃｉｅｎｃｅＣｏｎｇｒｅｓｓｅｄ．

ＳｃｉｅｎｃｅＦｏｒｅｌａｎｄ

ａｎｄ

Ｆｕｔｕｒｅ（Ｖｏｌｕｍｅ

６）［Ｃ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ

Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ

Ｓｃｉｅｎｃｅ

Ｐｒｅｓｓ，２００２．１０１—１０８．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））

［６１】Ｄｙｓｋｉｎ

Ａ．ｖ．Ｏｎｔｈｅｒｏｌｅｏｆｓｔｒｅｓｓｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓｉｎｂｒｉｔｔｌｅ

ｆｒａｃｔｕｒｅ［Ｊ］．

Ｉｎｔ．Ｊ．Ｆｒａｃｔｕｒｅ，１９９９，１００：２９—３５．

［６２】

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Ｇｕｏｂｉｎ．Ｎｅｗｒｅｓｅａｒｃｈ

ｏｎ

ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ

ｒｏｃｋ

ｂｒｅａｋａｇｅ

ｒａｎｇｅａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ

ｏｆ

ｒｏａｄｗａｙ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆ

Ｃｈｉｎａ

Ｃｏａｌ

Ｓｏｃｉｅｔｙ，１９９５，２０ｆ３１：３０４—３１０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））

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ｆｏｒ

ｒｏａｄｗａｙｉｎｓｏｆｔ

ｒｏｃｋａｎｄｉｔｓ

ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ

ｍｅａｓｕｒｅｓ［Ａ］．Ｉｎ：ＨｅＭａｎｃｈａｏｅｄ．ＳｏｆｔＲｏｃｋＴｕｎｎｅｌ

Ｓｕｐｐｏｒｔ

ｉｎ

Ｃｈｉｎａ’ｓ

Ｍｉｎｅｓ：Ｔｈｅｏｒｙ

ａｎｄ

Ｐｒａｃｔｉｃｅ［Ｃ］．ＢｅＯｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ

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Ｗｅｎｇａｎｇ，ｅｔａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ

ｏｎｆｌｏｏｒｈｅａｖｅｏｆ

ｒｏａｄｗａｙ

ｉｎ

ｄｅｅｐ

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Ｊｏｕｍａｌ

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ｏｎ

ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ

ｒｏｃｋｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｓ

ｏｆｓｏｆｔ

ｒｏｃｋ

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ｒｏｃｋ

ｂｒｅａｋａｇｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ

ｏｆ

ｒｏａｄｗａｙ

ａｔ

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８５１．（Ｐａｎ

Ｙｉｓｈａｎ，ＬｉＺｈｏｎｇｈｕａ，Ｚｈａｎｇ

Ｍｅｎｇｔａｏ．Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｔｙｐｅ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍ

ａｎｄ

ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆ

ｒｏｃｋｂｕｒｓｔｉｎＣｈｉｎａ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ

Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆＲｏｃｋ

Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ

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８４４—１

８５１．（ｉｎ

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Ｈ．Ｓｕｐｐｏｒｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ

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ＮＣ，Ｗａｉｎｗｒｉｇｈｔ

ＥＨ

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［６４】

【５３］

【５４］

［６５】【５５】Ｃｈｅｎ

［６６Ｊ

【５６１

【６７］

【５７］

［５８】Ｚｈａｎｇ

【６８］［５９】【６９］Ｗａｇｎｅｒ

第２４卷第１６期岩石力学与工程学报

Ｖ０１．２４Ｎｏ．１６

２００５年８月

ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ

ｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ

ａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ａｕｇ．，２００５

深部开采岩体力学研究

何满潮１～，谢和平Ｌ３，彭苏萍１，姜耀东１

（１．中国矿业大学（北京校区），北京

１０００８３：２．中国地质大学（北京），北京

１０００８３；３．四川大学，四川成都６１００６５）

摘要：深部开采工程中产生的岩石力学问题是目前国内外采矿及岩石力学界研究的焦点，国内外学者通过理论研

究、室内及现场试验研究取得了大量的成果。总结分析了深部开采与浅部开采岩体工程力学特性的主要区别，主要表现在“三高一扰动”的恶劣环境、５个力学特性转化特点、４个方面的矿井转型、６大灾害表现形式。针对深部工程所处的特殊地质力学环境，通过对深部工程岩体非线性力学特点的深入研究，指出进入深部的工程岩体所属的力学系统不再是浅部工程围岩所属的线性力学系统，而是非线性力学系统，传统理论、方法与技术已经部分或相当大部分失效，深入进行深部工程岩体的基础理论研究已势在必行。

关键词：岩石力学；深部开采；三高一扰动；工程特性

中图分类号：Ｔｕ

４５７

文献标识码：Ａ文章编号：１０００—６９１５（２００５）１６—２８０３—１１

ＳＴＵＤＹｏＮＲｏＣＫ

ＭＥＣＨＡＮＩＣＳＩＮ

ＤＥＥＰ

ＭＩＮＩＮＧＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

ＨＥ

Ｍａｎ—ｃｈａ０１，２

ＸＩＥＨｅ—ｐｉｎ９１’３，ＰＥＮＧＳｕ—ｐｉｎ９１，ＪＩＡＮＧＹａｏ—ｄｏｎ９１

（１．ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ

１０００８３，

Ｃｈｉｎａ：３．Ｓｉｃｈｕａｎ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００６５，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓｐｒｏｂｌｅｍｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

ａｒｅ

ｔｈｅｆｏｃｕｓｅｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｓｏｆ

ｍｉｎｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓ．Ａｌｏｔｏｆａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｓｃｈｏｌａｒｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ

ｓｔｕｄｙ，ｌａｂｏｒａｔｏｒｙｔｅｓｔ，ａｎｄｉｎ—ｓｉｔｅｔｅｓｔ．Ｂａｓｅｄ

ｏｎ

ｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｓｔｕｄｉｅｓｏｆａｕｔｈｏｒｓ，ｔｈｅｍａｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

ｍｅｃｈａｎｉｃｓｆｏｒｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｓｏｆｒｏｃｋｍａｓｓｂｅｔｗｅｅｎｓｈａｌｌｏｗｍｉｎｉｎｇａｎｄｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｙａｒｅ

ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ

ａｓ

ｆｏｌｌｏｗｓ：（１）ｍｉｎｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｗｉｔｈ

ｔｈｒｅｅ“ｈｉｇｈ”ａｎｄ

ｏｎｅ“ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ”一ｈｉｇｈｇｒｏｕｎｄ

ｓｔｒｅｓｓ，

ｈｉｇｈ

ｅａｒｔｈ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｉｇｈｋａｒｓｔｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ，ａｎｄｍｉｎｉｎｇｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ；（２）ｆｉｖｅ

ｔｒａｎｓｆｏｒｍｆｅａｔｕｒｅｓｏｆ

ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｓ；（３）ｆｏｕｒｃｈａｎｇｅｓｏｆｃｏａｌｍｉｎｅｔｙｐｅｓ；ａｎｄ（４）ｓｉｘｒｅｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇｔｙｐｅｓｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｈａｚａｒｄｓ．

Ｂｙｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｒｅｓｅａｒｃｈ

ｏｎ

ｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒ

ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

ｃｈａｒａｃｔｅｒｓｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｒｏｃｋｍａｓｓｉｎｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇｕｎｄｅｒ

ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｇｅｏｌｏｇｙｍｅｃｈａｎｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ；ｉｔｉｓｐｏｉｎｔｅｄ

ｏｕｔｔｈａｔ

ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｉｓｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｅｄ

ｔｏ

ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｒｏｃｋｍａｓｓａｔｄｅｐｔｈ，ｉｓｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ，ｂｕｔ

ｎｏｔ

ｔｈｅｌｉｎｅａｒ

ｍｅｃｈａｎｉｃｓｓｙｓｔｅｍ

ｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｅｄｔｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｒｏｃｋｍａｓｓａｔｓｈａｌｌｏｗ．Ｔｈｅｃｌａｓｓｉｃｔｈｅｏｒｙ，ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅｐａｒｔｌｙｏｒ

ｍｏｓｔ

ｅｎｔｉｒｅｌｙｉｎｖａｌｉｄ．Ｓｏ，ｉｔｉｓｖｅｒｙ

ｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｂａｓｉｃｔｈｅｏｒｙｏｆｒｏｃｋ

ｍｅｃｈａｎｉｃｓ

ｉｎｄｅｅｐｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓ；ｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇ；ｔｈｒｅｅ“ｈｉｇｈ”ａｎｄｏｎｅ“ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ”：ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｓ

源开采过程中而引发的与巷道工程及采场工程有关

１

引

目的岩石力学问题。

随着对能源需求量的增加和开采强度的不断加

深部开采工程岩石力学主要是指在进行深部资

浅部资源日益减少，国内外矿山都相继进入深

收藕日期：２００５一０３一０５：修回日期：２００５—０４—２０

基金项目：国家自然科学基金重大项目（５０４９０２７０）；国家基金委创新群体基金资助项目（５０２２１４０２）；教育部科学技术研究重大项目（１０４０５）

作者简介：何满潮（１９５６一），男，博士，１９８５年毕业于长春地质学院水文工程地质系工程地质专业，现任教授、博士生导师、国家自然科学基金重大项目（５０４９０２７０）首席科学家，主要从事岩石力学理论及工程方面的教学与研究工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｅｍａｎｃｈａｏ＠２６３．ｎｅｔ。

万　

方数据

岩石力学与工程学报２００５年

部资源开采状态。随着开采深度的不断增加，工程灾害日趋增多，如矿井冲击地压、瓦斯爆炸、矿压

显现加剧、巷道围岩大变形、流变、地温升高等，对深部资源的安全高效开采造成了巨大威胁。因此，深部资源开采过程中所产生的岩石力学问题已成为国内外研究的焦点【卜ＩｌＪ。

２国内外深部工程现状

据不完全统计［１２￣１６｜，国外开采超千米深的金属矿山有８０多座，其中最多为南非。南非绝大多数金矿的开采深度大都在１

０００

ｍ以下。其中，Ａｎｇｌｏｇｏｌｄ

有限公司的西部深井金矿，采矿深度达３

７００

ｍ，

ＷｅｓｔＤｒｉｅｆｏｖｔｅｎ金矿矿体赋存于地下６００ｍ，并一直延伸至６０００ｍ以下。印度的Ｋｏｌａｒ金矿区，己有三座金矿采深超２

４００

ｍ，其中钱皮恩里夫金矿共开拓１１２个阶段，总深３２６０ｍ。俄罗斯的克里沃罗格铁矿区，已有捷尔任斯基、基洛夫、共产国际等８座矿山采准深度达９１０ｍ，开拓深度到１５７０

ｍ，预

计将来达到２０００～２

５００

ｍ。另外，加拿大、美国、

澳大利亚的一些有色金属矿山采深亦超过ｌ

０００ｍ。

国外一些主要产煤国家从２０世纪６０年代就开始进入深井开采。１９６０年前，西德平均开采深度已经达

６５０

ｍ，’１９８７年已将近达９００ｍ；原苏联在２０世纪

８０年代末就有一半以上产量来自６００ｍ以下深部。国外深部工程开采现状如图１所示。

图１国外深部工程开采现状

Ｆｉｇ．１

Ｐｒｅｓｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｄｅｅｐ

ｍｉｎｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｂｒｏａｄ

根据目前资源开采状况，我国煤矿开采深度以每年８～１２ｍ的速度增加，东部矿井正以１００～

２５０

ｍ／（１０ａ）的速度发展卟１７，１８１。近年己有一批矿

山进入深部开采。其中，在煤炭开采方面，沈阳采

万　

方数据屯矿开采深度为１

１９７

ｍ、开滦赵各庄矿开采深度为

１１５９

ｍ、徐州张小楼矿开采深度为１

１００

ｍ、北票

冠山矿开采深度为１

０５９

ｍ、新汶孙村矿开采深度为

１０５５

ｍ、北京门头沟开采深度为１

００８

ｍ、长广矿

开采深度为１０００

ｍ。在金属矿开采方面，红透山铜

矿目前开采己进入９００～１１００

ｍ深度，冬瓜山铜矿

现已建成２条超１

０００

ｍ竖井来进行深部开采，弓

长岭铁矿设计开拓水平７５０ｍ，距地表达１

０００ｍ，

夹皮沟金矿二道沟坑口矿体延深至１

０５０

ｍ，湘西金

矿开拓３８个中段，垂深超过８５０ｍ。此外，还有寿王坟铜矿、凡口铅钵矿、金川Ｉ镍矿、乳山金矿等许多矿山都将进行深部开采。可以预计在未来２０年我国很多煤矿将进入到１０００～１５００

ｍ的深度。同时，

在今后１０～２０ａ内，我国金属和有色金属矿山将进入

１

０００～２

０００

ｍ深度开采。我国国有重点煤矿平均

采深变化趋势如图２所示。

图２我国国有重点煤矿平均采深变化趋势

Ｆｉｇ．２

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｓｏｆａｖｅｒａｇｅｍｉｎｉｎｇｄｅｐｔｈｏｆｋｅｙ

ｃｏａｌ

ｍｉｎｅｓｉｎＣｈｉｎａ

３国内外深部研究现状

早在２０世纪８０年代初，国外已经开始注意对深井问题的研究。１９８３年，原苏联的权威学者就提出对超过１

６００

ｍ的深（煤）矿井开采进行专题研究。

当时的西德还建立了特大型模拟试验台，专门对

１６００

ｍ深矿井的三维矿压问题进行了模拟试验研

究。１９８９年岩石力学学会曾在法国专门召开“深部岩石力学”问题国际会议，并出版了相关的专著。近２０ａ来，国内外学者在岩爆预测、软岩大变形机

制、隧道涌水量预测及岩爆防治措施（改善围岩的物理力学性质、应力解除、及时施作锚喷支护、合理的施工方法等）、软岩防治措施（Ｄｉｌ强稳定掌子面、

加强基脚及防止断面挤入、防止开裂的锚、喷、支，分断面开挖等）等各方面进行了深入的研究，取得了很大的成绩。一些有深井开采矿山的国家，如美国、

加拿大、澳大利亚、南非，波兰等，政府、工业部

第２４卷第１６期何满潮等．深部开采岩体力学研究

・２８０５・

门和研究机构密切配合，集中人力和财力紧密结合

深部开采相关理论和技术开展基础问题的研究。南非政府、大学与工业部门密切配合，从１９９８年７月开始启动了一个“ｄｅｅｐｍｉｎｅ”的研究计划，耗资约合１．３８亿美元，旨在解决深部的金矿安全、经济开采所需解决的一些关键问题。加拿大联邦和省政府及采矿工业部门合作开展了为期１０ａ的２个深井

研究计划，在微震与岩爆的统计预报方面的计算机

模型研究，以及针对岩爆潜在区的支护体系和岩爆危险评估等进行了卓有成效的探讨。美国Ｉｄａｈｏ大

学、密西根工业大学及西南研究院就此展开了深井

开采研究，并与美国国防部合作，就岩爆引发的地震信号和天然地震或化爆与核爆信号的差异与辨别进行了研究。西澳大利亚大学在深井开采方面也进行了大量工作。

近些年来，随着我国国民经济和科学技术的发

展，对复杂地质条件下一些长深铁路、公路隧道的

修建，深部开采事故的预防，应用和发展了许多先进的科学技术和理论。在软岩支护、岩爆防治、超前探测、信息化施工等方面，隧道工程部门、中国矿业大学、中南大学、东北大学、重庆大学、同济

大学、西南交通大学等进行了大量的研究和实践，

积累了丰富的实践经验，且具有开展相关研究的基础与条件。如“九五”期间，中国矿业大学在深部

煤矿开发中灾害预测和防治研究、武汉岩土所在峒

室优化及稳定性研究、中南大学《千米深井岩爆发

生机理与控制技术研究》、北京科技大学《抚顺老虎

台矿开采引发矿震的研究》都做了许多有益工作，

取得了重要成果。目前该领域的研究进展主要有以

下几个方面。

３．１深部岩石的变形性质

（１）深部岩体的脆一延转化

岩石在不同围压下表现出不同的峰后特性，在较低围压下表现为脆性的岩石可以在高围压下转化为延性。白Ｖｏｎ．Ｋａｒｍａｎ（１９１１年）首先用大理岩进行不同围压条件下的力学试验以来，人们针对围压对岩石力学性质的影响进行了大量试验研究。文［１８］

在室温下对大理岩进行了试验，证明了随着压力增大

岩石变形行为由脆性向延性转变的特性。文［１９，２０］

发表过类似的试验结果，并指出脆一延转化通常与岩石强度有关。文［２１】也曾获得过类似的结论，但对于诸如花岗岩和大理岩这类岩石，在室温下即使

围压达到１

０００

ＭＰａ甚至以上时，仍表现为脆性。而

有的现场观测资料表明，像花岗闪长岩这种极坚硬

万　

方数据的岩石在长期地质力作用下也会发生很大延性变形。

岩石破坏时在不同的围压水平上表现出不同的

应变值，当岩石发生脆性破坏时，通常不伴有或仅伴有少量的永久变形或塑性变形，当岩石呈延性破坏时，其永久应变通常较大，因此，文［２２，２３］用岩石破坏时的应变值作为脆一延转化判别标准。

文【２４］根据亚洲、欧洲、美洲和非洲的１０１个砂岩试件的试验数据，对岩石的脆一延转化规律进

行了深入研究，系统分析了脆一延转化临界条件，并研究了脆一延转化过程中的过渡态性质，文［２５］

认为过渡态中，通常具有脆性破坏的特征，也具有延性变形的性质。

岩石脆一延转化临界条件的诸多成果还来自于地壳岩石圈动力学中，普遍认为，随着深度的增加

当岩层中压力和温度达到一定条件时，岩石即发生脆一延转化，所以存在转化深度的概念，当然该深

度还与岩石性质有关。文［２６，２７］认为当摩擦强度

与蠕变强度相等时岩石即进入延性变形状态。文［２８】

给出了地球岩石圈各种强度的推测曲线。文［２９，３０】还发现在脆性向延性转换深度上存在着很高的应力释放。

总之，脆一延转化是岩石在高温和高压作用下

表现出的一种特殊的变形性质，如果说浅部低围压下岩石破坏仅伴有少量甚至完全没有永久变形的话，则深部高围压条件下岩石的破坏往往伴随有较大的塑性变形，目前的研究大多集中在脆一延转化的判断标准上，而对于脆一延转化的机理却研究较

少，目前还没有比较成熟的成果。

（２）深部岩石的流变特性

在深部高应力环境中，岩石具有强时间效应，表现为明显的流变或蠕变。文［３１，３２］在研究核废料处置时，研究了核废料储存库围岩的长期稳定性

和时间效应问题。一般认为，优质硬岩不会产生较

大的流变，但南非深部开采实践表明，深部环境下硬岩同样会产生明显的时间效应【３３’３４］ｏ对于软岩巷

道，文【３５］提出了一个非常简单的参数～岩体的承

载因子（即岩体强度和地应力的比值）来衡量巷道围岩的流变性。文【３６】讨论了该参数的适用范围。文［３７】通过对大量日本的软岩巷道调查后发现，发生明显流变的巷道围岩承载因子都小于２。该结论是针对典型软岩如泥岩、凝灰岩、页岩和粉砂岩等得出的，且埋深都小于４００ｍ，该准则是否适用于深部硬岩目前尚无定论。

岩石力学与工程学报

２００５焦

文［３３，３４，３８，３９］系统地研究了南非金矿深

部硬岩的流变性，发现高应力导致围岩流变性十分明显，支护极其困难，巷道最大收缩率曾达到了５００ｍｍ／月的水平ｕ圳。

岩石在高应力和其他不利因素的共同作用下，其蠕变更为显著，这种情况在核废料处置中十分普遍。例如，即使质地非常坚硬的花岗岩，在长时微破裂效应和地下水力诱致应力腐蚀（ｗａｔｅｒ

ｉｎｄｕｃｅｄ

ｓｔｒｅｓｓ

ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）的双重不利因素作用下，同样会对

存贮库近场区域的岩石强度产生很大的削弱作用ｔ４０ｌ。蠕变的发生还与岩体中微破裂导致的岩石剥

离有关，根据瑞典Ｆｏｒｓｍａｒｋ核废料候选场址的观测记录以及长时蠕变准则的推测，预计该硐库围岩经历１

０００

ａ后，岩石剥落波及的深度将达到３

Ｉｎｌ４１｜。

（３）深部岩石的扩容性质

文［４２】首次在单轴压缩试验中观测到岩石破裂

前出现体积增大现象。文［４３］在围压下同样也观测到了扩容现象，不过，随着围压的增大，扩容的数

值会降低。文［２４］的试验进一步表明，在低围压下，岩石往往会在低于峰值强度时由于内部微裂纹张开而产生扩容现象，但在高围压下，岩石的这种扩容现象不明显甚至完全消失。

３．２‘深部岩石强度和破坏特征

研究表明ｍ“５Ｉ，总体上岩石的强度随深度的增加而有所提高。如有的矿区从深度小于６００Ｉｌｌ变化到８００＂～１

０００

ｍ时，强度为２１～４０ＭＰａ的岩石所

占的比重从３０％减少到２４％，而强度为８１～１００ＭＰａ岩石的比重则从５．５％增加到２４．５％，且岩石更脆，更容易发生岩爆。

文［２３１根据大量试验数据，总结了在非常高的侧向应力（高达７００ＭＰａ）下的岩石强度准则，提出了一个非线性的岩石强度准则。文［４６】根据试验发现，在２００℃～２８０℃和不同围压的条件下，花岗岩具有较低的强度值，据此提出了地壳强度结构的圣诞

树模型，合理解释了大陆地壳多震层的成因。

随着开采深度的增加，岩石破坏机理也随之转

化，由浅部的脆性能或断裂韧度控制的破坏转化为深部开采条件下由侧向应力控制的断裂生长破坏，更进一步，实际上就是由浅部的动态破坏转化为深

部的准静态破坏，以及由浅部的脆性力学响应转化

为深部的潜在的延性行为力学响应【４

７｜。

与此观点相反，有些人则认为深部岩体的破坏

更多地表现为动态的突然破坏，即岩爆或矿震１４８｜。

深部开采中，不仅岩爆的发生与岩层的运动速

万　

方数据率存在十分明显的关系，且岩爆的强度与震级也与岩层的运动速率有关【４９｜。因此，目前预报岩爆的重要参数就是岩层的位移和运动速率。另外，深部开

采引起的开采沉陷极有可能成为岩爆的诱因，同时

地质结构面（弱面）的活化也可能导致岩爆，地质构造面附近的应力重新分布甚至有可能导致一系列的前震（ｆｏｒｅｓｈｏｃｋｓ），因此，深部矿井岩爆的空问分布和时间分布都十分复杂，且岩爆事件组成的时问序列很有可能不符合正态分布【５…。

３．３深部岩石的破碎诱导机理

在深井开采中，坚硬矿岩出现的“好凿好爆”现象给人们重要启示，这种现象应该是高应力所致。因此，在深部开采中，如何有效地预防和抑制由高

应力诱发的岩爆等灾害性事故发生的同时，又充分

利用高应力与应力波应力场叠加组合高效率的破裂矿岩，应成为深部开采中一大迫切需要研究的课题。

．

近十几年来，国内外对岩石分别在高应力状态

和动荷载作用下的特性与响应做了一系列细致而深入的研究。以三轴试验仪为主要试验设备，对岩石在高应力状态下的物理特性与破坏进行了试验研究，利用细观力学、断裂力学以及损伤力学等现代

理论，对岩石的本构特征、断裂破坏机理进行了理

论与数值分析，从而对冲击地压、岩爆等物理现象

有了本质的认测５１￣５引；另一方面，以霍布金逊压杆

与轻气炮为主要冲击试验设备，对岩石在动荷载作用下高应变率段的动力参量与动力性质进行了试验

研究，并从应力波理论的角度利用各种现代方法对岩石的动态本构特征、应力波在岩石中的传播与能

量耗散以及界面边界效应等方面进行了理论分析推导与数值模拟，从而得到了一系列岩石动态破坏规律【５４￣５８１。纵观国内外的研究，至今为止人们还没有重视对于在高应力状态下的岩石的动态特性与碎裂机理的研究【５吼６０１，有限的研究也主要限制在脆性材料在高应力与应力脉冲组合下的理论分析上【６１Ｊ。

４深部工程岩体的地质力学特性

与浅部岩体相比，深部岩体更突显出具有漫长

地质历史背景、充满建造和改造历史遗留痕迹、并

具有现代地质环境特点的复杂地质力学材料（见图３）。

深部工程岩体产生冲击地压、岩爆、瓦斯突出、流变、底板突水等非线性力学现象的原因，归根结

第２４卷第１６期何满潮等．深部开采岩体力学研究

・２８０７・

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图３深部岩体地质力学特点

Ｃｈａｒａｃｔｅｒｓｏｆｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ

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ｌ鲞壅垄堂堡垫Ｉ

Ｏ

（２）高地温

根据量测，越往地下深处，地温越高。地温梯

度一般为３０～５０℃／ｋｍ不等，常规情况下的地温梯度为３０。Ｃ／ｋｍ。有些地区如断层附近或导热率高的

口巫到匦亟圄区蠲压枣妇Ｌ［巫圈

Ｆｉｇ．３

异常局部地区，地温梯度有时高达２００℃／ｋｍ。岩

体在超出常规温度环境下，表现出的力学、变形性

ｍｅｃｈａｎｉｃｓｏｆｒｏｃｋｍａｓｓ

ａｔ

ｄｅｐｔｈ

质与普通环境条件下具有很大差别。地温可以使岩体热胀冷缩破碎，而且岩体内温度变化１℃可产生

０．４～０．５ＭＰａ的地应力变化。岩体温度升高产生的地应力变化对工程岩体的力学特性会产生显著的影响。

（３）高岩溶水压

底是由于深部岩体因其所处的地球物理环境的特殊

性和应力场的复杂性所致。受其影响，深部岩体的受力及其作用过程所属的力学系统不再是浅部工程

围岩所属的线性力学系统（虽然由于地质条件的复

杂性也含有非线性力学问题），而是非线性力学系统，其稳定性控制的难点和复杂性在于不再含有线性问题（见表１）。

进入深部以后，随着地应立即低温的升高，同

时将会伴随着岩溶水压的升高，在采深大于１

０００ｍ

的深部，其岩溶水压将高达７ＭＰａ，甚至更高。岩溶水压的升高，使得矿井突水灾害更为严重。

５．１．２采矿扰动

５深部开采岩体的工程力学特点

５．１“三高一扰动”的恶劣环境

深部岩体地质力学特点决定了深部开采与浅部开采的明显区别在于深部岩石所处的特殊环境，即“三高一扰动”的复杂力学环境。５．１．１“三高”

采矿扰动主要是指强烈的开采扰动。进入深部

开采后，在承受高地应力的同时，大多数巷道要经受硕大的回采空间引起强烈的支承压力作用，使受采动影响的巷道围岩压力数倍、甚至近十倍于原岩应力，从而造成在浅部表现为普通坚硬的岩石，在深部却可能表现出软岩大变形、～大地压、难支护的特征；浅部的原岩体大多处于弹性应力状态，而进入深部以后则可能处于塑性状态，即有各向不等压

“三高”主要是指高地应力、高地温、高岩溶

水压。

（１）高地应力

进入深部开采以后，仅重力引起的垂直原岩应力通常就超过工程岩体的抗压强度（＞２０ＭＰａ），而由于工程开挖所引起的应力集中水平则更是远大于工程岩体的强度（＞４０ＭＰａ）。同时，据已有的地应力资料显示，深部岩体形成历史久远，留有远古构造运动的痕迹，其中存有构造应力场或残余构造应力场。二者的叠合累积为高应力，在深部岩体中形成了异常的地应力场。据南非地应力测定，在

３

的原岩应力引起的压、剪应力超过岩石的强度，造

成岩石的破坏。

５．２

５个力学特性转化特点

进入深部以后，受“三高一扰动”作用，深部

工程围岩的地质力学环境较浅部发生了很大变化，从而使深部巷道围岩表现出其特有的力学特征现象【Ｉ¨，主要包括以下几方面。

（１）围岩应力场的复杂性

浅部巷道围岩状态通常可分为松动区、塑性区和弹性区３个区域，其本构关系可以采用弹塑性力学理论进行推导求解［６２１。然而，研究表明，深部巷

道围岩产生膨胀带和压缩带，或称为破裂区和未破

５００～５

０００

ｍ深度，地应力水平为９５～１３５ＭＰａ。

如此高的应力状态下进行工程开挖，确实面临严峻

挑战。

裹１深部岩体与浅部岩体的受力特点对比

Ｔａｂｌｅ１

Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒｏｃｋ

ｍａｓｓｉｎｄｅｅｐｍｉｎｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｏｓｅｏｆｓｈａｌｉｏｗｍｉｎｅｓ

万方数据　

岩石力学与工程学报

２００５芷

坏区，交替出现的情形，且其宽度按等比数列递增，这一现象被称为区域破裂现象（据Ｓｈｅｍｙａｋｉｎ

ＥＩ）。

现场实测研究也证明了深部巷道围岩变形力学的拉

压域复合特征［６３１。因此，深部巷道围岩的应力场更为复杂。

（２）围岩的大变形和强流变性特性

研究表明，进入深部后岩体变形具有两种完全

不同的趋势，一种是岩体表现为持续的强流变特

性，即不仅变形量大，而且具有明显的“时间效应”畔’６５］，如煤矿中有的巷道２０余年底臌不止，

累计底臌量达数十米。文［３３，３４，３９］对南非金矿

深部围岩的流变性进行了系统研究，发现其围岩流

变性十分明显，巷道围岩最大移近速度达５００

ｍｍ／

月。另一种是岩体并没有发生明显变形，但十分破碎，处于破裂状态，按传统的岩体破坏、失稳的概

念，这种岩体己不再具有承载特性，但事实上，仍然具有承载和再次稳定的能力【６５￣６７］，借助这一特

性，有些巷道还特地将其布置在破碎岩（煤）体中，如沿空掘巷。

（３）动力响应的突变性

浅部岩体破坏通常表现为一个渐进过程，具有

明显的破坏前兆（变形加剧）。而深部岩体的动力响应过程往往是突发的、无前兆的突变过程，具有强烈的冲击破坏特性，宏观表现为巷道顶板或周边围岩的大范围的突然失稳、坍塌‘４８’６８，６９１。

（４）深部岩体的脆一延转化

试验研究表吲１８’２１’２３，２４１，岩石在不同围压条

件下表现出不同的峰后特性，由此，最终破坏时应变值也不相同。在浅部（低围压）开采中，岩石破坏以脆性为主，通常没有或仅有少量的永久变形或塑

性变形；而进入深部开采以后，因在“三高一扰动”

作用下，岩石表现出的实际就是其峰后强度特性，在高围压作用下岩石可能转化为延性，破坏时其永

久变形量通常较大。因此，随着开采深度的增加，

岩石已由浅部的脆性力学响应转化为深部潜在的延性力学响应行为【４７】。

（５）深部岩体开挖岩溶突水的瞬时性

浅部资源开采中，矿井水主要来源是第四系含

水层或地表水通过采动裂隙网络进入采场和巷道，水压小，渗水通道范围大，基本服从岩体等效连续介质渗流模型，涌水量也可根据岩体的渗透率张量

进行定量估算，因此，突水预测预报尚具可行性。而深部的状况却十分特殊，首先，随着采深加大，

承压水位高，水头压力大；其次，由于采掘扰动造万　

方数据成断层或裂隙活化，而形成渗流通道相对集中，矿

井涌水通道范围窄，使奥陶系岩溶水对巷道围岩和

顶底板形成严重的突水灾害。另外，突水往往发生在采掘活动结束后的一段时间内，具有明显的瞬时突发性和不可预测性。

５．３四类矿井转型

浅部开采时所确定的矿井类型，由于进入深部

开采之后地质力学环境的改变和力学性质的转化，

矿井的类型也发生转变。在矿井转型期间，人们的思想尚未认知，特别容易发生事故。因此，转型期

将（已）是事故多发期。矿井转型主要表现在以下４

个方面。

（１）硬岩矿井向软岩矿井的转化

浅部原岩体多数处于弹性应力状态，但进入深

部以后，在高地应力以及采掘扰动力等的作用下，浅部表现为普通坚硬的岩石，在深部可能表现出大

变形、难支护的软岩特征，即矿井由浅部的硬岩矿井转化为软岩矿井。

（２）低瓦斯矿井向高瓦斯矿井的转变

浅部开采条件下，由于煤层中瓦斯气体运移通

道较通畅，通过上部岩体裂隙和煤层露头可以进行

散发，进行井下煤炭开采时，矿井内部积聚的瓦斯

较少，为低瓦斯矿井。在深部开采的条件下，由于

瓦斯运移通道不畅通，大量的瓦斯气体非均匀地分布在煤岩体的裂隙和空隙之间，在井下施工过程中，释放到巷道或工作面内，从而造成瓦斯气体含量急剧增大，使矿井在深部转变为高瓦斯矿井。

（３）非突矿井向突出矿井的转变

在深部高应力作用下，煤层内瓦斯气体压缩达

到极限，煤岩体中积聚了大量的气体能量，由于工

程扰动的作用，造成压缩气体的突然、急剧、猛烈

释放，导致工作面或巷道的煤岩层结构瞬时破坏而产生煤与瓦斯突出，从而使浅部不存在煤与瓦斯突出倾向的非突矿井，进入深部以后转变为煤与瓦斯

突出灾害频发的突出矿井。

另外，在高承压水的作用下，煤岩层内部积聚了大量的液体能量，当能量聚集到一定程度，在开挖扰动作用或工作面回采过程中巷道的顶底板向采

掘临空区发生突然倾出，就会造成突水事故的发生，

从而使浅部不产生突水灾害的非突矿井，进入深部后转变为水害频发的突出矿井。

（４）非冲矿井向冲击矿井的转变

在浅部开采条件下，由于工程围岩所承受的应

力荷载主要为自重应力，一般不会产生冲击地压。

第２４卷第１６期何满潮等．深部开采岩体力学研究

・２８０９・

进入深部以后，地质构造变得复杂、自重应力增大，

煤岩体积聚了大量的固体能量，在深部地应力、构

造应力以及工程扰动的作用下，使得积聚的能量大于矿体失稳和破坏所需要的能量，造成整个煤岩系统失去结构稳定性，发生冲击地压。从而使得浅部没有冲击倾向性的非冲矿井，进入深部后转变为冲击地压频发的冲击矿井。

５．４

６大灾害表现形式

由于深部岩石力学行为具有明显区别于浅部岩

石力学的这些重要特征，再加上赋存环境的复杂性，致使深部资源开采中以岩爆、突水、项板大面积来压和采空区失稳为代表的一系列灾害性事故与浅部工程灾害相比较，程度上加剧，频度上提高，成灾机理更加复杂，具体表现如下：

（１）岩爆频率和强度均明显增加

有关统计资料表明，岩爆多发生在强度高、厚度大的坚硬岩（煤）层中，主要影响因素包括煤层顶底板条件、原岩应力、埋深、煤层物理力学特性、厚度及倾角等。目前的统计资料显示，尽管在极浅

的硬煤层中（深度小于１００ｍ，有的甚至在３０～５０

１１１）

也有发生岩爆的记载，但总的来看，岩爆与采深有

密切关系，即随着开采深度的增加，岩爆的发生次数、强度和规模也会随之上升。

（２）采场矿压显现剧烈

随着采深的增加引起的覆岩白重压力的增大和构造应力的增强，表现为围岩发生剧烈变形、巷道和采场失稳、并易发生破坏性的冲击地压，给项板管理带来许多困难。

（３）突水事故趋于严重

自１９８４年６月２日开滦矿务局范各庄矿发生井下岩溶陷落柱特大突水灾害以来，先后在淮北杨庄矿、义马新安矿、峰峰梧桐矿、皖北任楼矿、徐州张集矿又相继发生特大型奥灰岩岩溶突水淹井事故，初步估计，经济损失超过２７亿元，同时产生了若干地质环境负效应。

（４）巷道围岩变形量大、破坏具有区域性

与浅部一样，深部巷道支护的目的仍是尽量保持围岩的完整性以及避免破碎岩体进一步产生位

移。深部开采一方面自重应力逐渐增加，同时由于

深部岩层的构造一般比较发育，其构造应力十分突

出，致使巷道围岩压力大，巷道支护成本增加。据煤炭行业的有关资料，近１０ａ巷道支护成本增加了

１．４倍，巷道翻修量占整个巷道掘进量的４０％。

另外，浅部围岩在临近破坏时往往出现加速变

万　

方数据形的现象，工程技术人员常常根据这一现象进行破坏之前的预测预报，且浅部围岩的破坏一般发生在比较局部的范围内。而深部围岩在破坏之前近乎处于不变形状态，破坏前兆非常不明显，使破坏预测预报十分困难，从而造成深部围岩的破坏往往是大面积的发生，具有区域性，如巷道大面积的冒顶垮落等。

（５）地温升高、作业环境恶化

深部开采条件下，岩层温度将达到摄氏几十度的高温，如俄罗斯千米平均地温为３０℃～４０℃，

个别达５２℃，南非某金矿３０００ｍ时地温达７０℃。

地温升高造成井下工人注意力分散、劳动率减低，

甚至无法工作。

（６）瓦斯涌出量增大

随着煤矿采深的增加，瓦斯含量迅速增加，并造成瓦斯灾害事故的频繁发生。近年来，由于瓦斯

突出和爆炸引起的死亡１０人以上的煤矿事故７０％

出现在中国采深６００ｍ以下的矿区。在另一方面，深部煤层处于较高的温度环境下，更易引起煤层的

自燃发火、触发矿井火灾、瓦斯爆炸事故的发生。５．５十大理论问题

由于深部工程所处的复杂地质力学环境，深部岩体力学研究与浅部相比主要存在十大理论问题，具体表现在：（１）深部工程岩体的力学特性；（２）深部工程岩体的连续性问题；（３）深部工程岩体的本

构关系及参数确定方法；（４）深部工程岩体的强度

确定方法；（５）深部工程岩体的强向破坏准则；（６）深部岩体结构的唯一性问题；（７）深部工程岩体的

大变形问题；（８）深部工程岩体的非线性力学设计

方法；（９）深部巷道工程岩体的荷载计算方法；（１０）深部工程岩体的稳定性控制对策及技术。

６深部开采工程今后的研究重点

虽然目前对于深部开采工程研究已取得了一部分成果，总的来看，侧重技术、注重个案，深层次的基础研究重视不够，特别是由于“三高一扰动”的特殊地质力学环境，深部工程岩体表现出明显的非线性力学特性，进入深部的工程岩体所属的力学系统不再是浅部工程围岩所属的线性力学系统，而

是非线性力学系统，传统理论、方法与技术已经部

分或全部失效。因此，根据我国煤炭资源开采情况，要保证我国主体后备能源供给，深入开展１０００～

１５００

ｍ深井开采基础理论研究迫在眉睫。

・２８１０・

岩石力学与工程学报

２００５住

６．１深部开采工程中的岩石力学问题

由于处于“三高一扰动”的复杂力学环境，使

得深部岩石力学行为以及深部灾害特征与浅部明显不同，基于浅部开采建立起来的传统理论已不再适合于深部开采，主要表现在：

（１）强度确定理论

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，

即在实验室对岩块进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）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。

（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。而深部开采环境下，由于工程围岩所表现出的非线性力学特性，

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甚至更复杂的

多次非线性大变形力学稳定性控制设计理论。６．２今后研究重点

针对深部开采工程中存在的岩石力学问题，今

后主要研究方向集中在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以及深部厚煤层综放开采基础理论研究等方面。６．２．１深部的概念及其分类体系

虽然目前国内外对深部工程中所引发的岩石力

学问题的研究非常重视，但是在“深部”、“深部工

万　

方数据程”等一系列概念上差异较大，至今也没有明确的概念或划分标准，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“三高一扰动”的特殊地质力学环境，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。６．２．２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“三高”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。６．２．３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Ｎ－－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Ｎ－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。

６．２．４深部工程灾害发生机理及其控制对策研究

深部条件下，由于“三高一扰动”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，深入研究

岩体在高地应力、地下水、瓦斯、温度等多场作用下稳定与非稳定变形，破坏状态及转化机理、条件

和规律，掌握深部多相介质、多场耦合作用下工程灾害的频度、强度等特征，揭示深部工程灾害诱发

机理和成灾过程，并提出相应的预测方法及控制对

策，对于解决随着开采深度的增加，以岩爆、突水、

第２４卷第１６期何满潮等．深部开采岩体力学研究

・２８１１・

煤与瓦斯突出、顶板大面积来压和采空区失稳为代表的工程灾害防治问题具有重要意义。６．２．５深部厚煤层综放开采基础理论研究

厚煤层综放开采是我国具有知识产权的、具有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。

７结语

深部煤炭资源是２ｌ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。与一般地表工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。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（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：

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ｌｅｖｅｌ

ｓｔｏｐｐｉｎｇ

ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ［Ａ］．Ｉｎ：Ｒｏｃｋｂｕｒｓｔａｎｄ

Ｓｅｉｓｍｉｃｉｔｙ

ｉｎ

Ｍｉｎｅｓ［Ｃ］．Ｒｏｔｔｅｒｄａｍ：

Ａ．Ａ．Ｂａｌｋｅｍａ，１９９７．１７３—１７７．

钱七虎．非线性岩石力学的新进展——深部岩体力学的若干问题［Ａ］．见：中国岩石力学与工程学会编．第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集［ｃ］．北京：科学出版社，２００４．１０—１７．（Ｑｉａｎ

万　

方数据Ｑｉｈｕ．Ｔｈｅ

ｃｕｒｒｅｎｔ

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ

ｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｒｏｃｋ

ｍｅｃｈａｎｉｃｓ：ｔｈｅ

ｍｅｃｈａｎｉｃｓｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｄｅｅｐ

ｒｏｃｋ

ｍａｓｓ［Ａ］．Ｉｎ：Ｃｈｉｎｅｓｅ

Ｓｏｃｉｅｔｙｏｆ

ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ

ａｎｄ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｄ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ８ｔｈ

Ｒｏｃｋ

ＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．ＢｅＯｉｎｇ：Ｓｃｉｅｎｃｅ

Ｐｒｅｓｓ，

２００４．１０—１７．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））

【６】

钱七虎．深部地下工空间开发中的关键科学问题［Ａ】．见：第２３０

次香山科学会议——深部地下空间开发中的基础研究关键技术问

题【Ｃ］．［Ｓ．１．】：【Ｓ．ｎ】，２００４．（ＱｉａｎＱｉｈｕ．Ｔｈｅ

ｋｅｙ

ｐｒｏｂｌｅｍｓ

ｏｆｄｅｅｐ

ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｓｐａｃｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ［Ａ］．Ｉｎ：ＴｈｅＫｅｙ

ＴｅｃｈｎｉｃａｌＰｒｏｂｌｅｍｓ

ｏｆ

ＢａｓｅＲｅｓｅａｒｃｈ

ｉｎ

Ｄｅｅｐ

ＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ－－ｔｈｅ

２３０１ｈ

Ｘｉａｎｇｓｈａｎ

Ｓｃｉｅｎｃｅ

Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．【Ｓ．１３：【Ｓ．ｎ．］，２００４．（ｉｎ

Ｃｈｉｎｅｓｅ））

钱鸣高．２０年来采场围岩控制理论和实践的回顾［Ｊ］．中Ｉ虱矿业大学学报，２０００，１９（１）：１—４．（ＱｉａｎＭｉｎｇｇａｏ．Ｒｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅｔｈｅｏｒｙ

ａｎｄ

ｐｒａｃｔｉｃｅ

ｏｆｓｆｆａｔａｃｏｎｔｒｏｌａｒｏｕｎｄ

ｌｏｎｇｗａｌｌ

ｆａｃｅｉｎｒｅｃｅｎｔ

２０ｙｅａｒｓ［Ｊ］．

Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ

ＣｈｉｎｅｓｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０００，

１９（１）：１—４．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））

［８】

ＳｕｎＪ，

Ｗａｎｇ

Ｓ

Ｊ．Ｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄ

ｒｏｃｋｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

ｉｎ℃ｈｉｎａ：

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓａｎｄｃｕｒｒｅｎｔ

ｓｔａｔｅ・ｏｆ－ｔｈｅ—ａｒｔ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌ

ｏｆ

ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２０００，（３７）：４４７—４６５．［９】古德生．金属矿床深部开采中的科学问题［Ａ］．见：香山科学会议编．科学前沿与未来（第六集）［ｃ］．北京：中国环境科学出版社，２００２．

１９２—２０１．（ＧｕＤｅｓｈｅｎｇ．Ｔｈｅ

ｓｃｉｅｎｃｅ

ｐｒｏｂｌｅｍｓ

ｉｎ

ｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇｏｆ

ｍｅｔａｌｄｅｐｏｓｉｔ［Ａ］．Ｉｎ：Ｘｉａｎｇｓｈａｎ

ＳｃｉｅｎｃｅＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ

ｅｄ．Ｓｃｉｅｎｃｅ

ＦｏｒｅｌａｎｄａｎｄＦｕｔｕｒｅ（ＶｏｌｕｍｅＶＩ）［ｃ】．Ｂｅｒｉｎｇ：ＣｈｉｎａＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ

ＳｃｉｅｎｃｅＰｒｅｓｓ，２００２．１９２—２０１．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））

［１０］

谢和平．深部高应力下的资源开采——现状、基础科学问题与展

望［Ａ］．见：香山科学会议编．科学前沿与未来（第六集）［ｃ１．北京：中国环境科学出版社，２００２．１７９—１９１．（ＸｉｅＨｅｐｉｎｇ．Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｕｎｄｅｒ

ｈｉｇｈ

ｇｒｏｕｎｄｓｔｒｅｓｓ：ｐｒｅｓｅｎｔｓｔａｔｅ，ｂａｓｅ

ｓｃｉｅｎｃｅ

ｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ【ＡｌＩｎ：ＸｉａｎｇｓｈａｎＳｃｉｅｎｃｅＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ

ｅｄ．

Ｓｃｉｅｎｃｅ

Ｆｏｒｅｌａｎｄ

ａｎｄＦｕｔｕｒｅ（ＶｏｌｕｍｅＶＩ）［Ｃ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅ

Ｐｒｅｓｓ，２００２．１７９—１９１．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））

［１１】

何满潮．深部开采工程岩石力学的现状及其展望［Ａ】．见：中国岩石力学与工程学会编．第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集［ｃ］．北京：科学出版社，２００４．８８—９４．（ＨｅＭａｎｃｈａｏ．Ｐｒｅｓｅｎｔｓｔａｔｅａｎｄｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ

ｏｆ

ｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓ

ｉｎｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ａ］．

Ｉｎ：

Ｃｈｉｎｅｓｅ

Ｓｏｃｉｅｔｙ

ｏｆＲｏｃｋ

ＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

ｅｄ．

Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ

ｏｆ

ｔｈｅ８ｔｈ

Ｒｏｃｋ

Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ

ａｎｄ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．Ｂｅｒｉｎｇ：ＳｃｉｅｎｃｅＰｒｅｓｓ，２００４．８８—９４．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））

【１２］

ＤｉｅｔｉｎｇＤ

Ｈ．Ｕｌｔｒａ－ｄｅｅｐｌｅｖｅｌｍｉｎｉｎｇ：ｆｕｔｕｒｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆｔｈｅＳｏｕｔｈＡｆｒｉｃａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ，１９９７，９７ｆ６１：

２４９—２５５．

［１３］

ＧｕｒｔｕｎｃａＲＧ，ＫｅｙｎｏｔｅＬ．Ｍｉｎｉｎｇｂｅｌｏｗ

３

０００ｍａｎｄ

ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｆｏｒ

ｔｈｅＳｏｕｔｈＡｆｒｉｃａｎ

ｇｏｌｄ

ｍｉｎｉｎｇｉｎｄｕｓⅡｙ［Ａ］．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ

ｏｆ

ＭｅｃｈａｎｉｃｓｏｆＪｏｉｎｔｅｄａｎｄＦｒａｃｔｕｒｅｄＲｏｃｋ［Ｃ］．Ｒｏｔｔｅｒｄａｍ：Ａ．Ａ．

Ｂａｌｋｅｍａ，１９９８．３—１０．

【１４］

ＤｉｅｔｉｎｇＤ

Ｈ．Ｔｕｎｎｅｌｓｕｎｄｅｒ

ｐｒｅｓｓｕｒｅ

ｉｎａｎ

ｕｌｔｒａ－ｄｅｅｐ

Ｗｉｆｗａｔｅｒｓｒａｎｄ

ｇｏｌｄ

ｍｉｎｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆ

ｔｈｅＳｏｕｔｈ

ＡｆｒｉｃａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄ

【４】

［５】

・２８１２・

岩石力学与工程学报

２００５焦

ｇｏｌｄｍｉｎｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ

ｔｈｅ

Ｓｏｕｔｈ

Ａｆｒｉｃａｎ

Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ

ｏｆ

ＭｉｎｉｎｇａｎｄＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２０００，１００：３１９—３２４．

［１５］ＶｏｇｅｌＭ，Ａｎｄｒａｓｔ

Ｈ

Ｅ

Ａｌｐ

ｔｒａｎｓｉｔ・ｓａｆｅｔｙ

ｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ

ａｓａ

ｃｈａｌｌｅｎｇｅ，ｈｅａｌｔｈ

ａｎｄ

ｓａｆｅＷａｓｐｅｃｔｓ

ｉｎ

ｖｅｒｙ

ｄｅ印ｔｕｎｎｅｌ

ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＴｕｎｎｅｌｉｎｇａｎｄＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，

２０００，１５（４）：４８１—４８４．

【１６】

ＪｏｈｎｓｏｎＲＡ

Ｓ．Ｍｉｎｉｎｇａｔｕｌｔｒａ－ｄｅｐｔｈ，ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ

ｏｆ

ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓ［Ａ］．

Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ

ｏｆ

ｔｈｅ

２ｎｄ

Ｎｏｒｔｈ

ＡｍｅｒｉｃａＲｏｃｋ

Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ

Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ［Ｃ］．Ｍｏｎｔｒｅａｌ：ＮＡＲＭＳ７９６，１９９６．３５９—３６６．

【１７］

晏玉书．我国煤矿软岩巷道围岩控制技术现状及发展趋势【Ａ】．见：何满潮编．中国煤矿软岩巷道支护理论与实践【Ｃ】．北京：中国矿业大学出版社，１９９６．１—１７．（ＹａｎＹｕｓｈｕ．Ｃｕｒｒｅｎｔ

ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ

ｏｎ

ｔｈｅ

ｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅ

ｏｆ

ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｓｉｎ

ｓｏｆｔ

ｒｏｃｋａｎｄｊｔｓｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ

ｔｒｅｎｄｉｎ

ｔｈｅｃｏａｌ

ｉｎｄｕｓｔｒｙ

ｉｎ

Ｃｈｉｎａ［Ａ］．Ｉｎ：ＨｅＭａｎｃｈａｏ

ｅｄ．Ｔｈｅ

Ｔｈｅｏｒｙ

ａｎｄＰｒａｃｔｉｃｅｓ

ｏｆＳｏｆｔ

Ｒｏｃｋ

ＲｏａｄｗａｙＳｕｐｐｏｒｔ

ｉｎ

Ｃｈｉｎａ［Ｃ］．

Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇ

ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＰｒｅｓｓ，１９９６．

１—１７．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））

［１８】ＰａｔｅｒｓｏｎＭ

Ｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｆａｕｌｔｉｎｇ

ｉｎ

Ｗｏｍｂｅｙａｎ

ｍａｒｂｌｅ［Ｊ］．Ｂｕｌｌ．Ｇｅ０１．Ｓａｃ．Ａｍ．，１９５８，６９：４６５—４６７．

Ｋ．Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ

ａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅ

ｏｆｒｏｃｋｓｕｎｄｅｒｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ：

ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ

ａｎｄ

ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ

ｏｆ

ｓｏｍｅｒｏｃｋｓ［Ｊ］．Ｂｕｌｌ．Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ

Ｒｅｓ．Ｉｎｓｔ．

Ｔｏｋｙｏ

Ｕｎｉｖｔ，１９６５，４３：３４９—３７９．

Ｋ．Ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ

ｏｆ

ｒｏｃｋ

ｓｔｒｅｎｇｔｈ

ａｎｄｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｆｒｏｍ

ｂｒｉｔｔｌｅｆｒａｃｔｕｒｅ

ｔｏ

ｄｕｃｔｉｌｅ

ｆｌｏｗ［Ｊ］．Ｂｕｌｌ．ＥａｒｔｈｑｕａｋｅＲｅｓ．Ｉｎｓｔ，Ｔｏｋｙｏ

Ｕ１１ｉｖ．，１９６６，４４：２１５—２３２．

ＭＳ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＲｏｃｋ

Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ－－ｔｈｅＢｒｉｔｔｌｅＦｉｅｌｄ［Ｍ］．

Ｂｅｒｌｉｎ：Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，１９７８．

Ｈ

Ｃ．Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｆｒｏｍｂｒｉｔｔｌｅ

ｆｍｃｔｕｒｅｔｏｄｕｃｔｉｌｅ

ｆｌｏｗ

ｉｎ

Ｓｏｌｅｎｈｏｆｅｎｌｉｍｅｓｔｏｎｅ

ａｓ

ａ

ｆｕｎｃｔｉｏｎ

ｏｆ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ

ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ａｎｄｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌｆｌｕｉｄｐｒｅｓｓｕｒｅ［Ｊ］．Ｂｕｌｌ．Ｇｅ０１．Ｓａｃ．Ａｍ．，

１９６０，７９：１９３—２２６．

Ｊ．Ｓｔｒｅｎｇｔｈ

ｏｆ

ｒｏｃｋｓａｔ

ｄｅｐｔｈ［Ａ］．Ｉｎ：Ｒｏｃｋ

ａｔ

ＧｒｅａｔＤｅｐｔｈ［Ｃ］．

Ｒｏｔｔｅｒｄａｍ：Ａ．Ａ．Ｂａｌｋｅｍａ，１９８９．３７—４４．

Ｋｗａｓｎｉｅｗｓｋｉ

Ｍ

Ａ．Ｌａｗｓ

ｏｆ

ｂｒｉｔｔｌｅ

ｆａｉｌｕｒｅａｎｄｏｆＢ—Ｄ

ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ

ｉｎ

ｓａｎｄｓｔｏｎｅ［Ａ］．Ｉｎ：Ｒｏｃｋａｔ

ＧｒｅａｔＤｅｐｔｈ［Ｃ］．Ｒｏｔｔｅｒｄａｍ：Ａ．Ａ．Ｂａｌｋｅｍａ，１９８９．４５—５８．

陈颐。黄庭芳．岩石物理学［Ｍ］．北京：北京大学出版社，２００１．

１７—３８．（Ｃｈｅｎ

Ｙｏｎｇ・Ｈｕａｎｇ

Ｔｉｎｇｆａｎｇ．ＲｏｃｋＰｈｙｓｉｃｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：

ＰｅｋｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，２００１．１７—３８．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））

Ｒ，ＫｕｓｚｎｉｒＮＪ．Ｃｍｓｔａｌｖｉｓｃｏｓｉｔｙ

ａｎｄｔｈｅｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅ

ｌｏｗｅｒｃｒｕｓｔ［Ｊ］．Ａｎｎ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．，１９８７，ｆ５Ｂ）：３６５—３７３．

Ｇ，Ｍｕｒｐｈｙ

Ｄ

Ｃ．Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ

ｓｔｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｉｔｈｏｓｐｈｅｒｅ［Ｊ］．Ｔｅｃｔｏｎｏｐｈｙｓｉｃｓ，１９８７，１３２：２８１—２９５．

ＳｈｉｍａｄａＭ．Ｌｉｔｈｏｓｐｈｅｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈ

ｉｎｆｅｒｒｅｄ

ｆｒｏｍｆｒａｃｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆ

ｒｏｃｋｓ

ａｔ

ｈｉｇｈ

ｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｓ

ａｎｄ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ［Ｊ］．

Ｔｅｃｔｏｎｏｐｈｙｓｉｃｓ，１９９３，２１７：５５—６４．

ＳｉｂｓｏｎＲ

Ｈ．Ｆａｕｌｔ

ｒｏｃｋａｎｄｓａｎｄｆａｕｌｔｍｅｃｈａｎｉｓｍ［Ｊ］．Ｊ．Ｇｅ０１．Ｓｅｅ．Ｌｏｎｄｏｎ，１９７７，１３３：１９１—２１３．

ＳｉｂｓｏｎＲＨ．Ｐｏｗｅｒｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎａｎｄ

ｓｔｒｅｓｓｌｅｖｅｌｓ

ｏｎ

ｆａｕｌｔｓｉｎｔｈｅ

ｕｐｐｅｒ万　

方数据ｃｒｕｓｔ［Ｊ］．Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．，１９８０，８５：６２３９—６２４７．

［３１】ＢｌａｃｉｃＪ

Ｄ．Ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｏｆｃｍｅｐｆ菌ｌｕｒｅｏｆｈａｒｄｒｏｃｋｊｏｉｎｔｓｉｎｔｈｅｎｅａｒ

ｆｉｅｌｄｏｆａ

ｎｕｃｌｅａｒｗａｓｔｅ

ｒｅｐｏｓｉｔｏｒｙ［Ａ］．Ｉｎ：Ｐｒｏｃ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ

ｏｎ

ＮｅａｒｆｉｅｌｄＰｈｅｎｏｍｅｎｏｎ

ｉｎ

Ｇｅｏｌｏｇｉｃ

Ｒｅｐｏｓｉｔｏｒｉｅｓ

ｆｏｒ

Ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ

Ｗａｓｔｅ［Ｃ］．【ｓ．１．】：［ｓ．ｎ．］，１９８１．１２１—１３２．

［３２】Ｐｕｓｃｈ

Ｒ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄ

ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓ

ｏｆ

ｃｒｅｅｐｉｎ

ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ

ｒｏｃｋ［Ａ］．Ｉｎ：Ｈｕｄｓｏｎ

ＪＡ

ｅｄ．ＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅＲｏｃｋ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｃ］．

Ｏｘｆｏｒｄ：Ｐｅｒｇａｍｏｎ

Ｐｒｅｓｓ，１９９３．２２７—２４１．

［３３１

Ｍａｌａｎ

ＤＥ

Ｔｉｍｅ—ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ

ｂｅｈａｖｉｏｒ

ｏｆ

ｄｅｅｐ

ｌｅｖｅｌｔａｂｕｌａｒ

ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｓｉｎｈａｒｄ

ｒｏｃｋ［Ｊ］．ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＲｏｃｋＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．

１９９９，３２：１２３—１５５．

［３４】Ｍａｌａｎ

ＤＥ

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｉｍｅ—ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ

ｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｅｘｃａｖａｔｉｏｎｓ

ｉｎ

ｈａｒｄ

ｒｏｃｋ［Ｊ】．ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＲｏｃｋＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００２，３５（４）：

２２５—２５４．

【３５】Ｍｕｉｒｗｏｏｄ

Ａ

Ｍ．Ｔｕｎｎｅｌｓｆｏｒｒｏａｄｓａｎｄｍｏｔｏｒｗａｙｓ［Ｊ］．Ｑｕａｒｔ．Ｊ．Ｅｎｇ．

Ｇｅ０１．，１９７２，５：１１９—１２０．

［３６１

ＢａｒｌａＧＳｑｕｅｅｚｉｎｇｒｏｃｋｓｉｎｔｕｎｎｅｌｓ［Ｊ］．ＩＳＲＭ，Ｎｅｗ

Ｊ．，１９９５，２：４４—

４９．

【３７】

ＡｙａａｎＯ，Ａｋａｇｉ

Ｔ，Ｋａｖａｍｏｔｏ

Ｔ

Ｔｈｅ

ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ

ｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆｒｏｃｋ

ａｒｏｕｎｄｔｕｎｎｅｌｓ：ｔｈｅｏｒｙａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｗｉｔｈｅｘａｍｐｌｅｓ

ｔａｋｅｎ

ｆｒｏｍ

Ｊａｐａｎ［Ｊ］．ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＲｏｃｋＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９６，２９：１２５—

１４３．

［３８】Ｍａｌａｎ

ＤＦ，ＢａｓｓｏｎＦＲＰ

Ｕｌｔｒａ—ｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇ：ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｐｏｔｅｎｔｉａｌ

ｆｏｒｓｑｕｅｅｚｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｊ．Ｓ，Ａｆｔ．Ｉｎｓｔ．Ｍｉｎ．Ｍｅｔａｌｌ，，１９９８，９８：

３５３—３６３．

【３９】Ｍａｌａｎ

Ｄ

Ｆ，ＳｐｏｔｔｉｓｗｏｏｄｅＳＭ．Ｔｉｍｅ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｆｒａｃｔｕｒｅｚｏｎｅ

ｂｅｈａｖｉｏｒ

ａｎｄ

ｓｅｉｓｍｉｃｉｔｙ

ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ

ｄｅｅｐｌｅｖｅｌ

ｓｔｏｐｐｉｎｇ

ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ［Ａ］．Ｉｎ：ＲｏｃｋｂｕｒｓｔａｎｄＳｅｉｓｍｉｃｉｔｙ

ｉｎ

Ｍｉｎｅｓ［Ｃ］．Ｒｏｔｔｅｒｄａｍ：

Ａ．Ａ．Ｂａｌｋｅｍａ，１９９７．１７３—１７７．

【４０】ＫｗｏｎＳ，Ｐａｒｋ

Ｂ

Ｙ，ＫａｎｇＣＨ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙ

ａｎａｌｙｓｉｓ

ｆｏｒ

ａ

ｈｉｇｈ—ｌｅｖｅｌ

ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｎｕｃｌｅａｒ

ｗａｓｔｅ

ｒｅｐｏｓｉｔｏｒｙ

ｉｎ

ｇｒａｎｉｔｅ［Ａ］．Ｉｎ：Ｐａｃｉｆｉｃ

Ｒｏｃｋｓ２０００—Ｐｒｏｃ．ｔｈｅ４ｔｈＮｏｒｔｈＡｍｅｒｉｃａｎ

ＲｏｃｋＭｅｃｈ．

Ｓｙｍｐ．【Ｃ】．［Ｓ．１．】：【Ｓ．ｎ．】，２０００．１２７９—１２８５．

［４１】Ｐｕｓｃｈ

Ｒ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ

ａｎｄｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓｏｆｃｒｅｅｐ

ｉｎ

ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ

ｒｏｃｋ［Ａ］．Ｉｎ：ＨｕｄｓｏｎＪ

Ａ

ｅｄ．Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ

ＲｏｃｋＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｃ］．

Ｏｘｆｏｒｄ：ＰｅｒｇａｍｏｎＰｒｅｓｓ，１９９３．２２７—２４１．

［４２］

Ｂｒｉｄｇｍａｎ

Ｐ

Ｗ：Ｖｏｌｕｍｅｃｈａｎｇｅｓ

ｉｎ

ｔｈｅｐｌａｓｔｉｃ

ｓｔａｇｅｓｓｉｍｐｌｅ

ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ［Ｊ］．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，１９４９，２０：１２４１—１

２５１．

【４３】

ＭａｔｓｕｓｈｉｍａＳ．Ｏｎｔｈｅｆｌｏｗ

ａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅ

ｏｆｉｇｎｅｏｕｓ

ｒｏｃｋｓａｎｄｏｎ

ｔｈｅ

ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄ

ｆｒａｃｔｕｒｅｏｆ

ｇｒａｎｉｔｅｕｎｄｅｒｈｉｇｈ

ｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ［Ｊ］．

Ｂｕｌｌ．Ｄｉｓａｓｔｅｒ

ＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎＲｅｓ．Ｉｎｓｔ．，ＫｙｏｔｏＵｎｉｖ．，１９６０，３６：２０—

２６．

［４４】

周维垣．高等岩石力学【Ｍ】．北京：水利水电出版社，１９９０．８７—９０．

（Ｚｈｏｕ

Ｗｅｉｙｕａｎ．ＡｄｖａｎｃｅｄＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｕｇ：Ｗａｔｅｒ

Ｐｏｗｅｒ

Ｐｒｅｓｓ，１９９０．８７—９０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））

【４５］

李世平．岩石力学简明教程ＩＭ］．北京：煤炭工业出版社，１９９６．（Ｌｉ

ＳｈｉｐＩｎｇ．Ｃｏｎｃｉｓｅ

Ｔｕｔｏｒｉａｌ

ｏｆ

ＲｅｅｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ

ＣｏａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＨｏｕｓｅ，１９９６．（ＩｎＣｈｉｎｅｓｅ））

［４６】ＳｈｉｍａｄａＭ，ＬｉｕＪＴ．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ

ｏｆ

ｇｒａｎｉｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈ

【１９］Ｍｏｇｉ【２０］Ｍａｇｉ［２１】Ｐａｔｅｒｓｏｎ［２２】Ｈｅａｒｄ

［２３】Ｓｉｎｇｈ【２４］

【２５］

［２６】Ｍｅｉｓｓｎｅｒ【２７】Ｒａｎａｌｌｉ

【２８］

【２９】

［３０】

第２４卷第１６期

何满湖等．深部开采岩体力学研究

・２８１３・

ｓｅｉｓｍｏｇｅｎｉｃ

ｚｏｎｅｓ

ｉｎ

ｔｈｅ

ｃｒｕｓｔ［Ａ］．Ｉｎ：Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ

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【６８］［５９】【６９］Ｗａｇｎｅｒ