高应力和硬岩条件下的岩体稳定性
摘要
本文讨论了随着金属和钻石需求增长，露天和地下采矿向更深层推进的挑战，特别是高应力和硬岩条件下的岩体稳定性问题。文中提到，在深部采矿中，岩体承受高压应力和低变形性，对人员和设备安全构成重大挑战。第10届深部和高应力采矿国际会议将于2024年在加拿大蒙特利尔举行，旨在分享研究和经验以提高行业安全和生产力。文章还分析了影响岩体稳定性的因素，如岩体特性、应力条件、节理和断裂、水的存在及几何形状，并讨论了分析、设计和施工中的注意事项。最后，文章以Fracman和3DEC的粘结块体模拟(BBM)为例，探讨了在线开源大语言模型在岩土工程学科中的应用和比较，指出某些模型在文本生成方面的优势。
正文
1. 引言
由于全球对金属和钻石的大量需求，露天采矿和地下采矿继续向深部推进，现在露天开采已经超过1000米，地下开采已经超过4000米，这在30年前是不可想象的，深部采矿的环境非常具有技术性和挑战性，尤其是地下采矿，包括高应力引起的地压、岩爆和高温以及运输提升等，需要采用合理的工艺和技术创新。
高应力和硬岩条件下的岩体稳定性是采矿工程中一个复杂而又具有挑战性的课题。高应力和坚硬岩石条件通常出现在深部边坡、矿井、隧道和地下开挖中，在这些条件下，岩体承受着高压应力和低变形性。这些条件下岩体的稳定性对于确保人员、设备和基础设施的安全至关重要。
第10届深部和高应力采矿国际会议(10th International Conference on Deep and High Stress Mining) 将于2024年9月24-26日在加拿大蒙特利尔(Montreal)举行。该会议为深部采矿专业人士提供一个分享研究、想法和经验的论坛，以帮助提高该行业的安全和生产力，过去的9届会议分别在澳大利亚、加拿大、南非和智利举行。
2. 挑战
(2) 低变形性：硬岩的变形性低，容易发生脆性破坏和突然崩塌。
(3) 岩石强度高：坚硬的岩石强度高，会导致应力高度集中，增加破坏风险。
(4) 有限变形：岩体的变形能力有限，难以吸收应力和变形而不发生破坏。
(5) 岩爆风险高：高应力和坚硬的岩石条件增加了岩爆的风险，即能量的突然剧烈释放【深部矿井稳定和诱发地震(Deep Mine Stability and Induced Seismicity)】。
3. 影响因素
(1) 岩体特性：如强度、刚度和变形能力，对岩体稳定性起着至关重要的作用。
(2) 应力条件：包括垂直和水平应力在内的原位应力的大小和方向会影响岩体的稳定性。
(3) 节理和断裂：岩体中存在的节理和裂缝及其走向会对岩体稳定性产生重大影响。
(4) 水的存在：岩体中存在的水会降低岩体强度，增加不稳定风险。
(5) 几何形状：采矿或开挖的几何形状，例如边坡的角度和形状，会影响边坡的稳定性。
4. 分析和设计考虑
(2) 岩体分类：岩体分类系统，如岩体等级(RMR)或地质强度指数(GSI)，可用于估算岩体特性和稳定性。
(3) 应力分析：应力分析可用于确定原位应力的大小和方向，并预测潜在的破坏机制。
(4) 支护设计：支护设计，包括支护的类型和数量，对于确保岩体稳定性至关重要。
(5) 监测和仪器：监测和仪器可用于测量岩体的行为并检测潜在的不稳定性。
5. 施工注意事项(边坡)
(2) 支护系统：应设计和安装支护系统，如锚杆、网格和喷射混凝土，以确保边坡稳定。
(3) 排水系统：应设计和安装排水系统，防止积水，降低失稳风险。
(4) 岩石加固：岩石加固（如缆索螺栓或锚杆）可用于提高边坡稳定性。
(5) 定期检查和维护：应进行定期检查和维护，以确保边坡的稳定性并发现潜在问题。
