成果名称:深部岩爆过程模拟实验系统开发及其实验方法
申请单位：中国矿业大学（北京）
成果编号：鉴字[教NF2007]第009号
鉴定日期：2007年6月15号
学 科：6、力学
成果简介：
该项目是在教育部科学技术研究重大项目“深部煤炭资源可持续开采关键技术研究”（No.10405）和国家自然科学基金重大项目“深部岩体力学基础研究与应用”（No.50490270）资助下完成的。该岩爆实验系统及其实验方法主要应用于矿业、公路铁路、水利水电、国防工程等地下岩体工程因开挖引起岩爆灾害的室内实验研究，获得发生岩爆的应力条件及对应的临界深度。
深部岩爆过程模拟实验系统开发及其实验方法是由国家自然科学基金重大项目首席科学家、国家级重点学科岩土工程学科带头人何满潮教授提出构思和设计，并带领课题组开发的具有模拟现场岩爆应力条件的系统。其中，主机为真三轴试验机，三向垂直正交，可独立加载。控制系统由控制台、油泵和气源组成，为液压静伺服控制系统。数据采集系统由力、位移动态采集仪、声发射监测系统和数字摄像系统组成。岩爆实验特殊装置是水平一侧的机械式可掉落传力结构，能够实现在水平一向单面卸载，模拟实际岩爆发生条件，即在三向应力状态下的岩体由于工程开挖而产生临空面。
深部岩爆模拟实验系统实现了三向六面加载、单面瞬时卸载，使卸载面试件暴露模拟岩爆应力条件。提出了加载岩爆和卸载岩爆的实验方法。结合岩爆理论分析，通过岩爆室内实验结果，将岩爆分为瞬时岩爆、标准岩爆和滞后岩爆。根据岩爆现象提出了岩爆过程的4个阶段，分别为：①卸载后的应力调整变形阶段；②颗粒弹射阶段；③颗粒与片状混合弹射阶段；④全面爆裂（见查新报告）。对应4个阶段的岩爆过程，其力学机制分别为连续介质静力学、稳定分岔非线性力学、非稳定分岔动力学和混沌。
项目研究成果的创造性、先进性如下：
1．研制了岩爆过程模拟试验系统。该系统具有在三个相互垂直方向的独立加载系统，设计了水平方向一个压头迅速卸载装置，可以突然卸载，暴露试件的一个侧表面，模拟地下工程中开挖后产生临空面，煤岩体内积聚的能量向临空面方向释放而产生岩爆的现象，为确定发生岩爆的应力状态提供了必要的手段；
2．提出了基于真三轴三向六面加力状态下，单面突然卸载的卸载岩爆实验方法和单面突然卸载后增加轴向荷载的加载岩爆实验方法；
3．通过实验结果分析，将岩爆破坏过程划分为卸载后的连续变形、颗粒弹射、颗粒及片状混合弹射和全面爆裂等四个阶段；将岩爆分为瞬时岩爆、标准岩爆以及滞后岩爆三种类型；
4. 提出了评价岩爆可能性的三个判据，分别为粘土矿物含量判据，岩爆实验试件岩爆临界深度判据和工程岩体岩爆临界深度判据。
