地下矿山开采围岩失稳影响因素及安全防控技术研究

石金平

身份证：612526197212260532

摘要：地下矿山开采过程中，围岩稳定性是保障采掘作业安全、防范顶板垮落、片帮、冒顶等动力灾害的核心基础。随着矿山开采深度逐年增加，地应力水平显著提升，地质构造、采掘扰动、爆破冲击、水文条件等多重因素耦合作用，导致围岩变形破坏机理愈发复杂，失稳风险持续攀升，严重制约矿山安全生产与高效开采。为系统解决地下矿山围岩失稳高发难题，本文依托地下矿山现场开采工况，全面梳理围岩失稳的地质内因、开采外因及工程扰动诱因，剖析围岩变形、开裂、垮落、片帮的演化机理与破坏规律，明确各类因素对围岩稳定性的影响权重与作用机制。

关键词：地下矿山；围岩失稳；地应力；开采扰动；支护技术；安全防控

一、引言

地下矿山开采属于高风险、高扰动、高应力的地下工程作业模式，相较于露天开采，地下采掘作业空间封闭、地质条件复杂、不可控因素多，围岩始终处于应力重分布的动态变化状态。在矿体开挖、巷道掘进、采场回采过程中，原始岩体应力平衡状态被打破，围岩产生应力集中、局部卸压、岩体开裂、结构滑移等现象，极易引发顶板冒落、巷帮片帮、围岩垮塌、岩爆等围岩失稳灾害，是地下矿山最主要、最高发的安全隐患来源。据矿山安全事故统计数据，围岩失稳引发的顶板、巷帮灾害占地下矿山安全事故总量的六成以上，是制约矿山安全生产、影响作业人员生命安全、增加开采成本的核心难题。

二、地下矿山围岩失稳主要破坏形式与演化机理

2.1 围岩典型失稳破坏形式

结合地下矿山巷道掘进、采场回采、采空区留存等不同作业场景，围岩失稳主要分为顶板冒落、巷帮片帮、围岩整体垮塌、岩爆破坏、结构面滑移失稳五大类型。顶板冒落是最常见的失稳形式，多表现为顶板岩体破碎、分层脱落、局部悬空垮落，主要发生在岩层破碎、节理发育、跨度较大的巷道与采场区域；巷帮片帮表现为巷道侧壁岩体开裂、剥落、挤出变形，多由侧向应力集中、岩体完整性差引发；整体垮塌属于重度失稳灾害，在多重不利因素耦合作用下，围岩整体结构失稳，引发大范围坍塌，破坏性极强；岩爆多发生在深部高地应力矿区，岩体弹性应变能突然释放，造成岩体爆裂、弹射破坏；结构面滑移失稳主要由断层、节理、软弱夹层等结构面发育导致，岩体沿软弱结构面滑移错位，引发局部失稳破坏。

2.2 围岩失稳演化机理

地下矿山围岩失稳是应力演化、岩体损伤、结构破坏的渐进式动态过程。原始地下岩体处于天然应力平衡状态，岩体结构完整、稳定性良好。随着采掘作业推进，矿体被开挖后形成临空面，围岩原始应力场重新分布，临空面周边出现应力集中现象，岩体内部产生微裂隙、微损伤。随着开采持续推进，微裂隙逐步发育、贯通、延伸，岩体完整性持续下降，支护体受力持续增大。当围岩应力超过岩体自身抗压、抗剪强度，或支护承载力无法抵消围岩变形压力时，岩体裂隙大面积贯通，结构整体性彻底破坏，最终出现变形、开裂、剥落、垮塌等失稳现象。同时，地下水侵蚀、爆破扰动、重复采掘叠加作用，会加速岩体损伤进程，缩短失稳演化周期，诱发突发性围岩灾害。

三、地下矿山围岩失稳核心影响因素分析

3.1 地质固有内因：围岩失稳的基础诱因

地质条件是决定围岩稳定性的先天核心因素，直接影响岩体力学性能与抗扰动能力。首先是岩体自身特性，岩体完整性、坚硬程度、层理结构、节理发育情况直接决定围岩承载能力。松软岩体、层理发育岩体、破碎岩体自身强度低、抗变形能力差，在外力扰动下极易开裂失稳；坚硬完整岩体整体性强、稳定性好，失稳风险相对较低。其次是地质构造影响，断层、褶曲、破碎带、软弱夹层等不良地质区域岩体结构紊乱、裂隙密集、整体性极差，是围岩失稳的高发区域，极易出现局部垮落、滑移失稳。

3.2 开采扰动外因：围岩失稳的直接诱因

采掘工程扰动是打破围岩应力平衡、诱发失稳灾害的直接外部因素。一是巷道与采场开挖扰动，矿体开挖形成临空面后，围岩应力快速重分布，开挖跨度越大、采空面积越大，应力集中越明显，围岩变形量越大，失稳风险越高。不合理的开采布局、超大跨度巷道、无序回采作业，会进一步加剧围岩应力失衡问题。二是爆破作业扰动，矿山采掘爆破产生的冲击波、振动能量会持续冲击围岩岩体，造成岩体内部裂隙扩张、新生裂隙发育，破坏岩体完整性与结构强度，长期反复爆破扰动会导致围岩持续损伤、稳定性逐步衰减，最终引发失稳破坏。

四、地下矿山围岩安全防控关键技术与管控对策

4.1 精细化地质探查与开采方案优化

从源头规避围岩失稳风险，强化地质前置探查工作，采用三维结构面扫描、地质雷达、超前钻探等技术手段，精准探明采掘前方断层、破碎带、软弱夹层、富水区域、应力集中区等隐蔽致灾因素，动态更新地质资料，针对不良地质段提前制定专项开采与支护方案。优化矿山开采布局与采掘参数，合理控制巷道开挖跨度、采场尺寸、开采步距，杜绝超大跨度、无序开采作业；规范采掘顺序，采用分层、分段、对称开采模式，避免应力集中与叠加扰动，最大限度降低采掘作业对围岩稳定性的破坏影响。针对深部高地应力区域，优化回采工艺，合理预留矿柱，分散围岩应力，提升整体岩体稳定性。

4.2 优化爆破工艺，降低采掘扰动损伤

针对爆破扰动诱发的围岩损伤问题，优化矿山爆破施工工艺，摒弃传统粗放式爆破模式。采用微差爆破、光面爆破、预裂爆破技术，精准控制炮孔间距、装药量、爆破顺序，减少爆破冲击波与振动对周边围岩的破坏，有效保护围岩原始岩体完整性，减少裂隙发育与岩体损伤。严格控制单次爆破药量，降低爆破振动幅值，针对破碎围岩、高地应力敏感区域，实行小药量、多次数、浅孔爆破，最大限度弱化爆破扰动负面影响。同时规范爆破施工流程，杜绝违规爆破、超量装药作业，从工艺层面减少围岩动态损伤。

五、结论

地下矿山围岩失稳是地质条件、开采扰动、水文环境、施工管控多因素耦合作用的结果，其灾害演化具有渐进性、隐蔽性、突发性的特点，是制约地下矿山安全生产的核心难题。本文系统梳理了地下矿山围岩五大典型失稳破坏形式与渐进式演化机理，精准剖析了地质固有因素、采掘扰动因素、水文催化因素、人为管控因素对围岩稳定性的作用机制，明确了各类风险的核心诱因与破坏规律。针对当前矿山围岩防控存在的支护针对性不足、扰动管控薄弱、动态监测缺失、隐患治理不彻底等短板，构建了地质前置探查、开采方案优化、爆破工艺改良、多元主动支护、水文专项治理、动态智能监测、现场闭环管控的全方位安全防控技术体系。

工程实践表明，通过多维度、系统化的围岩风险治理与技术防控，可有效抑制围岩裂隙发育与变形破坏，大幅提升围岩整体稳定性，显著降低顶板冒落、片帮、垮塌等失稳灾害发生率，保障地下矿山采掘作业安全与连续稳定生产。在矿山深部开采常态化的发展背景下，后续需持续优化精细化支护技术、智能化监测预警体系与绿色开采工艺，持续提升围岩风险主动防控能力，推动地下矿山安全生产向标准化、精细化、智慧化方向升级，为矿山行业安全、高效、可持续发展提供坚实保障。

参考文献

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