深部采動巖體之灰色結構

采動巖體是指隨著礦體采出, 受到采動應力場影響的那部分巖體(或圍巖)。在深部采礦活動中, 一般情況下覆巖受采動影響后均要發生破壞, 直至引起地表移動(或地表沉陷)。覆巖的垮落將對采場形成來壓;巖層內部造成裂隙和離層, 引起氣體和水體的運移;地表沉陷造成地面建筑、道路、水體以及環境的嚴重破壞。但是，覆巖的損傷、斷裂和失穩往往是不可避免的，所以，與機械和建筑等工程結構不同的是:采礦工程師們更加關心的問題恰恰就是巖體結構是如何破斷的, 破斷后的巖塊是否趨于穩定狀態, 以及結構失穩后的形態變化，從而可以對巖層活動加以人為控制。

面對在地下數百米, 甚至上千米的深部礦產開采問題, 人們首先想到的是如何控制覆巖的活動。完全用人工的辦法控制整個上覆巖層不產生活動是不可能的。只有采用推斷巖體在破壞后可能形成的結構模式和形態, 借助于現代計算機技術及相應數值計算理論和方法,從理性上建立采動覆巖活動規律理,并加以驗證, 才能達到控制巖層，在底下深部安全的進行采礦活動。

采場上覆巖層結構為非人工結構, 并且只能局部觀測到其形態特征, 所以稱之為灰色結構。對采場覆巖中的這種灰色結構的推測有很多:例如, 自然平衡拱假說、假塑性梁假說、砌體梁結構假說等。能否準確地推斷采場上覆巖層灰色結構的模式,將對一系列采礦工程問題產生重大影響。

采動巖體內結構模型的建立, 是十分復雜的研究工作, 這種灰色結構不像傳統固體力學中的人工搭接結構那樣, 可以準確地描述其形態特征及測定構件的受力狀態。它是一種連續與非連續相藕合的復雜介質, 必須深入研究巖體內的多種藕合作用關系。例如, 堅硬巖層與軟弱巖層、堅硬巖層與堅硬巖層、堅硬巖層與軟弱墊層、塊狀體與連續體、塊狀體與松散體等之間的相互作用關系。只有對巖體內部各種作用關系有了透徹的了解后, 才能建立起較為完整的力學模型, 給出巖層運動的控制方程。因此，灰色結構模型的建立需要更豐富的經驗、突出的想象力及正確的推斷力。

值得一書的是, 由我國學者錢鳴高建立的“砌體梁”力學模型（具體參見“繆協興,錢鳴高,采場圍巖整體結構與砌體梁力學模型”）正在逐步完善, 應用范圍也在不斷擴大。如, 由砌體梁全結構力學解的求得, 得到了砌體梁穩定的S-R條件以及砌體梁關鍵塊體運動與支架受力的定量關系;由砌體梁全結構的形態推導出了地表沉陷曲線及巖層內部離層情況;將砌體梁穩定理論應用到底板結構中, 得到了底板結構運動與突水的關系等等。

參考文獻：

錢鳴高,繆協興,采動巖體力學——一門新的應用力學研究分支學科，1997.

繆協興,錢鳴高,采場圍巖整體結構與砌體梁力學模型，1995.