1 引言

巖爆預(yù)測是地下采礦工程一個永久的研究課題, 曾經(jīng)有三篇筆記討論過這個話題:

• 巖爆和沖擊地壓災(zāi)害分類(Rock Burst Hazard)

• 礦山?jīng)_擊地壓控制(Coal Mine Burst Prevention Controls)

• 煤與瓦斯突出--煤爆控制(Coal Burst Controls)

SSGeotech目前共有72,100篇論文, 其中與巖爆預(yù)測(Prediction of Rock Burst)相關(guān)的論文大約有360篇. 在正式的文獻(xiàn)回顧之前, 首先按照時間線(timeline)對巖爆預(yù)測這個話題進(jìn)行梳理, 目的是為了確定哪些文獻(xiàn)應(yīng)該精讀,哪些文獻(xiàn)應(yīng)該略讀，哪些文獻(xiàn)可以不讀。這個筆記簡要回顧了1940-1980期間的研究工作。

2 1940-1980之間的文獻(xiàn)

目前可得到的巖爆預(yù)測最早的文獻(xiàn)可能是Obert和Duvall為美國礦務(wù)局(U.S. Bureau of Mines )撰寫的研究報告(1942): Use of Subaudible Noises for the Prediction of Rock Bursts (使用亞聲噪音預(yù)測巖爆), Obert和Duvall是采礦巖石力學(xué)的兩位先驅(qū)人物【礦柱強度估算---Obert-Duvall公式(Pillar Strength Formula)；采礦巖石力學(xué)獎: SME Rock Mechanics Award】f Mines )撰寫的研究報告。在這份報告中，作者們發(fā)布了關(guān)于測試聽不到的噪音和巖爆預(yù)測準(zhǔn)確性的研究成果，介紹了這項研究的歷史以及調(diào)查結(jié)果。

20世紀(jì)中期的前蘇聯(lián)是全球采礦工業(yè)研究最發(fā)達(dá)的國家，我國采礦工業(yè)的一些先驅(qū)人物，如錢鳴高，解世俊，林韻梅，徐小荷，他們的研究方法和理論直接受到蘇派的影響。因此，蘇聯(lián)也是最早系統(tǒng)進(jìn)行巖爆研究的國家，可惜大部分文獻(xiàn)是俄語。Antsyferov and Pereverzev (1966) <The ZUA-2-VCh Seismo-Acoustic Equipment> 為煤礦設(shè)計了一種地震聲學(xué)設(shè)備，用來預(yù)測和預(yù)防巖爆及其他動態(tài)現(xiàn)象，如震蕩顛簸、頂板坍塌等，采用的方法是記錄和分析地震聲學(xué)數(shù)據(jù)，顯示固體煤處于的應(yīng)力狀態(tài)。Khodot等人(1967) 在<Physical principles of prediction and prevention of gas-dynamic phenomena 預(yù)測和預(yù)防氣體動力現(xiàn)象的物理原理> 中，介紹了1950-1966年斯科欽斯基采礦研究所對易爆和無爆煤層的結(jié)構(gòu)、機械和物理化學(xué)特性的實驗室和實地研究的一些結(jié)果，以及對煤層中瓦斯運動的研究結(jié)果。他們指出，在解決預(yù)測和預(yù)防瓦斯動力現(xiàn)象的問題時，必須綜合應(yīng)用巖石力學(xué)、物理化學(xué)、地下水力學(xué)、地質(zhì)學(xué)和地球物理學(xué)的方法，強調(diào)了對介質(zhì)的物理和物理化學(xué)特性及其在氣體動力現(xiàn)象中的運動規(guī)律的了解。

在一篇沒有任何記錄的文獻(xiàn)中，Osterwald (1970) <Comments on rock bursts, outbursts, and earthquake prediction>討論了巖爆和地震預(yù)測的方法。

Brady B. (1977) 發(fā)表了三篇文章討論愛達(dá)荷州Burke地區(qū)的Star礦區(qū)發(fā)生的三次中度巖爆。

(1) Seismicity anomaly prior to a moderate rock burst: A case study (中度巖爆前的地震異常現(xiàn)象: 一個案例研究)

(2) Anomalous Seismicity prior to Rock Bursts: Implications for Earthquake Prediction (巖爆前的異常地震性: 對地震預(yù)測的影響)

(3) An investigation of the scale invariant properties of failure (失敗的尺度不變特性調(diào)查)

1975年9月3日上午10點09分(18:09, UTC)，在愛達(dá)荷州Burke地區(qū)的Star礦7500水平發(fā)生了里氏震級小于M1.5的中度巖爆。三次中度巖爆發(fā)生前，地震活動迅速增加, 記錄了異常的地震變化 (先升后降)。根據(jù)異常的地震行為，礦工被疏散或被禁止進(jìn)入位于爆裂前地震積聚附近的活動礦井。根據(jù)破壞的包容理論( inclusion theory of failure)解釋和預(yù)測了地震前和地震后的活動。地震前兆(在即將發(fā)生破壞附近，地震性增加，然后地震性減少)將在破壞之前出現(xiàn)。前兆被定義為在一個物理系統(tǒng)中產(chǎn)生的效應(yīng)，表明導(dǎo)致系統(tǒng)失效的過程已經(jīng)開始。包容理論的一個關(guān)鍵預(yù)測是，破壞過程的規(guī)模不變，同樣的物理過程在小規(guī)模(實驗室)、中規(guī)模(礦井破壞)和大規(guī)模(地震)上都有作用。通過建立回歸關(guān)系式準(zhǔn)確地預(yù)測了巖爆發(fā)生的時間和波及范圍。一個基于實驗證據(jù)的結(jié)論表明，異常地震發(fā)生在實驗室規(guī)模的巖石破壞、礦井中的巖石爆裂和地震發(fā)生之前。

Krawiec and Stanislaw (1977) <Rock bursting in Polish deep coal mines in light of research and practical observation. [Prediction and preventive measures]> 根據(jù)研究和實際觀察討論了波蘭深部煤礦的巖爆問題，包括預(yù)測和預(yù)防措施。巖爆是波蘭地下煤礦的一個特殊危險，這主要是由于巖石的物理力學(xué)特性和上西里西亞煤炭盆地的地質(zhì)構(gòu)造造成的。這篇論文討論了預(yù)測和預(yù)防巖爆的采礦和地球物理方法。這些方法包括使用地震學(xué)方法、各種沖擊爆破、魚雷和高壓注水等。由于這種多方向的活動，在戰(zhàn)后的波蘭煤礦開采中，巖爆及其影響已經(jīng)減少。這些結(jié)果是在巖爆的潛在威脅不斷增加的情況下取得的，造成巖爆的原因是：(1) 從巖爆地層中系統(tǒng)地增加開采量；(2) 開采深度逐漸加大；(3) 開采范圍擴大到不同類型的壁架和被工作面包圍的礦床的其他部分。盡管科學(xué)和采礦實踐在這一領(lǐng)域取得了成就，但這種威脅還沒有得到應(yīng)有的充分研究和控制。因此，關(guān)于防止巖爆的研究正在不斷擴大。這項研究具有復(fù)雜的、多階段的和長期的特點。理論、實驗室和礦區(qū)的實地工作都在努力解決這個問題。