1.1國內外岩爆實況
岩爆是指礦井采掘空間周圍岩體在高應力作用下局部失穩，彈性應變能突然釋放，使岩體向采掘空間拋射的一種動力破壞現象。它是礦山生產中易發生的重大災害之一，常迫使采區或整個礦井停產，造成重大的人員傷亡和巨大的經濟損失。
自有記載的第一次發生於1738年英國南史塔福煤田岩爆至今，兩百多年來，岩爆危害幾乎遍布世界各采礦國家。德國、南非、前蘇聯、美國、波蘭、印度、加拿大、日本、澳大利亞、意大利、捷克、匈牙利、保加利亞、瑞典、挪威、新西蘭、法國、比利時、荷蘭、南斯拉夫、土耳其和我國等二十多個國家和地區都記錄有岩爆現象。隨著開采深度的增加和采掘規模的日益擴大，岩爆的頻度和強度也日益增大。礦壓專家預言，岩爆機理及防治研究將成為“21世紀礦山壓力研究的焦點”。
岩爆現象常發生於金屬礦山、煤礦和地下水工工程中。下麵按這三個方麵簡述其發生情況。
1.1.1金屬礦山岩爆情況
印度科拉爾礦區的金礦和南非維特瓦加爾斯蘭金礦，開采深度超過3000m，發生過多次強烈岩爆。據丹克豪斯的統計，1963年南非6個金礦的總產量為850萬噸，共發生281次岩爆現象。印度巨礦脈和奴底朱格兩礦在1957—1962年間，分別發生84次和66次岩爆，相應采深分別為2000m和3000m。
美國金屬礦岩爆主要發生在愛達荷州科尤爾、德亞曆內礦區，主要開采鋅、鉛和銀礦石，最大開采深度超過2000m， 1956—1971年間，在加萊娜礦發生了128次強烈岩爆。此外，克達倫鋁、鉛礦床也多次發生岩爆現象。
前蘇聯金屬礦岩爆現象首次發生在20世紀60年代，北烏拉爾鋁土礦、塔什塔戈裏鐵礦均是岩爆常發礦區。
在我國隨著開采深度的增加，岩爆問題也越來越嚴重。銅陵有色金屬公司獅子山銅礦的冬瓜山礦床，在埋深約1000m處，多次出現較大規模的深井岩爆；楊家杖子礦、青城子礦、玲瓏金礦、大廠錫礦區、紅透山銅礦等也有岩爆現象出現。
磷鐵礦
黝銅礦礦脈蘇聯塔什塔戈裏鐵礦岩爆頻發區：1000m 附近(1978年)鐵石英岩
正長岩銅陵冬瓜山銅礦岩爆頻發區:1000m附近銅1.1.2煤礦礦山岩爆情況
煤礦岩爆危害幾乎遍布世界各采煤國家，有二十多個國家和地區記錄有岩爆現象。世界上第一次有記載的岩爆發生在1738年英國的南史塔福煤田。之後前蘇聯、南非、德國、波蘭、美國、加拿大等都曾發生岩爆事故。在波蘭岩爆已成為煤礦重大災害之一，全國67個煤礦中36個煤礦具有岩爆危險，占55%。大約50%的煤產量采自有岩爆危險的煤層。20世紀40年代波蘭煤礦發生的岩爆最多，1949年發生了350次岩爆。在1950—1960年間，波蘭平均每年發生226次，而以後的各年裏，每年大約發生20次岩爆。在1949—1982年間波蘭共發生破壞性岩爆3097次，造成401人死亡，12萬m井巷被破壞。岩爆對德國采礦業的危害也是非常嚴重，為德國北萊茵威斯特伐倫州1953—1980年硬煤礦井傷亡事故的發生情況，雖然總的事故數從1953年的604次降到1980年的62次，岩爆和冒頂事故從225次降到15次。
德國岩爆事故的發生情況
我國煤礦岩爆災害也極為嚴重。1933年撫順勝利礦發生的煤礦岩爆是我國最早有記錄的岩爆。以後，隨著開采深度的增加和采掘範圍的擴大，北京礦務局的門頭溝、城子、房山等六個礦井和坑口，撫順礦務局龍鳳礦和老虎台礦，山東棗莊礦務局陶莊礦、八一礦，開灤礦務局的唐山礦，阜新礦務局高德礦、五龍礦以及四川德陽天池煤礦等礦務局都發生過岩爆。截至1985年的不完全統計，我國有岩爆危險的煤礦達到32個，其中統配煤礦27個，隸屬於14個礦務局，地方礦5個。截至1985年，我國已發生的破壞性岩爆1800多次，震級從裏氏0.5級至3.8級，造成嚴重的危害，傷亡幾百人，破壞巷道約13km，停產1300多天。1985年以後，山東新汶、河南義馬、重慶鬆藻等礦務局也相繼出現岩爆現象。隨著開采深度的增加和開采範圍的擴大，近年來，雖然采取了不少措施，但岩爆的次數並未明顯減少。根據粗略統計，共發生破壞性岩爆2000餘次，傷亡幾百人，破壞生產巷道近20km。隨著我國煤炭生產的發展，礦井開采深度正在以每年10m的速度增加，伴隨而來的是岩爆災害的日益嚴重。20世紀50年代以前隻有兩個礦井發生了岩爆。20世紀50年代增加到7個，20世紀60年代為12個，20世紀70年代達到22個，進入20世紀80年代以後，猛增到50多個。為我國部分煤礦發生岩爆次數與采深的關係，我國部分煤礦發生岩爆與采深的關係波蘭煤礦岩爆與采深的關係的關係。從這兩個圖中可以看出采深越深發生岩爆的可能性越大。給出了1994年我國煤礦岩爆統計情況。
在隧道掘進中，由於埋深較大和特殊的地質條件，岩爆現象也時有發生。挪威西海岸沿峽彎的Heggura公路隧道修建過程中，當岸坡坡角大於45°，坡頂高出海平麵1000～1500m，隧道平行陡岸時，在邊拱及靠近峽彎一側的拱頂曾發生岩爆。我國成昆鐵路北段烏斯河等幾座隧道在施工過程中也曾發生岩爆。近年來，秦嶺隧道、秦嶺鐵路隧道、秦嶺終南山隧道、西康鐵路秦嶺特長隧道二線等均出現過較為嚴重的岩爆現象。在我國的川藏公路二郎山隧道發生了200多次岩爆現象。
在水電工程中，如瀑布溝水電站，天生橋水電站引水隧洞，岷江太平驛電站引水隧洞，錦坪水電站勘探平硐，二灘水電站引水隧洞，魚子溪Ⅰ、Ⅱ級引水隧道和應秀彎隧洞均發生過岩爆。
1.2岩爆發生機製研究進展
長期以來，岩爆作為岩石力學的重大難題之一，一直是國內外學術界和工程界關注的重要研究課題。岩爆發生機理十分複雜，各國學者在對岩爆現場調查及實驗室研究的基礎上，從不同角度相繼提出了一係列的重要理論，如強度理論、剛度理論、能量理論、衝擊傾向理論、三準則理論和變形係統失穩理論等。20世紀60年代以後，在岩爆的研究中，人們逐漸認識到岩爆是裂紋擴展及變形局部化導致的失穩現象，與具有裂隙的各向異性岩石介質的力學性質和圍岩在外加載荷作用下應力應變場的演化與失穩密切相關。
1.2.1強度理論、剛度理論和能量理論
(1) 強度理論
早期的強度理論主要涉及岩體的破壞原因，認為井巷和采場周圍產生應力集中，當應力達到岩石強度的極限時，岩體突然發生破壞，形成岩爆。早期的強度理論還對岩體形成應力集中的原因提出了各種假說，如20世紀30年代末的拱頂理論和懸臂梁理論等等。
近代強度理論以“礦體—圍岩”係統為研究對象，其主要特點是考慮“礦體—圍岩”係統的極限平衡，認為煤（岩）體的承載能力應是“煤體—圍岩”係統的強度，導致煤（岩）體破壞的決定因素不僅僅是應力值大小，而是它與煤（岩）體強度的比值。岩爆發生的應力條件為σ≥σ*(11)此時的研究不僅有定性的分析與推斷，而且給出了各種表達式和解析解，並開始用實驗室和井下實測資料進行具體問題的定量分析。
20世紀70年代強度理論得到進一步的發展，Brauner提出煤（岩）體夾持理論，並導出煤（岩）體極限壓應力pk的計算公式pk=(σc+τ0ctanφ)exptgφxM－1+σc(12)式中： τ0——煤體—圍岩交界處黏結力；
σc——煤體單向抗壓強度；
x——計算點到煤壁的距離；
M——采高；
φ——煤體—圍岩交界處的摩擦角。
李玉生等的研究將此理論進一步完善，把式(12)修正為pk=σ0exp［Ktgφ(2L－1)］(13)式中: σ0——L=1.5處的煤體的殘餘強度；
φ——煤岩交界處的外摩擦角；
K——三軸殘餘強度係數。
夾持理論較好的揭示了煤體—圍岩力學係統的極限平衡條件，但與實際結果比較還存在一定差距。
強度理論在說明煤礦岩爆發生機理時，具有簡單、直觀和便於應用的特點。但對岩爆動力學特征的描述不夠，而且不能反映岩爆的時間相關性。現場資料表明，井巷和采場周圍岩體經常出現局部應力超過其強度極限的現象，即使具有強烈衝擊傾向的煤層也並沒有發生突然破裂。多數情況下岩體平穩地進入強度後變形階段，少數情況發生突然破裂形成岩爆，這說明強度理論提出的判據不夠充分。
(2) 剛度理論
剛度理論是由Cook等人根據剛性壓力機理論而得到的。該理論認為：礦山結構的剛度大於礦山負載係統的剛度是發生岩爆的必要條件。近年來Petukhov在他所提出的岩爆機理模型中也引入了剛度條件。但他進一步將礦山結構的剛度明確為達到峰值強度後其載荷—變形曲線下降的剛度。在剛度理論中，如何確定礦山結構剛度是否達到峰值強度後的剛度是一難題，它不能由試驗測定。數值方法可能是有效途徑之一，但目前的結果仍存在一定的偏差，需要開展進一步的研究工作。
(3) 能量理論
能量理論從能量轉化角度解釋岩爆的成因，是岩爆機理研究的一大進步。該理論認為礦體—圍岩係統在其力學平衡狀態破壞所釋放的能量大於所消耗的能量時發生岩爆。20世紀70年代Brauner提出岩爆的能量判據，該判據考慮了能量釋放與時間因素的相關性。其後，吳耀琨等對此加以補充修正，引入空間坐標係統以說明岩爆發生的條件應同時滿足能量釋放的時間效應和空間效應。