李廷勇：通過(guò)巖爆段的施工技術(shù)
作者：佚名
2009-11-22 11:16
來(lái)源：中國(guó)煤炭新聞網(wǎng)
作者單位：重慶中心橋煤業(yè)有限公司
摘要：本文對(duì)中礦-300m水平暗主斜井所發(fā)生的巖爆做了一定的闡述，并對(duì)發(fā)生巖爆后采取的各中措施進(jìn)行了說(shuō)明。
關(guān)鍵詞：巖爆 施工 技術(shù)
1、前言
1.1巖爆是深埋地下工程在施工過(guò)程中常見(jiàn)的動(dòng)力破壞現(xiàn)象，當(dāng)巖體中聚積的高彈性應(yīng)變能大于巖石破壞所消耗的能量時(shí)，破壞了巖體結(jié)構(gòu)的平衡，多余的能量導(dǎo)致巖石爆裂，使巖石碎片從巖體中剝離、崩出。
1.2巖爆產(chǎn)生的條件：① 近代構(gòu)造活動(dòng)山體內(nèi)地應(yīng)力較高，巖體內(nèi)儲(chǔ)存著很大的應(yīng)變能，當(dāng)該部分能量超過(guò)了硬巖石自身的強(qiáng)度時(shí)；② 圍巖堅(jiān)硬新鮮完整，裂隙極少或僅有隱裂隙，且具有較高的脆性和彈性，能夠儲(chǔ)存能量，而其變形特性屬于脆性破壞類型，當(dāng)應(yīng)力解除后，回彈變形很??；③埋深較大（一般埋藏深度多大于200m）且遠(yuǎn)離溝谷切割的卸荷裂隙帶；④地下水較少，巖體干燥；⑤ 開(kāi)挖斷面形狀不規(guī)則，大型洞室群岔洞較多的地下工程，或斷面變化造成局部應(yīng)力集中的地帶。
2 地質(zhì)狀況
2.1中心橋煤業(yè)公司-300m水平暗主斜井位于T3xj4上段，灰白色中粒石英砂巖，節(jié)理較發(fā)育，f=4～6,堅(jiān)硬致密，夾有少量煤線，坡度為27～30°。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，礦井在+65m水平施工時(shí)同樣發(fā)生巖爆，但其程度以輕微為主，巖爆經(jīng)常在拱頂位置發(fā)生。
2.2經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)揭露，-300m水平暗主斜井井筒及井底車場(chǎng)施工時(shí)發(fā)生巖爆，達(dá)中等程度，且?guī)r爆多表現(xiàn)為片狀剝落、片幫等方式。距地表垂直距離580～680m左右。圍巖以Ⅲ類為主，圍巖堅(jiān)硬干燥。在巖爆過(guò)程中并伴隨大量的瓦斯涌出，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定為1%～4%。
3 巖爆的產(chǎn)生條件（參見(jiàn)圖1）
3.1判斷巖爆發(fā)生的應(yīng)力條件有兩種方法：
3.1.1一是用洞壁的最大環(huán)向應(yīng)力σθ與圍巖單軸抗壓強(qiáng)度σc之比值進(jìn)行分析；
3.1.2二是用天然應(yīng)力中的最大主應(yīng)力σ1與巖塊單軸抗壓強(qiáng)度σc之比進(jìn)行判斷。
3.2 圍巖應(yīng)力條件
經(jīng)驗(yàn)公式：σ1/σc>0.165～0.35（或σc/σ1>6.06～2.86）的脆性巖體最易發(fā)生巖爆。
3.3 巖性條件
3.3.1彈性變形能系數(shù)ω：加載到0.7σc后再卸載至0.05σc時(shí)，卸載釋放的彈性變形能與加載吸收的變形能之比的百分?jǐn)?shù)。
3.3.2當(dāng)ω＞70％時(shí)，可能產(chǎn)生巖爆，ω越大發(fā)生巖爆的可能性越大。
3.4 影響巖爆的因素
3.4.1地質(zhì)構(gòu)造
巖爆大都發(fā)生在褶皺構(gòu)造的堅(jiān)硬巖石中。
巖爆與斷層、節(jié)理構(gòu)造密切相關(guān)。當(dāng)掌子面與斷裂或節(jié)理走向平行時(shí)，極容易觸發(fā)巖爆。
巖體中節(jié)理密度和張開(kāi)度對(duì)巖爆有明顯的影響。掌子面巖體中有大量巖脈穿插時(shí)，也可能發(fā)生巖爆。
3.4.2洞室埋深
隨著洞室埋深增加，巖爆次數(shù)增多，強(qiáng)度也增大。
3.4.3爆破對(duì)巖爆的誘導(dǎo)作用。
3.5 巖爆形成機(jī)理和圍巖破壞區(qū)分帶見(jiàn)圖2。
3.5.1劈裂成板階段（巖爆孕育）
垂直洞壁方向受張應(yīng)力作用而產(chǎn)生平行于最大環(huán)向應(yīng)力的板狀劈裂。僅在洞壁表部，部分板裂巖體脫離母巖而剝落，而無(wú)巖塊彈射出現(xiàn)。 A、劈裂；B、剪斷；C、彈射
3.5.2剪切成塊階段(巖爆的醞釀) 圖2 巖爆漸進(jìn)破壞過(guò)程示意圖
劈裂巖板向洞內(nèi)彎曲，發(fā)生張剪復(fù)合破壞。處于爆裂彈射的臨界狀態(tài)。
3.5.3塊、片彈射階段
劈裂、剪斷巖板，產(chǎn)生響聲和震動(dòng)。巖塊發(fā)生彈射，巖爆形成。
巖爆的漸進(jìn)性破壞過(guò)程很短促。
各階段在演化的時(shí)序和發(fā)展的空間部位，都是由洞壁向圍巖深部依次重復(fù)更迭發(fā)生的。因此，巖爆引起的圍巖破壞區(qū)自外向內(nèi)分彈射帶、劈裂-剪切帶和劈裂帶等三個(gè)條帶。
4巖爆的特點(diǎn)
4.1巖石砂巖為主，巖石堅(jiān)硬干燥，在未發(fā)生前，無(wú)明顯的征兆，雖經(jīng)過(guò)仔細(xì)尋找，并無(wú)空響聲，一般認(rèn)為不會(huì)掉落石塊的地方，會(huì)突然發(fā)生巖石爆裂聲響，石塊一般應(yīng)聲而下。
4.2巖爆發(fā)生的地點(diǎn)多在新開(kāi)挖的掌子面及距離掌子面1～3倍洞徑范圍內(nèi)，個(gè)別的也有距新開(kāi)挖工作面較遠(yuǎn)。
4.3巖爆時(shí)圍巖破壞的規(guī)模，小者幾厘米厚，大者可達(dá)數(shù)噸重。小者形狀常呈中間厚、周邊薄、不規(guī)則的魚鱗片狀脫落，脫落面多與巖壁平行。
4.4巖爆圍巖的破壞過(guò)程，一般新鮮堅(jiān)硬巖體均先產(chǎn)生聲響，伴隨片狀剝落的裂隙出現(xiàn)，裂隙一旦貫通就產(chǎn)生剝落或彈出，屬于表部巖爆。
4.5由于爆破振動(dòng)影響，造成開(kāi)挖洞段應(yīng)力重新分布，造成磧頭較大面積巖爆、爆落出的小塊魚鱗片狀碎屑甚至堵塞整個(gè)巷道。
5 巖爆部位實(shí)例分析
5.1 2008年11月5日中班，-300m水平暗主斜井井底車場(chǎng)30m段爆破后發(fā)生巖爆，巖爆掉魚鱗片塊導(dǎo)致磧頭被封閉，導(dǎo)致正常工序無(wú)法正常進(jìn)行，從而影響4個(gè)班次。地質(zhì)、技術(shù)、施工等單位經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察后分析確定其原因如下：
5.1.1本地區(qū)埋深大（約680m）、地壓大。
5.1.2該段砂巖中局部夾有煤線，由于地應(yīng)力大，巖爆順煤線與巖石接觸面順應(yīng)而下爆至磧頭，同時(shí)瓦斯涌出為4%。
5.1.3爆破也是誘發(fā)巖爆塌方的原因之一，由于爆破振動(dòng)產(chǎn)生沖擊波，導(dǎo)致應(yīng)力重新調(diào)整分布，發(fā)生巖爆。
5.2巖爆發(fā)生后采取的措施如下：
5.2.1在施工前，及時(shí)和地質(zhì)工程師聯(lián)系，收集已有的勘測(cè)資料，初步確定今后施工過(guò)程中哪些部位及里程容易發(fā)生巖爆現(xiàn)象，優(yōu)化施工支護(hù)程序，采取積極主動(dòng)的預(yù)防措施和強(qiáng)有力的支護(hù)方案，為施工中巖爆的防治提供初步的理論依據(jù)，確保巖爆地段的施工安全；技術(shù)人員、安全人員等應(yīng)充分理解巖爆的特點(diǎn)及其危害的嚴(yán)重性，全體施工人員思想上高度重視，將巖爆發(fā)生的可能性及危害程度降到最低。
5.2.2在施工過(guò)程中，加強(qiáng)超前地質(zhì)探測(cè)及泄壓工作。采用超前鉆探方法，沿掘進(jìn)方向布置扇形超前鉆孔，超前磧頭3～5m，以釋放應(yīng)力及瓦斯。
5.2.3在開(kāi)挖過(guò)程中采用“短進(jìn)尺、多循環(huán)”，同時(shí)利用光面爆破技術(shù)，嚴(yán)格控制爆破參數(shù)，以盡可能減少爆破對(duì)圍巖的影響并使開(kāi)挖斷面盡可能規(guī)則，減小局部應(yīng)力集中的可能性，同時(shí)以防止由于爆破振動(dòng)對(duì)已完成的一期支護(hù)洞段造成地應(yīng)力重分布，而可能造成再次巖爆塌方。
5.2.4爆破后向巖面灑水，以釋放應(yīng)力。
5.2.5加強(qiáng)通風(fēng)管理，風(fēng)筒距磧頭不大于6m，裝填炮眼時(shí)嚴(yán)格使用水泡泥。
5.2.6爆破盡快對(duì)巖爆部位活矸刁凈、掛網(wǎng)、打錨桿、噴C25混凝土30～50mm進(jìn)行封閉，以盡可能減少新鮮圍巖的暴露時(shí)間；錨桿規(guī)格為φ18×3000mm的螺紋錨桿，間、排距為800×800mm。初次支護(hù)后打錨索、掛Φ16鋼筋網(wǎng)，加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度，并復(fù)噴100～200mm厚C25混凝土；錨索錨桿間、排距為3000×3000mm、規(guī)格為φ17.8×6000mm。
5.2.7在施工中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)工作，通過(guò)對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)觀察、錨桿測(cè)力計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)讀數(shù)的變化，可以定量地分析預(yù)測(cè)滯后發(fā)生的深部沖擊型巖爆，用于指導(dǎo)開(kāi)挖和支護(hù)的施工，以確保安全。
5.2.8在巖爆地段施工對(duì)人員和設(shè)備進(jìn)行必要的防護(hù)，以保證施工安全。
8 結(jié)束語(yǔ)
中心橋煤業(yè)公司-300m水平暗主斜井在施工中，經(jīng)過(guò)不斷總結(jié)分析，對(duì)巖爆有了初步的認(rèn)識(shí)，對(duì)巖爆的預(yù)防也取得了一定經(jīng)驗(yàn)，為以后類似工程的施工提供參考和借鑒。
摘要：本文對(duì)中礦-300m水平暗主斜井所發(fā)生的巖爆做了一定的闡述，并對(duì)發(fā)生巖爆后采取的各中措施進(jìn)行了說(shuō)明。
關(guān)鍵詞：巖爆 施工 技術(shù)
1、前言
1.1巖爆是深埋地下工程在施工過(guò)程中常見(jiàn)的動(dòng)力破壞現(xiàn)象，當(dāng)巖體中聚積的高彈性應(yīng)變能大于巖石破壞所消耗的能量時(shí)，破壞了巖體結(jié)構(gòu)的平衡，多余的能量導(dǎo)致巖石爆裂，使巖石碎片從巖體中剝離、崩出。
1.2巖爆產(chǎn)生的條件：① 近代構(gòu)造活動(dòng)山體內(nèi)地應(yīng)力較高，巖體內(nèi)儲(chǔ)存著很大的應(yīng)變能，當(dāng)該部分能量超過(guò)了硬巖石自身的強(qiáng)度時(shí)；② 圍巖堅(jiān)硬新鮮完整，裂隙極少或僅有隱裂隙，且具有較高的脆性和彈性，能夠儲(chǔ)存能量，而其變形特性屬于脆性破壞類型，當(dāng)應(yīng)力解除后，回彈變形很??；③埋深較大（一般埋藏深度多大于200m）且遠(yuǎn)離溝谷切割的卸荷裂隙帶；④地下水較少，巖體干燥；⑤ 開(kāi)挖斷面形狀不規(guī)則，大型洞室群岔洞較多的地下工程，或斷面變化造成局部應(yīng)力集中的地帶。
2 地質(zhì)狀況
2.1中心橋煤業(yè)公司-300m水平暗主斜井位于T3xj4上段，灰白色中粒石英砂巖，節(jié)理較發(fā)育，f=4～6,堅(jiān)硬致密，夾有少量煤線，坡度為27～30°。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，礦井在+65m水平施工時(shí)同樣發(fā)生巖爆，但其程度以輕微為主，巖爆經(jīng)常在拱頂位置發(fā)生。
2.2經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)揭露，-300m水平暗主斜井井筒及井底車場(chǎng)施工時(shí)發(fā)生巖爆，達(dá)中等程度，且?guī)r爆多表現(xiàn)為片狀剝落、片幫等方式。距地表垂直距離580～680m左右。圍巖以Ⅲ類為主，圍巖堅(jiān)硬干燥。在巖爆過(guò)程中并伴隨大量的瓦斯涌出，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定為1%～4%。
3 巖爆的產(chǎn)生條件（參見(jiàn)圖1）
3.1判斷巖爆發(fā)生的應(yīng)力條件有兩種方法：
3.1.1一是用洞壁的最大環(huán)向應(yīng)力σθ與圍巖單軸抗壓強(qiáng)度σc之比值進(jìn)行分析；
3.1.2二是用天然應(yīng)力中的最大主應(yīng)力σ1與巖塊單軸抗壓強(qiáng)度σc之比進(jìn)行判斷。
3.2 圍巖應(yīng)力條件
經(jīng)驗(yàn)公式：σ1/σc>0.165～0.35（或σc/σ1>6.06～2.86）的脆性巖體最易發(fā)生巖爆。
3.3 巖性條件
3.3.1彈性變形能系數(shù)ω：加載到0.7σc后再卸載至0.05σc時(shí)，卸載釋放的彈性變形能與加載吸收的變形能之比的百分?jǐn)?shù)。
3.3.2當(dāng)ω＞70％時(shí)，可能產(chǎn)生巖爆，ω越大發(fā)生巖爆的可能性越大。
3.4 影響巖爆的因素
3.4.1地質(zhì)構(gòu)造
巖爆大都發(fā)生在褶皺構(gòu)造的堅(jiān)硬巖石中。
巖爆與斷層、節(jié)理構(gòu)造密切相關(guān)。當(dāng)掌子面與斷裂或節(jié)理走向平行時(shí)，極容易觸發(fā)巖爆。
巖體中節(jié)理密度和張開(kāi)度對(duì)巖爆有明顯的影響。掌子面巖體中有大量巖脈穿插時(shí)，也可能發(fā)生巖爆。
3.4.2洞室埋深
隨著洞室埋深增加，巖爆次數(shù)增多，強(qiáng)度也增大。
3.4.3爆破對(duì)巖爆的誘導(dǎo)作用。
3.5 巖爆形成機(jī)理和圍巖破壞區(qū)分帶見(jiàn)圖2。
3.5.1劈裂成板階段（巖爆孕育）
垂直洞壁方向受張應(yīng)力作用而產(chǎn)生平行于最大環(huán)向應(yīng)力的板狀劈裂。僅在洞壁表部，部分板裂巖體脫離母巖而剝落，而無(wú)巖塊彈射出現(xiàn)。 A、劈裂；B、剪斷；C、彈射
3.5.2剪切成塊階段(巖爆的醞釀) 圖2 巖爆漸進(jìn)破壞過(guò)程示意圖
劈裂巖板向洞內(nèi)彎曲，發(fā)生張剪復(fù)合破壞。處于爆裂彈射的臨界狀態(tài)。
3.5.3塊、片彈射階段
劈裂、剪斷巖板，產(chǎn)生響聲和震動(dòng)。巖塊發(fā)生彈射，巖爆形成。
巖爆的漸進(jìn)性破壞過(guò)程很短促。
各階段在演化的時(shí)序和發(fā)展的空間部位，都是由洞壁向圍巖深部依次重復(fù)更迭發(fā)生的。因此，巖爆引起的圍巖破壞區(qū)自外向內(nèi)分彈射帶、劈裂-剪切帶和劈裂帶等三個(gè)條帶。
4巖爆的特點(diǎn)
4.1巖石砂巖為主，巖石堅(jiān)硬干燥，在未發(fā)生前，無(wú)明顯的征兆，雖經(jīng)過(guò)仔細(xì)尋找，并無(wú)空響聲，一般認(rèn)為不會(huì)掉落石塊的地方，會(huì)突然發(fā)生巖石爆裂聲響，石塊一般應(yīng)聲而下。
4.2巖爆發(fā)生的地點(diǎn)多在新開(kāi)挖的掌子面及距離掌子面1～3倍洞徑范圍內(nèi)，個(gè)別的也有距新開(kāi)挖工作面較遠(yuǎn)。
4.3巖爆時(shí)圍巖破壞的規(guī)模，小者幾厘米厚，大者可達(dá)數(shù)噸重。小者形狀常呈中間厚、周邊薄、不規(guī)則的魚鱗片狀脫落，脫落面多與巖壁平行。
4.4巖爆圍巖的破壞過(guò)程，一般新鮮堅(jiān)硬巖體均先產(chǎn)生聲響，伴隨片狀剝落的裂隙出現(xiàn)，裂隙一旦貫通就產(chǎn)生剝落或彈出，屬于表部巖爆。
4.5由于爆破振動(dòng)影響，造成開(kāi)挖洞段應(yīng)力重新分布，造成磧頭較大面積巖爆、爆落出的小塊魚鱗片狀碎屑甚至堵塞整個(gè)巷道。
5 巖爆部位實(shí)例分析
5.1 2008年11月5日中班，-300m水平暗主斜井井底車場(chǎng)30m段爆破后發(fā)生巖爆，巖爆掉魚鱗片塊導(dǎo)致磧頭被封閉，導(dǎo)致正常工序無(wú)法正常進(jìn)行，從而影響4個(gè)班次。地質(zhì)、技術(shù)、施工等單位經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察后分析確定其原因如下：
5.1.1本地區(qū)埋深大（約680m）、地壓大。
5.1.2該段砂巖中局部夾有煤線，由于地應(yīng)力大，巖爆順煤線與巖石接觸面順應(yīng)而下爆至磧頭，同時(shí)瓦斯涌出為4%。
5.1.3爆破也是誘發(fā)巖爆塌方的原因之一，由于爆破振動(dòng)產(chǎn)生沖擊波，導(dǎo)致應(yīng)力重新調(diào)整分布，發(fā)生巖爆。
5.2巖爆發(fā)生后采取的措施如下：
5.2.1在施工前，及時(shí)和地質(zhì)工程師聯(lián)系，收集已有的勘測(cè)資料，初步確定今后施工過(guò)程中哪些部位及里程容易發(fā)生巖爆現(xiàn)象，優(yōu)化施工支護(hù)程序，采取積極主動(dòng)的預(yù)防措施和強(qiáng)有力的支護(hù)方案，為施工中巖爆的防治提供初步的理論依據(jù)，確保巖爆地段的施工安全；技術(shù)人員、安全人員等應(yīng)充分理解巖爆的特點(diǎn)及其危害的嚴(yán)重性，全體施工人員思想上高度重視，將巖爆發(fā)生的可能性及危害程度降到最低。
5.2.2在施工過(guò)程中，加強(qiáng)超前地質(zhì)探測(cè)及泄壓工作。采用超前鉆探方法，沿掘進(jìn)方向布置扇形超前鉆孔，超前磧頭3～5m，以釋放應(yīng)力及瓦斯。
5.2.3在開(kāi)挖過(guò)程中采用“短進(jìn)尺、多循環(huán)”，同時(shí)利用光面爆破技術(shù)，嚴(yán)格控制爆破參數(shù)，以盡可能減少爆破對(duì)圍巖的影響并使開(kāi)挖斷面盡可能規(guī)則，減小局部應(yīng)力集中的可能性，同時(shí)以防止由于爆破振動(dòng)對(duì)已完成的一期支護(hù)洞段造成地應(yīng)力重分布，而可能造成再次巖爆塌方。
5.2.4爆破后向巖面灑水，以釋放應(yīng)力。
5.2.5加強(qiáng)通風(fēng)管理，風(fēng)筒距磧頭不大于6m，裝填炮眼時(shí)嚴(yán)格使用水泡泥。
5.2.6爆破盡快對(duì)巖爆部位活矸刁凈、掛網(wǎng)、打錨桿、噴C25混凝土30～50mm進(jìn)行封閉，以盡可能減少新鮮圍巖的暴露時(shí)間；錨桿規(guī)格為φ18×3000mm的螺紋錨桿，間、排距為800×800mm。初次支護(hù)后打錨索、掛Φ16鋼筋網(wǎng)，加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度，并復(fù)噴100～200mm厚C25混凝土；錨索錨桿間、排距為3000×3000mm、規(guī)格為φ17.8×6000mm。
5.2.7在施工中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)工作，通過(guò)對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)觀察、錨桿測(cè)力計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)讀數(shù)的變化，可以定量地分析預(yù)測(cè)滯后發(fā)生的深部沖擊型巖爆，用于指導(dǎo)開(kāi)挖和支護(hù)的施工，以確保安全。
5.2.8在巖爆地段施工對(duì)人員和設(shè)備進(jìn)行必要的防護(hù)，以保證施工安全。
8 結(jié)束語(yǔ)
中心橋煤業(yè)公司-300m水平暗主斜井在施工中，經(jīng)過(guò)不斷總結(jié)分析，對(duì)巖爆有了初步的認(rèn)識(shí)，對(duì)巖爆的預(yù)防也取得了一定經(jīng)驗(yàn)，為以后類似工程的施工提供參考和借鑒。
