李廷勇：通过岩爆段的施工技术 |
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| 煤炭资讯网 | 2008-11-13 10:31:14论文、言论 | ||
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作者单位：重庆中心桥煤业有限公司 摘要：本文对中矿-300m水平暗主斜井所发生的岩爆做了一定的阐述，并对发生岩爆后采取的各中措施进行了说明。 关键词：岩爆 施工 技术 1、前言 1.1岩爆是深埋地下工程在施工过程中常见的动力破坏现象，当岩体中聚积的高弹性应变能大于岩石破坏所消耗的能量时，破坏了岩体结构的平衡，多余的能量导致岩石爆裂，使岩石碎片从岩体中剥离、崩出。 1.2岩爆产生的条件：① 近代构造活动山体内地应力较高，岩体内储存着很大的应变能，当该部分能量超过了硬岩石自身的强度时；② 围岩坚硬新鲜完整，裂隙极少或仅有隐裂隙，且具有较高的脆性和弹性，能够储存能量，而其变形特性属于脆性破坏类型，当应力解除后，回弹变形很小；③埋深较大（一般埋藏深度多大于200m）且远离沟谷切割的卸荷裂隙带；④地下水较少，岩体干燥；⑤ 开挖断面形状不规则，大型洞室群岔洞较多的地下工程，或断面变化造成局部应力集中的地带。 2 地质状况 2.1中心桥煤业公司-300m水平暗主斜井位于T3xj4上段，灰白色中粒石英砂岩，节理较发育，f=4～6,坚硬致密，夹有少量煤线，坡度为27～30°。根据以往经验，矿井在+65m水平施工时同样发生岩爆，但其程度以轻微为主，岩爆经常在拱顶位置发生。 2.2经过现场揭露，-300m水平暗主斜井井筒及井底车场施工时发生岩爆，达中等程度，且岩爆多表现为片状剥落、片帮等方式。距地表垂直距离580～680m左右。围岩以Ⅲ类为主，围岩坚硬干燥。在岩爆过程中并伴随大量的瓦斯涌出，根据现场测定为1%～4%。 3 岩爆的产生条件（参见图1） 3.1判断岩爆发生的应力条件有两种方法： 3.1.1一是用洞壁的最大环向应力σθ与围岩单轴抗压强度σc之比值进行分析； 3.1.2二是用天然应力中的最大主应力σ1与岩块单轴抗压强度σc之比进行判断。 3.2 围岩应力条件 经验公式：σ1/σc>0.165～0.35（或σc/σ1>6.06～2.86）的脆性岩体最易发生岩爆。 3.3 岩性条件 3.3.1弹性变形能系数ω：加载到0.7σc后再卸载至0.05σc时，卸载释放的弹性变形能与加载吸收的变形能之比的百分数。 3.3.2当ω＞70％时，可能产生岩爆，ω越大发生岩爆的可能性越大。 3.4 影响岩爆的因素 3.4.1地质构造 岩爆大都发生在褶皱构造的坚硬岩石中。 岩爆与断层、节理构造密切相关。当掌子面与断裂或节理走向平行时，极容易触发岩爆。 岩体中节理密度和张开度对岩爆有明显的影响。掌子面岩体中有大量岩脉穿插时，也可能发生岩爆。 3.4.2洞室埋深 随着洞室埋深增加，岩爆次数增多，强度也增大。 3.4.3爆破对岩爆的诱导作用。 3.5 岩爆形成机理和围岩破坏区分带见图2。 3.5.1劈裂成板阶段（岩爆孕育） 垂直洞壁方向受张应力作用而产生平行于最大环向应力的板状劈裂。仅在洞壁表部，部分板裂岩体脱离母岩而剥落，而无岩块弹射出现。 A、劈裂；B、剪断；C、弹射 3.5.2剪切成块阶段(岩爆的酝酿) 图2 岩爆渐进破坏过程示意图 劈裂岩板向洞内弯曲，发生张剪复合破坏。处于爆裂弹射的临界状态。 3.5.3块、片弹射阶段 劈裂、剪断岩板，产生响声和震动。岩块发生弹射，岩爆形成。 岩爆的渐进性破坏过程很短促。 各阶段在演化的时序和发展的空间部位，都是由洞壁向围岩深部依次重复更迭发生的。因此，岩爆引起的围岩破坏区自外向内分弹射带、劈裂-剪切带和劈裂带等三个条带。 4岩爆的特点 4.1岩石砂岩为主，岩石坚硬干燥，在未发生前，无明显的征兆，虽经过仔细寻找，并无空响声，一般认为不会掉落石块的地方，会突然发生岩石爆裂声响，石块一般应声而下。 4.2岩爆发生的地点多在新开挖的掌子面及距离掌子面1～3倍洞径范围内，个别的也有距新开挖工作面较远。 4.3岩爆时围岩破坏的规模，小者几厘米厚，大者可达数吨重。小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的鱼鳞片状脱落，脱落面多与岩壁平行。 4.4岩爆围岩的破坏过程，一般新鲜坚硬岩体均先产生声响，伴随片状剥落的裂隙出现，裂隙一旦贯通就产生剥落或弹出，属于表部岩爆。 4.5由于爆破振动影响，造成开挖洞段应力重新分布，造成碛头较大面积岩爆、爆落出的小块鱼鳞片状碎屑甚至堵塞整个巷道。 5 岩爆部位实例分析 5.1 2008年11月5日中班，-300m水平暗主斜井井底车场30m段爆破后发生岩爆，岩爆掉鱼鳞片块导致碛头被封闭，导致正常工序无法正常进行，从而影响4个班次。地质、技术、施工等单位经过现场勘察后分析确定其原因如下： 5.1.1本地区埋深大（约680m）、地压大。 5.1.2该段砂岩中局部夹有煤线，由于地应力大，岩爆顺煤线与岩石接触面顺应而下爆至碛头，同时瓦斯涌出为4%。 5.1.3爆破也是诱发岩爆塌方的原因之一，由于爆破振动产生冲击波，导致应力重新调整分布，发生岩爆。 5.2岩爆发生后采取的措施如下： 5.2.1在施工前，及时和地质工程师联系，收集已有的勘测资料，初步确定今后施工过程中哪些部位及里程容易发生岩爆现象，优化施工支护程序，采取积极主动的预防措施和强有力的支护方案，为施工中岩爆的防治提供初步的理论依据，确保岩爆地段的施工安全；技术人员、安全人员等应充分理解岩爆的特点及其危害的严重性，全体施工人员思想上高度重视，将岩爆发生的可能性及危害程度降到最低。 5.2.2在施工过程中，加强超前地质探测及泄压工作。采用超前钻探方法，沿掘进方向布置扇形超前钻孔，超前碛头3～5m，以释放应力及瓦斯。 5.2.3在开挖过程中采用“短进尺、多循环”，同时利用光面爆破技术，严格控制爆破参数，以尽可能减少爆破对围岩的影响并使开挖断面尽可能规则，减小局部应力集中的可能性，同时以防止由于爆破振动对已完成的一期支护洞段造成地应力重分布，而可能造成再次岩爆塌方。 5.2.4爆破后向岩面洒水，以释放应力。 5.2.5加强通风管理，风筒距碛头不大于6m，装填炮眼时严格使用水泡泥。 5.2.6爆破尽快对岩爆部位活矸刁净、挂网、打锚杆、喷C25混凝土30～50mm进行封闭，以尽可能减少新鲜围岩的暴露时间；锚杆规格为φ18×3000mm的螺纹锚杆，间、排距为800×800mm。初次支护后打锚索、挂Φ16钢筋网，加强支护强度，并复喷100～200mm厚C25混凝土；锚索锚杆间、排距为3000×3000mm、规格为φ17.8×6000mm。 5.2.7在施工中加强监测工作，通过对围岩和支护结构的现场观察、锚杆测力计、多点位移计读数的变化，可以定量地分析预测滞后发生的深部冲击型岩爆，用于指导开挖和支护的施工，以确保安全。 5.2.8在岩爆地段施工对人员和设备进行必要的防护，以保证施工安全。 8 结束语 中心桥煤业公司-300m水平暗主斜井在施工中，经过不断总结分析，对岩爆有了初步的认识，对岩爆的预防也取得了一定经验，为以后类似工程的施工提供参考和借鉴。
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