李廷勇：通過岩爆段的施工技術
作者：佚名
2009-11-22 11:16
來源：中國煤炭新聞網
作者單位：重慶中心橋煤業有限公司
摘要：本文對中礦-300m水平暗主斜井所發生的岩爆做了一定的闡述，並對發生岩爆後采取的各中 措施進行了說明。
關鍵詞：岩爆 施工 技術
1、前言
1.1岩爆是深埋地下工程在施工過程中常見的動力破壞現象，當岩體中聚積的高彈性應變能大於岩石破壞所消耗的能量時，破壞了岩體結構的平衡，多餘的能量導致岩石爆裂，使岩石碎片從岩體中剝離、崩出。
1.2岩爆產生的條件：① 近代構造活動山體內地應力較高，岩體內儲存著很大的應變能，當該部分能量超過了硬岩石自身的強度時；② 圍岩堅硬新鮮完整，裂隙極少或僅有隱裂隙，且具有較高的脆性和彈性，能夠儲存能量，而其變形特性屬於脆性破壞類型，當應力解除後，回彈變形很小；③埋深較大（一般埋藏深度多大於200m）且遠離溝穀切割的卸荷裂隙帶；④地下水較少，岩體幹燥；⑤ 開挖斷麵形狀不規則，大型洞室群岔洞較多的地下工程，或斷麵變化造成局部應力集中的地帶。
2 地質狀況
2.1中心橋煤業公司-300m水平暗主斜井位於T3xj4上段，灰白色中粒石英砂岩，節理較發育，f=4～6,堅硬致密，夾有少量煤線，坡度為27～30°。根據以往經驗，礦井在+65m水平施工時同樣發生岩爆，但其程度以輕微為主，岩爆經常在拱頂位置發生。
2.2經過現場揭露，-300m水平暗主斜井井筒及井底車場施工時發生岩爆，達中等程度，且岩爆多表現為片狀剝落、片幫等方式。距地表垂直距離580～680m左右。圍岩以Ⅲ類為主，圍岩堅硬幹燥。在岩爆過程中並伴隨大量的瓦斯湧出，根據現場測定為1%～4%。
3 岩爆的產生條件（參見圖1）
3.1判斷岩爆發生的應力條件有兩種方法：
3.1.1一是用洞壁的最大環向應力σθ與圍岩單軸抗壓強度σc之比值進行 03manbetx ；
3.1.2二是用天然應力中的最大主應力σ1與岩塊單軸抗壓強度σc之比進行判斷。
3.2 圍岩應力條件
經驗公式：σ1/σc>0.165～0.35（或σc/σ1>6.06～2.86）的脆性岩體最易發生岩爆。
3.3 岩性條件
3.3.1彈性變形能係數ω：加載到0.7σc後再卸載至0.05σc時，卸載釋放的彈性變形能與加載吸收的變形能之比的百分數。
3.3.2當ω＞70％時，可能產生岩爆，ω越大發生岩爆的可能性越大。
3.4 影響岩爆的因素
3.4.1地質構造
岩爆大都發生在褶皺構造的堅硬岩石中。
岩爆與斷層、節理構造密切相關。當掌子麵與斷裂或節理走向平行時，極容易觸發岩爆。
岩體中節理密度和張開度對岩爆有明顯的影響。掌子麵岩體中有大量岩脈穿插時，也可能發生岩爆。
3.4.2洞室埋深
隨著洞室埋深增加，岩爆次數增多，強度也增大。
3.4.3爆破對岩爆的誘導作用。
3.5 岩爆形成機理和圍岩破壞區分帶見圖2。
3.5.1劈裂成板階段（岩爆孕育）
垂直洞壁方向受張應力作用而產生平行於最大環向應力的板狀劈裂。僅在洞壁表部，部分板裂岩體脫離母岩而剝落，而無岩塊彈射出現。 A、劈裂；B、剪斷；C、彈射
3.5.2剪切成塊階段(岩爆的醞釀) 圖2 岩爆漸進破壞過程示意圖
劈裂岩板向洞內彎曲，發生張剪複合破壞。處於爆裂彈射的臨界狀態。
3.5.3塊、片彈射階段
劈裂、剪斷岩板，產生響聲和震動。岩塊發生彈射，岩爆形成。
岩爆的漸進性破壞過程很短促。
各階段在演化的時序和發展的空間部位，都是由洞壁向圍岩深部依次重複更迭發生的。因此，岩爆引起的圍岩破壞區自外向內分彈射帶、劈裂-剪切帶和劈裂帶等三個條帶。
4岩爆的特點
4.1岩石砂岩為主，岩石堅硬幹燥，在未發生前，無明顯的征兆，雖經過仔細尋找，並無空響聲，一般認為不會掉落石塊的地方，會突然發生岩石爆裂聲響，石塊一般應聲而下。
4.2岩爆發生的地點多在新開挖的掌子麵及距離掌子麵1～3倍洞徑範圍內，個別的也有距新開挖工作麵較遠。
4.3岩爆時圍岩破壞的規模，小者幾厘米厚，大者可達數噸重。小者形狀常呈中間厚、周邊薄、不規則的魚鱗片狀脫落，脫落麵多與岩壁平行。
4.4岩爆圍岩的破壞過程，一般新鮮堅硬岩體均先產生聲響，伴隨片狀剝落的裂隙出現，裂隙一旦貫通就產生剝落或彈出，屬於表部岩爆。
4.5由於爆破振動影響，造成開挖洞段應力重新分布，造成磧頭較大麵積岩爆、爆落出的小塊魚鱗片狀碎屑甚至堵塞整個巷道。
5 岩爆部位實例 03manbetx
5.1 2008年11月5日中班，-300m水平暗主斜井井底車場30m段爆破後發生岩爆，岩爆掉魚鱗片塊導致磧頭被封閉，導致正常工序無法正常進行，從而影響4個班次。地質、技術、施工等單位經過現場勘察後 03manbetx 確定其原因如下：
5.1.1本地區埋深大（約680m）、地壓大。
5.1.2該段砂岩中局部夾有煤線，由於地應力大，岩爆順煤線與岩石接觸麵順應而下爆至磧頭，同時瓦斯湧出為4%。
5.1.3爆破也是誘發岩爆塌方的原因之一，由於爆破振動產生衝擊波，導致應力重新調整分布，發生岩爆。
5.2岩爆發生後采取的 措施如下：
5.2.1在施工前，及時和地質 工程師聯係，收集已有的勘測資料，初步確定今後施工過程中哪些部位及裏程容易發生岩爆現象，優化施工支護程序，采取積極主動的預防 措施和強有力的支護方案，為施工中岩爆的防治提供初步的理論依據，確保岩爆地段的施工 安全；技術人員、 安全人員等應充分理解岩爆的特點及其危害的嚴重性，全體施工人員思想上高度重視，將岩爆發生的可能性及危害程度降到最低。
5.2.2在施工過程中，加強超前地質探測及泄壓工作。采用超前鑽探方法，沿掘進方向布置扇形超前鑽孔，超前磧頭3～5m，以釋放應力及瓦斯。
5.2.3在開挖過程中采用“短進尺、多循環”，同時利用光麵爆破技術，嚴格控製爆破參數，以盡可能減少爆破對圍岩的影響並使開挖斷麵盡可能規則，減小局部應力集中的可能性，同時以防止由於爆破振動對已完成的一期支護洞段造成地應力重分布，而可能造成再次岩爆塌方。
5.2.4爆破後向岩麵灑水，以釋放應力。
5.2.5加強通風 管理，風筒距磧頭不大於6m，裝填炮眼時嚴格使用水泡泥。
5.2.6爆破盡快對岩爆部位活矸刁淨、掛網、打錨杆、噴C25混凝土30～50mm進行封閉，以盡可能減少新鮮圍岩的暴露時間；錨杆規格為φ18×3000mm的螺紋錨杆，間、排距為800×800mm。初次支護後打錨索、掛Φ16鋼筋網，加強支護強度，並複噴100～200mm厚C25混凝土；錨索錨杆間、排距為3000×3000mm、規格為φ17.8×6000mm。
5.2.7在施工中加強監測工作，通過對圍岩和支護結構的現場觀察、錨杆測力計、多點位移計讀數的變化，可以定量地 03manbetx 預測滯後發生的深部衝擊型岩爆，用於指導開挖和支護的施工，以確保 安全。
5.2.8在岩爆地段施工對人員和設備進行必要的防護，以保證施工 安全。
8 結束語
中心橋煤業公司-300m水平暗主斜井在施工中，經過不斷 總結分析，對岩爆有了初步的認識，對岩爆的預防也取得了一定經驗，為以後類似工程的施工提供參考和借鑒。
摘要：本文對中礦-300m水平暗主斜井所發生的岩爆做了一定的闡述，並對發生岩爆後采取的各中 措施進行了說明。
關鍵詞：岩爆 施工 技術
1、前言
1.1岩爆是深埋地下工程在施工過程中常見的動力破壞現象，當岩體中聚積的高彈性應變能大於岩石破壞所消耗的能量時，破壞了岩體結構的平衡，多餘的能量導致岩石爆裂，使岩石碎片從岩體中剝離、崩出。
1.2岩爆產生的條件：① 近代構造活動山體內地應力較高，岩體內儲存著很大的應變能，當該部分能量超過了硬岩石自身的強度時；② 圍岩堅硬新鮮完整，裂隙極少或僅有隱裂隙，且具有較高的脆性和彈性，能夠儲存能量，而其變形特性屬於脆性破壞類型，當應力解除後，回彈變形很小；③埋深較大（一般埋藏深度多大於200m）且遠離溝穀切割的卸荷裂隙帶；④地下水較少，岩體幹燥；⑤ 開挖斷麵形狀不規則，大型洞室群岔洞較多的地下工程，或斷麵變化造成局部應力集中的地帶。
2 地質狀況
2.1中心橋煤業公司-300m水平暗主斜井位於T3xj4上段，灰白色中粒石英砂岩，節理較發育，f=4～6,堅硬致密，夾有少量煤線，坡度為27～30°。根據以往經驗，礦井在+65m水平施工時同樣發生岩爆，但其程度以輕微為主，岩爆經常在拱頂位置發生。
2.2經過現場揭露，-300m水平暗主斜井井筒及井底車場施工時發生岩爆，達中等程度，且岩爆多表現為片狀剝落、片幫等方式。距地表垂直距離580～680m左右。圍岩以Ⅲ類為主，圍岩堅硬幹燥。在岩爆過程中並伴隨大量的瓦斯湧出，根據現場測定為1%～4%。
3 岩爆的產生條件（參見圖1）
3.1判斷岩爆發生的應力條件有兩種方法：
3.1.1一是用洞壁的最大環向應力σθ與圍岩單軸抗壓強度σc之比值進行 03manbetx ；
3.1.2二是用天然應力中的最大主應力σ1與岩塊單軸抗壓強度σc之比進行判斷。
3.2 圍岩應力條件
經驗公式：σ1/σc>0.165～0.35（或σc/σ1>6.06～2.86）的脆性岩體最易發生岩爆。
3.3 岩性條件
3.3.1彈性變形能係數ω：加載到0.7σc後再卸載至0.05σc時，卸載釋放的彈性變形能與加載吸收的變形能之比的百分數。
3.3.2當ω＞70％時，可能產生岩爆，ω越大發生岩爆的可能性越大。
3.4 影響岩爆的因素
3.4.1地質構造
岩爆大都發生在褶皺構造的堅硬岩石中。
岩爆與斷層、節理構造密切相關。當掌子麵與斷裂或節理走向平行時，極容易觸發岩爆。
岩體中節理密度和張開度對岩爆有明顯的影響。掌子麵岩體中有大量岩脈穿插時，也可能發生岩爆。
3.4.2洞室埋深
隨著洞室埋深增加，岩爆次數增多，強度也增大。
3.4.3爆破對岩爆的誘導作用。
3.5 岩爆形成機理和圍岩破壞區分帶見圖2。
3.5.1劈裂成板階段（岩爆孕育）
垂直洞壁方向受張應力作用而產生平行於最大環向應力的板狀劈裂。僅在洞壁表部，部分板裂岩體脫離母岩而剝落，而無岩塊彈射出現。 A、劈裂；B、剪斷；C、彈射
3.5.2剪切成塊階段(岩爆的醞釀) 圖2 岩爆漸進破壞過程示意圖
劈裂岩板向洞內彎曲，發生張剪複合破壞。處於爆裂彈射的臨界狀態。
3.5.3塊、片彈射階段
劈裂、剪斷岩板，產生響聲和震動。岩塊發生彈射，岩爆形成。
岩爆的漸進性破壞過程很短促。
各階段在演化的時序和發展的空間部位，都是由洞壁向圍岩深部依次重複更迭發生的。因此，岩爆引起的圍岩破壞區自外向內分彈射帶、劈裂-剪切帶和劈裂帶等三個條帶。
4岩爆的特點
4.1岩石砂岩為主，岩石堅硬幹燥，在未發生前，無明顯的征兆，雖經過仔細尋找，並無空響聲，一般認為不會掉落石塊的地方，會突然發生岩石爆裂聲響，石塊一般應聲而下。
4.2岩爆發生的地點多在新開挖的掌子麵及距離掌子麵1～3倍洞徑範圍內，個別的也有距新開挖工作麵較遠。
4.3岩爆時圍岩破壞的規模，小者幾厘米厚，大者可達數噸重。小者形狀常呈中間厚、周邊薄、不規則的魚鱗片狀脫落，脫落麵多與岩壁平行。
4.4岩爆圍岩的破壞過程，一般新鮮堅硬岩體均先產生聲響，伴隨片狀剝落的裂隙出現，裂隙一旦貫通就產生剝落或彈出，屬於表部岩爆。
4.5由於爆破振動影響，造成開挖洞段應力重新分布，造成磧頭較大麵積岩爆、爆落出的小塊魚鱗片狀碎屑甚至堵塞整個巷道。
5 岩爆部位實例 03manbetx
5.1 2008年11月5日中班，-300m水平暗主斜井井底車場30m段爆破後發生岩爆，岩爆掉魚鱗片塊導致磧頭被封閉，導致正常工序無法正常進行，從而影響4個班次。地質、技術、施工等單位經過現場勘察後 03manbetx 確定其原因如下：
5.1.1本地區埋深大（約680m）、地壓大。
5.1.2該段砂岩中局部夾有煤線，由於地應力大，岩爆順煤線與岩石接觸麵順應而下爆至磧頭，同時瓦斯湧出為4%。
5.1.3爆破也是誘發岩爆塌方的原因之一，由於爆破振動產生衝擊波，導致應力重新調整分布，發生岩爆。
5.2岩爆發生後采取的 措施如下：
5.2.1在施工前，及時和地質 工程師聯係，收集已有的勘測資料，初步確定今後施工過程中哪些部位及裏程容易發生岩爆現象，優化施工支護程序，采取積極主動的預防 措施和強有力的支護方案，為施工中岩爆的防治提供初步的理論依據，確保岩爆地段的施工 安全；技術人員、 安全人員等應充分理解岩爆的特點及其危害的嚴重性，全體施工人員思想上高度重視，將岩爆發生的可能性及危害程度降到最低。
5.2.2在施工過程中，加強超前地質探測及泄壓工作。采用超前鑽探方法，沿掘進方向布置扇形超前鑽孔，超前磧頭3～5m，以釋放應力及瓦斯。
5.2.3在開挖過程中采用“短進尺、多循環”，同時利用光麵爆破技術，嚴格控製爆破參數，以盡可能減少爆破對圍岩的影響並使開挖斷麵盡可能規則，減小局部應力集中的可能性，同時以防止由於爆破振動對已完成的一期支護洞段造成地應力重分布，而可能造成再次岩爆塌方。
5.2.4爆破後向岩麵灑水，以釋放應力。
5.2.5加強通風 管理，風筒距磧頭不大於6m，裝填炮眼時嚴格使用水泡泥。
5.2.6爆破盡快對岩爆部位活矸刁淨、掛網、打錨杆、噴C25混凝土30～50mm進行封閉，以盡可能減少新鮮圍岩的暴露時間；錨杆規格為φ18×3000mm的螺紋錨杆，間、排距為800×800mm。初次支護後打錨索、掛Φ16鋼筋網，加強支護強度，並複噴100～200mm厚C25混凝土；錨索錨杆間、排距為3000×3000mm、規格為φ17.8×6000mm。
5.2.7在施工中加強監測工作，通過對圍岩和支護結構的現場觀察、錨杆測力計、多點位移計讀數的變化，可以定量地 03manbetx 預測滯後發生的深部衝擊型岩爆，用於指導開挖和支護的施工，以確保 安全。
5.2.8在岩爆地段施工對人員和設備進行必要的防護，以保證施工 安全。
8 結束語
中心橋煤業公司-300m水平暗主斜井在施工中，經過不斷 總結分析，對岩爆有了初步的認識，對岩爆的預防也取得了一定經驗，為以後類似工程的施工提供參考和借鑒。
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