岩爆的预防及处理.doc

行业资料：_岩爆的预防及处理单位：_部门：_日期：_年_月_日第 1 页 共 11 页岩爆的预防及处理（1）岩爆产生条件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；围岩新鲜完整，裂隙极少或仅有隐裂隙，属坚硬脆性介质，能够储存能量，而其变形特性属于脆性破坏类型，应力解除后，回弹变形很小；具有足够的上覆岩体厚度，一般均远离沟谷切割的卸荷裂隙带，埋藏深度多大于200m；无地下水，岩体干燥；开挖断面形状不规则，造成局部应力集中。在溶孔较多的岩层里，则一般不会发生岩爆。（2）岩爆的特点隧洞内的岩爆一般具有以下特点：在未发生前，并无明显的征兆，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，也会突然发生岩石爆裂声响，石块有时应声而下，有时暂不坠下。岩爆发生的地点多在新开挖的工作面附近，个别的也有距新开挖工作面较远，常见的岩爆部位以拱部或拱腰部位为多；岩爆在开挖后陆续出现，多在爆破后的23小时，24小时内最为明显，延续时间一般12个月，有的延长1年以上，事前一般无明显预兆。岩爆时围岩破坏的规模，小者几厘米厚，大者可多达几十吨重。石块由母岩弹出，小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的片状脱落，脱落面多与岩壁平行。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；在强度较低的岩体，则在离隧洞掌子面以里一定距离产生，造成向洞内临空面冲击力量最大，这种岩爆属于深部冲击型。（3）岩爆的现场预测预报地形地貌分析法及地质分析法认真查看其地形地貌，对该区的地形情况有一个总体的认识，在高山峡谷地区，谷地为应力高度集中区，另外根据地质报告资料初步确定辅助洞施工期间可能遇到的地应力集中和地应力偏大的地段。依据地质理论，在地壳运动的活动区有较高的地应力，在地区上升剧烈，河谷深切，剥蚀作用很强的地区，自重应力也较大。AE法（声发射法）AE法主要利用岩石临近破坏前有声发射现象这一结果，通过声波探测器对岩石内部的情况进行检测，该方法的基本参量是能率E和大事件数频度N，它们在一定程度上反映出岩体内部的破裂程度和应力增长速度。这种预报方法是最直接的，也是最有效的。钻屑法（岩芯饼化法）这种方法是通过对岩石钻孔进行，可在进行超前预报钻孔的同时，对钻出的岩屑和取出的岩芯进行分析；对强度较低的岩石，根据钻出岩屑体积大小与理论钻孔体积大小的比值来判断岩爆趋势。在钻孔过程中有时还可以获得如爆裂声、磨察声和卡钻现象等辅助信息来判断岩爆发生的可能性。地温法采用红外线测温仪，若地温接近正常埋深地温，说明地下水渗流弱，围岩干燥无水，则产生岩爆的可能性较大。以上几种方法在实际施工过程中要综合应用，相辅相成互相印证，方能对岩爆的发生进行准确的预报。（4）岩爆防治措施改善围岩应力这种方法主要是降低围岩应力是围岩应力小于围岩强度，避免岩爆的发生。在施工中主要采取如下措施：在洞身开挖爆破时，采用“短进尺、多循环”，采用光面爆破技术，尽量减少对围岩的扰动，改善围岩应力状态。选择合适的开挖断面形式，也可改善围岩应力状态。应力解除法：通过打设超前钻孔或在超前钻孔中进行松动爆破，在围岩内部造成一个破坏带，即形成一个低弹区，从而使动壁和掌子面应力降低，使高应力转移至围岩深部，施工时可在掌子面上打设56个超前钻孔，深1520m左右，既可以起到超前钻探地质的作用，又可以起到释放掌子面应力的作用。超前钻孔的布置形式及参数与地质预测预报孔相同。改善围岩性质在施工过程中，可采取对工作面附近隧道岩壁喷水或钻孔注水来促进围岩软化，从而消除或减缓岩爆程度。但这种方法在隧道施工中一般对隧道围岩的稳定有一定的影响。对围岩进行加强支护和超前支护加固其作用有两个：改善掌子面及12倍洞径洞段内围岩的应力状态，由于支护的作用不但改变了应力大小的分布，而且还使洞壁从单维应力状态变为三维应力状态。拟采用的加固办法有：锚杆和超前锚杆支护、锚喷砼支护、钢纤维喷砼支护、钢支撑，二次衬砌。这种方法是施工中最为常用的，因此施工过程中，在易发生岩爆的地段，要采取锚杆、超前锚杆支护、锚喷砼支护、钢纤维喷砼支护、钢支撑等多种支护方法有效的组合在一起来防止岩爆的发生。（5）岩爆段施工技术针对隧道的地质特征，在施工中可能出现岩爆的地段应采取积极主动的预防措施和强有力的施工支护，确保岩爆地段的施工安全，将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低。在高应力地段施工中可采用以下技术措施：在施工前，针对已有勘测资料，首先进行概念模型建模及数学模型建模工作，通过三维有限元数值运算、反演分析以及对隧道不同开挖工序的模拟，初步确定施工区域地应力的数量级以及施工过程中哪些部位及里程容易出现岩爆现象，优化施工开挖和支护顺序，为施工中岩爆的防治提供初步的理论依据。在施工过程中，加强超前地质探测，预报岩爆发生的可能性及地应力的大小。采用上述超前钻探、声反射、地温探测方法，同时利用隧道内地质编录观察岩石特性，将几种方法综合运用判断可能发生岩爆高地应力的范围。打设超前钻孔转移隧道掌子面的高地应力或注水降低围岩表面张力超前钻孔可以利用钻探孔，在掌子面上利用地质钻机或液压钻孔台车打设超前钻孔，钻孔直径为45mm，每循环可布置48个孔，深度510m，必要时也可以打设部分径向应力释放孔，钻孔方向应垂直岩面，间距数十厘米，深度13m不等。必要时，若预测到的地应力较高，可在超前探孔中进行松动爆破或将完整岩体用小炮震裂，或向孔内压水，以避免应力集中现象的出现。在施工中应加强监测工作，通过对围岩和支护结构的现场观察、通过对辅助洞拱顶下沉、两维收敛以及锚杆测力计、多点位移计读数的变化，可以定量化地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。在开挖过程中采用“短进尺、多循环”，同时利用光面爆破技术，严格控制用药量，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，减小局部应力集中发生的可能性。在岩爆地段的开挖进尺严格控制在2.5m以内。加强施工支护工作支护的方法是在爆破后立即向拱部及侧壁喷射钢纤维或塑料纤维混凝土，再加设锚杆及钢筋网。必要时还要架设钢拱架和打设超前锚杆进行支护。衬砌工作要紧跟开挖工序进行，以尽可能减少岩层暴露的时间，减少岩爆的发生和确保人身安全，必要时可采取跳段衬砌。同时应准备好临时钢木排架等，在听到爆裂响声后，立即进行支护，以防发生事故。对发生岩爆的地段，可采取在岩壁切槽的方法来释放应力。以降低岩爆的强度。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。第 7 页 共 11 页岩石巷道安全快速掘进技术摘要：针对硬岩巷道安全快速掘进施工问题，探讨了有关目前实现坚硬岩石巷道安全快速掘进需要解决的技术问题，重点探讨了硬岩爆破新型高威力安全炸药与相关爆破专家系统的研究方向，可供相关科技工作者参考借鉴。关键词：岩巷安全快速掘进引言随着我国工业化水平逐步提高，能源的需求量日益增加，而80的能源来自煤炭。岩巷工程是煤炭工业发展的基石，也是企业可持续发展战略的要项工作。岩巷快速掘进是矿井水平、采区、采场“三大接替”顺利进行的根本保证。岩石巷道施工时，如果巷道断面大，完整坚硬（f12），前方构造透明度低，势必影响掘进速度，进而影响煤炭高产高效。为了实现岩巷掘进速度的提高，满足日益增长的煤炭需求，本文对现有的有关岩巷掘进的装备、技术等发展方向进行了初步总结和分析。1快速掘进机械配置在岩石巷道掘进施工时，要根据巷道掘进时巷道运输、通风、排水、通讯、电力、高压风水管路、工人上下班及施工管理等具体情况，对机械配置、运输方式的选择、钻爆作业、运输装碴作业、锚喷支护作业及机械车辆方案进行合理调配，满足施工需求。1.1改进设备装备，提高机械化作业水平：机械设备要保证现场操作安全，提高掘进效率，降低劳动强度，而且巷道成型要好。1.2合理布置装运碴作业线：所选择的装碴机械必须具备装碴效率高，性能稳定，坚实耐用的特点。机车和矿车应统一考虑，选择大容量矿车必然要选择大功率机车，二者必须匹配。还要考虑线路铺设质量和装运碴设备数量等因素。1.3改进施工工艺，实现掘喷平行作业：掘喷平行作业能有效缩短循环时间，有利于采用合理中深孔爆破，进行大循环作业，大大提高掘进速度。1.4采用科学的施工组织和管理方法：组织正规循环作业和多工序平行交叉作业，严格执行一系列行之有效的管理制度，提高职工的业务素养，确保机械设备的正规使用和爆破技术的严格执行。2超前地质探测技术研究可靠准确的巷道超前探测技术是巷道掘进安全保障。多年来，世界各主要采煤国都投入了大量的人力物力对该技术进行技术攻关，并取得了许多成果。但总的来说，对煤层巷道掘进过程中所遇到的小构造问题探测与分辨效果不太理想，因此必须进行更加深入细致的探测技术手段研究。目前国内外在煤矿地质探测方面除地质理论预测和巷道、钻探勘探技术外，主要采用矿井工程物探技术进行，其方法手段有矿井震波法和矿井工程电法预测。但是由于矿井地质条件的复杂性和地下介质的多样性与不均匀性，目前国内外还没有一个完全可靠的超前探测预测技术。我国矿井地质工作虽然有了一定的装备，但与采煤技术相比，在该领域的研究尚存在如下三个方面的技术问题：受井下干扰因素影响，单一方法探测结果存在较大的误差；落差小于煤层厚度的断层控制程度不足；各种探测手段对于不同的矿井各有侧重；煤岩层的差异对于探测方法具有二重性，既是探测前提又是制约因素。因此，采用多种方法的综合物探技术进行地质构造探测将会对岩石巷道安全快速掘进施工发挥关键性作用，是今后煤矿地质探测技术的发展新方向。3新型爆破炸药与爆破专家系统研制我国煤矿安全规程规定，在具有沼气（CH4）爆炸危险的矿井，只容许采用三级煤矿许用炸药进行爆破作业。对于软岩和煤，采用三级煤矿许用炸药能够满足爆破破碎的需求，但是对于中硬以上（一般f6）的岩石，现有的三级煤矿爆破破岩效果显得不尽如人意。大量的生产实践证明，对中硬岩石，采用三级煤矿许用炸药，爆破的炮孔利用率低，岩巷掘进效率低下，不能满足煤矿建设和煤炭高效开采的需要。因此，研制适应中硬岩以及硬岩巷道掘进的高威力煤矿炸药和适合高能安全炸药的可靠的起爆器材是巷道掘进技术的一大发展方向。所研制的高威力炸药既要具有更高的爆炸能量水平又要具有足够高的沼气安全性，两者必须兼顾。目前，现场岩巷掘进光面爆破施工作业图表和爆破设计说明书的编制还都是手工作业，误差大、速度慢、强度高。并且多数情况下是一套说明书、一套炮眼布置图和爆破参数表使用一条巷道，不能紧跟工作面岩石性能、炮孔深度等的变化而迅速调整更新，也就很难真正做到合理指导施工。特别是中深孔、深孔控制爆破技术方面专家系统的研究尚没有现成的资料。因此，研制一套完整的适用于不同巷道断面、不同岩性、不同炸药、不同炮孔深度和炮孔直径等施工条件下爆破施工设计说明书（包括爆破图表、爆破参数和相关的安全技术措施等）对现场爆破作业具重大现场指导意义。4岩巷道掘进围岩有害气体监测技术根据现场实践，一般情况下岩石掘进施工中瓦斯涌出量很少，但是如果岩石局部裂隙与上下煤层贯通、或有溶洞，掘进时也会到瓦斯有害气体的突然喷出现象。另外，岩石中如果存在有机质含量高的炭质夹层，掘进中可能产生甲烷或着其他重烃。这就需要在快速掘进的同时配套瓦斯等有害气体的监测监控。一要研究岩巷快速掘进时地质构造区域瓦斯等有害气体异常涌出规