浅谈深部掘进巷道岩爆防治技术
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深埋特长隧道岩爆预测与防治分析1认识岩爆1.1岩爆什么是岩爆?大多岩爆是如何发生的?岩爆是一种岩体失稳,突然破裂的现象,属于特殊的地质灾害,具有突发性。
多发于岩体坚硬且完整的地质,大多是因为隧道在穿越高地应力地区,由于围岩的应力大于岩体的强度,开挖爆破致使岩体应力二次分布,突然释放岩体中的应变能,在岩爆的同时伴随碎体、块片的弹射和飞出,伴有震动和声响等等,危害极大。
1.2岩爆易发条件(1)隧道埋深大。
大量数据表明,当隧道埋深超出200m 深度时,岩爆有可能发生。
(2)某一区域地质构造活动越是强烈,那么该处地形应力越容易被集中,岩爆发生的可能性加大。
(3)工程实践中发现,工况中河谷岸坡陡竣并有突变时,严重影响着地应力的分散,为岩爆的发生创造了条件。
(4)围岩新鲜坚硬完整有利于地应力储存,该区域容易发生岩爆现象。
1.3岩爆易发时间通常情况下,开挖掌子面的当天岩爆最强烈,持续时间长短不等,大多为几天,如果不加以控制任其发展,持续时间有时长达数月一年不等。
岩爆出现的形式大多为爆裂,对于瀑布沟电站的岩爆,易发时间大多为半夜或上午,如果下雨雨量比较大时更容易发生。
2岩爆预测预测,即对开挖部位发生岩爆的可能进行测算,并预报岩爆的可能级别。
预测有利于预防措施的及时应用,通过对开挖部位的爆破方案、爆破技术参数及起爆网络类型等及时实施优化,以保证施工的安全。
目前,岩爆预测的方法有很多,常见的有:(1)岩爆临界深度预测法;(2) 施工地质超前预报法;(3)岩爆储能测试分析预测法;(4)b R θσ判据预测法;(5) 声发射现场监测预测法;(6)岩体电磁辐射监测预报法。
岩爆预测主要要完成的工作是测定单轴抗压强度R C值和地应力场中最大主应力 1 σ值,借此对岩爆特性进行鉴别,提出有利于爆破开挖施工的优化措施。
大量工程统计表明,当两者关系满足:,则容易发生岩爆。
国内许多专家和学者结合其多年的工程实践经验,建议了如表1所示的一组新的判别临界值:在大量的预测工作中发现,开挖卸载是导致围岩应力重新分布的直接原因,按照一定的比例γσ和呈现出同步上升,γσ和的上升过程中致使岩爆发生。
岩爆防治措施本施工管段毛坡良隧道及平导、李贵街隧道,主要岩质为花岗岩,且埋深较厚,形成岩爆发生条件。
现平导已有发生岩爆的现象。
为确保施工安全,现对岩爆的防治措施交底如下。
一、岩爆基本特点:1、岩爆在发生前,并无明显的预兆,虽然经过仔细找顶,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。
在没有支护的情况下,对施工安全威胁极大。
2、岩爆时,石块由母岩弹出,呈现中间厚、周边薄、不规则的片状。
3、岩爆发生的地点,多在新开挖工作面及其附近,个别距开挖工作面较远;岩爆发生的时间,多在爆破后2~3小时内,有的部位还可产生二次岩爆,一般在爆破后10~12小时内。
二、处理岩爆的基本原则:先防后治一般情况下,对隧道岩爆应采用行之有效的预防措施,降低岩爆的发生机率,减小岩爆强度。
对于岩爆较严重的部位,要先处理后施工,确保施工安全。
三、岩爆的防治措施1、岩爆的预防措施1)切实提高光面爆破效果,保证洞室轮廓规则圆顺,避免应力集中;并严格控制装药量,以尽可能减少爆破对围岩的影响。
2)爆破后立即对围岩喷洒高压水,软化岩石,减弱岩爆强度。
3)加强机械找顶和人工来回找顶。
4)选用预先释放部分能量的办法,如松动爆破法、超前钻孔预爆法、超前小导坑掘进法、打应力释放孔等方法,将岩石原始应力释放。
2、岩爆的处理措施1)对岩爆部位加强找顶工作,只有当找顶彻底后,方能进行下一步的测量画弧和钻眼作业。
2)加强对岩爆部位的支护,必须先打安全锚杆(必要时再挂网),并根据实际情况进行喷浆封闭,再进行开挖作业,这样才能使锚杆在爆破前有充分的凝固时间和防止石块掉落。
在锚杆安装好后再在锚杆之间钻适量的空眼,以减小岩爆二次发生的机率和强度。
3)岩爆严重时,台车上的人员要及时撤离到安全地点,然后由有经验的人在有人陪同下对岩爆部位进行找顶处理。
找顶从上而下,上层找好铺完架子后再进行下层找顶。
一定要等找顶工作彻底后,所有人员才能进入掌子面进行作业。
浅谈隧道岩巷掘进爆破技术摘要:地下隧道岩巷掘进爆破施工存在少打眼、乱打眼、多装药、爆破参数不合理的现象,造成炮眼利用率低,爆破效果差,因此,如何改善爆破效果、提高掘进效率、保证巷道成形质量,仍是岩巷掘进爆破工作中应解决的主要课题。
关键词:隧道;岩巷掘进;爆破技术一、爆破原理炸药在一定的外界作用下发生爆炸,同时释放热量并形成高热气体。
施工中就是利用炸药的这种性质来达到工程建设的需要。
当然,如果炸药使用不当,伴随爆炸产生的地震波、空气冲击波、飞石和噪声等就会造成预想不到的后果,达不到施工预期的目的和要求。
为此,在爆破作业过程中,必须需对炸药特性、爆破布置认真了解和掌握,按照爆破的有关技术操作规程,确保必要的安全距离和采取相应的安全技术措施,以期达到好的爆破效果。
二、钻爆设计2.1钻爆设计方总的设计思想是周边采用光面爆破,核心采用控制爆破,掏槽采用抛掷爆破的综合控制爆破技术。
根据开挖方法分别采用半断面及全断面两种爆破方式,采用非电毫秒雷管爆破网路。
为减轻爆破对围岩的扰动,开挖断面采用多段位非电雷管进行网路设计。
根据本项目围岩特点,采用直眼掏槽、斜眼掏槽混合使用。
眼深小于2m时采用斜眼掏槽。
在风化、破碎较严重的地质条件下,宜采用光面爆破或轮廓线钻眼法,或者预留光面层光面爆破开挖修边法。
2.2底板眼钻爆要求①将底板眼分成几段分开起爆,这样能减少底板眼同段起爆,共同作用的炸药量,改变了底板眼抵抗线的方向,实际上缩小了底板眼的抵抗线,从而可以减小底板眼爆破产生的地震强度。
②起爆顺序:掏槽眼→掘进眼→内圈眼→底板眼→周边眼。
③选择雷管段号时注意三点:第一,合理的段间隔时间;第二,同一段炮眼的装药量应小于最大单段的允许装药量;第三,前一段的爆破要尽量为后段爆破创造良好的临空面。
2.3爆破参数的选择通过对爆破试验确定爆破参数,光面爆破参数对爆破参数选择的注意事项:①软岩隧道采用光面爆破的相对距离(E/W)宜采用表中的最小值。
隧道岩爆防治、处理措施隧道发生了中等岩爆,为确顺利施工,结合隧道开挖对岩爆的防治经验,现对岩爆的防治、处理措施交底如下,请现场领工员和施工人员参考。
一、岩爆基本特点:1、岩爆在发生前,并无明显的预兆,虽然经过仔细找顶,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。
在没有支护的情况下,对施工安全威胁极大。
2、岩爆时,石块由母岩弹出,呈现中间厚、周边薄、不规则的片状。
3、岩爆发生的地点,多在新开挖工作面及其附近,个别距开挖工作面较远;岩爆发生的时间,多在爆破后2~3小时内,有的部位还可产生二次岩爆,一般在爆破后10~12小时内。
二、处理岩爆的基本原则:先防后治一般情况下,对隧道岩爆应采用行之有效的预防措施,降低岩爆的发生机率,减小岩爆强度。
对于岩爆较严重的部位,要先处理后施工,确保施工安全。
三、岩爆的防治措施1、岩爆的预防措施1)切实提高光面爆破效果,保证洞室轮廓规则圆顺,避免应力集中;并严格控制装药量,以尽可能减少爆破对围岩的影响。
2)爆破后立即对围岩喷洒高压水,软化岩石,减弱岩爆强度。
3)加强机械找顶和人工来回找顶。
4)选用预先释放部分能量的办法,如松动爆破法、超前钻孔预爆法、超前小导坑掘进法、打应力释放孔等方法,将岩石原始应力释放。
2、岩爆的处理措施1)对岩爆部位加强找顶工作,只有当找顶彻底后,方能进行下一步的测量画弧和钻眼作业。
2)加强对岩爆部位的支护,必须先打安全锚杆(必要时再挂网),并根据实际情况进行喷浆封闭,再进行开挖作业,这样才能使锚杆在爆破前有充分的凝固时间和防止石块掉落。
在锚杆安装好后再在锚杆之间钻适量的空眼,以减小岩爆二次发生的机率和强度。
3)岩爆严重时,台车上的人员要及时撤离到安全地点,然后由有经验的人在有人陪同下对岩爆部位进行找顶处理。
找顶从上而下,上层找好铺完架子后再进行下层找顶。
一定要等找顶工作彻底后,所有人员才能进入掌子面进行作业。
隧道岩爆的防治技术和施工措施定义:岩爆是高地应力区的地下工程在开挖过程中或开挖完毕后,围岩因开挖卸荷发生脆性破坏而导致储存于岩体中的弹性应变能突然释放且产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。
现场岩爆照片岩爆引起的初喷砼脱落岩爆的防治技术主动方法1、改变围岩性质(1)向工作面及洞壁喷高压水;(2)超前钻孔高压注水使围岩软化。
2、改善围岩应力条件(1)短进尺、多步开挖,控制光面爆破减少应力集中;(2)钻爆法施工,释放岩体内应力;(3)纵向切槽法;(4)洞壁钻孔和超前钻孔应力解除法;(5)超前钻孔松动爆破应力解除法。
被动方法围岩加固措施,及时支护(1)及时支护,减少岩体暴露时间和面积;(2)喷锚+钢筋网、必要时加钢支撑支护,喷钢纤维混凝土,可屈服膨胀锚杆(3)掌子面施设膨胀锚杆以防止坍塌。
利用可屈服型膨胀锚杆和喷钢纤维混泥土稳定掌子面左掌子面钻孔应力解除法右采用曲面掌子面改善围岩受力状态超前钻孔松动爆破应力解除法岩爆地段施工措施1、在可能发生岩爆的隧道中施工,应遵守“短进尺,多循环”的原则,具体应符合下列要求:(1)采用短进尺,一般情况下,每循环进尺宜控制在1.0~1.5m,最大不得大于2.0m;(2)采用光面爆破技术,使隧道周边圆顺,降低岩爆发强度;(3)采用网喷钢纤维混凝土;(4)施作超前锚杆,对于岩爆强烈的开挖面,可采用超前锚杆,对开挖面前方的围岩进行锁定;(5)在拱部及两侧边墙布置预防岩爆的短锚杆,该锚杆长度宜为2m左右,间距宜为0.5~1.0m,并宜与钢纤维喷射混凝土联合使用,形成喷锚加固作用。
2、隧道施工中,一旦发生岩爆,应立即采取下列处理措施:(1)彻底停机待避,同时进行工作面的观察记录,如岩爆的位置、强度、类型、数量以及山鸣等;(2)在工作面、边墙和拱部,每一循环内进行2~3次找顶;(3)采用能及时受力的摩擦型锚杆(水胀式锚杆);(4)采用喷射钢纤维混凝土,厚度宜为5~8mm;(5)当用台车钻眼,岩爆的强度在中等以下时,可在台车及装碴机械、运输车辆上加装防护钢板,避免岩爆弹射出的块体伤及作业人员和砸坏施工设备。
浅谈硬岩巷道掘进爆破技术随着施工机械化程度的提高,中深孔爆破和光面爆破是岩石爆破发展的必然趋势,也是爆破业发展的方向。
本文介绍了矿用的爆破方式即中深孔爆破和光面爆破两种方式,这样提高了炮眼利用率,爆破效果有了很大提高,产生相当可观的经济效益。
标签:巷道掘进;中深孔爆破;光面爆破硬岩1 前言在当前煤矿形势下,井下岩巷掘进爆破、尤其是坚硬石英砂岩巷道掘进爆破仍较多采用浅眼爆破作业方式,而对于石英砂岩,爆破效率普遍较低,更为严重的是爆落岩石大块率高、而且它的装岩生产效率也是很低,这样严重影响掘进施工进度。
岩巷掘进中深孔爆破可减少辅助作业时间,无论是掏槽形式和掏槽参数都与浅眼爆破有很大不同。
不足以保证岩石破碎后充分移动,新自由面完全形成。
不仅增加了出矸量和支护材料消耗,也降低了巷道的稳定性。
因此,如何提高爆破效率、改善爆破效果、增加进尺、保证成型,仍是岩巷石英砂岩掘进中深孔和光面爆破工作中应解决的主要问题。
2 炮眼深度影响炮眼深度的因素主要有:岩石性质、钻眼机械、循环作业方式、炸药威力等,在选择炮眼深度时应综合考虑。
⑴根据钻眼机械确定。
炮眼的深度的好坏直接关系着爆破效果的好坏,而且炮眼的深度与钻眼机械也是相适应。
根据有关资料显示,对于普通的气腿式凿岩机,钻眼速就下降得越快。
使克服钎子弹性变形的冲击功增大,排渣难度也增大;其次钎杆能量消耗增加;再者人工拔钎也相当困难。
随着钻眼深度的增加,钻速度的衰减加快。
因此。
使用普通式凿岩机.如果采用凿岩台车配备重型导轨式凿岩机,故能克服气腿式凿岩机的上述缺点,对巷道掘进中深孔爆破非常有利。
⑵单位炸药消耗量。
爆破每立方米原岩所消耗的炸藥量称为单位炸药消耗量,单位炸药消耗量岩巷轮廓质量及围岩的稳定性等。
合理确定单位炸药消耗量决定于多种因素,因此,要精确计算单位炸药消耗量是很困难的。
在实际施工中,可以根据经验公式或参考国家定额标准来确定,但还需在实践中岩石变化进行调整。
⑶装药结构我们还要考虑到在爆炸的药包起爆时,药包的位置决定着炸药起爆后爆轰波的传播方向,这也决定了爆轰气体的作业时间,是影响岩石爆破作业和爆破效果的重要因素。
浅议煤矿采煤掘进中的岩巷光面爆破及断裂爆破在煤矿开采过程中,一旦遇到岩石层,会对煤矿开采进度及质量产生一定程度的影响,为保证煤矿开采工作的顺利进行,应当结合煤矿开采的实际情况,合理选用先进的爆破技术,全面提高煤矿开采的质量和效果。
岩巷光面爆破技术与断裂爆破技术是当前比较常用的爆破技术,在煤矿采煤掘进中具有良好的应用效果。
1 岩巷光面爆破1.1 内涵在煤矿采煤掘进中,岩巷光面爆破是指在实际操作过程中,针对不同岩性的煤层,通过合理的炮眼布置方式、装药量控制力度以及科学的装药结构等,确保放炮后掘进的巷道轮廓与煤矿采煤掘进的设计要求保持高度一致,巷道规整且表面光滑,有助于最大程度上降低爆破过程中对顶板的伤害,从而促进煤矿采煤掘进施工的顺利进行。
在煤矿采煤掘进施工操作中,岩巷光面爆破是一种比较常用的爆破方式,实际应用后具有良好的稳定性,裂缝较少,便于后期顶板管理和维护,为煤矿采煤掘进操作的顺利进行提供可靠的基础。
1.2 爆破方式岩巷光面爆破技术应用于煤矿采煤掘进中,应当准确把握好预留层的厚度,以及周边炮眼的距离,在遵循标准的装药结构的基础上,妥善控制好爆破药量,以促进煤矿采煤掘进爆破施工的安全顺利进行。
通常情况下煤矿采煤掘进工作中岩巷光面爆破主要有三种方式,一是轮廓线光爆方法,主要是通过相邻一排的爆破应力和裂缝传递,来实现爆破目的;二是预裂光爆法,其原理主要是在装药量较小的情况下,通过爆破实现岩体的切开分离,来实现爆破的最终目的;三是修边光爆法,通过缓冲装药和预留光面层的方式,在爆破后实现围分离切开以实现爆破的目的。
1.3 施工策略在煤矿采煤掘进中,为保证岩巷光面爆破的质量和安全性,在实际爆破施工操作中应当严格按照施工工艺流程进行操作,尤其是要准确控制好光面爆破的各项参数,确保钻眼的精度与煤矿采煤掘进中爆破施工的相关参数保持高度一致,以便从整体上对爆破效果进行合理控制。
为保证煤矿采煤掘进中炮眼施工的可靠性,应当对炮眼深度进行合理控制,并保持炮眼周边眼保持良好的平行状态,为保证炮眼的实际爆破效果,炮眼应垂直于工作面,适度调整炮眼深度和装药量,以保证所有炮眼底部落在同一横断面上。
岩爆的预防及处理范文岩爆是指在地下工程中,由于地下岩体的不稳定性引起的爆炸性崩塌现象。
岩爆的发生对人员和设备都会带来巨大的威胁和损失,因此岩爆的预防和处理非常重要。
本文将从岩爆的原因、预防措施和处理方法等方面进行详细论述。
一、岩爆的原因岩爆的发生与以下几个因素有关:1. 岩石力学性质:岩石的力学性质是岩爆发生的主要原因之一。
岩石的强度、固结度、岩体结构等都会影响岩爆的发生。
2. 地下水位和水压:地下水位和水压的波动也是岩爆发生的重要因素之一。
地下水会使岩体中的岩层饱和,降低其强度,进而导致岩体的不稳定性增加。
3. 工程挖掘:地下工程的开挖也会引发岩爆。
工程挖掘过程中,存在爆破和机械冲击等施工活动,这些活动会对岩体进行破坏和削弱,导致岩爆的发生。
二、岩爆的预防措施为了防止岩爆事件的发生,采取以下措施是至关重要的:1. 岩体勘察和评估:在进行地下工程之前,必须对岩体进行全面的勘察和评估。
通过对岩石的强度、固结度、岩体结构等进行评估,可以判断岩体的稳定性,从而采取相应的防护措施。
2. 合理的施工方案:在进行地下工程施工时,必须制定合理的施工方案。
合理的施工方案包括针对不同岩体条件的施工方法、使用合适的爆破参数等。
3. 悉心的支护设计:选择合适的支护材料和支护方式对岩体进行加固,是预防岩爆的重要环节。
合适的支护设计可以增加岩体的稳定性,减少岩爆的发生。
4. 及时的检测和监测:对地下岩体进行及时的检测和监测可以发现岩体变形和破坏的迹象,从而提前采取措施,防止岩爆的发生。
5. 健全的管理制度:完善的管理制度是预防岩爆的基础。
建立健全的地下工程安全管理制度,并进行严格的监督和检查,可以有效减少岩爆事件的发生。
三、岩爆的处理方法当岩爆事件发生时,需要采取以下处理方法:1. 保护人员安全:岩爆事件发生后,首要任务是保护人员的安全。
立即组织人员疏散,并做好相关救援工作,确保人员的生命安全。
2. 抢险和救援:在岩爆事件发生后,需要尽快组织人员进行抢险和救援工作。
摘要岩爆已经成为地下工程特别是深部开采中的一大地质灾害。
针对平煤集团十二矿三水平皮带下山的岩爆现象,采用了爆破卸压防治措施。
通过现场工程试验以及计算机数值模拟岩爆的应力状态和爆破卸压前后工作面前方应力状态的变化,发现爆破卸压后消除了局部应力集中,并且在掘进前方产生了一定范围的应力降低区域,减弱了煤岩体的冲击倾向性。
说明了爆破卸压是防治岩爆的一种有效方法。
关键词岩爆爆破卸压数值模拟 1 引言岩爆(rockburst)是高地应力条件下地下工程开挖过程中,硬脆性围岩因开挖卸荷导致储存于岩体中的弹性应变能突然释放,因而产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷的一种动力失稳地质灾害[1~2]。
在我国,很多岩石工程中发生了岩爆现象并造成灾害。
平煤集团公司十二矿三水平皮带下山设计全长1850m,最大埋深达1150m,巷道接近平顶山矿区大向斜里口向斜的轴部,构造应力作用明显。
当巷道掘进至950m,巷道埋深达到1000m以下时,岩爆问题十分突出。
据统计在十二矿三水平皮带下山掘进过程,仅在2005年3月15日到4月7的短短23天时间内,岩爆累计发生了27次,岩爆发生时可听到巨大的响声,有时抛出岩石,严重影响了施工进度,甚至被迫停工。
本文概述了岩爆的防治技术,对爆破卸压的原理进行了分析,采用深孔卸压措施在现场进行了工程试验,取得较满意的结果。
并采用有限差分软件FLAC3D对围岩的应力状态,以及爆破解危方案的效果进行模拟,模拟结果和现场实际条件具有较好的一致性。
2 岩爆防治技术2.1 岩爆防治技术概述根据岩爆发生的成因和机理,防治措施的基本原理有两方面,一是降低应力的集中程度;二是改变岩体的物理力学性能,以减弱集聚弹性能的能力。
降低应力集中程度的方法主要是在巷道开挖前,做好充分的现场勘探工作,将巷道布置在没有岩爆倾向岩层中,以及使巷道走向与最大主应力方向一致;改变岩体的物理力学性能的方法主要有:高压注水、放震动炮、孔槽卸压、爆破卸压等。
①高压注水的作用是人为地在岩体内部造成一系列的弱面,并起软化作用,以降低岩体的强度和增加塑性变形量。
②放震动炮是人为地释放岩体内部集中应力区积聚的能量。
他的作用是可以诱发岩爆,并使最大支撑压力转入围岩深处。
③孔槽卸压是采用大直径钻孔或者切割沟槽使煤岩体松动,达到卸压效果。
④爆破卸压的作用是最大限度地释放聚集在煤岩体中的弹性能,使压力升高区向围岩深部转移,从而起到卸压作用。
2.2 爆破卸压的原理爆破卸压是属于围岩弱化法的一种。
它主要是通过对围堰的构造进行改造,使设计部位小部分岩体的刚度(变形模量。
弹性模量等)降低,钻孔及爆破影响范围内岩体变为弱的传历介质,变性加大,能量释放,使整个围岩内的能量分布得到调整,使围岩内支撑压力向深部转移,应力场得到改善,从而达到防治岩爆的目的。
采用能量守恒原理对爆破卸压原理进行分析。
处于原始地应力场中的岩体,受力变形,储存有一定的弹性应变能。
巷道开挖以后,围岩所发生的各种变形、破坏等力学效应,可以看作是原来集聚在岩体中弹性应变能释放而做工的结果。
根据能量守恒定律,近似得到控制围岩稳定性的能量方程式:Wc + Wn + Wf =常数式中Wc——非完全弹性介质中开挖巷道,围岩重新集聚的应变能;Wn——围岩各种运动形式损失的非弹性应变能;Wf——支护结构所吸收的应变能。
尽管各种岩体的物理、力学性质有所不同,但它们本身都有其本身积聚应变能的能力[Wc],为使岩体保持稳定,应保证Wc<[Wc]。
由上述能量方程式可以看出,加大Wn可以减小Wc和Wf,达到稳定围岩的目的。
但是,如果仅靠巷道周边岩体的过度变形甚至破坏来加大Wn,必将导致围岩失稳。
爆破卸压通过人为的有效控制对围岩局部弱化或破坏,使弱化部位变形模量减小,围岩在此处有较大的变形,围岩内的能量释放,Wn值增加。
这种以极小部分岩体的弱化或破坏,换取整体能量调整的方法,使弱化区围岩积聚的应变能大大减小,同时容易满足Wc<[Wc]的条件,提高围岩稳定性。
岩爆发生的主要条件是:岩体内储备有足够的弹性应变能和引起破坏的应力集中部位,因此,只要对围岩内部的弹性应变能进行释放,并削弱暴露面的应力集中,就可以防治岩爆的发生。
利用爆破卸压对能量和应力进行调整,即在施工过程中,巷道没有开挖以前,在工作面前方容易发生岩爆的部位布置钻孔进行卸压爆破,使岩体内能量和应力释放,从而防止和削弱了岩爆发生的可能。
2.3 爆破卸压措施的实施爆破卸压的方法有两种,一个是局部地解除岩爆发生的强度条件和能量条件,这种方法用药量小,释放的能量也小;另一种方法就是在监测到有岩爆危险的情况下,用较多的药量进行卸压爆破,释放大量的能量,人为地诱发岩爆,从而避免更大的损害。
在三水平皮带下山掘进工作面共实施了三次爆破卸压措施。
采用中深孔爆破卸压措施,钻孔深度15m。
具体措施如下:①布置三个卸压孔,布置在工作面中间偏两帮位置,打孔采用MK--3钻机,孔径95mm。
卸压孔深15m,与巷道掘进方向一致。
②每孔装药量为25捆,每捆3卷,并用硬纸绑扎后整体装入φ75mm 的薄皮塑料管内再将塑料管装入钻孔里。
(φ35mm水胶药每卷0.5kg,0.4m),封泥长度5m。
爆破卸压钻孔布置见下图。
在采取爆破卸压措施后,在随后的两天内,工作面没有发生岩爆现象,说明爆破卸压措施起到了卸压的作用。
3 爆破卸压的数值模拟试验3.1 程序简介FLAC3D是围岩稳定性分析常用的软件之一,适用于解决大变形的非线性岩土力学问题。
在求解过程中,采用迭代法求解,不需要存储较大的刚度矩阵,可大大节省内存。
FLAC3D采用显式差分求解,在求解线性应力—应变本构方程的同时,可以求解任意的非线性应力—应变本构方程。
因此,FLAC3D比一般差分法节约时间,提高了求解的速度。
3.2 模型及参数根据巷道所处的实际地质条件,进行简化,合并一些较薄的软弱夹层,最终确定的计算模型共包括13层岩层;并对主要岩层取样做室内单、三轴压缩试验,确定其主要力学参数,其余岩层根据工程类比赋值,如表1所示。
巷道所处岩层倾角0°~5°,岩爆发生部位巷道倾角5°,模拟时做了简化处理,岩层和巷道均不考虑倾角。
截取的模型几何尺寸是沿巷道纵深长度200米,截面尺寸为60×80米;巷道按照实际的几何参数模拟,形状为半圆拱,墙高1.7米,拱半径2.1米。
巷道采用锚喷网支护,锚杆为Φ20mm、长2.2m的螺纹钢树脂锚杆,间排距0.7米,支护工艺是两掘一锚。
计算时采用结构单元Cable模拟锚网,采用Line单元模拟喷射混凝土。
3.3 围岩应力数值模拟根据所建物理模型,对由巷道开挖产生的围岩应力重新分布进行了数值解算,根据计算结果可以看出,在巷道的腮部产生了较大的应力集中,其次是巷道两帮,这与现场统计的岩爆发生位置是十分吻合的。
表1 数值模拟计算岩体力学参数表岩土种类 抗压强度(M Pa) 抗拉强度(MPa) 粘聚力(MPa) 摩擦角(°) 弹模(GPa) 泊松比 密度(kg/m3) 细砂岩 *56.2 *1.03 *4.0 *42 *6.1 *0.13 2660 泥岩 *37.8 *0.07 *1.4 *32 *5.1 *0.14 2635 煤层 18.44 0.03 1.0 32 1.986 0.36 1370 L1灰岩 204 7.16 43.41 47.6 29.67 0.25 2700 L2灰岩 206.63 4.96 23.78 53.3 34.62 0.25 2700 L3灰岩 *208.80 *5.26 *40.20 *48.5 *40.23 *0.25 2700 L4灰岩 *210.36 *6.23 *41.20 *52.10 *35.98 *0.25 2710 注1:*号表示工程类比数据。
从图3可以看出,由于巷道所处的围岩L2灰岩,强度比较大,在掘进前方并没有形成一定的应力降低区,反而在很短的距离内(0~3m),产生了较大的应力集中,特别是在岩爆的频发部位——腮部,应力集中现象更加明显。
3.3 爆破卸压模拟对如图1所示的爆破卸压方案进行了数值模拟,采用的方法是先模拟正常开挖情况,计算稳定平衡后,利用FLAC3D可以改变模型材料常数的特点,将爆破破碎区内的围岩岩体参数降为原来的1/5,再次解算,解算的应力结果就是爆破卸压后的围岩应力状态。
根据模拟结果分析,爆破卸压起到卸压解危效果,消除了巷道腮部明显的应力集中程度,并且在掘进面前方形成了0~3m的应力降低区,减弱了煤岩体的冲击倾向性,图4、图4为采用上书卸压方案模拟的爆破卸压后的围岩应力分布情况,可以看出原本在腮部的边角位置产生了较大的应力集中,卸压后应力等值线趋于缓和,应力值比原岩应力几乎小了一个数量级;而且如图4所示,原本在掘进头腮部形成的应力峰值,向围岩深部转移,应力峰值也比原来的值小。
4 小结通过在十二矿三水平皮带下山进行的爆破卸压防治岩爆措施,以及计算机数值模拟岩爆的应力状态和爆破卸压前后工作面前方应力状态的变化,发现爆破卸压后消除了局部应力集中,并且在掘进前方产生了一定范围的应力降低区域,减弱了煤岩体的冲击倾向性。
所以爆破卸压是防治岩爆的一种有效方法。
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