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岩爆问题的岩层控制与巷道支护浅论

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２０１４正　
Ｓｈａｎｄｏｎｇ　ＩｎｄｕｓｔｆｉＭ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　
山东工业技术　第０４期　

岩爆问题的岩层控制与巷道支护浅论　
李齐文赵桃园　
（恒源煤电股份有限公司钱营孜煤矿。安徽宿州２３４０００）　

【摘要】根据钱营孜煤矿原岩应力测量、岩石物理数据、矿体结构调查以及模型建立的数据极端和工程实际问题，具有高应力的深部采掘　
区岩层爆破控制以及为了安全所进行的巷道支护问题．将是矿山以及金属矿山等类似岩石结构的高应力矿区所面临的生产和安全的重大技术　
难题，因此本文在总结国内外经验的基础上，提出了我国深井矿山巷道支护的方案和实施过程。　
【关键词】岩爆倾向；巷道支护；岩层控制　

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。岩爆往往造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡，已成　为岩石地下工程和岩石力学领域的世界性难题　轻微的岩爆仅剥落岩　片．无弹射现象　严重的可测到４．６级的震级，一般持续几天或几个　月。发生岩爆的原因是岩体中有较高的地应力．并且超过了岩石本身　的强度．同时岩石具有较高的脆性度和弹性　这时一旦地下工程破坏　了岩体的平衡．强大的能量把岩石破坏．并将破碎岩石抛出。预防岩爆　的方法是应力解除法、注水软化法和使用锚栓一钢丝网一混凝土支护。　１　高地应力岩层控制技术　传统的采场岩层稳定性控制方法除了合理选择采矿方法、选择采　场断面形状与结构参数优化、确定合理回采顺序之外，就是支撑或加　固采场围岩．但国外矿山开采的经验表明在高应力情况下．仅靠支撑　或加固顶板岩层．不能从根本上解决采场顶板稳定性问题。要解决这　一问题．一种行之有效的方法就是采用应力控制技术（ＳＣＴ１）。ＳＣＴ是２Ｏ　世纪６０年代在ｓａｓｋａｔｃｈｅｗａｎ钾矿的深部开采中产生的，当时该矿随　着开采深度的加大．岩层中的应力亦越来越大．冒顶与底膨现象严重　影响矿山生产和安全．而传统的加固与支护手段无法解决采场安全性　问题．就是在这种情况下矿山成功地研究并采用了ＳＣＴ。ＳＣＴ的实质　就是进行采场的合理设计、应用数值模拟技术优化采场结构、现场监　测反馈、提出合理的开挖顺序．以达到使开挖空间周围岩层中的应力　产生合理的转移．使得待采区在卸荷区的低应力下开采。　ＳＣＴ可应用于大多数不同岩层条件的开采ｆ除无粘性的沙和软土　类岩层之外）．该方法可以很好地解决高地应力采场的稳定性问题，甚　至不需要对采场顶板进行人工加固．同时对于防止应力高度集中和预　防岩爆亦有明显的作用　２岩爆一预防及处理　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：　（ｉ）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　（２）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　（３）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　Ｌ．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４～８个孔，深　度５～ｌＯｍ．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Ｉ～３ｍ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　（４）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　
（５）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　
（６）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　
（７）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　
（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　

３巷道支护技术　
对于高地应力特别是有岩爆倾向的巷道支护．由于应力大、变形　
大且具有动力破坏特点．因而难以支护。在国外的金属矿山，对这种类　
型的巷道支护已积累了较丰富的经验．比较有代表性的国家有南非、　
前苏联、加拿大、美国和智利等国。南非金矿目前研究的问题是３０００ｍ　
以下的大深度支护．原岩应力在１５０Ｍ几以上．主要是以柔性防冲击　
支架和延性锚杆支护并辅以大变形的柔性网等支护形式。前苏联在这　
类巷道支护的研究中．采用了普通锚喷支护、钢纤维喷锚支护、柔性钢　
支架、以及锚喷网＋柔性钢支架联合支护等多种形式。　
综合国内外的支护经验．结合我国金属矿山的原岩应力水平和岩　
石条件一般为坚硬的特点．高地应力巷道可参考前苏联、加拿大、智利　
和美国等金属矿山的支护形式，采用对常规锚杆支护、喷混凝土支护、　
锚喷网联合支护进行改造和优化设计的方法．对于有岩爆倾向的巷道　
采用诸如注水软化、钻孔切槽卸压、爆破卸压等特殊方法处理后再进　
行支护　

４结语　
我国矿山深井岩层控制与巷道支护问题的研究工作尚属刚刚起　
步．无疑它将是我国矿深井开采过程中面临的重大技术难题．本文仅　
仅是一个概要性综述。进一步加强对其的研究，对我国矿山深井开采　
有重大的现实意义。ｅ　

【参考文献】　
［１］马念杰，侯朝炯采准巷道矿压理论及应用［Ｍ］　ｂ京：煤炭工业出版社，１９９５．　
［２］剑万禧．巷道围岩稳定性的判据及岩石分类叨．工程地质学报，１９９９，７（１）：２０２２４．　
［３］郭然，潘长良，于润沧．有岩爆倾向硬岩矿床开采理论与技术［Ｍ］．北京：冶金丁　
业出版社．２００３．　
［４］唐礼忠，潘长良．冬瓜山铜矿深井开采岩爆危险区分析与预测［Ｊ】．中南１二业大　

学学报．２００２．３３￣）：３３５２３３８．　

［责任编辑：汤静］　

作者简介：李齐文（１９８７．０３．Ｏ８—●，男，安徽淮北人，安徽理工大学学士，恒源煤电股份有限公司钱营孜煤矿西风井项目部开二队技术员，研究方向为岩层控制　
技术支护研究　

山东工业技术Ｉ　９３　
Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆ

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关于岩爆判别准则及防治措施

关于岩爆判别准则及防治措施

安革连～琶布铁路隧道岩爆判别准则及处理措施安革连～琶布铁路隧道主隧道全长19200m，主隧道最大埋深约1260m，施工斜井总长6880m，斜井最大埋深约946m。

隧道穿越主要岩层为石英斑岩、花岗斑岩、花岗正长岩等，岩石质地坚硬，隧道开挖存在岩爆可能。

实际施工中2号斜井已发生岩爆现象，对现场施工造成一定的影响，为减小岩爆对施工及安全的影响，初步制定岩爆地段的指导性判别准则及处理措施，供项目部参考。

一、可能发生岩爆的区段及工程地质特征根据《工程地质勘察报告》，主隧道及斜井可能发生岩爆的区段及工程地质性质见表1.表1 可能发生岩爆区段及工程地质特征表中可能发生岩爆的里程范围仅为勘察阶段理论推测，实际发生岩爆的里程范围会有所不同。

二、岩爆发生的判据岩爆是岩石工程中围岩体的突然破坏，并伴随着岩体中应变能的突然释放，是一种岩石破裂过程失稳现象。

岩爆的发生与岩石强度、地应力、岩体的完整性、开挖方法有关，归纳起来，岩爆发生的基本条件如下：（1）岩石单轴抗压强度：σc＞80MPa（至少＞60MPa）（2）岩质和岩性：坚硬、脆性（3）岩体结构：完整或基本完整（4）地应力值最大地应力可取围岩自重应力场中的垂直分量σmax=γ·H式中：γ——围岩容重H——埋深σmax＞0.25σc；严重岩爆σmax=0.15～0.25σc；中等岩爆σmax＜0.15σc；轻微或不发生（5）开挖轮廓。

钻爆法施工应采用光面爆破，提高光爆效果，钻爆法在开挖轮廓上造成的超欠挖会造成应力局部集中，进而引发岩爆。

三、岩爆烈度划分标准为便于岩爆地段的处理，根据岩爆发生的强度及烈度，将岩爆划分为无岩爆、轻微岩爆、中等岩爆、强烈岩爆。

根据国内秦岭隧道的岩爆预报、防治技术研究成果，岩爆划分标准见表2，本划分标准仅供参考，在本隧道施工过程中，根据实际发生的岩爆特征进行修正。

表2 岩爆烈度划分标准四、岩爆地段防治、支护措施（1）防治措施①超前钻孔、灌注高压水。

岩爆灾害防治技术

岩爆灾害防治技术

分类
危害
岩爆灾害会造成严重的人员伤亡和财产损失。在地下工程、采矿、隧道等作业环境中，岩爆的发生往往会造成作业人员恐慌、掩埋、砸伤等事故，给生产安全带来极大威胁。
影响
岩爆灾害还会对周围环境造成严重影响。大规模的岩爆可能引发山体滑坡、地面塌陷等次生灾害，对周边居民的生命财产安全构成威胁。此外，岩爆还可能破坏基础设施，影响正常的生产生活秩序。
现场应急处置
紧急撤离与疏散
03
CHAPTER
岩爆灾害防治工程实例
总结词：成功应用
详细描述：该水电站地处高山峡谷，岩石坚硬且脆，在地下厂房洞室群施工过程中多次发生岩爆。通过采用适当的防治技术，如增加支护强度、优化爆破参数、加强监测预警等措施，成功地控制了岩爆灾害，保障了施工安全。
总结词：有效应对
强化防治措施的实践应用
未来将加强国际合作与交流，借鉴和吸收国际上先进的岩爆灾害防治技术，推动防治技术的进步和发展。
加强国际合作与交流
THANKS
感谢您的观看。
02
CHAPTER
岩爆灾害防治技术
பைடு நூலகம்
通过优化采掘设计，避免在应力集中区域进行开采，降低岩爆灾害发生的可能性。
优化采掘设计
通过在岩层中钻孔、爆破或注水等方式，降低岩层的应力水平，预防岩爆灾害的发生。
应力解除法
在发现岩爆灾害征兆时，及时组织受影响区域的人员撤离和疏散，确保人员安全。
在发生岩爆灾害后，采取必要的应急处置措施，如封闭灾源、灭火、抢险等，以减少灾害损失。
防治效果不显著
未来将进一步深入研究岩体的物理和力学特性，提高对岩爆灾害发生机理的认识，为防治技术的发展提供理论支持。
深入研究岩体特性
随着物联网、大数据和人工智能等技术的发展，未来将发展更加智能化的监测技术，实现对岩体状态的实时监测和预警。
浅析隧道岩爆特征与防治措施

浅析隧道岩爆特征与防治措施

1岩爆的定义针对埋深相对偏大的隧道工程，在脆性岩体以及高应力下，考虑到施工爆破对于原岩的扰动，岩体受到了破坏，就会让掌子面附近岩体释放出潜能，这个时候，围岩的表面就会有爆裂声出现，随之，就会有大小不等的片状岩块被剥落，这就是岩爆。

有时候，岩爆出现相对频繁，但是有时候在持续一定时间之后，又会小时。

岩爆不但会影响施工进度，同时还会威胁施工设备以及作业人员安全，直接增加工程造价。

2岩爆的特征隧道埋深较大，区域应力场较高，隧道可能发生岩爆。

岩爆发生的时间多在爆破后2小时至3小时之内，位置多为拱腰和拱顶部位，岩爆时，石块由母岩弹出，常呈中间厚、周边薄、不规则的片状。

将岩爆分为四个级别，分别为：轻微岩爆（Ⅰ）、中等岩爆（Ⅱ）、强烈岩爆（Ⅲ）、剧烈岩爆（Ⅳ）各级岩爆特征见表1。

3奔中山一号隧道岩爆的总体施工方案加强超前地质预报，对岩爆出现的可能性与等级进行预测，以便施工时提前采取相关措施防范。

加强光面爆破（控制开挖周边眼间距，提高残眼保存率，降低石质应力集中几率），提高光面爆破效果，降低瞬发性的岩爆。

加强初期支护，延缓岩爆应变释放的强度和频率。

采用喷雾和高压水进行冲洗岩壁，进一步释放岩爆应变能量（对轻、中、重度岩爆均适用）。

岩爆段工程措施主要为：弱岩爆采用喷砼、钢筋网及砂浆锚杆加强支护；中等岩爆采用喷钢纤维砼、钢筋网及涨壳式中空注浆锚杆加强支护；强烈岩爆采用喷钢纤维砼、钢筋网、涨壳式中空注浆锚杆、超前锚杆及拱墙格栅钢架加强支护，并施作超前应力孔；岩爆段同时辅以加深炮眼、掌子面洒水、高压注水等措施进行综合整治。

4岩爆的预测关于对岩爆强度进行预判，目前国内尚无统一标准，暂按下表进行岩爆强度预判。

（表2）①地形地貌分析法及地质分析法。

针对这一段地形地貌进行认真检查，这样就可以对地形有总体的认识。

在高山峡谷区域，谷地属于应力高度集中的区域，另外，通过地质报告，就可以将应力集中以及盈利偏大的区域确定。

按照地质相关的理论，在地壳运动的活动区域，其本身的地应力偏高，在地区上升剧烈，并且河谷深切，存在较强剥蚀的区域，其本身的自重应力较大。

隧道岩爆防治措施及施工工艺控制指导意见2 (修复的)

隧道岩爆防治措施及施工工艺控制指导意见2 (修复的)

隧道岩爆防治措施及施工工艺控制指导意见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。

它直接威胁人员、设备安全，影响工程进度，是世界性的地下工程难题之一。

集团公司在建隧道311座，全长314km，分布全国21个省区，范围广，规模大。

目前，***标***隧道施工已进入易发中等强度岩爆的区段，且有小规模的岩爆现象和坍塌，集团公司在整理现有技术资料的基础上，结合在建隧道岩爆防治的实际情况，下发《隧道岩爆防治措施及施工工艺控制指导意见》，供现场技术人员参考学习。

请现场技术人员稳妥有序开展隧道岩爆防治措施及工艺控制，总结完善隧道岩爆防治措施与施工工艺工法。

在实施过程中，有新的岩爆防治工艺与措施请及时与集团公司技术部联系。

附：隧道岩爆防治措施及施工工艺控制指导意见二〇一一年五月二十八日隧道岩爆防治措施及施工工艺控制指导意见一、岩爆产生条件与岩爆强度分级1、岩爆产生条件隧道产生岩爆的条件是多方面的，大量的隧道工程实践表明，岩爆的发生主要有5个方面的条件：(1) 岩石的强度Rb≥80Mpa；(2) 围岩初始应力σ0≥(0.15～0.2)Rb；(3) 围岩的级别：Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ级；(4) 隧道的埋深H≥50m；(5) 岩石干燥无水，呈脆性，节理基本不发育。

一般来说，发生岩爆的隧道基本上能同时满足这5个条件，但是，也有极少数隧道在并未完全满足这5个条件的情况下，也出现了岩爆。

因此，为了更具普遍性，只要满足其中任意三项指标时，即可判定岩爆的存在。

2、岩爆强度分级关于对岩爆强度进行分级，目前国内尚无统一标准，为有效指导施工，按《客运专线隧道施工技术指南》（TZ214-2005）有关规定，将岩爆分级如下：岩爆强度大小分级表3、施工期岩爆预测预报（1）初步判定法：利用现场的地质调研综合超前地质预报,结合发生岩爆的条件，作出该地段发生岩爆情况的初步判定。