深孔斷頂爆破防治沖擊地壓的理論分析

（廣東宏大爆破股份有限公司，廣東 廣州 510623）

1 沖擊地壓產(chǎn)生的原因

在礦井隧道開(kāi)挖中，圍巖在會(huì)受到施工中的附加應(yīng)力作用導(dǎo)致擾動(dòng)，尤其是在巖層是硬質(zhì)或者是脆性的時(shí)候，這些巖石結(jié)構(gòu)尤為容易發(fā)生巖石的崩裂。巖石中的圍巖因受到了來(lái)自不同方向，強(qiáng)度不一樣的壓力使得崩裂的現(xiàn)象叫做沖擊地壓。沖擊地壓還會(huì)產(chǎn)生在一些地質(zhì)非常褶皺的硬質(zhì)巖層構(gòu)造中。沖擊地壓也巖層的斷層和分布有著緊密的關(guān)系。在掌子面爆破開(kāi)挖的時(shí)候，會(huì)使大量的巖石穿插進(jìn)未爆破的巖層中，整個(gè)圍巖的應(yīng)力就發(fā)生了很大的變化，而且?guī)r層的密實(shí)度急劇升高，產(chǎn)生巖石的崩裂，這也是產(chǎn)生沖擊地壓的主要原因。這些情況一般都發(fā)生在人們無(wú)法預(yù)測(cè)的情況下，一旦發(fā)生很有可能出現(xiàn)很多人員的傷亡情況，為了解決這個(gè)棘手的問(wèn)題，我們提出了相應(yīng)的施工方法。

在現(xiàn)在的技術(shù)中，也找尋了一些相關(guān)的技術(shù)手段來(lái)控制沖擊地壓帶來(lái)的危害，其中解決的方法有：（1）有對(duì)巖石的應(yīng)力及時(shí)檢查，一旦應(yīng)力值超出了臨界值，技術(shù)人員就要考慮用卸力的方式來(lái)緩解圍巖產(chǎn)生極大的壓力；（2）對(duì)巖石開(kāi)挖時(shí)使用初次支護(hù)和二次支護(hù)，將鋼筋錨插入巖體中，然后在外圍噴射高強(qiáng)混凝土砂漿，另外還要設(shè)置安全網(wǎng)，防治巖石滑落，起到保護(hù)的作用；（3）在巖層中灌注溶解劑，一來(lái)是使巖石的硬度在一定程度上降低，二來(lái)是將位置不相符的巖石更加的貼合和密實(shí)，起到加固圍巖的作用。綜合以上的手段也都是在很小范圍內(nèi)緩解沖擊地壓產(chǎn)生的影響，但是深孔斷頂爆破方法起到的效果會(huì)更加明顯。

2 深孔斷頂爆破如何應(yīng)對(duì)沖擊地壓

深孔斷頂爆破的方法可以有效的解決沖擊地壓的不良影響。它的原理是在巖石的裂縫、空隙中安裝炸藥，等待炸藥爆炸后，炮孔周?chē)膸r層會(huì)使得周?chē)膰鷰r更加密實(shí)，形成強(qiáng)大的荷載作用面，這個(gè)作用面會(huì)在掌子面上的巖石產(chǎn)生了壓縮變形，荷載會(huì)朝著巖石產(chǎn)生平行的位移，這樣一來(lái)，圍巖就受到了很大的壓應(yīng)力和切應(yīng)力，變形的程度也胡進(jìn)一步變大，當(dāng)這些附加應(yīng)力變大到一定的程度，本身的巖石就會(huì)被強(qiáng)大的作用力拉伸變形，甚至產(chǎn)出很大的裂縫，這也是我們所說(shuō)的剪切破壞，使得巖石內(nèi)部的作用力得到了分解。此外，還考慮到一個(gè)熱脹冷縮的效應(yīng)，在炸藥爆炸時(shí)會(huì)產(chǎn)出大量的內(nèi)能，隨著巖石的變形加大，巖層內(nèi)的溫度也逐漸降低，這時(shí)巖石也會(huì)有小幅度的回縮，導(dǎo)致巖層中產(chǎn)生的縫隙更大，進(jìn)一步分解了因擠壓產(chǎn)生的作用力。

接下來(lái)我們就這樣的方法做出相關(guān)的可行性分析。這里所說(shuō)的深孔斷頂爆破可以很好并且最快的改善巖層頂部條件的技術(shù)，通過(guò)在巖層頂部安放炸藥的形式，使得巖層頂部出現(xiàn)裂縫和破壞了周?chē)鷩鷰r的堅(jiān)實(shí)度，這樣一來(lái)可以徹底改變巖層的受力情況，將應(yīng)力場(chǎng)的改變是使巖層在原有的基礎(chǔ)上降低了壓力，產(chǎn)生的裂縫也可以起到緩沖巖石于巖石擠壓產(chǎn)生新的附加應(yīng)力的作用。在已挖好的巷道中，人為的將頂部巖層用爆破的方式取下，或者是自由掉落，這樣能夠迅速減少?gòu)椥阅芰康木奂?，因此可以得出深孔斷頂爆破?duì)于防治沖擊是切實(shí)可行的。隨著現(xiàn)在開(kāi)挖越來(lái)越深挖的現(xiàn)狀，這樣的方法無(wú)疑是對(duì)沖擊地壓最好的防治方法。

3 深孔斷頂爆破的施工要點(diǎn)

3.1 對(duì)爆破區(qū)域上部結(jié)構(gòu)有充分的了解

在開(kāi)挖前，對(duì)相應(yīng)的工作區(qū)域要了初步的認(rèn)識(shí)，對(duì)于地質(zhì)勘查要十分詳細(xì)，尤其是水文和巖層情況，在爆破前要做出可行性分析報(bào)告，在確定可爆破后還要撤出頂部爆破巖層上方的所有車(chē)輛和人員，不允許在爆破區(qū)域有任何的多余荷載，避免其他物體存在在施工區(qū)域上方。

3.2 對(duì)頂部爆破時(shí)的注意事項(xiàng)

爆破時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的飛石，要把人員和車(chē)輛撤出到安全位置。在爆破中選擇合理的炮眼，在爆破結(jié)束后，確定所有炮眼都已爆破結(jié)束后，使用鼓風(fēng)機(jī)將巷道中的灰塵和不良?xì)怏w排出，這個(gè)過(guò)程規(guī)定至少半個(gè)小時(shí)，待這些任務(wù)完成后，施工人員方可帶防塵面罩進(jìn)入巷道清理碎石。另外還要謹(jǐn)慎處理上方可能掉落的碎石。在爆破時(shí)，要充分考慮到凌空面的選擇，使炸藥的威力徹底的使巖層分離開(kāi)來(lái)，做到巖石產(chǎn)生裂縫的效果。

3.3 加強(qiáng)爆破后期的支護(hù)

在爆破前期，可以對(duì)巷道進(jìn)行加固處理，提高巖層的抗震能力，在爆破后，第一時(shí)間安裝支護(hù)裝置，使用早強(qiáng)混凝土和鋼筋可以起到對(duì)圍堰保護(hù)和防止碎石滑落的效果。增大防護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性，提高剛度，切實(shí)起到支撐圍巖的作用。

4 對(duì)深孔斷頂爆破的監(jiān)控

在巖石的縫隙中安裝炸藥使巖石產(chǎn)生的裂縫更大，但是如何知道巖石受到了哪些力，就不得不用監(jiān)控的手段，在巖層受到爆炸威力的作用，巖層會(huì)出現(xiàn)位移和變形，在巖層上安裝應(yīng)力片，實(shí)時(shí)感應(yīng)巖層的變化情況，尤其在巖層條件不好的地方嚴(yán)格控制巖層的變化趨勢(shì)，大量的采集相關(guān)數(shù)據(jù)。如果圍巖被破壞了，達(dá)不到應(yīng)有的支護(hù)強(qiáng)度，就要避免開(kāi)挖人員進(jìn)入巷道，立刻組織工程技術(shù)人員對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的區(qū)域進(jìn)行加固處理。另外，在巖層中產(chǎn)生裂縫，這就很有可能出現(xiàn)滲水的現(xiàn)象。監(jiān)控的職責(zé)有表現(xiàn)在對(duì)多余水分的檢測(cè)。

在實(shí)施預(yù)裂爆破前，掌子面中的巖石回挖過(guò)程中，輔順側(cè)切頂線后方頂板垮落具有明顯的規(guī)律性，頂板留出的空間也變得越大，被爆破的巖層會(huì)慢慢掉落，呈現(xiàn)明顯的回轉(zhuǎn)角，最后頂板的巖層呈現(xiàn)出整體、無(wú)多余巖層的形狀，未出現(xiàn)明顯的頂板垮落現(xiàn)象。在進(jìn)行了深孔斷頂爆破后，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控，工作面回采后，四組爆破位置頂板基本在工作面推過(guò)切頂線后即自行垮落，說(shuō)明爆破起到了人為改變的顯著效果。

監(jiān)控還能了解巖石的變形，掌握巖石的相關(guān)信息，這樣可以減少人為的對(duì)巖石的了解，避免出現(xiàn)一次爆破不完全的，需要再次爆破的事情發(fā)生，這也降低在開(kāi)挖中的預(yù)算成本，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)目的。

結(jié)語(yǔ)

即便全世界對(duì)于沖擊地壓的研究已經(jīng)有很多年了，也提出了很多基于防治目的的手段和措施，甚至在施工中建立一比一大小的模型，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，但是對(duì)于沖擊地壓的復(fù)雜性還是難以完全了解。我們本文中使用深孔斷頂爆破的方法也只是在小范圍內(nèi)使巖體提前出線裂縫以達(dá)到分解應(yīng)力的作用。但是這樣的方法認(rèn)為控制性不強(qiáng)，很難做到一次性完成或者徹底成功的工作。所以，在研究中，如何防治因沖擊地壓產(chǎn)生的危害還將是一個(gè)重要話題，對(duì)于深孔斷頂爆破的方法還將進(jìn)一步探討和研究，爭(zhēng)取在短期內(nèi)拿出一些更加切實(shí)可行的方案。

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