1、u巖爆的定義u巖爆與破壞的區(qū)別u巖爆的充要條件u巖爆能量的分類u復(fù)合型能量轉(zhuǎn)化為中心的巖爆防治對(duì)策u錦屏水電站輔助洞高應(yīng)力巖爆機(jī)理及對(duì)策u普通定義u巖爆普通指金屬礦山、深埋隧道和洞室中所發(fā)生的的硬巖突發(fā)動(dòng)力失穩(wěn)災(zāi)禍u巖爆(rock burst)是高地應(yīng)力條件下地下工程開挖過程中，硬脆性圍巖因開挖卸荷導(dǎo)致儲(chǔ)存于巖體中的彈性應(yīng)變能忽然釋放，因此產(chǎn)生爆裂松脫、剝落、彈射甚至拋擲的一種動(dòng)力失穩(wěn)地質(zhì)災(zāi)禍u工程定義何滿潮，2019u巖爆是指能量巖體沿著開挖臨空面瞬間釋放的非線性動(dòng)力學(xué)景象 u能量巖體的概念u在一定條件下，含有自重、構(gòu)造、地勢(shì)等彈塑性能量的工程巖體u并不是一切能量巖體都發(fā)生巖爆，只需積存的能

2、量滿足巖迸發(fā)生條件時(shí)才發(fā)生巖爆u巖爆u破壞13MPa13MPa40MPa160MPa40MPa160MPa13MPa40MPa160MPa40MPa160MPa130MPa130MPa10分鐘后u巖迸發(fā)生的三條規(guī)律u能量的儲(chǔ)存規(guī)律u能量與埋深、地應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造等有關(guān)，深度越大，能量聚集越大u能量的蓄積主要經(jīng)過巖體的變形，假設(shè)巖體本身具有積存大量彈性能并在破壞時(shí)忽然釋放的才干，那么巖體就會(huì)產(chǎn)生巖爆破壞u這種聚積能量的特征往往與巖體本身固有的物理力學(xué)有關(guān)，如我們通常定義的巖體沖擊傾向性等F能量釋放的地質(zhì)規(guī)律F 當(dāng)開采空間附近存在著破碎帶和脆弱帶等地質(zhì)弱面構(gòu)造時(shí)，由于在能量積存和釋放的空間分布上存在

3、著明顯的不均勻性，在脆弱面處能量釋放梯度和速率均較大，這也意味著在該處所釋放的能量很容易抑制周圍煤巖體的阻力，從而構(gòu)成忽然、猛烈的巖爆失穩(wěn)破壞F能量釋放的工程規(guī)律F在巖體強(qiáng)度大致一樣條件下，復(fù)合型能量往往在巷道的交岔處,任務(wù)面等應(yīng)力高度集中處釋放F由任務(wù)面向后到變形穩(wěn)定之間順應(yīng)邊能變化積聚區(qū)F由于放炮所產(chǎn)生的震動(dòng)波，極易誘發(fā)巖體間出現(xiàn)摩擦失穩(wěn)破壞；其經(jīng)巷道自在面反射疊加后所構(gòu)成的稀疏波也會(huì)呵斥巷道兩幫出現(xiàn)明顯的拉破壞，加之在巖體內(nèi)高應(yīng)變能的作用下，巖迸發(fā)生的能夠性就大大添加F F 從根本上而言，巖迸發(fā)生是在不同的地質(zhì)和開采條件下，多種能量之間相互組合和轉(zhuǎn)化的過程中，發(fā)生的復(fù)合型能量空間上非均勻

4、積存和時(shí)間上非穩(wěn)定轉(zhuǎn)化的過程 u深部巖爆的能量類型 u固體能量u構(gòu)造能量u頂板垮落能u液體能量u氣體能量u復(fù)合能量F固體能量誘發(fā)型F在高地應(yīng)力的作用下，深部煤巖體內(nèi)蘊(yùn)藏著宏大的緊縮變形能F巖體的硬度和致密性決議地應(yīng)力場(chǎng)引起巖體的彈性變形程度與儲(chǔ)能的高低，較大的彈性變形意味著巖體中儲(chǔ)存的能量較高F由于開挖擾動(dòng)的影響，會(huì)使煤巖體內(nèi)原有的能量重新分布，從而構(gòu)成部分區(qū)域內(nèi)能量集中，過高的能量集中會(huì)促使巖爆的發(fā)生F構(gòu)造能量誘發(fā)型F地質(zhì)構(gòu)造對(duì)巖爆影響的本質(zhì)是：剩余應(yīng)力集中在斷層、褶曲和部分異常地帶，因此地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)巖體積聚了大量的能量，當(dāng)受開挖影響時(shí)，容易構(gòu)成構(gòu)外型巖迸發(fā)生 F頂板垮落能誘發(fā)型F巖層的硬度

5、和厚度常用來研討頂板巖層發(fā)生巖爆的能夠性F現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生巖爆的地點(diǎn)，絕大多數(shù)是在厚而鞏固的頂板中，并且導(dǎo)致發(fā)生巖爆的臨界深度較淺。這是由于F厚而鞏固的頂板整體性好，不易及時(shí)垮落或垮落的高度不充分，容易呵斥采動(dòng)應(yīng)力、二次應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力等疊加，構(gòu)成高的疊合支承壓力F隨著頂板懸露面積的增大，任務(wù)面巖體的附加載荷添加，巖體處于非穩(wěn)定形狀F當(dāng)巖體裂隙開展到失穩(wěn)，頂板內(nèi)積聚的能量足以使巖層發(fā)生忽然斷裂時(shí)，便構(gòu)成異常猛烈的巖迸發(fā)生F液體能量誘發(fā)型F假設(shè)在開挖巷道附近存在著高承壓水時(shí)，在高地應(yīng)力的作用下，水體中也會(huì)蘊(yùn)藏一定的能量F在外界開挖擾動(dòng)的影響下，過大的水壓亦會(huì)誘發(fā)巖體的忽然破壞。當(dāng)然，有時(shí)高壓水也會(huì)沿頂?shù)装?/p>

6、破裂帶忽然涌入開采空間，從而呵斥突水災(zāi)禍F氣體能量誘發(fā)型F巖層中有時(shí)蘊(yùn)含著大量的氣體，在高地應(yīng)力的作用下，氣體以液態(tài)和氣態(tài)兩種方式存在F由于開挖擾動(dòng)的影響，一旦使其周圍的巖體發(fā)生卸荷，氣體就會(huì)發(fā)生忽然膨脹，由液體直接轉(zhuǎn)化成氣態(tài)，釋放出大量的能量F當(dāng)釋放的能量足以破壞巖體整體構(gòu)造的穩(wěn)定性時(shí)，就會(huì)誘發(fā)巖爆的發(fā)生，并往往伴隨大量氣體突出F復(fù)合能量誘發(fā)型 以上五種單一能量源均有能夠誘發(fā)巖爆，但巖爆景象是巖體在變形過程中的一個(gè)穩(wěn)定態(tài)積存能量向非穩(wěn)定態(tài)釋放能量轉(zhuǎn)化的非線性動(dòng)力學(xué)過程 尤其是進(jìn)入深部后，巷道圍巖體的變形破壞表現(xiàn)出明顯的非線性特征 從單一能量源分類誘發(fā)巖爆來進(jìn)展巖爆的機(jī)理研討是很難系統(tǒng)的摸清其

7、發(fā)生本質(zhì)，只需從上述五種能量源的組合及其之間轉(zhuǎn)化特征出發(fā)，開展復(fù)合型能量轉(zhuǎn)化為中心的巖爆分類體系，才可以徹底地從能量根源角度認(rèn)清巖迸發(fā)生的機(jī)理，并對(duì)其提出行之有效的防治措施 u巖爆防治的三大關(guān)鍵u u正確地確定巖爆的能量復(fù)合型 u有效地進(jìn)展復(fù)合型能量的轉(zhuǎn)化和釋放u合理地運(yùn)用復(fù)合型能量轉(zhuǎn)化和釋放技術(shù) u 巖爆的的構(gòu)成和發(fā)生，本質(zhì)上是巷道圍巖在井下深部各種能量場(chǎng)作用下產(chǎn)生的非線性動(dòng)力學(xué)過程。經(jīng)過從判別復(fù)合能量積聚形狀入手，分析沖擊類型，進(jìn)展一系列對(duì)策設(shè)計(jì)和過程優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)能量的釋放和轉(zhuǎn)化，最終到達(dá)變被動(dòng)防爆為人工自動(dòng)防爆，變滯后防爆為超前防爆的目的F以能量轉(zhuǎn)化為中心的“雙控防爆技術(shù)對(duì)策 u巖迸發(fā)

8、生工程地質(zhì)條件u埋深 2000m 垂直地應(yīng)力 38.02MPau處于大水溝復(fù)型背斜u鹽塘組大理巖和泥質(zhì)灰?guī)r，單軸抗壓強(qiáng)度 110MPau人工鉆爆法掘進(jìn)u支護(hù)方式u放射鋼纖維混凝土 + 錨網(wǎng)u斷面尺寸uA洞 寬高 = 7m 6.76muB洞 寬高 = 8.58m 7.35mu洞內(nèi)每隔800m布設(shè)一橫通道，與洞軸線交角為40u巖爆產(chǎn)生的分區(qū)0500100015002000 2500 300035004000130018002300280033003800I 區(qū)II 區(qū)III 區(qū)h vh v c穩(wěn)定區(qū)過渡區(qū)巖爆區(qū)高程(m)洞深(m)u地應(yīng)力隨洞深變化特征05001000150020002500300

9、01020304050地應(yīng)力(MPa)洞深(m)向斜核部背斜核部次級(jí)向斜次級(jí)背斜u巖爆特點(diǎn)u巖爆多在新開挖任務(wù)面附近發(fā)生u巖爆部位以拱部或腰部為多 u橫通道與主洞相交處、斷面不規(guī)那么處、二次擴(kuò)挖段均為巖爆多發(fā)地段u巖爆時(shí)間多在爆破后23小時(shí)，24小時(shí)內(nèi)最為明顯u新穎鞏固巖普通在隧洞任務(wù)面發(fā)生表部巖爆u低強(qiáng)度巖體那么之后任務(wù)面發(fā)生深部沖擊型巖爆，呵斥洞內(nèi)臨空面沖擊力最大u同一部位反復(fù)發(fā)生巖爆，可繼續(xù)幾天u地下水較豐富的地段，開挖面一旦無(wú)水，依然有巖迸發(fā)生u巖爆產(chǎn)生的能量機(jī)理u固體能量誘發(fā)型u構(gòu)造能量誘發(fā)型u復(fù)合型能量機(jī)理u釋放能量為中心的巖爆控制對(duì)策u超前深孔爆破，釋放能量u超前高壓注水軟化，釋

10、放能量u臺(tái)階式分步開挖，逐漸釋放能量u雙向聚能爆破新技術(shù)，消除曲率效應(yīng)u采用新型錨網(wǎng)索耦合支護(hù)技術(shù)u加強(qiáng)洞室交叉點(diǎn)支護(hù)u防止底部巖爆u關(guān)鍵技術(shù)u超前高壓注水軟化大理巖水理作用特征曲線u關(guān)鍵技術(shù)u雙向聚能爆破新技術(shù)雙向聚能爆破效果u關(guān)鍵技術(shù)u錨網(wǎng)索耦合支護(hù)技術(shù)錨網(wǎng)索耦合支護(hù)改動(dòng)巖體邊境條件F圍巖頂部集中應(yīng)力區(qū)向幫部低應(yīng)力區(qū)轉(zhuǎn)化過程F實(shí)測(cè)巷道斷面錨固力分布u關(guān)鍵技術(shù)u底角異形錨桿，切斷兩幫應(yīng)力向底板傳送分步弱化剪應(yīng)力變化圖40GPa30GPa10GPa3GPa分步弱化頂板剪應(yīng)力變化曲線0102030405060708090020406080100E=40GPaE=30GPaE=10Ga弱化區(qū)開挖區(qū)正常區(qū)01020304050607080900102030405060708090100E=40GPaE=30GPaE=10Ga開挖(E=3)弱化區(qū)開挖區(qū)正常區(qū)分步弱化頂板剪應(yīng)力變化曲線分步弱化斷面周圍剪應(yīng)力分布變化圖分布弱化