岩爆监测及预防.pptx

高地应力岩爆监测与预防 内容 岩爆的定义 深埋隧洞围岩破坏方式与发生条件 微震与岩爆 岩爆预警方法 岩爆控制与处理方法 岩爆 (rockburst) 是地下工程开挖过程中在高地应力条件下，硬脆性围岩因开挖卸荷导致洞壁应力分异，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、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。它直接威胁施工人员、设备的安全，影响工程进度，已成为世界性的地下工程难题之一。 岩爆的定义 岩爆的定义 发生岩爆的过程中往往伴随着开挖空间的大应变、大位移以及岩层碎块从母岩中的高速脱离，向开采空间抛出，抛出的岩体质量从数吨到数千吨不等。 岩爆是如何产生的 破裂声和震动现象 断裂滑动的冲击破坏 岩爆的几种模式 岩石弹射 岩石冒落 岩石鼓胀 岩爆烈度分级 岩爆分级 主 要 现 象 岩爆判别 支护类型 临界埋深 (m) 围岩强度应力比Rb/σm 轻微岩爆 (Ⅰ级) 围岩表层有爆裂脱落、剥离现象，内部有噼啪、撕裂声；岩爆零星间断发生，影响深度小于0.5m；对施工影响较小。 H≥Hcr 4～7 不支护或局部锚杆或喷混凝土。大跨度时，喷混凝土、系统锚杆加钢筋网。 中等岩爆 (Ⅱ级) 围岩爆裂脱落、剥离现象较严重，有少量弹射有似雷管爆破的清脆爆裂声；有一定持续时间，影响深度0.5~1m；对施工有一定影响。 2～4 喷混凝土、加密锚杆加钢筋网，局部格栅钢架支撑。跨度大于20m时，并浇混凝土衬砌。 强烈岩爆 (Ⅲ级) 围岩大片爆裂脱落，出现强烈弹射；有似爆破的爆裂声；持续时间长，并向围岩深度发展，影响深度1~3m；对施工影响大。 1～2 应力释放孔，喷混凝土、加密锚杆加钢筋网，并浇混凝土衬砌或格栅钢架支撑。 极强岩爆(Ⅳ级) 围岩大片严重爆裂，大块岩片出现剧烈弹射，震动强烈，有似炮弹、闷雷声；迅速向围岩深部发展，影响深度大于3m；严重影响甚至摧毁工程。 1 微震与岩爆-因果与时空关系 学术定义 微震是岩石破裂时动力波在围岩中传播时引起的震动现象 岩爆是微震导致的围岩破坏 2. 工程意义 围岩破坏和微震是原因，岩爆是后果 决定了岩爆预警的依据 – 理解围岩破裂 决定了控制思想和策略： 破坏源和破坏位置可以不同，标本兼治 降低能量水平（较深部位） 提供抗震能力（浅表围岩） 微震位置 微震的表现、监测和描述 表现 围岩破裂：爆破后完整数小时后破裂 声响：围岩破裂能量释放的表现方式之一 震动：相对较强的微震可以导致有感震动现象 2. 监测与描述 描述方式：里氏震级 微震监测系统提供商 多用途综合系统： ASC 矿山行业： ESG、ISS 微震的原因、条件与描述 原因 局部应力或能量水平过高，导致围岩突然破坏 条件（导致围岩局部应力过高的条件） 埋深：几百米至2000m 岩体质量：I 类和II 类围岩 地质构造：褶皱、断层附近 3. 描述 围岩破坏和微震是原因，岩爆是后果 决定控制策略 – 降低能量水平和提高抗震能力 隧洞侧壁岩石剥落 岩爆预警方法 经验方法 中长期预警：根据岩爆发生条件的认识和研究成果 短期预警： 根据岩爆发生条件和前兆的经验总结 具有一般规律， 同时存在特殊性 监测方法（微震监测系统） 工程布置合理性， 支护合理性、支护强度、支护质量 开挖洞泾、端面形态和顺序 掘金方法：TBM掘进的多次岩爆和滞后岩爆问题 隧洞岩爆特点 未发生前并无明显征兆，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掌子面附近，个别的也有距新开外掌子面较远，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2h-3h， 24h内最为明显 岩爆时围岩破坏的规模，小者几厘米厚，大者可多重达几十吨。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，处于表部岩爆；在强度较低的岩体，则在离隧洞掌子面以外一定距离产生，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 岩爆在时空上的特征及规律-实例 岩爆次数与开挖时间关系图 岩爆次数与距掌子面距离关系图 隧洞施工过程中的短期经验预测法 岩石越新鲜，完整和干燥，岩性越脆弱，岩爆发生的可能性越大，虽即岩体为整体结果，类整理结构，块状结构，干燥无水地段的洞室易发生岩爆 断层，节理发育附近的完整岩体部位，易发生岩爆。复杂的地址构造带容易发生岩爆，如向斜、背斜、褶曲、岩脉、断层以及岩层的突变、岩相发生变化附近等等 钻孔过程中，岩体有隆隆爆裂声，摩擦声和卡钻现象，易发生岩爆。超前钻孔出现饼化现象的地段，岩爆的危险性很大 抗压强度越大，发生岩爆