岩爆监测及预防.pptx

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高地应力岩爆监测与预防内容1.岩爆的定义2.深埋隧洞围岩破坏方式与发生条件3.微震与岩爆4.岩爆预警方法5.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弹射岩石冒落岩石冒落岩石鼓胀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/m轻微岩爆（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。

HHcr47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（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0.51m；对施工有一定影响。

24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（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13m；对施工影响大。

12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（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1.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）岩爆位置微震位置微震的表现、监测和描述1.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1.原因局部应力或能量水平过高，导致围岩突然破坏2.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1.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2.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1.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2.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3.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4.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1.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2.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3.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4.抗压强度越大，发生岩爆的可能性越大5.听到岩石劈裂的响声，随后看到岩块掉块现象，可能即将发生岩爆6.岩壁发现有明显的挤压、外鼓现象部位，可能即将发生岩爆岩爆防治措施改善围岩受力状态：

（1）短进尺、弱爆破；

（2）优化爆破方式；（3）应力解除；改善围岩物理力学性质

（1）喷水软化围岩；

（2）加固围岩；调整施工作业待避开挖扰动与岩爆的关系秦岭隧道岩爆频率与掌子面距离的关系工程实践表明，采用“短进尺、弱爆破”可以有效控制岩爆改变爆破方式炮眼布置（直眼掏槽和斜眼掏槽）周边眼的控制爆破（光面爆破、预裂爆破）改变爆破方式采用断进尺小爆破减小爆破扰动采用合理的开挖程序、炮孔布局和联网方式瀑布沟电站实例解除应力爆破设计方法去应力爆破孔布置设计（与应力场方位有关）去应力爆破孔装药量设计：

围岩质量、应力水平、需解除的体积需要核实的问题：

炸药类型与采购渠道辅助洞的解除应力爆破孔设计2倍进尺长度解除应力爆破孔装药段1.5-2m剖面图平面粘土封堵段912解除应力爆破孔,长度大约超过正常爆破孔3m,端部1.5-2.0m段装药,其余用粘土封堵,先于正常爆破孔预裂.支护中需要注意的几个环节的问题支护的及时性：

紧跟掌子面进行（目前开挖后不能立即进场的重要原因是没有足够的系统支护，不能对新开挖段围岩提供足够的约束）采用机械化施工岩爆地段的安全要求的重要保证改善围岩的物理力学性质在边墙及拱部成放射状倾斜向岩体内部钻孔，并向孔内灌高压水，使岩体有一定程度软化，加快围岩内部的应力释放后再施工。

主要用于中等以上的岩爆地段。

通过向岩体注水，可以起到如下的效果：

可以提前释放弹性应变能并将最大切向应力向围岩深部转移高压注水的楔劈作用可以软化、降低岩体的强度高压注水可产生新的张裂隙并使原有裂隙继续扩展，从而降低岩体储存弹性应变能的能力大理岩水理作用特征曲线辅助洞施工可以改善的环节喷层不均匀、使用的钢筋网不标准增大垫板尺寸并注意与喷层/网的结合近期远期锚固的机械化施工工业化生产的锚杆高应力强岩爆区的加固实例辅助洞岩爆的防治措施控制爆破和锚喷支护，即短进尺控制爆破开挖，强烈与极强岩爆洞段要求配合应力解除爆破开挖危石清理及高压水冲洗及时喷射混凝土覆盖岩面及时实施防岩爆锚固措施（包括快速锚杆、挂网、钢拱架等）后续实施系统锚杆支护双江口岩爆预警系统构想1.思路经验判断、数值分析、监测三者结合，互相补充2.微震监测联合供应商进行设备改造，适合双江口现场条件借助专家力量，在监测基础上进行预警，即具备现场报警能力3.预警：

施工承包商和科研机构联合通过培训强化现场技术人员的经验判断能力科研队伍提供中短期预警、以现场人员为主体的短期预警、结合监测结果的现场决策方式和工作流程微震监测实例年份最小震级最大震级次数19951.53.776219961.52.73019971.53.110319981.53.916419991.53.216620001.53.211120011.53.316520021.13.5386200313.5390200413.5381200513.3250某矿山1995-2005期间监测到的微震记录统计表改变支护方式的结果大量的微震事件并美欧造成事故监测的有效性改变支护方式以后微震事件降低可控性微震与围岩破坏程度实例统计震级最小震级3.0高应力作用下的断裂机制，爆破诱发450吨破坏物，8英尺长机械涨壳锚杆和螺纹钢锚杆均破坏处理时间：

3周2.6应力变化导致断裂滑移的断裂型机制，非爆破诱发约80吨破坏岩体，震动感强烈2.5高应力作用下的断裂机制，爆破诱发约2吨破碎岩体，弹射状破坏处理时间：

3个班次1.7高应力作用下的断裂机制，爆破4小时后发生破坏岩体封闭在钢筋网内，出现机械涨壳锚杆破坏和砂浆锚杆垫板弯曲现象1.3高应力作用下的断裂机制，爆破2小时后发生围岩损伤，震动导致粉尘掉落现象，支护系统略受影响1.0围岩变形和断裂滑移机制，爆破诱发月2-3吨碎片封闭在钢筋网内，未见明显的支护损伤处理时间：

2-3班次0.6高应力作用下的断裂机制，非爆破诱发约20吨破坏岩体，出现弹射现象，械涨壳锚杆和网局出现破坏破坏面积较大，深度相对较小双江口岩爆控制策略岩爆控制是一揽子方案，不是解决某个环节的问题即可，没有灵丹妙药战略性方法：

改变结构布置、开挖顺序、端面形态等方法先导洞开挖、台阶开挖、掌子面形态等注意双江口施工过程中人为创造的岩柱战术性方法钻爆法应力解除爆破支护：

注意体现支护及时性、系统性、有效性的具体措施TBM支护：

大部分情况下岩爆处理，注意对滞后岩爆的控制结论与建议岩爆多发生在整体结构、块状结构的围岩中，围岩较稳定、坚硬、干燥、裂隙不发育；岩爆的运动特征以松脱、剥离为主，少量弹射。

预测在尚未揭露的辅助洞洞段仍将发生强烈极强岩爆。

岩爆活动可分为活跃期和持续期。

岩爆活跃期：

岩爆多发生在掌子面掘进后几小时内，以520小时内最为活跃，岩爆较多。

大多数岩爆均发生在该段时间内，距掌子面约612m的范围内。

岩爆持续期：

掌子面推进数天乃至数月后发生强烈岩爆部位仍有可能再次剥落和发生岩爆。

辅助洞岩爆防治，需根据不同的岩爆烈度级别，采取防、治结合的支护，包括改善围岩的物理力学性质、应力解除、调整作业、待避预防措施和喷、锚、格栅钢架等加固措施，必要时，考虑改变爆破方式和断面形式。

加强岩爆的预测预报工作。