岩爆（动力破坏现象）

岩爆

动力破坏现象

岩爆是指地下开采的深部或构造应力很高的区域，在临空岩体中发生突发式破坏的现象。这种现象也称为岩爆。发生的原因是临空岩体积聚的应变能突然而猛烈地全部释放，致使岩体发生像爆炸一样的脆性断裂。冲击地压造成大量岩石崩落，并产生巨大声响和气浪冲击，不但可将矿井破坏，而且震动波可危及地面建筑物。

释义

岩爆，也称冲击地压，是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象。岩爆是深井矿山面临的主要安全隐患之一。轻微的岩爆仅有剥落岩片，无弹射现象，严重的可测到4.6级的震级，烈度达7～8度，使地面建筑遭受破坏，并伴有很大的声响。岩爆可瞬间突然发生，也可以持续几天到几个月。发生岩爆的条件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，在这种条件下，一旦地下工程活动破坏了岩体原有的平衡状态，岩体中积聚的能量释放就会导致岩石破坏，并将破碎岩石抛出。

发生条件与原因

发生条件

（1）近代构造活动造成深部矿岩内地应力较高，岩体内储存着较大的应变能，当该部分能量超过了岩石自身的强度时，就会发生岩爆事件；

（2）坚硬、新鲜完整、裂隙极少或仅有隐裂隙，且具有较高的脆性和弹性的围岩，能够储存能量，而其变形特性属于脆性破坏类型，当因工程开挖解除应力后，由于回弹变形很小，极有可能造成岩石爆裂并弹出；

（3）如果地下水较少，岩体干燥，也容易发生岩爆；

（4）开挖断面形状不规则，大型洞室群岔洞较多的地下工程，或断面变化造成局部应力集中的地带，是岩爆容易发生区域。发生原因

发生原因：围岩强度适应不了集中的过高应力而突发的失稳破坏。

防治措施：应力解除、注水软化和使用锚栓—钢丝网—混凝土防爆支护等。

特点

深井矿山岩爆有如下特点：

（1）突发性

在未发生前，并无明显的i正兆，甚至可能听不到空响声，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）部位集中性

虽然岩爆发生地点也有距新开挖T作面较远的个别案例，但大部分均发生在新开挖的工作面附近。常见的岩爆部位以拱部或拱腰部位为多。

（3）时间集中性与延续性

岩爆仵歼挖后陆续出现，多在爆破后24h内发生，延续时间一般为1～2个月，有的延长1年以上，事前一般无明显预兆。

（4）弹射性

岩爆时，岩块自洞壁围岩母体弹射出来，一般呈中厚边薄的不规则片状。

危害与防治

危害

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—钢丝网—混凝土支护。

防治

深井丌采过程中，应采取积极主动的预防措施和强有力的支护措施，确保岩爆地段的作业安全，将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低：

（1）研究确定开采区域地应力的数量级以及容易出现岩爆现象的部位，优化施工开挖和支护顺序，为岩爆防治提供初步的理论依据。

（2）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。

（3）采用充填采矿法，并采取强采、强出、强充的“i强”采矿技术，尽快消除岩爆发生的空间条件。

（4）优化爆破参数，尽可能减少爆破对矿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。

（5）采矿作业线推进应规整一致，不应有临时小锐角的出现。沿走向前进式同采顺序比后退式同采更有利于控制岩爆单向推进采矿T作面不能满足生产规模要求时，应采用从中央向两侧推进的同采顺序．一个中段生产规模不足而实行多中段同时生产时，一般下中段推进速度要怏于上中段，且中段问尽可能不留尖角矿柱。

（6）多层平行矿脉歼采时，先采岩爆倾向性弱或无岩爆倾向矿脉，解除其他岩爆倾向性强的矿脉的应力，防止岩爆的发生；岩爆倾向性强烈的单一矿脉回采时，先回采矿块的顶柱并用高强度充填料充填，解除矿房的应力后再大量回采矿石，下向分层充填法比上向分层充填法更有利于控制岩爆。

地质构造

岩爆大都发生在褶皱构造的坚硬岩石中。

岩爆与断层、节理构造密切相关。当掌子面与断裂或节理走向平行时，极容易触发岩爆。

岩体中节理密度和张开度对岩爆有明显的影响。掌子面岩体中有大量岩脉穿插时，也可能发生岩爆。

岩爆-应力条件

1．用洞壁的最大环向应力σθ与围岩单轴抗压强度σc之比值进行分析；

2．用天然应力中的最大主应力σ1与岩块单轴抗压强度σc之比进行判断。

围岩应力条件

经验公式：σ1/σc>0.165～0.35（或σc/σ1>6.06～2.86）的脆性岩体最易发生岩爆。

岩爆-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：

1．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孔，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5～10m，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1～3m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。

岩爆-特点

1．岩石砂岩为主，岩石坚硬干燥，在未发生前，无明显的征兆，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，会突然发生岩石爆裂声响，石块一般应声而下。

2．岩爆发生的地点多在新开挖的掌子面及距离掌子面1～3倍洞径范围内，个别的也有距新开挖工作面较远。

3．岩爆时围岩破坏的规模，小者几厘米厚，大者可达数吨重。小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的鱼鳞片状脱落，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，属于表部岩爆。

5．由于爆破振动影响，造成开挖洞段应力重新分布，造成碛头较大面积岩爆、爆落出的小块鱼鳞片状碎屑甚至堵塞整个巷道。

事故案例

雅西路泥巴山隧道出口段发生大型重度岩爆

2011年8月7日凌晨3点17分，正在掘进的泥巴山隧道出口（中铁十二局C7合同段）右线距离掌子面约20米处，在已经完成的初期支护yk59+379-yk59+339纵向长度40米范围内发生大型重度岩爆。强烈的岩爆活动发生时发出的巨大响声，将进洞右侧拱腰至拱顶位置的岩石劈裂成板状、块状、片状，在纵向40米范围连续出现，最大深度达3.6米，剥落的大量岩石四处散落堆积，将喷浆机、电焊机等设备掩埋。该段围岩初期支护时间为2011年7月22日至28日，采取了挂网喷锚以及分段立拱架的方式施工，8月7日晚岩爆发生时将拱架、锚杆支护系统破坏，呈现出爆发时间集中、纵向连续、潜伏时间长的特点，按照岩爆划分标准属于强烈重度岩爆，在泥巴山施工以来尚属首次出现。

参考资料

1.岩爆的预防·安全管理网