岩爆

岩爆是指地下開採的深部或構造應力很高的區域，在臨空岩體中發生突髮式破壞的現象。這種現象也稱為岩爆。發生的原因是臨空岩體積聚的應變能突然而猛烈地全部釋放，致使岩體發生像爆炸一樣的脆性斷裂。衝擊地壓造成大量岩石崩落，並產生巨大聲響和氣浪衝擊，不但可將礦井破壞，而且震動波可危及地面建築物。

基本介紹

• 中文名：岩爆
• 外文名：rock burst
• 發生原因：硐室開挖過程中發生岩爆
• 防治措施：應力解除、注水軟化
• 特點：突發性、部位集中性等
• 又稱：衝擊地壓

釋義

岩爆，也稱衝擊地壓，是一種岩體中聚積的彈性變形勢能在一定條件下突然猛烈釋放，導致岩石爆裂並彈射出來的現象。岩爆是深井礦山面臨的主要安全隱患之一。輕微的岩爆僅有剝落岩片，無彈射現象，嚴重的可測到4.6級的震級，烈度達7一8度， 使地面建築遭受破壞，並伴有很大的聲響。岩爆可瞬間突然發生，也可以持續幾天到幾個月。發生岩爆的條件是岩體中有較高的地應力，並且超過了岩石本身的強度，同時岩石具有較高的脆性度和彈性，在這種條件下，一旦地下工程活動破壞了岩體原有的平衡狀態，岩體中積聚的能量釋放就會導致岩石破壞，並將破碎岩石拋出。

發生條件與原因

發生條件

（1）近代構造活動造成深部礦岩內地應力較高，岩體內儲存著較大的應變能，當該部分能量超過了岩石自身的強度時，就會發生岩爆事件；
（2）堅硬、新鮮完整、裂隙極少或僅有隱裂隙，且具有較高的脆性和彈性的圍岩，能夠儲存能量，而其變形特性屬於脆性破壞類型，當因工程開挖解除應力後，由於回彈變形很小，極有可能造成岩石爆裂並彈出；
（3）如果地下水較少，岩體乾燥，也容易發生岩爆；
（4）開挖斷面形狀不規則，大型洞室群岔洞較多的地下工程，或斷面變化造成局部應力集中的地帶，是岩爆容易發生區域。

發生原因

發生原因：圍岩強度適應不了集中的過高應力而突發的失穩破壞。

防治措施：應力解除、注水軟化和使用錨栓-鋼絲網-混凝土防爆支護等。

特點

深井礦山岩爆有如下特點：
（1）突發性
在未發生前，並無明顯的i正兆，甚至可能聽不到空響聲，一般認為不會掉落石塊的地方，也會突然發生岩石爆裂聲響，石塊有時應聲而下，有時暫不墜下。
（2）部位集中性
雖然岩爆發生地點也有距新開挖T作面較遠的個別案例，但大部分均發生在新開挖的工作面附近。常見的岩爆部位以拱部或拱腰部位為多。
（3）時問集中性與延續性
岩爆仵殲挖後陸續出現，多在爆破後24 h內發生，延續時間一般為l～2個月，有的延長1年以上，事前一般無明顯預兆。
（4）彈射性
岩爆時，岩塊自洞壁圍岩母體彈射出來，一般呈中厚邊薄的不規則片狀。

危害與防治

危害

岩爆是深埋地下工程在施工過程中常見的動力破壞現象，當岩體中聚積的高彈性應變能大於岩石破壞所消耗的能量時，破壞了岩體結構的平衡，多餘的能量導致岩石爆裂，使岩石碎片從岩體中剝離、崩出。

岩爆往往造成開挖工作面的嚴重破壞、設備損壞和人員傷亡，已成為岩石地下工程和岩石力學領域的世界性難題。輕微的岩爆僅剝落岩片，無彈射現象。嚴重的可測到4.6級的震級，一般持續幾天或幾個月。發生岩爆的原因是岩體中有較高的地應力，並且超過了岩石本身的強度，同時岩石具有較高的脆性度和彈性。這時一旦地下工程破壞了岩體的平衡，強大的能量把岩石破壞，並將破碎岩石拋出。預防岩爆的方法是應力解除法、注水軟化法和使用錨栓-鋼絲網-混凝土支護。

防治

深井丌採過程中，應採取積極主動的預防措施和強有力的支護措施，確保岩爆地段的作業安全，將岩爆發生的可能性及岩爆的危害降到最低：
（1）研究確定開採區域地應力的數量級以及容易出現岩爆現象的部位，最佳化施工開挖和支護順序，為岩爆防治提供初步的理論依據。
（2）加強超前地質探測，預報岩爆發生的可能性及地應力的大小。
（3）採用充填採礦法，並採取強采、強出、強充的“i強”採礦技術，儘快消除岩爆發生的空間條件。
（4）最佳化爆破參數，儘可能減少爆破對礦岩的影響並使開挖斷面儘可能規則，減小局部應力集中發生的可能性。
（5）採礦作業線推進應規整一致，不應有臨時小銳角的出現。沿走向前進式同采順序比後退式同采更有利於控制岩爆單向推進採礦T作面不能滿足生產規模要求時，應採用從中央向兩側推進的同采順序．一個中段生產規模不足而實行多中段同時生產時，一般下中段推進速度要怏於上中段，且中段問儘可能不留尖角礦柱。
（6）多層平行礦脈殲采時，先採岩爆傾向性弱或無岩爆傾向礦脈，解除其他岩爆傾向性強的礦脈的應力，防止岩爆的發生；岩爆傾向性強烈的單一礦脈回採時，先回採礦塊的頂柱並用高強度充填料充填，解除礦房的應力後再大量回採礦石，下向分層充填法比上向分層充填法更有利於控制岩爆。

地質構造

岩爆大都發生在褶皺構造的堅硬岩石中。

岩爆與斷層、節理構造密切相關。當掌子面與斷裂或節理走向平行時，極容易觸發岩爆。

岩體中節理密度和張開度對岩爆有明顯的影響。掌子面岩體中有大量岩脈穿插時，也可能發生岩爆。

岩爆-應力條件

1．用洞壁的最大環向應力σθ與圍岩單軸抗壓強度σc之比值進行分析；

2．用天然應力中的最大主應力σ1與岩塊單軸抗壓強度σc之比進行判斷。

圍岩應力條件

經驗公式：σ1/σc>0.165～0.35(或σc/σ1>6.06～2.86)的脆性岩體最易發生岩爆。

岩爆-預防及處理

採取積極主動的預防措施和強有力的施工支護，確保岩爆地段的施工安全，將岩爆發生的可能性及岩爆的危害降到最低。在高應力地段施工中可採用以下技術措施：

1．在施工前，針對已有勘測資料，首先進行概念模型建模及數學模型建模工作，通過三維有限元數值運算、反演分析以及對隧道不同開挖工序的模擬，初步確定施工區域地應力的數量級以及施工過程中哪些部位及里程容易出現岩爆現象，最佳化施工開挖和支護順序，為施工中岩爆的防治提供初步的理論依據。

2．在施工過程中，加強超前地質探測，預報岩爆發生的可能性及地應力的大小。採用上述超前鑽探、聲反射、地溫探測方法，同時利用隧道內地質編錄觀察岩石特性，將幾種方法綜合運用判斷可能發生岩爆高地應力的範圍。

3．打設超前鑽孔轉移隧道掌子面的高地應力或注水降低圍岩表面張力超前鑽孔可以利用鑽探孔，在掌子面上利用地質鑽機或液壓鑽孔台車打設超前鑽孔，鑽孔直徑為45mm，每循環可布置4～8個孔，深度5～10m，必要時也可以打設部分徑向應力釋放孔，鑽孔方向應垂直岩面，間距數十厘米，深度1～3m不等。必要時，若預測到的地應力較高，可在超前探孔中進行鬆動爆破或將完整岩體用小炮震裂，或向孔內壓水，以避免應力集中現象的出現。

4．在施工中應加強監測工作，通過對圍岩和支護結構的現場觀察、通過對輔助洞拱頂下沉、兩維收斂以及錨桿測力計、多點位移計讀數的變化，可以定量化地預測滯後發生的深部衝擊型岩爆，用於指導開挖和支護的施工，以確保全全。

5．在開挖過程中採用“短進尺、多循環”，同時利用光面爆破技術，嚴格控制用藥量，以儘可能減少爆破對圍岩的影響並使開挖斷面儘可能規則，減小局部應力集中發生的可能性。在岩爆地段的開挖進尺嚴格控制在2.5m以內。

6．加強施工支護工作

支護的方法是在爆破後立即向拱部及側壁噴射鋼纖維或塑膠纖維混凝土，再加設錨桿及鋼筋網。必要時還要架設鋼拱架和打設超前錨桿進行支護。襯砌工作要緊跟開挖工序進行，以儘可能減少岩層暴露的時間，減少岩爆的發生和確保人身安全，必要時可採取跳段襯砌。同時應準備好臨時鋼木排架等，在聽到爆裂響聲後，立即進行支護，以防發生事故。

7．對發生岩爆的地段，可採取在岩壁切槽的方法來釋放應力。以降低岩爆的強度。

8．在岩爆地段施工對人員和設備進行必要的防護，以保證施工安全。

岩爆-特點

1．岩石砂岩為主，岩石堅硬幹燥，在未發生前，無明顯的徵兆，雖經過仔細尋找，並無空響聲，一般認為不會掉落石塊的地方，會突然發生岩石爆裂聲響，石塊一般應聲而下。

2．岩爆發生的地點多在新開挖的掌子面及距離掌子面1～3倍洞徑範圍內，個別的也有距新開挖工作面較遠。

3．岩爆時圍岩破壞的規模，小者幾厘米厚，大者可達數噸重。小者形狀常呈中間厚、周邊薄、不規則的魚鱗片狀脫落，脫落面多與岩壁平行。

4．岩爆圍岩的破壞過程，一般新鮮堅硬岩體均先產生聲響，伴隨片狀剝落的裂隙出現，裂隙一旦貫通就產生剝落或彈出，屬於表部岩爆。

5．由於爆破振動影響，造成開挖洞段應力重新分布，造成磧頭較大面積岩爆、爆落出的小塊魚鱗片狀碎屑甚至堵塞整個巷道。

事故案例

雅西路泥巴山隧道出口段發生大型重度岩爆

雅西路隧道出口岩爆局部

2011年8月7日凌晨3點17分，正在掘進的泥巴山隧道出口（中鐵十二局C7契約段）右線距離掌子面約20米處，在已經完成的初期支護yk59+379-yk59+339縱向長度40米範圍內發生大型重度岩爆。強烈的岩爆活動發生時發出的巨大響聲，將進洞右側拱腰至拱頂位置的岩石劈裂成板狀、塊狀、片狀，在縱向40米範圍連續出現，最大深度達3.6米，剝落的大量岩石四處散落堆積，將噴漿機、電焊機等設備掩埋。該段圍岩初期支護時間為2011年7月22日至28日，採取了掛網噴錨以及分段立拱架的方式施工，8月7日晚岩爆發生時將拱架、錨桿支護系統破壞，呈現出爆發時間集中、縱向連續、潛伏時間長的特點，按照岩爆劃分標準屬於強烈重度岩爆，在泥巴山施工以來尚屬首次出現。