深孔斷頂爆破防治沖擊地壓的理論分析

（廣東宏大爆破股份有限公司，廣東 廣州 510623）

1 沖擊地壓產生的原因

在礦井隧道開挖中，圍巖在會受到施工中的附加應力作用導致擾動，尤其是在巖層是硬質或者是脆性的時候，這些巖石結構尤為容易發生巖石的崩裂。巖石中的圍巖因受到了來自不同方向，強度不一樣的壓力使得崩裂的現象叫做沖擊地壓。沖擊地壓還會產生在一些地質非常褶皺的硬質巖層構造中。沖擊地壓也巖層的斷層和分布有著緊密的關系。在掌子面爆破開挖的時候，會使大量的巖石穿插進未爆破的巖層中，整個圍巖的應力就發生了很大的變化，而且巖層的密實度急劇升高，產生巖石的崩裂，這也是產生沖擊地壓的主要原因。這些情況一般都發生在人們無法預測的情況下，一旦發生很有可能出現很多人員的傷亡情況，為了解決這個棘手的問題，我們提出了相應的施工方法。

在現在的技術中，也找尋了一些相關的技術手段來控制沖擊地壓帶來的危害，其中解決的方法有：（1）有對巖石的應力及時檢查，一旦應力值超出了臨界值，技術人員就要考慮用卸力的方式來緩解圍巖產生極大的壓力；（2）對巖石開挖時使用初次支護和二次支護，將鋼筋錨插入巖體中，然后在外圍噴射高強混凝土砂漿，另外還要設置安全網，防治巖石滑落，起到保護的作用；（3）在巖層中灌注溶解劑，一來是使巖石的硬度在一定程度上降低，二來是將位置不相符的巖石更加的貼合和密實，起到加固圍巖的作用。綜合以上的手段也都是在很小范圍內緩解沖擊地壓產生的影響，但是深孔斷頂爆破方法起到的效果會更加明顯。

2 深孔斷頂爆破如何應對沖擊地壓

深孔斷頂爆破的方法可以有效的解決沖擊地壓的不良影響。它的原理是在巖石的裂縫、空隙中安裝炸藥，等待炸藥爆炸后，炮孔周圍的巖層會使得周圍的圍巖更加密實，形成強大的荷載作用面，這個作用面會在掌子面上的巖石產生了壓縮變形，荷載會朝著巖石產生平行的位移，這樣一來，圍巖就受到了很大的壓應力和切應力，變形的程度也胡進一步變大，當這些附加應力變大到一定的程度，本身的巖石就會被強大的作用力拉伸變形，甚至產出很大的裂縫，這也是我們所說的剪切破壞，使得巖石內部的作用力得到了分解。此外，還考慮到一個熱脹冷縮的效應，在炸藥爆炸時會產出大量的內能，隨著巖石的變形加大，巖層內的溫度也逐漸降低，這時巖石也會有小幅度的回縮，導致巖層中產生的縫隙更大，進一步分解了因擠壓產生的作用力。

接下來我們就這樣的方法做出相關的可行性分析。這里所說的深孔斷頂爆破可以很好并且最快的改善巖層頂部條件的技術，通過在巖層頂部安放炸藥的形式，使得巖層頂部出現裂縫和破壞了周圍圍巖的堅實度，這樣一來可以徹底改變巖層的受力情況，將應力場的改變是使巖層在原有的基礎上降低了壓力，產生的裂縫也可以起到緩沖巖石于巖石擠壓產生新的附加應力的作用。在已挖好的巷道中，人為的將頂部巖層用爆破的方式取下，或者是自由掉落，這樣能夠迅速減少彈性能量的聚集，因此可以得出深孔斷頂爆破對于防治沖擊是切實可行的。隨著現在開挖越來越深挖的現狀，這樣的方法無疑是對沖擊地壓最好的防治方法。

3 深孔斷頂爆破的施工要點

3.1 對爆破區域上部結構有充分的了解

在開挖前，對相應的工作區域要了初步的認識，對于地質勘查要十分詳細，尤其是水文和巖層情況，在爆破前要做出可行性分析報告，在確定可爆破后還要撤出頂部爆破巖層上方的所有車輛和人員，不允許在爆破區域有任何的多余荷載，避免其他物體存在在施工區域上方。

3.2 對頂部爆破時的注意事項

爆破時會產生大量的飛石，要把人員和車輛撤出到安全位置。在爆破中選擇合理的炮眼，在爆破結束后，確定所有炮眼都已爆破結束后，使用鼓風機將巷道中的灰塵和不良氣體排出，這個過程規定至少半個小時，待這些任務完成后，施工人員方可帶防塵面罩進入巷道清理碎石。另外還要謹慎處理上方可能掉落的碎石。在爆破時，要充分考慮到凌空面的選擇，使炸藥的威力徹底的使巖層分離開來，做到巖石產生裂縫的效果。

3.3 加強爆破后期的支護

在爆破前期，可以對巷道進行加固處理，提高巖層的抗震能力，在爆破后，第一時間安裝支護裝置，使用早強混凝土和鋼筋可以起到對圍堰保護和防止碎石滑落的效果。增大防護結構的整體性，提高剛度，切實起到支撐圍巖的作用。

4 對深孔斷頂爆破的監控

在巖石的縫隙中安裝炸藥使巖石產生的裂縫更大，但是如何知道巖石受到了哪些力，就不得不用監控的手段，在巖層受到爆炸威力的作用，巖層會出現位移和變形，在巖層上安裝應力片，實時感應巖層的變化情況，尤其在巖層條件不好的地方嚴格控制巖層的變化趨勢，大量的采集相關數據。如果圍巖被破壞了，達不到應有的支護強度，就要避免開挖人員進入巷道，立刻組織工程技術人員對出現問題的區域進行加固處理。另外，在巖層中產生裂縫，這就很有可能出現滲水的現象。監控的職責有表現在對多余水分的檢測。

在實施預裂爆破前，掌子面中的巖石回挖過程中，輔順側切頂線后方頂板垮落具有明顯的規律性，頂板留出的空間也變得越大，被爆破的巖層會慢慢掉落，呈現明顯的回轉角，最后頂板的巖層呈現出整體、無多余巖層的形狀，未出現明顯的頂板垮落現象。在進行了深孔斷頂爆破后，通過對現場的監控，工作面回采后，四組爆破位置頂板基本在工作面推過切頂線后即自行垮落，說明爆破起到了人為改變的顯著效果。

監控還能了解巖石的變形，掌握巖石的相關信息，這樣可以減少人為的對巖石的了解，避免出現一次爆破不完全的，需要再次爆破的事情發生，這也降低在開挖中的預算成本，達到了經濟目的。

結語

即便全世界對于沖擊地壓的研究已經有很多年了，也提出了很多基于防治目的的手段和措施，甚至在施工中建立一比一大小的模型，進行動態分析，但是對于沖擊地壓的復雜性還是難以完全了解。我們本文中使用深孔斷頂爆破的方法也只是在小范圍內使巖體提前出線裂縫以達到分解應力的作用。但是這樣的方法認為控制性不強，很難做到一次性完成或者徹底成功的工作。所以，在研究中，如何防治因沖擊地壓產生的危害還將是一個重要話題，對于深孔斷頂爆破的方法還將進一步探討和研究，爭取在短期內拿出一些更加切實可行的方案。

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