快搜禽兽中文网:什么是冲击地压？什么是冲击地压事故？

 分类： 关注安全　　　2011年11月04日18:01      大河网  

　　冲击地压，也称岩爆，它是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下的突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象。

　　发生原因

　　发生条件：在硬脆岩体高地应力地区，硐室开挖过程中发生岩爆。

　　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。

　　岩爆是岩石工程中围岩体的突然破坏，并伴随着岩体中应变能的突然释放，是一种岩石破裂过程失稳现象。

　　岩爆-简介

　　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。[1]

　　岩爆-产生的条件

　　1.近代构造活动山体内地应力较高，岩体内储存着很大的应变能，当该部分能量超过了硬岩石自身的强度时；

　　2.围岩坚硬新鲜完整，裂隙极少或仅有隐裂隙，且具有较高的脆性和弹性，能够储存能量，而其变形特性属于脆性破坏类型，当应力解除后，回弹变形很小；

　　3.埋深较大(一般埋藏深度多大于200m)且远离沟谷切割的卸荷裂隙带；

　　4.地下水较少，岩体干燥；

　　5.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。

　　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-判断岩爆发生的应力条件

　　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。

　　矿难事故事故其他种类

　　瓦斯爆炸

　　瓦斯与空气混合，在高温下急剧氧化，并产生冲击波的现象，是煤矿生产中的严重灾害。1675年英国莫斯廷(Mostyn)矿发生大规模瓦斯爆炸，其后各主要采煤国家都曾多次发生重大的瓦斯或瓦斯与煤尘爆炸事故。1942年 4月26日，日本侵占下的中国本溪煤矿发生瓦斯与煤尘爆炸，当场死亡1528人，伤268人，为世 界上最大的煤矿爆炸事故。随煤矿生产技术的发展和防治瓦斯措施的改进，这类事故已逐渐减少。

　　中国煤矿瓦斯爆炸的火源主要是电火花和爆破，主要发生地点是采掘工作面。 煤矿瓦斯爆炸产生的瞬间温度可达1850～2650℃，压力可达初压的9倍，爆源附近气体以每秒几百米以上的速度向外冲击，使人员伤亡，巷道和器材设施毁坏。爆炸后氧浓度降低，生成大量CO2和CO，有窒息和中毒危险。

　　预防措施主要有：

　　1.开采解放层。在多煤层矿井中，选择一个无突出煤层或突出危险性较小的煤层作为解放层，首先开采，使上下邻近煤层卸压，从而消除突出危险。这是比较有效的区域性措施。

　　2.抽放瓦斯，降低瓦斯压力，削弱瓦斯在煤层中的作用。

　　3.水力冲孔，煤层注水，安设专门支架等措施也有一定效果。

　　4.震动性放炮诱发突出。控制振动强度，采用挡栏措施可获一定效果。

　　5.用矿井通风和控制瓦斯涌出等方法，防止瓦斯浓度超过规定；

　　6.控制火源，杜绝非生产需要的火源，如吸烟、火柴、明火照明等。对生产中不可避免的高温热源，采用专门措施严加控制，如只准使用特制的矿用安全炸药和电气设备，加强井下火区的管理，禁止井下拆开矿灯等；

　　7.定期或自动连续检查工作地点的CH4浓度和通风状况。 煤尘爆炸

　　煤尘爆炸同瓦斯爆炸一样都属于矿井中的重大灾害事故。我国历史上最严重的一次煤尘爆炸发生在1942年日本侵略者统治下的本溪煤矿，死亡1549人，残246人，死亡的人员中大多为CO中毒，事故发生前，巷道内沉积了大量煤尘，是由于电火花点燃局部聚积的瓦斯而引起的重大煤尘爆炸事故。

    瓦斯突出

　　瓦斯突出是煤与瓦斯突出的简称，煤与瓦斯突出是指在压力作用下，破碎的煤与瓦斯由煤体内突然向采掘空间大量喷出，会给采矿者带来危险的一种现象。也是矿难地主要类型之一。

 矿井火灾

　　矿井发生的火灾(包括危及井下的地面火灾)，常招致人员伤亡，设备损失，矿井停产，资源破坏，甚至引起瓦斯、 煤尘或硫化矿尘爆炸。1894年俄斯特拉发-卡尔维纳地区(Ostrav-Karvina)拉瑞什(Larisch)煤矿(位于今捷克斯洛伐克境内)因火灾引起瓦斯爆炸，当场死亡235人，处理事故时又发生第二次瓦斯爆炸，矿山救护队员大部分牺牲。矿井火灾按引起的热源不同分内因火灾和外因火灾两类。

　　内因火灾分煤自燃 、硫化矿石自燃两种。 外因火灾 指一切产生高温或明火的器材设备，如果使用管理不当，可点燃易燃物，造成火灾。在中、小型煤矿中，各种明火和爆破工作常是外因火灾的起因。 矿井水灾

　　矿山突然涌水所造成的灾害。1935年中国山东鲁大公司北大井，在巷道掘进到与朱龙河连通的周瓦庄断层附近时，河水突然灌入井巷，涌水量达578～648m3/min，78小时后，全矿淹没。

　　矿井水灾的水源有大气降水(雨、雪)、地表水、含水层水、断层水和旧巷或采空区积水等。大气降水可能从地表低洼地通过塌陷区裂隙或井口灌入井巷，造成灾害。地表水指河、湖、塘、沟及水库的积水。含水层水如砂砾层含水、石灰岩溶洞水，两者可能通过裂隙、断层、旧巷等通道进入井巷。断层破碎带常大量积水，特别是断层与含水层或地表水沟通时，补给丰富，威胁更大。旧巷或采空区积水，往往静水压力大，来势猛，且常含有害气体，易造成人身事故。矿山水灾的主要原因是：水文地质情况不明；缺乏附近老窖、旧巷的积水资料；未及时采取有效的探、防水措施；排水系统不完善以及排水设备能力过小或设备故障等。 顶板事故

　　顶板事故是指在井下采煤过程中，顶板意外冒落造成的人员伤亡、设备损坏、生产中止等事故。在实现综合机械化采煤以前，顶板事故在煤矿事故中占有极高的比例，随着支护设备的改进及对顶板事故的研究、预防技术的提高和逐步完善，顶板事故所占的比例有所下降，但仍然是煤矿生产中的主要灾害之一。