锦屏水电站岩爆对策何满潮

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1、中国岩石力学与工程学会中国矿业大学（北京）二六年七月锦屏水电站枢纽辅助洞工程(东端)高应力岩爆机理及对策汇报人：何满潮教授汇报提纲岩爆的定义岩爆与破坏的区别岩爆的充要条件岩爆能量的分类复合型能量转化为中心的岩爆防治对策锦屏水电站辅助洞高应力岩爆机理及对策一般定义岩爆一般指金属矿山、深埋隧道和洞室中所发生的的硬岩突发动力失稳灾害岩爆(rockburst)是高地应力条件下地下工程开挖过程中，硬脆性围岩因开挖卸荷导致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、弹射甚至抛掷的一种动力失稳地质灾害一、岩爆的定义工程定义（何满潮，2004）岩爆是指能量岩体沿着开挖临空面瞬间释

2、放的非线性动力学现象能量岩体的概念在一定条件下，含有自重、构造、地势等弹塑性能量的工程岩体并不是所有能量岩体都发生岩爆，只有积蓄的能量满足岩爆发生条件时才发生岩爆岩爆破坏二、岩爆与破坏的区别13MPa13MPa40MPa160MPa40MPa160MPa13MPa40MPa160MPa40MPa160MPa130MPa130MPa10分钟后岩爆发生的三条规律能量的储存规律能量与埋深、地应力、地质构造等有关，深度越大，能量聚集越大能量的蓄积主要通过岩体的变形，如果岩体本身具有积蓄大量弹性能并在破坏时突然释放的能力，则岩体就会产生岩爆破坏这种聚积能量的特征往往与岩体本身固有的物理力学有

3、关，如我们通常定义的岩体冲击倾向性等三、岩爆的充要条件能量释放的地质规律当开采空间附近存在着破碎带和软弱带等地质弱面构造时，由于在能量积蓄和释放的空间分布上存在着明显的不均匀性，在软弱面处能量释放梯度和速率均较大，这也意味着在该处所释放的能量很容易克服周围煤岩体的阻力，从而形成突然、猛烈的岩爆失稳破坏能量释放的工程规律在岩体强度大致相同条件下，复合型能量往往在巷道的交岔处,工作面等应力高度集中处释放由工作面向后到变形稳定之间适应边能变化积聚区由于放炮所产生的震动波，极易诱发岩体间出现摩擦失稳破坏；其经巷道自由面反射叠加后所形成的稀疏波也会造成巷道两帮出现明显的拉破坏，加之在岩体内高

4、应变能的作用下，岩爆发生的可能性就大大增加从根本上而言，岩爆发生是在不同的地质和开采条件下，多种能量之间相互组合和转化的过程中，发生的复合型能量空间上非均匀积蓄和时间上非稳定转化的过程深部岩爆的能量类型固体能量构造能量顶板垮落能液体能量气体能量复合能量四、岩爆能量的分类固体能量诱发型在高地应力的作用下，深部煤岩体内蕴藏着巨大的压缩变形能岩体的硬度和致密性决定地应力场引起岩体的弹性变形程度与储能的高低，较大的弹性变形意味着岩体中储存的能量较高由于开挖扰动的影响，会使煤岩体内原有的能量重新分布，从而形成部分区域内能量集中，过高的能量集中会促使岩爆的发生构造能量诱发型地质构造对岩爆影响的

5、实质是：残余应力集中在断层、褶曲和局部异常地带，因此地质构造带内岩体积聚了大量的能量，当受开挖影响时，容易形成构造型岩爆发生顶板垮落能诱发型岩层的硬度和厚度常用来研究顶板岩层发生岩爆的可能性现场发生岩爆的地点，绝大多数是在厚而坚硬的顶板中，并且导致发生岩爆的临界深度较浅。这是因为厚而坚硬的顶板整体性好，不易及时垮落或垮落的高度不充分，容易造成采动应力、二次应力、构造应力等叠加，形成高的叠合支承压力随着顶板悬露面积的增大，工作面岩体的附加载荷增加，岩体处于非稳定状态当岩体裂隙发展到失稳，顶板内积聚的能量足以使岩层发生突然断裂时，便形成异常剧烈的岩爆发生液体能量诱发型如果在开挖巷道附近

6、存在着高承压水时，在高地应力的作用下，水体中也会蕴藏一定的能量在外界开挖扰动的影响下，过大的水压亦会诱发岩体的突然破坏。当然，有时高压水也会沿顶底板破裂带突然涌入开采空间，从而造成突水灾害气体能量诱发型岩层中有时蕴含着大量的气体，在高地应力的作用下，气体以液态和气态两种形式存在由于开挖扰动的影响，一旦使其周围的岩体发生卸荷，气体就会发生突然膨胀，由液体直接转化成气态，释放出大量的能量当释放的能量足以破坏岩体整体结构的稳定性时，就会诱发岩爆的发生，并往往伴随大量气体突出复合能量诱发型以上五种单一能量源均有可能诱发岩爆，但岩爆现象是岩体在变形过程中的一个稳定态积蓄能量向非稳定态释放能量

7、转化的非线性动力学过程尤其是进入深部后，巷道围岩体的变形破坏表现出明显的非线性特征从单一能量源分类诱发岩爆来进行岩爆的机理研究是很难系统的摸清其发生本质，只有从上述五种能量源的组合及其之间转化特征出发，发展复合型能量转化为中心的岩爆分类体系，才能够彻底地从能量本源角度认清岩爆发生的机理，并对其提出行之有效的防治措施岩爆防治的三大关键正确地确定岩爆的能量复合型有效地进行复合型能量的转化和释放合理地运用复合型能量转化和释放技术岩爆的的形成和发生，实质上是巷道围岩在井下深部