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岩爆

/rockburst/
条目作者刘建坡

刘建坡

最后更新 2023-04-24
浏览 308
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岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下突然猛烈释放,从而导致岩石弹射、抛掷,并伴随声响和震动的现象。

英文名称
rockburst
所属学科
矿业工程

自1738年英国的锡矿岩爆首次报道以来,在南非、波兰、加拿大、美国、印度、澳大利亚、中国、日本等国家和地区均记录有岩爆灾害的发生。岩爆最初主要见于深埋的采矿巷道或竖井内,如发生在埋深千米以上的南非、加拿大和澳大利亚等国矿山的巷道和竖井施工过程中,后来在埋藏较浅的交通隧道、排污管道、引水隧洞甚至输油管道等工程的施工中也频繁发生。

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。岩爆是深部工程开挖或开采过程中常见的一种地质灾害,直接威胁施工人员和设备的安全,影响工程进度,甚至摧毁整个工程和诱发地震,造成地表建筑物损坏。

一般将岩爆类型划分为剥落型、碎胀型、弹射型和抛掷型四大类。①岩体剥落是一种可以在开挖面附近显著看到的岩石渐进破坏过程,包括延伸或张拉破坏以及剪切破坏过程,剥落破坏可能是逐步发展的,也可能以应变型岩爆的方式突然出现;②岩体碎胀是由于大块或中等块度节理岩体破坏而导致的体积增长过程,由于侧向收缩,岩体破碎成块状并沿径向朝洞内移动;③岩体弹射是指地下工程破坏了岩体的平衡,强大的能量导致岩石破坏,并将破碎岩石抛出;④岩体抛掷是由于围岩处于高应力环境时,围岩所受应力超过围岩自身强度,致使围岩破裂并出现抛掷。

根据岩爆发生时的声响、发生后的破坏形态、破坏深度、破坏范围、块体大小、持续时间等,将岩爆划分为轻微、中等、强烈、剧烈四级。①轻微岩爆一般指围岩表层有爆裂脱落、剥离现象,内部有噼啪、撕裂声响,岩爆零星间断发生,对施工作业影响较小;②中等岩爆一般指围岩爆裂脱落、剥离现象较为严重,有弹射,可听见清脆的爆裂声,有一定持续时间,影响深度可达1米左右,对施工有一定影响;③强烈岩爆一般指强烈的爆裂弹射,有似机枪子弹射击声,岩爆具有延续性,并向围岩深部发展,影响深度可达2米左右,对施工影响较大;④剧烈岩爆一般指剧烈的爆裂弹射甚至抛掷破坏,有似炮弹巨响声,岩爆具有突发性,并迅速向围岩深部发展,影响深度较大,严重影响甚至摧毁工程。

岩爆孕育发生的内在原因包括岩体物理力学性质、结构面分布、储能特征、脆性特征等,外在因素包括应力条件、开挖扰动等因素。不同岩体条件和外力作用所诱发的岩爆形成原因有很大的不同,需要采取不同的岩爆灾害的监测、预警和防控措施。

岩爆孕育机理非常复杂,根据岩爆发生机理与发生时间,将岩爆划分为即时型岩爆和时滞型岩爆。即时型岩爆是指在开挖卸荷效应影响作用下,完整坚硬围岩中发生的岩爆,多在开挖后几个小时或1~3天内发生;时滞型岩爆是指高应力区开挖卸荷后引起应力调整从而发生的岩爆,在深埋高应力区开挖时较为普遍,根据岩爆发生的空间位置可分为时空滞后型和时间滞后型。时空滞后型主要发生在开挖应力调整扰动范围之外,发生时往往空间上滞后一定距离,时间上滞后该区域开挖一定时间;时间滞后型发生在应力调整结束后一段时间,是时滞型岩爆的一种特例。

  • 冯夏庭,陈炳瑞,张传庆,等.岩爆孕育过程的机制、预警与动态调控.北京:科学出版社,2013.
  • 王春来,吴爱祥,刘晓辉.深井开采岩爆灾害微震监测预警及控制技术.北京:冶金工业出版社,2013.
  • 蔡美峰,冀东,郭奇峰.基于地应力现场实测与开采扰动能量积聚理论的岩爆预测研究.岩石力学与工程学报,2013,32(10):1973-1980.

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