深孔断顶爆破防治冲击地压的理论分析
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摘 要：在我国经济的飞速发展下，能源产业的发展也得到了很快的拉动。尤其是一些耗能较大的企业对于能源的需求量与日俱增，如何降低在使用能源方面的成本是各个企业都亟待解决的问题。本文中就这个问题探寻其源头，去改善煤矿开采中的施工手段，通过使用深孔断顶爆破的方法防治冲击地压现象的发生。这样就可以通过改进技术的手段在一定程度上保障施工中的安全。
关键词：冲击地压；深孔断顶爆破；压缩变形
中图分类号：TU473.1+5 文献标识码：A
1 冲击地压产生的原因
在矿井隧道开挖中，围岩在会受到施工中的附加应力作用导致扰动，尤其是在岩层是硬质或者是脆性的时候，这些岩石结构尤为容易发生岩石的崩裂。岩石中的围岩因受到了来自不同方向，强度不一样的压力使得崩裂的现象叫做冲击地压。冲击地压还会产生在一些地质非常褶皱的硬质岩层构造中。冲击地压也岩层的断层和分布有着紧密的关系。在掌子面爆破开挖的时候，会使大量的岩石穿未爆破的岩层中，整个围岩的应力就发生了很大的变化，而且岩层的密实度急剧升高，产生岩石的崩裂，这也是产生冲击地压的主要原因。这些情况一般都发生在人们无法预测的情况下，一旦发生很有可能出现很多人员的伤亡情况，为了解决这个棘手的问题，我们提出了相应的施工方法。
在现在的技术中，也找寻了一些相关的技术手段来控制冲击地压带来的危害，其中解决的方法有：（1）有对岩石的应力及时检查，一旦应力值超出了临界值，技术人员就要考虑用卸力的方式来缓解围岩产生极大的压力；（2）对岩石开挖时使用初次支护和二次支护，将钢筋锚插入岩体中，然后在喷射高强混凝土砂浆，另外还要设置安全网，防治岩石滑落，起到保护的作用；（3）在岩层中灌注溶解剂，一来是使岩石的硬度在一定程度上降低，二来是将位置不相符的岩石更加的贴合和密实，起到加固围岩的作用。综合以上的手段也都是在很小范围内缓解冲击地压产生的影响，但是深孔断顶爆破方法起到的效果会更加明显。
2 深孔断顶爆破如何应对冲击地压
深孔断顶爆破的方法可以有效的解决冲击地压的不良影响。它的原理是在岩石的裂缝、空隙中安装炸药，等待炸药爆炸后，炮孔周围的岩层会使得周围的围岩更加密实，形成强大的荷载作用面，这个作用面会在掌子面上的岩石产生了压缩变形，荷载会朝着岩石产生平行的位移，这样一来，围岩就受到了很大的压应力和切应力，变形的程度也胡进一步变大，当这些附加应力变大到一定的程度，本身的岩石就会被强大的作用力拉伸变形，甚至产出很大的裂缝，这也是我们所说的剪切破坏，使得岩石内部的作用力得到了分解。此外，还考虑到一个热胀冷缩的效应，在炸药爆炸时会产出大量的内能，随着岩石的变形加大，岩层内的温度也逐渐降低，这时岩石也会有小幅度的回缩，导致岩层中产生的缝隙更大，进一步分解了因挤压产生的作用力。
接下来我们就这样的方法做出相关的可行性分析。这里所说的深孔断顶爆破可以很好并且最快的改善岩层顶部条件的技术，通过在岩层顶部安放炸药的形式，使得岩层顶部出现裂缝和破坏了周围围岩的坚实度，这样一来可以彻底改变岩层的受力情况，将应力场的改变是使岩层在原有的基础上降低了压力，产生的裂缝也可以起到缓冲岩石于岩石挤压产生新的附加应力的作用。在已挖好的巷道中，人为的将顶部岩层用爆破的方式取下，或者是自由掉落，这样能够迅速减少弹性能量的聚集，因此可以得出深孔断顶爆破对于防治冲击是切实可行的。随着现在开挖越来越深挖的现状，这样的方法无疑是对冲击地压最好的防治方法。
3 深孔断顶爆破的施工要点
3.1 对爆破区域上部结构有充分的了解
在开挖前，对相应的工作区域要了初步的认识，对于地质勘查要十分详细，尤其是水文和岩层情况，在爆破前要做出可行性分析报告，在确定可爆破后还要撤出顶部爆破岩层上方的所有车辆和人员，不允许在爆破区域有任何的多余荷载，避免其他物体存在在施工区域上方。
3.2 对顶部爆破时的注意事项
爆破时会产生大量的飞石，要把人员和车辆撤出到安全位置。在爆破中选择合理的炮眼，在爆破结束后，确定所有炮眼都已爆破结束后，使用鼓风机将巷道中的灰尘和不良气体排出，这个过程规定至少半个小时，待这些任务完成后，施工人员方可带防尘面罩进入巷道清理碎石。另外还要谨慎处理上方可能掉落的碎石。在爆破时，要充分考虑到凌空面的选择，使炸药的威力彻底的使岩层分离开来，做到岩石产生裂缝的效果。
3.3 加强爆破后期的支护
在爆破前期，可以对巷道进行加固处理，提高岩层的抗震能力，在爆破后，第一时间安装支护装置，使用早强混凝土和钢筋可以起到对围堰保护和防止碎石滑落的效果。增大防护结构的整体性，提高刚度，切实起到支撑围岩的作用。
4 对深孔断顶爆破的监控
在岩石的缝隙中安装炸药使岩石产生的裂缝更大，但是如何知道岩石受到了哪些力，就不得不用监控的手段，在岩层受到爆炸威力的作用，岩层会出现位移和变形，在岩层上安装应力片，实时感应岩层的变化情况，尤其在岩层条件不好的地方严格控制岩层的变化趋势，大量的采集相关数据。如果围岩被破坏了，达不到应有的支护强度，就要避免开挖人员进入巷道，立刻组织工程技术人员对出现问题的区域进行加固处理。另外，在岩层中产生裂缝，这就很有可能出现渗水的现象。监控的职责有表现在对多余水分的检测。
在实施预裂爆破前，掌子面中的岩石回挖过程中，辅顺侧切顶线后方顶板垮落具有明显的规律性，顶板留出的空间也变得越大，被爆破的岩层会慢慢掉落，呈现明显的回转角，最后顶板的岩层呈现出整体、无多余岩层的形状，未出现明显的顶板垮落现象。在进行了深孔断顶爆破后，通过对现场的监控，工作面回采后，四组爆破位置顶板基本在工作面推过切顶线后即自行垮落，说明爆破起到了人为改变的显著效果。
监控还能了解岩石的变形，掌握岩石的相关信息，这样可以减少人为的对岩石的了解，避免出现一次爆破不完全的，需要再次爆破的事情发生，这也降低在开挖中的预算成本，达到了经济目的。
结语
即便全世界对于冲击地压的研究已经有很多年了，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，进行动态分析，但是对于冲击地压的复杂性还是难以完全了解。我们本文中使用深孔断顶爆破的方法也只是在小范围内使岩体提前出线裂缝以达到分解应力的作用。但是这样的方法认为控制性不强，很难做到一次性完成或者彻底成功的工作。所以，在研究中，如何防治因冲击地压产生的危害还将是一个重要话题，对于深孔断顶爆破的方法还将进一步探讨和研究，争取在短期内拿出一些更加切实可行的方案。
参考文献
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