岩爆预测的基础是岩爆发展规律的解释,预测的目的是确定岩爆发生的可能位置和监测措施的有效性,从而保证矿山作业的安全。
一、岩爆预测内容
岩爆预测内容见下图框图。
二、岩爆风险的预测方法
(一)目测检查法
目测是预测的基本方法,主要是观察巷道或采场围岩的片帮情况。剥落厚度一般为1 ~ 10 mm,可见新鲜岩石破裂面。
隧道爆破观测后,常伴有噪声和1 ~ 10厘米的片状浮石,预示着高应力区岩体的出现。
隧道爆破后,隧道侧的岩石连续切片喷出,伴随着尖锐的声音,喷出的岩石切片有锋利的边缘。
在观测巷道(采场)与应力集中交汇处时,突然发生巨大声响和振动,大量岩体破碎破坏,导致支架坍塌、支架开裂,称为岩爆。山西大同马脊梁矿发生了中国最大规模的冲击地压。矿井的顶板岩层坚硬完整。当采区空达到15万m2时,岩体突然大面积破裂,井口喷出300m高的粉尘。地面沉降面积达7×104m2,地面房屋摇晃开裂,震级3.2级。
(2)监测方法
采用岩体声发射监测仪。一个测点的控制范围约为5 ~ 8m,两个测点之间的距离小于16m。每次监测应连续监测五分钟,分别记录每分钟的声音次数。将五个频率变化值中的最大值Namx作为特征值。一般参考值为:
每个子句Nmax≥ 20次。初步判断岩石已经进入严重破坏阶段,每天至少要监测一次。
每分钟10次≤ nmax <每分钟20次,岩体处于破坏阶段,应每天监测一次;
每分钟5次≤ nmax <每分钟10次,岩体处于破坏初期,应每两天监测一次;
当Nmax < <每分钟5次时,每三天监测一次。
考虑到井下条件较差,检波器最好配备放大器和高效放大器,输出阻抗要与探头匹配。监听耳机和数字录音机可以作为定性监听。高速记录和磁带录音机可用作定量监测。
三。岩爆的预防
合理的开采顺序和开采工艺是防治冲击地压的主要方法。降低岩体总能量的具体方法有:
(1)爆破方法,不同的爆破参数有不同的作用,一种是扰动爆破法,一种是振动爆破法。
扰动爆破法是用装药爆破的方法使工作面附近的岩体开裂,从而降低应力集中,形成保护区。保护区宽度约为巷道跨度的两倍,一般不小于2m,对于采掘工作面,约等于层厚,一般不小于3m。炮孔间距不超过1 ~ 1.5m,侧孔距巷道周边不超过0.7m,装药系数为0.5。南非维特切尔斯兰金矿成功地采用了扰动爆破方法来降低岩爆风险。
振动爆破是利用振动爆破诱发低能岩爆的一种方法,可以降低势能积聚的程度,防止高能岩爆的发生。这种方法已成功地用于德国民主共和国的钾盐矿。
(2)局部注水,用于在岩体节理裂隙发育、透水性好、注水均匀的情况下,降低岩石的弹性模量,防止发生大的岩爆。这种方法被广泛使用。
(3)采用扩大炮孔直径的方法来释放应力,防止大岩爆的发生。
(4)有冲击地压危险的矿井,巷道分两次开挖,先用小断面,再用大刷子,可有效降低岩石喷出程度。
(5)从发展的角度来看,可以从预防冲击能量研究到利用冲击能量采矿,自然崩落法是一种形式。
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