阿舍勒銅礦新主井巖爆處理探討

陳乘棟

（新疆哈巴河阿舍勒銅業(yè)股份有限公司 哈巴河 836500）

1 工程概況

阿舍勒銅礦是一個以銅礦為主的大型銅—鋅金屬礦山，目前礦山400m 以上已形成主、副井及斜坡道聯(lián)合開拓系統(tǒng)，采礦規(guī)模為4000t/d，截止2010 年底，400m以上主采區(qū)可采礦量較少，服務年限不長，阿舍勒銅礦開始二期開采建設，開采400～0m之間的礦體，已探明400m以下銅硫礦和銅鋅硫礦礦石儲量1753.09 萬噸；銅金屬儲量41.34 萬噸，平均品位2.36%；鋅金屬儲量12.04 萬噸，平均品位0.69%。二期建設完成后，該礦將形成采選能力6000t/d的礦山。

井筒地層以古生界泥盆系和石碳系為主，巖性為各類凝灰?guī)r、角礫巖、沉凝灰?guī)r、流紋斑巖、玄武巖、安山巖、變礫巖等大型火山碎屑巖及火山巖，巖石硬度系數(shù)f=5～10，平均比重2.76t/m3，松散系數(shù)1.69，井筒涌水量＜5m3/h，井筒工程水文地質(zhì)條件簡單，巖性復雜，富水性弱，有一定的靜儲量。

新主井位于礦體的下盤7#勘探線附近，與新副井相距60m。主井作為提升礦石井，井筒凈直徑為Φ 5.2m，井口標高910m，井底標高-332m，總井深1242m。井頸段采用鋼筋混凝土支護，支護厚度500mm，井筒段采用素混凝土支護，支護厚度300mm。

2 巖爆現(xiàn)象的產(chǎn)生及分析

2.1 巖爆的解釋

巖爆是巖石工程中圍巖體的突然破壞，并伴隨著巖體中應變能的突然釋放，是一種巖石破裂過程失穩(wěn)現(xiàn)象，當巖體中聚積的高彈性應變能大于巖石破壞所消耗的能量時，破壞了巖體結(jié)構(gòu)的平衡，多余的能量導致巖石爆裂，使巖石碎片從巖體中剝離、崩出。

巖爆往往造成開挖工作面的嚴重破壞、設備損壞和人員傷亡，已成為巖石地下工程和巖體力學領(lǐng)域的世界性難題。輕微的巖爆僅剝落巖片，無彈射現(xiàn)象。嚴重的可測到4.6級的震級，一般持續(xù)幾天或幾個月。發(fā)生巖爆的原因是巖體中有較高的地應力，并且超過了巖石本身的強度，同時巖石具有較高的脆性度和彈性。這時一旦地下工程破壞了巖體的平衡，強大的能量把巖石破壞，并將破碎巖石拋出。預防巖爆的方法是應力解除法、注水軟化法和使用錨栓-鋼絲網(wǎng)-混凝土支護。

2.2 巖爆的產(chǎn)生

2013年6月25日14:10，新主井工程施工至-58m標高段（即井深968m），白班工作面出渣，當渣工完成出渣，在井底進行清底即將完畢時，突然聽到一聲特別巨大的爆破聲來自腳下（與日常新主井掘進爆破很相似），井底工作面五名清底人員感到震感特別強烈，完整的地板突然鼓起，其中一人由于腳下的震動站立不穩(wěn)，從井底工作面的一幫跑到另一幫，蹦起的少量飛起的碎石塊打傷另一名工人的手臂。井筒工作面南面幫上巖壁的巖石有部分片幫垮落，井底2m3左右的積水瞬間下滲消失。井口信號工與井口棚外正在行走的工人都聽到了來自井下疑似放炮的響聲。巖爆產(chǎn)生過后，井底地板爆裂及南幫井壁片幫的巖石清出約20m3，局部有一米深，其余還有個別地方出現(xiàn)巖石破碎。

2.3 巖爆產(chǎn)生條件

產(chǎn)生巖爆一般具備以下幾個條件：

①近代構(gòu)造活動山體內(nèi)地應力較高，巖體內(nèi)儲存著很大的應變能；

②圍巖新鮮完整，裂隙極少或僅有隱裂隙，屬堅硬脆性介質(zhì)，能夠儲存能量，而其變形特性屬于脆性破壞類型，應力解除后，回彈變形很小；

③具有足夠的上覆巖體厚度，一般均遠離溝谷切割的卸荷裂隙帶，埋藏深度多大于200m；

④無地下水，巖體干燥；

⑤開挖斷面形狀不規(guī)則，造成局部應力集中。

⑥在溶孔較多的巖層里，則一般不會發(fā)生巖爆。

2.4 巖爆產(chǎn)生特點

巖爆一般具有以下特點：

①在未發(fā)生前，并無明顯的征兆，雖經(jīng)過仔細尋找，并無空響聲，一般認為不會掉落石塊的地方，也會突然發(fā)生巖石爆裂聲響，石塊有時應聲而下，有時暫不墜下。

②巖爆發(fā)生的地點多在新開挖的工作面附近，個別的也有距新開挖工作面較遠，常見的巖爆部位以拱部或拱腰部位為多；巖爆在開挖后陸續(xù)出現(xiàn)，多在爆破后的2～3 小時，24 小時內(nèi)最為明顯，延續(xù)時間一般1～2個月，有的延長1年以上，事前一般無明顯預兆。

③巖爆時圍巖破壞的規(guī)模，小者幾厘米厚，大者可多達幾十噸重。石塊由母巖彈出，小者形狀常呈中間厚、周邊薄、不規(guī)則的片狀脫落，脫落面多與巖壁平行。

④巖爆圍巖的破壞過程，一般新鮮堅硬巖體均先產(chǎn)生聲響，伴隨片狀剝落的裂隙出現(xiàn)，裂隙一旦貫通就產(chǎn)生剝落或彈出，屬于表部巖爆；在強度較低的巖體，則在離隧洞掌子面以里一定距離產(chǎn)生，造成向洞內(nèi)臨空面沖擊力量最大，這種巖爆屬于深部沖擊型。

3 處理方案

（1）井下施工應派專人監(jiān)視井壁巖石變形破壞和巖層開裂聲響等異常現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)異常及時組織撤離，確保人員安全。

（2）在掘進過程中采用“短進尺、多循環(huán)”。嚴格實行光面爆破，控制用藥量，盡可能減少爆破對圍巖的影響，并使開挖斷面盡可能規(guī)則，減小局部應力集中。

（3）爆破后對井壁灑水，軟化巖層釋放應力。

（4）每茬炮的掏槽眼孔深由2.5米變更為3米，其余孔深保持不變，起到提前釋放應力。必要時在井壁和井底打泄壓孔。每循環(huán)掘進前先垂直于井壁打3m深鉆孔，間距2米，井底打6-8個4米深的鉆孔，以避免應力集中現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（5）做好噴射混凝土支護的準備工作，需要時立即對井壁采取噴射混凝土支護，封閉巖面。

4 總結(jié)

經(jīng)過本次對巖爆產(chǎn)生的因素、巖爆特點的分析以及巖爆處理方案的確定，有助于今后在施工過程中，提前預防巖爆的產(chǎn)生，減少巖爆產(chǎn)生時造成的安全事故。