采矿环境下的岩爆预警与应对策略探讨

采矿环境下的岩爆预警与应对策略探讨

刘辉华

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摘要：本文深入探讨了采矿工程中岩爆现象的成因、预警技术及其应对策略。岩爆作为一种动力地质现象，其发生与地应力、岩体物理力学性质及开采方式紧密相关。文章首先分析了岩爆的成因，随后介绍了包括钻孔应力测试、岩体变形监测、声发射技术和光纤光栅传感技术在内的多种岩爆预警技术，并讨论了这些技术在实际采矿作业中的应用。文章提出了岩爆应对策略，包括工程措施、管理措施和应急预案的制定，并通过实践案例分析了这些策略的有效性。文章强调了持续研究岩爆机理、发展智能化预警系统和创新防治技术的重要性，以促进采矿工程的安全性和可持续性。

关键词：岩爆；采矿工程；预警技术；应对策略；安全性

引言：

岩爆，作为一种突发性地质灾害，其破坏力之大，对采矿工程的安全性和效率构成了不容忽视的挑战。随着采矿技术的发展，对岩爆的预警与应对策略的研究显得尤为重要。本文将从岩爆的成因入手，分析其发生机理，进而探讨有效的预警技术，以及在不同采矿环境下的应对措施。通过实地调研和数据分析，本文旨在为采矿企业提供一套科学的岩爆预警与应对策略，以期最大限度地减少岩爆带来的损失。

一、岩爆现象概述与成因分析

岩爆，作为一种在地下工程和采矿活动中常见的动力地质现象，其发生往往伴随着岩石的突然断裂和弹射，对工程安全和人员安全构成了极大的威胁。岩爆现象的成因复杂，涉及地质构造、岩体物理力学性质、地应力状态以及开采方式等多种因素。深入分析岩爆的成因，对于预测和防范岩爆具有重要意义。岩爆的发生首先与地应力状态密切相关。在地下工程开挖过程中，原有的地应力场受到扰动，导致应力重新分布。当局部应力超过岩石的强度极限时，便可能触发岩爆。研究表明，岩爆更易发生在高地应力区域，如断层带、褶皱轴部等地质构造复杂地带。岩体的物理力学性质也是影响岩爆的关键因素之一。岩石的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度等参数，决定了岩石在受力后的变形和破坏特性。一般来说，弹性模量越高，岩石越容易发生岩爆。

在采矿工程中，开采方式的选择对岩爆的发生也有显著影响。传统的爆破法开采由于瞬间释放大量能量，容易引起岩爆。相比之下，采用控制爆破、机械切割等温和开采方式，可以降低岩爆发生的概率。然而，无论采用何种开采方式，随着开采深度的增加，岩爆的风险也随之增大。这是因为深部岩体承受的原岩应力更高，且岩石的物理力学性质可能因高地温、高地压等条件而发生变化。为了更准确地预测岩爆，近年来发展了一系列岩爆预警技术。这些技术通过监测岩体的变形、应力、声发射等信息，分析岩爆的前兆特征，为岩爆预警提供了科学依据。例如，通过钻孔应力测试可以获取岩体的原岩应力状态，而岩体变形监测则可以反映应力的动态变化。声发射技术能够捕捉到岩石在破坏过程中释放的能量信号，从而实现岩爆的早期识别。

二、岩爆预警技术及其应用

岩爆预警技术是采矿工程安全管理的重要组成部分，其核心目标是在岩爆发生前识别出潜在的风险，以便采取相应的预防措施。随着科技的进步，岩爆预警技术已经从单一的应力监测发展到了多参数、多技术的综合监测系统。岩爆的预警通常基于对岩体内部应力状态的实时监测。钻孔应力测试是一种常用的方法，它可以直接测量岩体中的原岩应力，为岩爆风险评估提供定量依据。例如，在一项针对深部硬岩矿山的研究中，通过钻孔应力测试发现，当岩体的垂直应力超过80 MPa时，岩爆发生的概率显著增加。除了应力监测，岩体变形监测也是预警岩爆的重要手段。地表和地下的位移监测可以反映出岩体在应力作用下的变形特征，从而预测岩爆的可能性。在某金属矿的岩爆预警实践中，通过地表位移监测发现，岩爆发生前12小时，地表位移速率会出现明显加快，这为岩爆的及时预警提供了关键信息。

声发射技术作为一种新兴的岩爆预警手段，通过捕捉岩石在应力作用下产生的声波信号，实现岩爆的早期识别。AE技术具有实时性强、灵敏度高的特点，可以捕捉到岩石微破裂的信息，为岩爆预警提供了新的视角。在一项实验室研究中，通过AE技术监测到的岩石破裂前兆信号，比传统应力监测提前了约30分钟。除了上述技术，光纤光栅传感技术也在岩爆预警中展现出了巨大潜力。该技术利用光纤光栅对应力、温度等物理量的敏感性，实现对岩体内部环境的高精度监测。在某深部煤矿的岩爆预警项目中，通过光纤光栅传感系统，成功预测了多起岩爆事件，避免了重大安全事故的发生。综合运用多种预警技术，可以提高岩爆预警的准确性和可靠性。在实际应用中，需要根据具体的地质条件、岩体特性以及开采工艺，选择最合适的预警技术组合。

三、岩爆应对策略与实践案例分析

岩爆的应对策略是采矿安全领域中一个至关重要的研究课题，它不仅涉及工程技术的实施，也包括管理措施的制定。有效的岩爆应对策略能够显著减少岩爆带来的损害，确保采矿作业的顺利进行。在岩爆应对策略中，工程措施是基础。通过优化地下工程的开挖顺序和支护设计，可以有效降低岩爆发生的风险。例如，在某些高应力区域，可以采用分步开挖法，即先开挖一个小断面的导硐，随后逐步扩大到设计断面，以减少单次开挖引起的应力集中。合理的支护设计也是关键。在岩爆易发区域，采用锚杆、喷射混凝土和钢架等联合支护方式，可以提高岩体的稳定性，抵御岩爆带来的冲击。

在管理层面，建立一套完善的岩爆应急预案是必要的。这包括岩爆发生时的快速响应机制、人员疏散路线、以及应急物资的储备等。通过定期的应急演练，可以提高矿工对岩爆的防范意识和应对能力。实践案例分析显示，结合工程措施和管理措施的综合应对策略，在岩爆防治中发挥了重要作用。在某金矿的开采过程中，通过实施上述策略，成功避免了多起岩爆事件，保障了矿山的安全生产。具体来说，该矿山在高应力区域采用了分步开挖和联合支护技术，制定了详细的岩爆应急预案，并进行了多次演练，提高了矿工的应急处置能力。

岩爆应对策略的实施也需要依赖于先进的监测技术。通过实时监测岩体的应力、变形和声发射等参数，可以及时发现岩爆的前兆，为采取应对措施提供依据。在某深部铜矿的岩爆预警与应对实践中，通过安装应力监测仪器和声发射监测系统，实现了对岩爆前兆的实时监测，为矿山的安全生产提供了有力保障。

结语

本文综合分析了岩爆现象的成因、预警技术及其应用，并探讨了有效的岩爆应对策略与实践案例。岩爆作为地下工程中的一种严重灾害，其预警与防治对于保障矿工安全和提高采矿效率至关重要。通过采用先进的监测技术、优化工程措施和建立完善的应急预案，可以显著提高岩爆的预警准确性和应对效率。未来的研究应继续深化对岩爆机理的认识，发展更为智能化的预警系统，并探索更多创新的防治技术，以实现采矿工程的可持续与安全发展。

参考文献：

[1] 李强, 张建华. 岩爆预警技术在深部采矿工程中的应用研究[J]. 矿业研究与开发, 2022, 42(2): 85-90.

[2] 王晓峰, 赵铁柱. 岩爆灾害防治技术进展[J]. 矿业安全与环保, 2021, 38(4): 1-8.

[3] 刘波, 陈立新. 岩爆机理与防治措施综述[J]. 工程地质学报, 2020, 28(3): 647-656.