煤矿深井软岩巷道爆破地震危害及控制研究

For deep soft rock roadway of coal mine is apt to deformed, roof fall and other unstable unsafe phenomenon by blasting dynamical load, this subject take vibration test and analysis of excavation blasting in field for the foundation; through test or monitoring rock mechanics properties, original rock stress, wall rock damage, stress and deformation of wall rock and supporting structure and other parameters, in deep soft rock roadway of coal mine, establishing dynamics calculation model of surrounding rock under blasting dynamic load , then discusses dynamic response characters of soft rock roadway, damage and rap breakage mechanics, and dynamic response characters of supporting structures. By laboratory blasting model testing, parameters of blasting stress wave and seismic wave in different charge structure conditions in the rock medium will be tested, and analysis correlated with the field vibration, wall rock damage results, research reveals blasting seismic wave propagation law of deep soft rock roadway excavation, for establishing a set of the blasting vibration speed, vibration frequency and duration for the integration blasting vibration safety criterion lay the foundation, results of this subject also provides reference parameters of roadway blasting excavation and surrounding rock supporting structure.

针对煤矿深井软岩巷道受爆破动载作用易发生变形、片帮冒顶等不稳定不安全现象，课题以现场掘进爆破振动测试和分析为基础，通过对深部软岩巷道岩石力学性质、原岩应力、围岩损伤、围岩及支护结构受力变形等参数进行测试或监测，建立爆破动载荷作用下巷道围岩动力学计算模型，探讨爆破动载作用下软岩巷道围岩动态响应特征和损伤、松动破裂机理，以及支护结构体的动态受力特性。通过实验室爆破模型试验，对不同装药结构条件下岩石介质中爆炸应力波参数和爆破地震波参数进行测试，并与现场振动、围岩损伤测试结果进行对比分析，研究揭示深井软岩巷道掘进爆破地震波传播规律，为建立集爆破振动速度、振动频率和持续时间为一体的爆破振动安全判据奠定基础，课题研究为选定合理巷道掘进爆破参数和围岩支护结构参数提供依据。

钻爆法是煤矿巷道施工最经济高效的方法，随着开采深度和规模的增加，巷道爆破施工单孔装药量和总药量也增大，爆破掘进对围岩及支护结构的不利影响也增大。项目研究基于软岩强度低、稳定性差的特点，开展软岩巷道爆破掘进地震危害及控制的基础研究。. 项目以煤矿软岩巷道掘进爆破地震效应为研究对象，通过对巷道掘进爆破地震波监测和分析，得到煤矿深部巷道掘进爆破振动传播的一般规律及其与地面爆破振动的差异性；结合Matlab软件，分别采用HHT变换和小波包变换对实测振动信号进行分析比较，软岩巷道掘进爆破能量主要集中在260Hz以内的低频区域，根据频率范围可以划分为若干个“子频带”，在0~160 Hz频带范围内分布较为均匀，而160~260 Hz频带能量显著增大；靠近周边孔的崩落孔爆破产生的爆破地震波能量最大。.同时，对围岩松动范围和损伤范围进行测试，结果表明：爆破动载对围岩松动范围影响占最终松动半径的10%左右，且距爆源距离的增大，影响逐渐减小。爆破动载荷作用下巷道支护结构与围岩影响的FLAC数值模拟研究表明，爆破动载对围岩塑性区范围程度远不及初始地应力的影响，混凝土喷层的厚度对围岩塑性区的发展起到限制作用，可通过改变初喷与复喷的时机、厚度提高支护效果。. 项目还通过装药结构相似模型试验研究炮孔不耦合介质和不耦系数对爆破应力波、地震波以及爆炸能量传播的影响，结果表明：周边眼宜采用不耦合系数较大的空气和水不耦合装药；掏槽眼和崩落眼以及松动爆破等，可采用不耦合系数较小的水不耦合装药，提高爆破效率。并从雷管延迟时间、爆破参数等方面提出控制爆破能量造成围岩损伤措施。. 通过项目负责人和成员的共同努力，项目圆满的完成了项目批准书的既定研究目标，对煤矿巷道掘进爆破地震效应与控制较为深入系统的研究。