喬國(guó)棟, 劉澤功, 高 魁, 傅師貴, 張健玉, 劉華舉

(1. 安徽理工大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院, 安徽 淮南 232001; 2. 合肥綜合性國(guó)家科學(xué)中心 能源研究院, 安徽 合肥 230031; 3. 淮河能源集團(tuán) 顧橋煤礦, 安徽 淮南 232150)

隨著煤礦開(kāi)采強(qiáng)度的不斷增大, 爆破技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。如爆破預(yù)裂煤層增透[1],厚硬頂板強(qiáng)制放頂[2],巖巷爆破掘進(jìn)[3],爆破過(guò)硬巖斷層[4]等等。在井下生產(chǎn)過(guò)程中不可避免的會(huì)涉及到鄰近既有巷道爆破施工作業(yè)。爆破荷載作用下巷道圍巖會(huì)出現(xiàn)動(dòng)力失穩(wěn)現(xiàn)象[5],增加了巷道支護(hù)及行人、運(yùn)料的風(fēng)險(xiǎn)。

質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度(peak particle velocity, PPV)是我國(guó)GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》和行業(yè)規(guī)范中所規(guī)定的礦山、水電、核電等工程中的爆破振動(dòng)安全判別指標(biāo),其對(duì)爆破荷載作用下巷道的安全判定有著重要意義。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究并取得了豐碩成果。張繼春等[6]對(duì)爆破振速衰減公式進(jìn)行求解及驗(yàn)證;Jiang等[7]利用數(shù)值模擬結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的研究方法得出了隧道襯砌與周?chē)鷰r體的振速衰減趨勢(shì)不同的結(jié)論,并基于最大抗拉強(qiáng)度理論得出了隧道圍巖的最大安全振速;易長(zhǎng)平等[8]根據(jù)圍巖的應(yīng)力和振速分布,結(jié)合圍巖的抗拉強(qiáng)度,求解獲得了多種工況下圍巖的臨界破壞振速;吳亮等通過(guò)數(shù)值模擬的方法設(shè)計(jì)了不同布置條件下鄰近隧道爆破對(duì)既有隧道的影響,研究表明質(zhì)點(diǎn)振速在突變邊界條件下的峰值衰減指數(shù)大于漸變邊界條件下的衰減指數(shù),并指出拱形結(jié)構(gòu)抗沖擊荷載能力比平面好?，F(xiàn)有的文獻(xiàn)研究對(duì)象多為淺埋隧道,而隨著淺部煤炭開(kāi)采殆盡,煤炭開(kāi)采深度正以每年10～25 m的速度增加,多數(shù)礦井已經(jīng)進(jìn)入深部開(kāi)采階段[9]。深部開(kāi)采面臨著“三高一擾動(dòng)”的問(wèn)題,其中深部高應(yīng)力是煤炭開(kāi)采面臨的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。深部巷道圍巖處于高地應(yīng)力狀態(tài),爆破作業(yè)中爆炸能量的釋放、轉(zhuǎn)移、傳遞相較于低應(yīng)力環(huán)境存在較大的區(qū)別。而目前關(guān)于地應(yīng)力對(duì)PPV衰減規(guī)律影響的研究相對(duì)匱乏。

淮南礦區(qū)潘三礦某工作面位于東四11-2煤下部采區(qū),工作面東起潘三-潘一井田邊界煤柱,西至東四采區(qū)下山。工作面內(nèi)11-2煤層總體呈北高南低的單斜狀,煤層產(chǎn)狀180°～260°,煤厚0.1～2.5 m,均厚1.7 m。潘三礦提出了“一巷多用、聯(lián)合治理、連續(xù)開(kāi)采”的瓦斯治理模式,在11-2煤上方巖層內(nèi)設(shè)置有瓦斯綜合治理巷(瓦斯綜治巷)。煤層回采后,未垮落的巖層在采空區(qū)上方形成簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu),從而對(duì)處在采空區(qū)側(cè)向巖層內(nèi)的瓦斯綜治巷造成擠壓。瓦斯綜治巷圍巖變形嚴(yán)重,巷道斷面收縮率高。為了解決采空區(qū)側(cè)向懸臂結(jié)構(gòu)對(duì)瓦斯綜治巷穩(wěn)定性的不良影響,在工作面運(yùn)順施工爆破孔,開(kāi)展超前卸壓預(yù)裂爆破作業(yè)。爆破作業(yè)使用的炸藥類(lèi)型為煤礦許用乳化炸藥,炮孔直徑94 mm,孔深53 m,封孔長(zhǎng)度18 m。經(jīng)超前預(yù)裂爆破后的頂板完整性被破壞,煤層回采后及時(shí)垮落。采空區(qū)側(cè)向巖層的支撐壓力減小,瓦斯綜治巷的圍巖壓力得到顯著改善。巷道布置及超前爆破卸壓作業(yè)示意圖如圖1(a)所示。受上覆巖石重力及煤層采動(dòng)復(fù)合影響,瓦斯綜治巷的圍巖處于高應(yīng)力狀態(tài)。爆破作業(yè)過(guò)程中觀測(cè)到巷道圍巖受爆炸動(dòng)載影響,出現(xiàn)了較為顯著的動(dòng)力響應(yīng)現(xiàn)象。

(a) 超前卸壓預(yù)裂爆破示意圖

為深入研究高地應(yīng)力環(huán)境爆破載荷作用下巷道動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題,本文以潘三礦超前卸壓預(yù)裂爆破擾動(dòng)瓦斯綜治巷為工程背景,開(kāi)展了地應(yīng)力對(duì)PPV衰減規(guī)律的研究。使用ANSYS/LS-DYNA數(shù)值模擬軟件對(duì)巷道圍巖的振速衰減規(guī)律進(jìn)行研究,并通過(guò)理論分析的研究方法從動(dòng)應(yīng)力和振動(dòng)能量的角度對(duì)數(shù)值模擬現(xiàn)象進(jìn)行解釋。以期獲得地應(yīng)力對(duì)巷道圍巖PPV衰減影響的規(guī)律,豐富深部高地應(yīng)力環(huán)境爆破荷載作用下巷道圍巖PPV衰減規(guī)律的相關(guān)成果,指導(dǎo)高地應(yīng)力環(huán)境下鄰近巷道爆破作業(yè)工程實(shí)踐。

1 數(shù)值模擬

1.1 模型設(shè)置

在不影響計(jì)算結(jié)果的前提下對(duì)超前卸壓預(yù)裂爆破工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)化,獲得數(shù)值模擬計(jì)算模型。數(shù)值模擬采用全尺寸分析,炮孔直徑為94 mm,與工程現(xiàn)場(chǎng)一致。模型具體尺寸如圖1(b)所示。

為模擬高地應(yīng)力環(huán)境,給模型施加水平地應(yīng)力Px和垂直地應(yīng)力Py,模型求解可視為平面應(yīng)變問(wèn)題。根據(jù)圣維南原理,巷道及炮孔與模型邊界距離均超過(guò)二者直徑的3倍。模型整體單元類(lèi)型為8節(jié)點(diǎn)SOLID164 三維實(shí)體單元,為消除人為邊界產(chǎn)生的反射波對(duì)數(shù)值模擬計(jì)算的干擾,將其設(shè)置為無(wú)反射邊界。本數(shù)值模擬計(jì)算涉及的是典型的流固耦合問(wèn)題,故使用基于ALE (arbitrary Lagrange-Euler) 的流固耦合算法進(jìn)行模擬。現(xiàn)有研究表明使用該算法在模擬應(yīng)力波激勵(lì)下的巷道動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題上是可行的[10]。

1.2 材料模型與參數(shù)選取

在ANSYS/LS-DYNA數(shù)值模擬軟件中,可以使用*MAT_PLASTIC_KINEMATIC本構(gòu)模型描述爆破荷載下巖石的本構(gòu)關(guān)系[11]。本數(shù)值模擬中巖石材料使用雙線(xiàn)性應(yīng)變隨動(dòng)硬化本構(gòu)模型。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),瓦斯綜合治理巷道圍巖的巖性為泥巖,具體參數(shù)如表1所示。

表1 巖石力學(xué)參數(shù)

使用Jones-Wilkens-Lee (JWL) 狀態(tài)方程描述高能炸藥爆轟產(chǎn)物的壓力、體積與能量之間的關(guān)系。炸藥起爆過(guò)程中的狀態(tài)方程為[12]

(1)

式中:P為爆轟壓力;A,B,R1,R2,ω為炸藥特性參數(shù);E為絕對(duì)內(nèi)能;E0為爆轟產(chǎn)物初始內(nèi)能密度;V為相對(duì)體積。工程現(xiàn)場(chǎng)使用礦用乳化炸藥進(jìn)行爆破,為貼合現(xiàn)場(chǎng),本算例采用文獻(xiàn)[13]校正后的乳化炸藥參數(shù),如表2所示。

表2 炸藥材料參數(shù)

為實(shí)現(xiàn)爆炸模擬的流固耦合效應(yīng)以及爆炸地震波在巷道表面的反射、透射現(xiàn)象,在爆破孔與巷道附近建立空氣Part,空氣使用*MAT_NULL本構(gòu)模型,使用EOS_LINEAR_POLYNOMIAL狀態(tài)方程

P=C0μ+C1μ+C2μ2+C3μ3+(C4+C5μ+C6μ2)E

(2)

μ=ρ/ρ0-1

(3)

式中:C0、C1、C2、C3、C4、C5、C6均為實(shí)常數(shù);E1為空氣單位參考體積初始內(nèi)能;ρ為密度;ρ0為參考密度;V0為初始相對(duì)體積。狀態(tài)方程遵循Gamma定律,空氣參數(shù)如表3所示。

表3 空氣材料參數(shù)

1.3 地應(yīng)力加載

本算例總共設(shè)計(jì)了5種地應(yīng)力工況,如表4所示。

表4 不同地應(yīng)力工況

針對(duì)巖體使用的*MAT_PLASTIC_KINEMATIC本構(gòu)模型,在進(jìn)行爆炸動(dòng)載分析前使用“Dynain 文件法”對(duì)模型進(jìn)行靜力加載可以使圍巖獲得很好的初始應(yīng)力狀態(tài)[14]。截取了初始應(yīng)力為60 MPa的X、Y方向的地應(yīng)力初始化輪廓圖,如圖2所示。從圖2可知,除了炮孔與巷道周?chē)鷧^(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力集中外,其余巖體的應(yīng)力狀態(tài)一致,模型獲得了良好的初始應(yīng)力加載。

(a) X向應(yīng)力

2 地應(yīng)力對(duì)PPV衰減規(guī)律影響分析

2.1 地應(yīng)力對(duì)峰值振速的影響

取炮孔與巷道間水平線(xiàn)段上的118個(gè)單元為測(cè)點(diǎn),考察隨著爆心距增大PPV的衰減情況,測(cè)點(diǎn)在數(shù)值模型中的位置,如圖3所示。

圖3 測(cè)點(diǎn)位置

對(duì)單元測(cè)點(diǎn)振速峰值進(jìn)行提取,繪制不同地應(yīng)力下圍巖PPV隨爆心距增大的衰減曲線(xiàn),如圖4所示。圖中PPV隨著爆心距的增大呈現(xiàn)指數(shù)型下降,巷道迎爆側(cè)圍巖PPV在出現(xiàn)了多次震蕩后曲線(xiàn)尾端呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。受初始地應(yīng)力影響,各PPV衰減曲線(xiàn)存在一定區(qū)別。從圖4可知:① 相同爆心距下PPV與地應(yīng)力大小呈負(fù)相關(guān);② 隨著爆心距增大,PPV衰減速度越來(lái)越緩慢。

圖4 不同地應(yīng)力下圍巖PPV衰減曲線(xiàn)

為考察爆心距對(duì)地應(yīng)力和PPV之間關(guān)系的影響,分別取爆心距0.5 m、1 m、4 m、5 m處的測(cè)點(diǎn)單元,統(tǒng)計(jì)不同地應(yīng)力下的PPV大小,具體數(shù)值如表5所示。從表5可知,不同爆心距下PPV均遵循地應(yīng)力越大PPV越小的規(guī)律,與圖4獲得的結(jié)論一致。

表5 不同爆心距下PPV數(shù)值

為進(jìn)一步明確地應(yīng)力與PPV之間的關(guān)系,繪制了上述4種不同爆心距下圍巖PPV隨地應(yīng)力增大的變化趨勢(shì),如圖5所示。從圖5可知,隨著遠(yuǎn)離炮孔,地應(yīng)力對(duì)PPV影響越來(lái)越弱。如當(dāng)爆心距為0.5 m時(shí),60 MPa工況下的PPV比0工況下減小了12.42 cm/s;而當(dāng)爆心距為5 m時(shí),60 MPa工況下的PPV比0工況下減小了1.65 cm/s。

圖5 不同位置處圍巖PPV隨地應(yīng)力水平變化趨勢(shì)

2.2 地應(yīng)力對(duì)動(dòng)應(yīng)力的影響

現(xiàn)有研究結(jié)果表明,爆破引起的振動(dòng)僅由動(dòng)載產(chǎn)生[15],從動(dòng)應(yīng)力角度可以解釋地應(yīng)力對(duì)PPV的影響。在爆破作業(yè)后,爆破荷載作為動(dòng)荷載通過(guò)地震波作用在巷道圍巖上,改變了圍巖的初始應(yīng)力狀態(tài)。在工程實(shí)踐中,爆破近區(qū)應(yīng)力波的成分主要為P波和S波,而在爆破中遠(yuǎn)區(qū),由于P波傳播速度快,波的主要成分變?yōu)镻波,因此引起巷道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化的因素主要為P波。本算例中,P波主要引起圍巖質(zhì)點(diǎn)的X方向的水平振動(dòng),故對(duì)X方向圍巖單元峰值動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行提取,并繪制峰值動(dòng)應(yīng)力隨爆心距增大的衰減曲線(xiàn),如圖6所示。

圖6 不同地應(yīng)力下圍巖峰值動(dòng)應(yīng)力衰減曲線(xiàn)

從圖6可知,不同地應(yīng)力工況下峰值動(dòng)應(yīng)力衰減曲線(xiàn)走向一致,均呈現(xiàn)指數(shù)型衰減趨勢(shì)。在數(shù)值上表現(xiàn)為地應(yīng)力越大,相同爆心距的動(dòng)應(yīng)力峰值越小。

在爆破地震學(xué)中根據(jù)動(dòng)量、質(zhì)量、能量三大守恒定律可以推導(dǎo)出巖石沖擊波參數(shù)計(jì)算公式[16]

(4)

式中:g為重力加速度;U為波陣面上質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度;Ub為爆炸地震波的傳播速度;ρ1爆破前的巖石密度。

天然地震波的動(dòng)應(yīng)力在一維情況下可以由波動(dòng)力學(xué)公式得出

σ=ρ2cvo

(5)

式中:σ為地震波產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力;ρ2為介質(zhì)密度;c為天然地震波在介質(zhì)中的波速;vo為質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度。對(duì)比式(4)、式(5),兩者具有高度一致性,因?yàn)樘烊坏卣鸩ㄊ且环N彈性波,而爆炸沖擊波最終會(huì)衰減為地震波,地震波同樣是一種彈性波。因此可以將式(5)作為爆破地震波產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力的計(jì)算公式[17]。如不考慮爆破前后介質(zhì)密度及地震波波速的變化,那么動(dòng)應(yīng)力σ與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度vo成正比。當(dāng)σ為峰值動(dòng)應(yīng)力時(shí),對(duì)應(yīng)的vo為峰值振動(dòng)速度,故可從地應(yīng)力對(duì)峰值動(dòng)應(yīng)力衰減影響的角度來(lái)解釋圍巖PPV衰減規(guī)律。即隨著地應(yīng)力增大,原巖應(yīng)力的夾制作用導(dǎo)致巷道圍巖在相同振動(dòng)激勵(lì)作用下獲得相對(duì)更小的動(dòng)應(yīng)力,從而獲得的PPV也更小。

2.3 地應(yīng)力對(duì)振動(dòng)能量的影響

地應(yīng)力會(huì)使巖體的密度、縱波波速、介質(zhì)阻尼等發(fā)生一定程度的變化,這些特性的變化會(huì)對(duì)爆炸地震波能量的衰減情況造成影響。使用Sanchidrián等[18]提出的爆炸地震波能量計(jì)算方法

(6)

Es=ρ2c0v2

(7)

根據(jù)式(7)繪制爆心距3 m處測(cè)點(diǎn)單元的能量時(shí)程曲線(xiàn)圖,如圖7所示。

從圖7中曲線(xiàn)的放大區(qū)域可知,不同地應(yīng)力下地震波的峰值能量大小存在顯著區(qū)別,即隨著地應(yīng)力增大,單元的峰值振動(dòng)能量降低。在不考慮地應(yīng)力時(shí)單元振動(dòng)峰值能量為2.96×105J,而當(dāng)?shù)貞?yīng)力為10 MPa、20 MPa、40 MPa、60 MPa時(shí)能量峰值分別為2.85×105J、2.83×105J 、2.51×105J 2.27×105J,分別比不考慮地應(yīng)力時(shí)的能量小了3.72%、4.39%、15.2%、23.31%。式(7)表明地震波峰值能量對(duì)振速峰值有著決定性影響,即當(dāng)Es為峰值能量時(shí),v達(dá)到峰值振速。因此從地應(yīng)力對(duì)峰值能量的影響的角度可以很好的解釋其對(duì)PPV的的影響規(guī)律。

幾何擴(kuò)散以及介質(zhì)阻尼是地震波能量衰減要考慮的主要因素。本數(shù)值模擬計(jì)算中,測(cè)點(diǎn)單元位置一致(爆心距3 m),這種情況下幾何擴(kuò)散因素受地應(yīng)力的影響可以忽略,主要考慮介質(zhì)阻尼因素。地震波在巖石中傳播的相關(guān)研究中,常用品質(zhì)因子描述介質(zhì)阻尼。品質(zhì)因子定義為一個(gè)周期內(nèi)的爆炸地震波總能量與損失能量之間的比值,現(xiàn)有研究表明,品質(zhì)因子與縱波波速存在如下關(guān)系[19]

(8)

式中:q為品質(zhì)因子;η為阻尼介質(zhì)導(dǎo)致地震波能量損失的衰減系數(shù);cT為介質(zhì)中P波波速;ω1為圓頻率。從式(8)可知,品質(zhì)因子越大,則地震波能量衰減系數(shù)越小,相同情況下地震波能量損失越少。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)歸納出P波波速與品質(zhì)因子之間有如下關(guān)系

(9)

在數(shù)值模擬模型中設(shè)置監(jiān)測(cè)單元,當(dāng)單元開(kāi)始振動(dòng)時(shí)計(jì)為P波到達(dá)到時(shí)間,易求出cT數(shù)值。根據(jù)計(jì)算,地應(yīng)力的增大,cT數(shù)值及品質(zhì)因子也隨著增大,能量損失減小。然而由于地應(yīng)力越大爆破地震波頻率越高,高頻振動(dòng)的幅值隨爆心距增大衰減更快[20]。因此地應(yīng)力越大,質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值能量反而越低,相應(yīng)的峰值振速越小。從地震波能量衰減的角度來(lái)看,其衰減規(guī)律與PPV衰減規(guī)律具有一致性。綜上,進(jìn)一步從理論上解釋了地應(yīng)力對(duì)PPV存在抑制作用這一現(xiàn)象。

3 巷道迎爆側(cè)圍巖PPV衰減規(guī)律分析

從圖4中A區(qū)可知,PPV衰減曲線(xiàn)產(chǎn)生數(shù)次波動(dòng)后呈上升趨勢(shì),即臨空處圍巖的PPV顯然比內(nèi)部圍巖PPV更大,且其走勢(shì)并不遵循薩道夫斯基公式。圖4中A區(qū)的放大圖如圖8所示。從圖8可知,盡管迎爆側(cè)圍巖PPV出現(xiàn)反復(fù)波動(dòng),但仍然遵循第2章獲得的地應(yīng)力越大PPV越小的規(guī)律。

圖8 巷道迎爆側(cè)圍巖PPV變化

截取不同時(shí)刻的振速云圖,可以更直觀看到當(dāng)應(yīng)力波傳播至巷道時(shí),巷道迎爆側(cè)圍巖振速出現(xiàn)了明顯變化,如圖9所示。

(a) 1 699 μs

當(dāng)爆炸應(yīng)力波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí),介質(zhì)的波阻抗發(fā)生改變。此時(shí)應(yīng)力波會(huì)在兩介質(zhì)的交界面出現(xiàn)反射、透射現(xiàn)象。在爆破中、遠(yuǎn)區(qū),巖石主要受P波作用。入射縱波Ip在巷道輪廓面上發(fā)生反射和透射,生成反射縱波Rp、反射橫波Rs、透射縱波Tp、透射橫波Ts,Ip的入射夾角與Rp反射夾角均為θ,Rs反射夾角為ψ,如圖10所示。

圖10 應(yīng)力波傳播示意圖

圖10中的ψ、θ夾角滿(mǎn)足如下關(guān)系[21]

(10)

式中,μ為巖石的泊松比。

應(yīng)力波傳播過(guò)程中兩介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度和應(yīng)力滿(mǎn)足下式[22]

(11)

式中:vI、vR、vT分別為入射波、反射波、透射波引起的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度;σI、σR、σT分別為入射波、反射波、透射波有關(guān)的應(yīng)力。

當(dāng)僅考慮傳播的應(yīng)力波為縱波時(shí),根據(jù)式(9),則有下式

(12)

式中:ρR、ρT分別為入射、透射介質(zhì)密度;cTR、cTT分別為縱波在入射、透射介質(zhì)中的波速。

聯(lián)立式(11)、式(12),易得下式

(13)

當(dāng)透射介質(zhì)為空氣時(shí),假設(shè)其波阻抗為0,有ρTcTT=0,透射系數(shù)ξT=0。因此,爆炸應(yīng)力波在自由面處不存在透射現(xiàn)象,只存在反射現(xiàn)象。不存在的透射波在圖10中用虛線(xiàn)表示。而當(dāng)反射應(yīng)力波與入射應(yīng)力波在巖體內(nèi)相遇,會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力波的疊加。如式(12)所示,質(zhì)點(diǎn)振速與應(yīng)力波引起的應(yīng)力有關(guān),當(dāng)應(yīng)力波在巷道迎爆側(cè)圍巖內(nèi)疊加時(shí),由應(yīng)力波引起的質(zhì)點(diǎn)峰值振速也會(huì)出現(xiàn)疊加現(xiàn)象。疊加的峰值振速vz為入射波引起的振速與反射波引起的振速的矢量和

vz=vI+vR

(14)

當(dāng)vI與vR的方向相同時(shí)vz獲得最大值,表現(xiàn)為圖5中的波峰;當(dāng)vI與vR的方向相反時(shí)vz獲得最小值,表現(xiàn)為圖5中的波谷。而隨著反射應(yīng)力波的快速衰減,其對(duì)遠(yuǎn)離巷道輪廓面的圍巖影響較小。這也就解釋了圖4中A區(qū)以外PPV衰減曲線(xiàn)未出現(xiàn)明顯波動(dòng)的原因。

迎爆側(cè)圍巖PPV并不遵循爆心距越大PPV越小的衰減規(guī)律。PPV衰減曲線(xiàn)出現(xiàn)反復(fù)波動(dòng),并在靠近自由面時(shí)發(fā)生突變,自由面處的圍巖獲得了最大峰值。這種突變致使迎爆側(cè)圍巖受到爆破動(dòng)載的影響更大。自由面處的圍巖由于缺少側(cè)方巖體的夾制作用,更容易出現(xiàn)片幫、冒頂以及開(kāi)裂等顯著的動(dòng)力響應(yīng)現(xiàn)象,影響巷道的安全穩(wěn)定。對(duì)于潘三礦超前預(yù)裂卸壓爆破擾動(dòng)瓦斯綜治巷工程現(xiàn)場(chǎng)而言,在后續(xù)的超前預(yù)裂卸壓爆破作業(yè)前,應(yīng)當(dāng)提前對(duì)瓦斯綜治巷的迎爆側(cè)圍巖進(jìn)行重點(diǎn)加固。在新巷掘進(jìn)時(shí),應(yīng)當(dāng)先對(duì)后期可能發(fā)生的爆破作業(yè)提前預(yù)判,對(duì)將要處在迎爆側(cè)的圍巖進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù),以對(duì)抗后期爆破動(dòng)載可能對(duì)巷道造成的破壞,保障巷道安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié) 論

(1) 地應(yīng)力對(duì)巷道圍巖PPV存在抑制作用,相同爆心距下,地應(yīng)力越大PPV越小。隨著爆心距增大,地應(yīng)力對(duì)PPV的抑制作用逐漸減弱。

(2) 從動(dòng)應(yīng)力、振動(dòng)能量的角度給出了地應(yīng)力對(duì)巷道圍巖PPV衰減規(guī)律影響的理論解釋;相同爆心距下圍巖的動(dòng)應(yīng)力、振動(dòng)能量均與振動(dòng)速度成正相關(guān),三者與地應(yīng)力存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。

(3) 由于應(yīng)力波在自由面處的反射疊加效應(yīng),迎爆側(cè)圍巖PPV衰減曲線(xiàn)出現(xiàn)反復(fù)波動(dòng),但仍然遵循PPV隨地應(yīng)力增大而減小的規(guī)律。

(4) 巷道迎爆側(cè)圍巖PPV衰減曲線(xiàn)在自由面處發(fā)生突變,這增加了巷道迎爆側(cè)圍巖失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。在爆破作業(yè)工程現(xiàn)場(chǎng)中,應(yīng)當(dāng)對(duì)巷道迎爆側(cè)進(jìn)行重點(diǎn)加固。對(duì)于新掘巷道而言,應(yīng)當(dāng)對(duì)后期將處在迎爆側(cè)的圍巖加強(qiáng)支護(hù),確保巷道安全。通過(guò)對(duì)不同地應(yīng)力爆破荷載作用下巷道圍巖振速衰減規(guī)律的研究,加深了對(duì)深部高地應(yīng)力爆破荷載作用下既有巷道圍巖振速衰減規(guī)律的認(rèn)識(shí),對(duì)優(yōu)化高地應(yīng)力條件下爆破作業(yè)方案及研究深部高地應(yīng)力爆破振動(dòng)安全判據(jù)、構(gòu)筑物動(dòng)力響應(yīng)特征具有重要參考價(jià)值。