巷道围岩松动圈测试技术及应用_精品文档资料下载.pdf

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破碎巷道;

松动圈;

支护技术中图分类号:

TD322文献标识码:

B文章编号:

1671-0959（2008）0320032203MeasureTechnologyforLooseCircleofCrushRoadwaySurroundingRockandItsApplicationSHIJian-jun1,2,MANian-jie1,YANDe-zhong1,QINYun1,ZHANPing1（11SchoolofResourceandSafetyEngineering,ChinaUniversityofMiningandtechnology,Beijing100083,China;

21SafetyEngineeringCollege,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Beijing-eastYanjiao101601,China）Abstract:

ThesubjectbaseoncrossuphillmineinXianDeWangMineofXingTai.Thethesisintroducedloosecircletestprinciple,testmeansandtestprocess.Atlast,weknowproperrangeoftheloosecircle.Itsupplybasisfordeterminesupportingandloosecircletestingofsimilarityroadway.Atlastthesisintroducethecontrolmodeofloosecirclethickness.Thesishasuseforreferenceminesupporting.Keywords:

crushroadway;

theloosecircle;

support0引言巷道开挖后,围岩受力状态由三向变成了近似两向,造成岩石应力较大幅度地上升。

如果围岩中集中的应力值小于下降后的岩石强度,围岩处于弹塑性状态,围岩自行稳定,不存在支护问题;

如果相反,围岩将发生破坏,这种破坏从周边逐渐向深部扩展,直至达到新的三向应力平衡状态为止,此时围岩中出现了一个破裂带。

把这个由于应力作用产生的破裂带称为围岩松动圈,如图1所示。

破碎巷道支护是煤矿支护工作中的重点,而且也是一个难点。

所以破碎巷道围岩松动圈的测试更显得重要,但是现在现场测试破碎围岩松动圈有很多难题,经常导致松动圈测试结果相差甚远,甚至无法测试。

围岩松动圈是巷道开挖后地应力超过围岩强度的结果,因此松动圈理论认为,支护的作用就是限制围岩松动圈中碎胀力所造成的有害变形。

掌握巷道松动圈范围的大小及受采动影响的变化图1理论分析松动圈示意图规律,对于选择恰当的巷道支护方式与参数,确定合理的工作面超前支护范围等具有重要意义。

目前各矿回采巷道多采用棚子支护或锚杆支护。

由于棚子支护是一种传统的被动支护形式,在复杂的压力状态下,它必须借助其它形式的支护配合,才能确保巷道的绝对安全。

因而锚杆支护已成为解决巷道围岩承受采动支承压力的重要途径。

采用23施工技术煤炭工程2008年第3期锚杆支护解决采动支承压力问题,关键是确定出巷道围岩松动圈的厚度,并加以控制。

1松动圈测试技术111测试原理当超声波在煤岩体中传播时,要发生几何衰减和物理衰减,煤岩体中不同力学性质的结构面上,超声波要发生散射、折射和热损耗等物理现象,使得超声波能量不断衰减造成波速降低。

影响超声波在围岩体中传播速度的主要因素有:

围岩体矿物成分,围岩体结构构造特性,围岩体的孔隙率,围岩体所在区域的地应力,以及围岩体的含水量、温度等。

因此,利用波速随围岩体裂隙发育而降低,随应力增大而加快的特性,通过测试超声波在巷道围岩一定深度范围内的传播速度,根据波速的变化,就可以判定围岩的松动范围。

112测试方法目前围岩松动圈测试方法主要有声波法、多点位移计法、地质雷达法、地震波法、电阻率法和渗透法等,本测试主要采用声波法测试,所以主要介绍声波法测试围岩松动圈。

松动圈测试的主要方法为钻孔法。

该方法分单孔法和双孔法。

为了保证传感器与孔壁的良好接触,需要使用一些物质作为耦合剂,钻孔法通常采用水作为耦合剂。

双孔法的测试方法是,在巷道内,距开采工作面不同距离,选几个有代表性的巷道位置,布置若干组钻孔,每组两个钻孔,两孔保持平行,钻孔的深度要根据所测地区的实际情况来定（深度必须大于松动圈）;

对于巷道两帮的钻孔一般可向下倾斜23,以便于注水后使水能够淹没传感器,而顶板的钻孔要有注水及封水装置。

声波方法测试松动圈的主要优点是测试技术成熟可靠,原理简单,仪器便宜可以重复使用。

存在的主要问题是,在测试中,经常要提供风和水管,工作量较大。

采用水作为声波探头与岩石孔壁的耦合媒介,对水的流量、压力和水质要求较高,实际操作困难,测试人员经常全身被水弄湿,在软岩和煤层中测试困难。

一个煤矿的测试工作需要时间510d。

2松动圈测试工程实践211测试基本条件测试地点在河北邢台显德汪煤矿,显德汪矿可采煤层为1#、2#、9#等3层,9#煤层一采区共布置6个工作面,目前正在回采1193综放工作面。

一采区上方轨道上山作为回风道,是矿井的总回风通道,对整个矿井通风至关重要,大部分区域沿4#煤层顶板野青灰岩掘进,巷道经过多次整修,变形较大,与9#煤层间距为90m。

根据顶板岩层的活动规律,下方9#煤层的非充分开采或充分开采都将造成上方岩体不同程度的变形破坏,进而影响到巷道的变形和破坏程度,因此首先研究松动圈范围对采用合理加固技术至关重要。

煤体松动圈测试采用ZBL-U510超声检测仪,通过对煤体声波参数的测试,可以对煤体的力学性质变化进行分析,判断煤体塑性破坏情况。

松动圈测试采用一发一收的双孔测试传感器,发射与接收装置之间的距离为014015m。

测孔钻成后及时进行测试,测试前要用压力水冲洗测孔,把测孔中的煤岩粉冲洗干净,耦合方式采用水耦合。

超声检测仪连接探头后,用推杆将探头送入孔底,然后拉动推杆将探头向外每移动20cm记录一次声时,直到孔口为止,如图2所示。

图2测试方法212测点布置现场测点布置,原计划在1193、1195、1197工作面的上方每隔2030m布置一组钻孔进行测试,但由于风压和巷道变形情况的变化,目前测孔均布置在三中范围。

松动圈测试布置10个测点,第一个测点距三中以下10m位置,以后每隔5m一个。

每个测站在巷道的两帮腰线位置布置2个钻孔,钻孔方位要求与巷道垂直,钻头直径42mm,孔深在23m。

测孔布置如图3所示。

图3煤体松动圈测站布置测试过程中,由于上山服务年限较长,而且经过采动影响煤体力学性能发生改变,在初始进行松动圈测试时,332008年第3期煤炭工程施工技术发生了钻孔打完之后马上塌孔得状况。

导致松动圈测试无法完成,经过共同研究采用了以下方法:

加大供风的压力,使风量增加;

加快打孔速度。

采取措施之后取得了良好的效果。

213松动圈测试结果煤体声波速度为:

VP=L/t式中VP声波在煤体中传播速度,m/s;

L探头接收传感器之间的距离,0145m;

t探头接收传感器声波的走时,s。

松动圈测试结果部分图如图45所示。

根据测试结果分析,松动圈范围为116212m。

3松动圈厚度的控制松动圈范围内的岩石进一步扩大导致巷道破坏,其原因是围岩松动、裂隙扩大造成的。

即是松动圈内的岩石进一步软化,受力平衡遭到破坏,自承力降低所致。

因而,控制松动圈厚度就是要阻止松动圈内岩石的进一步软化,并对围岩强度进行恢复,至少使一部分恢复到弹性状态,以提高其残余强度,增强巷道稳定性,提高承载能力,阻止围岩变形。

目前在巷道支护的各类手段中,只有锚杆支护能适应并解决巷道在承受采动支承压力作用下的支护问题。

因而松动圈厚度可以用锚杆支护进行控制。

其依据是:

1）锚杆支护具有良好的可缩性。

巷道在支承压力作用下将产生较大的松动圈和碎胀变形。

围岩的这种变形,需要支架具有良好的收缩来适应。

而锚杆支护,其尾端能随巷道表面而移动,而头部也能随深部岩体的移动而位移,从而起到较好的让压作用。

2）锚杆支护具有组合作用。

在锚固力作用下锚杆穿过松动圈厚度能将薄层状巷道顶板、破碎的顶板组合在一起,形成组合拱（梁）,通过锚杆支护反力的逐渐增加使围岩的松动圈厚度逐渐减小,形成比较坚固的再生环或锚固带,并进一步压缩成“压力拱”。

这种压力拱不仅能承受自身重量和上覆岩层的压力,而且可以提高巷道支护结构的承载力,增强巷道的稳定性。

3）锚杆支护可以补充围岩强度。

锚杆支护对锚固范围内的松动圈围岩提供了一个径向压力,使因巷道开挖失去应力平衡的围岩达到了新的力学平衡。

锚固范围内的围岩强度得到了恢复,部分进入重复加载时的弹性状态。

4结论1）松动圈测试是进行巷道支护及加固的关键一环,可以为巷道支护参数的设计提供依据,所以积极推广巷道松动圈测试是一项很重要的工作。

2）通过显德汪矿的工程实践,对于破碎围岩中进行松动圈测试难度较大,但是如果采用合理的施工方法会取得良好的效果,达到预期目的。

3）控制松动圈厚度可以通过锚杆支护来实现。

当采用锚杆支护时,可以通过锚杆支护反力增大,使松动圈半径减小,即通过使松动圈厚度减小来解决回采巷道的支护问题。

参考文献:

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5355.2李世平,吴振业,贺永年,等.岩石力学简明教程M.北京:

煤炭工业出版社,1996.3赵君.巷道围岩松动圈测试技术与应用J.矿业快报,2004,（12）:

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（1）:

2131.6初明祥,颜景光.回采巷道松动圈厚度的确定与控制J.煤炭科学技术,2003,31（9）:

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（1）.8何胜春,陈晴.一种新型巷道围岩松动圈声测仪J.矿山压力与顶板管理,1999,

（2）.（责任编辑崔永丰）43施工技术煤炭工程2008年第3期