基于量纲分析的巷道围岩松动圈预测模型_赵国彦

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城郊矿深部延伸巷道围岩松动圈实测及数值模拟

城郊矿深部延伸巷道围岩松动圈实测及数值模拟高家平;张胜军;丁亚恒【摘要】围岩松动范围及其变化是巷道围岩稳定性评价和支护的重要参数之一,如何快速准确地探测松动圈范围,更好地为工程服务,成为现今深部开采矿井研究的热点.以城郊矿深部延伸巷道围岩支护及破坏特征为背景,在总结前人关于巷道围岩松动圈成果的基础上,采用实测和数值模拟2种方法,对城郊矿二水平围岩松动圈范围进行对比研究.实测选取二水平围岩巷道的5个测站,采用地质雷达进行测试,得出了5个测站的围岩松动圈的横向测试断面围岩破坏特征差异较大,既有相对完好围岩,又有松散破碎较严重的围岩;纵向测线上巷道不同断面位置,围岩松动范围差异较大,介于1.4～2.8m,这种差异与地质条件和矿山压力密切相关.数值模拟获取了城郊矿深部软岩巷道的围岩松动圈范围介于2.0～3.0m.综合分析数值模拟及地质雷达研究结果,确定出城郊矿深部软岩巷道的松动圈范围介于1.4～3.0m.研究结果对城郊矿深部延伸巷道围岩支护方式的选择具有重要的参考价值.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2014(000)007【总页数】5页(P146-150)【关键词】围岩松动圈;深部延伸;地质雷达;数值模拟【作者】高家平;张胜军;丁亚恒【作者单位】河南能源化工集团永煤公司城郊煤矿,河南永城476600;河南能源化工集团永煤公司城郊煤矿,河南永城476600;河南能源化工集团永煤公司城郊煤矿,河南永城476600【正文语种】中文【中图分类】TD217随着我国东部华北型煤田浅部煤炭资源的逐渐减少，很多矿井逐渐转向了深部延伸开采，为解决目前由浅部向深部延伸开采后围岩变形破坏较严重的问题，关键是要准确确定出采掘扰动后的巷道围岩松动圈大小。

在深部采掘过程中，围岩松动圈是由于巷道开挖后围岩应力进行二次分布，在巷道周围一定范围内发生变形破坏而形成的［1-6］。

其变形破坏特征决定了煤矿深部延伸巷道支护方式和围岩稳定性评价参数的选择，在煤矿井巷工程中应用较广［7-10］。

松动圈测试技术及其在巷道支护中的应用

巷后新的破坏裂隙及其分布范围，围岩中新产生的裂隙与没有裂隙的交接位置就是松动圈的边界【。松动圈产生原理及巷道中的围岩松动圈见图１、图２。
顶锚杆采用￣２２ｘ２４００ｍｍ普强螺纹钢锚杆，间排距８００ｍｍｘ８００ｍｍ，配１２０ｍｍｘｌ２０ｍｍｘｌ２ｍｍ普强异形托盘；帮锚杆采用￣２０ｘ２６００ｍｍ普强螺纹钢锚
杆，间排距８００ｍｍｘ８００ｎＵＴｌ，配１５０ｍｍｘｌ５０ｍｍｘ１０ｉｎｌｎ的铁托盘，另加一块２００ｍｍｘ２００ｍｍｘ５０ｍｍ
的木托板。原方案难以有效控制此类高应力工程软岩
测法、地震波法、形变一电阻法、多点位移计量测法、声波法和渗透法等。现场容易接受、易于测试的
同煤科技
ＴＯＮＧＭＥＩＫＥＪＩ２０１３年第３期
为多点位移计量测法和声波法。本次松动圈测试采用
索使用３根Ｚ２３６０树脂药卷，张拉力３５ＭＰａ。锚索
上
式中：ｃ， — — 围岩的内聚力和内摩擦角。由式（１）、式（２）可得塑性区半径ｒ为：
式中：Ｏ＂ｏ，Ｏ＂ｒ ——径向应力与切向应力；
ｒ ——极限平衡区。
道。此次注浆加固目的在于控制煤帮大变形，因此松
动圈测试只在两帮进行。
极限平衡微分方程为：

围岩松动圈理论在某大断面隧道中的应用

工程实践围岩松动圈理论在某大断面隧道中的应用赵志清，邓祥辉（西安工业大学建筑工程学院，陕西西安 710021）基金项目：陕西省自然科学基础研究计划项目（2017JM5136）；陕西省教育厅科学研究计划项目（18JK1375）；西安工业大学校长基金项目（XAGDXJJ16003）作者简介：赵志清（1989—），男，硕士摘要：隧道开挖过程中，由于围岩受到扰动使得隧道周围形成了松动圈，松动圈的厚度对隧道的支护设计具有重要意义。

基于 Mohr-Coulomb （摩尔-库伦）强度准则，推导了隧道围岩松动圈半径的计算公式，并将其运用于大断面隧道工程实例中，分别计算了Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级围岩松动圈在不同埋深下的半径及其厚度。

结果表明，隧道围岩松动圈厚度不仅与围岩级别有关，而且与地应力、支护压力以及隧道断面形式也相关。

关键词：大断面隧道；围岩；松动圈；莫尔-库伦准则；工程应用中图分类号：U4510 引言在地下工程中，地下洞室的开挖扰动破坏了围岩的原始应力状态，应力会因重新分布而造成应力集中，当集中应力超过围岩强度时，围岩将发生破裂，逐渐形成一个松动破碎带，即围岩松动圈[1]。

松动圈越大，围岩的稳定性越差，且松动圈的厚度对隧道的支护设计有重要意义。

因此，研究松动圈的拓展机制显得尤为重要。

众多研究学者对松动圈的形成机理和拓展范围进行了广泛的研究[2]，并且取得了一系列具有重要意义的成果。

王建锋[3]等应用 SMP 准则探讨了松动圈形成的力学机理，并推导了松动圈半径的计算公式；王聪聪[4]等运用摩尔-库伦强度准则对松动圈半径进行了理论推导，并计算了某深部巷道松动圈的范围；秦威[5]利用松动圈理论，研究了公路隧道内部围岩松动圈的分布规律；常江阳[6]等基于围岩松动圈理论，对首旺煤矿回采巷道的破碎机理和围岩变形机制进行了分析，并根据围岩松动圈支护理论，确定了锚杆支护的具体参数；谢学斌[7]等采用松动圈理论对冬瓜山采矿巷道进行了支护设计，得到了在巷道不同的地方需采取有区别的支护的结论。

巷道围岩松动圈测定及支护参数优化

第４２卷第９期能　源　与　环　保Ｖｏｌ４２　Ｎｏ９２０２０年９月ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＳｅｐ．　２０２０　收稿日期：２０２０－０５－１２；责任编辑：陈朋磊ＤＯＩ：１０．１９３８９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００３－０５０６．２０２０．０９．０４８作者简介：曹庆华（１９８２—），男，河南永城人，工程师，２００７年毕业于河南理工大学，现从事煤矿管理工作。

引用格式：曹庆华．巷道围岩松动圈测定及支护参数优化［Ｊ］．能源与环保，２０２０，４２（９）：２１７２１９，２２３．ＣａｏＱｉｎｇｈｕａ．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｌｏｏｓｅｚｏｎｅｏｆｒｏａｄｗａｙａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０２０，４２（９）：２１７２１９，２２３．巷道围岩松动圈测定及支护参数优化曹庆华（河南能源化工集团永煤公司车集煤矿，河南永城　４７６６００）摘要：为了对巷道进行有效支护，确保巷道的稳定性，基于研究巷道实际工程概况，采用电磁雷达法对巷道围岩松动圈进行测试，根据不同测线的雷达探测曲线，得到了研究巷道围岩松动圈级别；优化了巷道支护参数，主要包括顶板锚索、帮锚索、顶帮锚杆、一次喷浆、二次喷浆、道底板圆弧形卸压槽的开挖及底板注浆锚索加固等，并进行了巷道表面位移观测。

研究得出，优化后的巷道支护能够有效控制巷道围岩变形。

关键词：围岩松动圈；支护参数；喷浆；圆弧形卸压槽；注浆锚索中图分类号：ＴＤ３５３文献标志码：Ａ文章编号：１００３－０５０６（２０２０）０９－０２１７－０３ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｌｏｏｓｅｚｏｎｅｏｆｒｏａｄｗａｙａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓＣａｏＱｉｎｇｈｕａ（ＪｕｊｉＣｏａｌＭｉｎｅ，ＹｏｎｇｃｈｅｎｇＣｏａｌＣｏｍｐａｎｙ，ＨｅｎａｎＥｎｅｒｇｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＧｒｏｕｐ，Ｙｏｎｇｃｈｅｎｇ　４７６６００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｕｐｐｏｒｔｔｈｅｒｏａｄｗａｙａｎｄｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｒｏａｄｗａｙ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｃｔｕａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒｏｆｉｌｅｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｏａｄｗａｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒａｄａｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｕｒｖｅｙｌｉｎｅｓ，ｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｌｏｏｓｅｚｏｎｅｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｒｏａｄｗａｙｗｅｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｒｏｏｆａｎｃｈｏｒｃａｂｌｅ，ｓｉｄｅａｎｃｈｏｒｃａｂｌｅ，ｒｏｏｆａｎｄｓｉｄｅｂｏｌｔ，ｐｒｉｍａｒｙｓｈｏｔｃｒｅｔｉｎｇ，ｓｅｃｏｎｄａｒｙｓｈｏｔｃｒｅｔｉｎｇ，ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｏｆａｒｃ－ｓｈａｐｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆｇｒｏｏｖｅａｔｒｏａｄｆｌｏｏｒａｎｄｇｒｏｕｔｉｎｇａｎｃｈｏｒｃａｂｌｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｏｆｆｌｏｏｒ．Ｍｅａｎｓｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｒｏａｄｗａｙｗａｓｏｂｓｅｒｖｅｄ，ｔｏｏ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｒｏａｄｗａｙｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｏｆｔｈｅｒｏａｄｗａｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｌｏｏｓｅｒｉｎｇ；ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ａｒｃｓｈａｐｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆｇｒｏｏｖｅ；ｇｒｏｕｔｉｎｇａｎｃｈｏｒｃａｂｌｅ０　引言随着煤矿快速发展，特别是穿过断层破碎带、巷道断面大、地质条件恶化、地压大、采深大的巷道，一般的巷道支护已经不能满足深部破碎的巷道，出现了难支护、支护效果差等特征，严重影响了矿井的安全生产。

基于便携式地质雷达的巷道围岩松动圈探测

基金项目:十三五国家重点研发计划项目资助(编号:
２０１７YFC０６０２９０４;
２０１６YFC０８０１６０５);国家自然科学基金项目资助(编号:
５１７０４０５６);中
央高校基本科研业务费专项基金项目资助(编号:
N１６０１０３００６;
N１８０１１５０１０);中国博士后基金项目资助(编号:
２０１７M６２１１５２)
速、准确地探测巷道围岩的松动圈厚度.阿舍勒铜矿－２００m 中段巷道围岩松动圈厚度为１．
６~１．
９ m,明
显大于５０m 中段开采扰动前的巷道围岩松动圈厚度. 开采扰动明显加深了采场临近巷道围岩松动圈厚
度,阿舍勒铜矿５０m 中段开采扰动前,临近采场巷道围岩松动圈厚度为１．
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巷道围岩松动圈弹塑性分布探讨

巷道围岩松动圈弹塑性分布探讨罗方亮;安里千;毛灵涛;徐建成;李磊【摘要】Due to excavation,the surrounding rock of roadway is loosened and a loosen zone is produced.In this paper,elastic-plastic stress distribution of the loosen zone is analyzed in theory,and loosen zone elastic-plastic stress distribution radius are deduced and discussed.%巷道掘进工作破坏了周围原岩应力分布产生了松动圈,对松动圈弹塑性应力分布和范围进行理论分析,得到松动圈弹塑性应力分布半径并进行了讨论。

【期刊名称】《河北能源职业技术学院学报》【年(卷),期】2011(011)004【总页数】3页(P51-52,54)【关键词】松动圈;弹塑性应力;理论分析【作者】罗方亮;安里千;毛灵涛;徐建成;李磊【作者单位】中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院,北京100083;河北能源职业技术学院,河北唐山063004;中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院,北京100083;中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院,北京100083;中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院,北京100083;中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD353巷道掘进中会破坏围岩原始的应力平衡态，当这种平衡态被打破使围岩应力超过围岩的强度时，围岩会产生变形松动现象。

这种由于巷道掘进破坏围岩应力平衡态所产生的松动范围叫做松动圈。

围岩松动圈的大小由多种因素决定，同时它又决定着支护难易程度。

松动圈的大小不同，所采用的支护方法不同，对安全生产起到非常重要的作用。

一种巷道围岩松动圈的探测设备及探测方法[发明专利]

专利名称：一种巷道围岩松动圈的探测设备及探测方法专利类型：发明专利
发明人：张建国,周跃进,吕有厂,马占国,郭建伟,徐晓鼎,焦向东,李萌,杨战标,马永东,裴刚,赵万里
申请号：CN201810278233.6
申请日：20180330
公开号：CN108802193A
公开日：
20181113
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种巷道围岩松动圈的探测设备及探测方法，探测设备包括主机、激振装置、声波接收装置和支撑杆，激振装置为在巷道钻孔孔口处形成振动声波的外激振装置，或在巷道钻孔孔内形成振动声波的内激振装置；声波接收装置包括固定件和至少两个声波传感器，声波传感器设在支撑杆上的固定件的同一侧，在声波传感器和固定件之间设有弹性件；激振装置和声波接收装置与主机电信号连接。

通过测量声波在巷道岩体内不同位置的传播速度实现对松动圈位置和范围的判断。

本发明实现了单孔干孔无耦合剂探测、探测精度及效率高、灵活性好、适应性好，成本低、工作量小。

申请人：中国平煤神马能源化工集团有限责任公司,中国矿业大学,平顶山天安煤业股份有限公司地址：467000 河南省平顶山市矿工中路21号院
国籍：CN
代理机构：徐州市淮海专利事务所
代理人：尹清静
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煤矿巷道围岩松动范围分布规律及支护成套技术的分析研究

煤矿巷道围岩松动范围分布规律及支护成套技术的分析研究项目综述巷道开挖后，围岩的应力和物理变化过程是判断支护外荷载的基础，是支护理论的基石。

松动圈支护理论是在研究巷道周围的岩石介质物理力学状态属性的过程中发展起来的，所以，松动圈的研究始终贯穿松动圈支护理论发展的整个过程中。

对松动圈属性的深入认识是松动圈支护理论的立论基础之一。

为此，本课题围绕松动圈的现场实测、工程验证、理论分析和数值模拟进行研究，以便对巷道围岩松动圈进行全面了解。

在深刻认识松动圈的性质的基础上，为松动圈支护理论提供依据。

研究表明，地下巷道开挖后，围岩的变形主要来源于松动圈中破裂岩体的体积膨胀，巷道围压也主要由松动圈引起，基于此，我国学者提出了围岩松动圈支护理论。

由大量的理论分析、模拟实验及现场实测结果表明，地下巷道支护的对象主要是松动圈形成中的碎胀变形，松动圈越厚，围岩变形力越大，支护越困难。

实践证明，松动圈支护理论抓住了支护的主要对象，其分类方法和所确定的支护形式与参数符合现场实际，取得的技术、经济与社会效益非常显著，从而应用越来越广泛。

然而，要用该理论对硐室进行合理有效地支护，最关键的是要预先知道被支护硐室的松动圈厚度值。

到目前为止，松动圈厚度值的获取大都是靠现场实测，因此根据现场实测，从而准确获取松动圈厚度值是势在必行的。

锚固技术，国内习惯统称为锚杆支护技术，国外一般称为锚固技术或锚杆(索)加固技术。

自1872年英国北威尔士露天页岩矿采用锚杆加固边坡及1912年德国谢列兹矿最先在井下采用锚固技术以来，锚固技术距今已有将近100多年的历史，与完全依靠自身的强度、重力而使结构物保持稳定的传统方法相比较，锚杆支护方式具有支护效果好、效率高、成本低等诸多特点，它的广泛采用给煤矿企业带来巨大的技术经济效益，锚杆(索)支护己经成为巷道支护的一个主要发展方向。

我国煤巷锚杆支护技术近年来取得了长足发展。

我国最早从1956年开始在煤矿中使用锚杆，由于煤层地质条件复杂多样，锚杆支护理论、设计方法、锚杆材料、施工工具、监测手段等不够完善，因而发展缓慢。

深井大断面巷道围岩松动圈测试及支护技术

第２８卷第２期２０１３年６月
矿业工程研究
ＭｉｎｅｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈ
Ｖ０１．２８Ｎｏ．２
Ｊｕｎ．２０１３
深井大断面巷道围岩松动圈测试及支护技术
在原岩中开挖巷道，破坏了围岩原有的应力状态，
费用高．为了解决这种软岩巷道支护难的问题，在测量松动圈和现场调查的基础上，基于ＦＬＡＣ如模拟，对巷道的现有支护方式进行评价，同时提出相关支护建议．
使应力重新分布，围岩受力状态由三向应力变成了近似二向，围岩强度下降，若集中应力值大于松动后的围
深７６５ｍ），二煤平均厚度为４．８８ｍ，倾角平均７。．煤
层顶板以细、中粒砂岩顶板为主，局部砂岩中夹泥质条
带；伪顶主要分部于井田西部，以炭质泥岩为主，厚
０．２０～１．００ｍ，局部为泥岩、砂质泥岩和粉砂岩，煤层
李建平，陈灿亭，王军勇，赵文生
（１．郑州华辕煤业有限公司，河南郑州４５１１００；２．河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作４５４０００）
摘
要：李粮店煤矿第一水平埋深７６５ｍ，井下开拓巷道断面较大，部分巷道出现较大变形，难以维护，影响矿井的正常生产．为
岩强度，围岩将发生破裂，这种破裂从巷道周边开始逐

巷道围岩松动圈测试研究

能源与环保
第４１卷
坏，此时，巷道围岩应力开始重新分布，围岩在一定范围内产生应力集中。当集中应力超过煤体应力时，巷道会发生变形破坏，应力得到释放，围岩产生裂隙，从而形成松动圈。松动圈的大小影响因素：掘进方式、巷道断面形状、巷道断面尺寸、原岩应力、围岩强度、支护参数、支护方式。巷道围岩稳定性分类［５８］见表１。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｔｅｓｔｔｈｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｌｏｏｓｅｃｉｒｃｌｅｏｆｔｈｅｒｏａｄｗａｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｓｔｈｅＰＨＤ２ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔｉｎｇａｎａｌｙｚｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｃｒｉｔｅｒｉａａｎｄｔｅｓｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｒｏａｄｗａｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｐｏｔ，ｔｈｅｔｅｓｔｐｏｉｎｔｓｏｆｌｏｏｓｅｎｉｎｇｃｉｒｃｌｅａｒｅａｒｒａｎｇｅｄ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｃｏａｌｗａｌｌａｔ５０，６５，８０，９５ａｎｄ１１０ｍａｗａｙｆｒｏｍｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｏｆ１１０５ｒｅｔｕｒｎａｉｒｗａｙｉｓｓｔｕｄｉｅｄ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｉｚｅｏｆｌｏｏｓｅｎｉｎｇｃｉｒｃｌｅｏｆｃｏａｌｗａｌｌｉｓｂａｓｉｃａｌｌｙ１．７～４．０ｍ，ｔｈｅｃｌｏｓｅｒｔｈｅｔｅｓｔｐｏｓｉｔｉｏｎｉｓｔｏｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ，ｔｈｅｗｉｄｅｒｔｈｅｌｏｏｓｅｎｉｎｇｒａｎｇｅｏｆｃｏａｌｗａｌｌ，ｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｌｏｏｓｅｎｉｎｇｃｉｒｃｌｅｏｆｃｏａｌｐｉｌｌａｒｗａｌｌｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌａｒｇｅａｎｄｍｏｒｅ，ｔｈｅｓｉｚｅｏｆｌｏｏｓｅｎｉｎｇｚｏｎｅｏｆｓｅｖｅｒａｌｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｓｉｓｍｏｒｅｔｈａｎ４ｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｌｏｏｓｅｃｉｒｃｌｅ；ＰＨＤ２ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔｉｎｇａｎａｌｙｚｅｒ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ；ｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙ

巷道围岩松动圈测试技术与探讨(1)

文章编号:1004—5716(2004)10—0148—03中图分类号:TD325.4　文献标识码:B 巷道围岩松动圈测试技术与探讨贾颖绚,宋宏伟(中国矿业大学建筑工程学院,江苏徐州221008)摘　要:在进行巷道硐室围岩分类和支护设计时,特别是在对软岩巷道进行返修时,围岩中由于开巷等原因而产生的松动圈问题已经引起了相当重视。

对目前国内外采用的围岩松动圈测试技术进行了介绍和讨论,并对今后围岩松动圈测试技术的发展进行探讨。

关键词:松动圈;测试;声波;多点位移计;地质雷达;地震波;电阻率;渗透;巷道围岩1　概述开挖破坏了原岩的应力平衡状态,使围岩应力发生了显著变化,一是巷道周边径向应力下降为零,围岩强度明显下降;二是围岩中出现应力集中现象。

如果集中应力小于岩体强度,围岩处于稳定状态;如果集中应力超过围岩强度,巷道围岩将发生破坏,这一破坏发展到一定深度后会取得新应力平衡,产生一定的破坏松动范围。

1985年由董方庭等人提出了围岩松动圈支护理论[1,2],其中把这个松动破碎范围定义为巷道围岩松动圈。

松动圈支护理论的围岩稳定性分类表和支护设计方法在煤矿得到了大量应用[3,4],取得了良好的技术经济效果。

另外,人们也经常采用围岩松动圈来指导开巷布置、分析巷道稳定性等。

因此,测试围岩松动圈,已经成为现场一个经常性和必须性的工作。

但是,由于围岩松动圈存在于围岩内部,不能直接进行观测,需要依靠一定的技术手段,因此如何可靠地测试出松动圈范围成为工程技术人员非常关心的一个问题,对国内外松动圈测试手段进行分析和探讨十分必要。

巷道围岩松动圈的测试技术很多,并随着土木工程和科学技术的不断进步而发展,其中主要包括声波法,多点位移计法,地质雷达法,地震波法,电阻率法和渗透法等,本文将分别加以探讨,并对其今后的发展进行展望。

2　围岩松动圈的主要测试技术2.1　声波法测试围岩松动圈声波法是围岩松动圈测试技术中最常用的一种方法,且测试仪器简便。

浅论煤矿巷道支护围岩松动圈理论技术的应用

松动圈（图１所示）。
五、松动圈厚度的有效控制
松动圈范围内的岩石进一步扩大导致了巷道的破坏，原因就是围岩松动、裂隙扩大所造成的。即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。所以，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，这样至少可使一
直，钻头直径４２ｍｍ，孔深在２～３ｍ。３．松动圈测试结果分析。煤体声波速度为：ＶＰ＝Ｌｉｔ，式中：ＶＰ为声波在煤体中传播速度，ｍ／ｓ；Ｌ为探头接收传感器之间的距离，０．４５ｍ；ｔ为探头接收传感器声波的走时，ｓ。利用松动圈测试参数结果，绘制出曲线。再经过分析，就可确定松动圈范围范围（大致在几米内）。
二、围岩松动圈理论分析在巷道开挖以后，其围岩的受力状态由三向变成了近似两向，这造成了岩石应力的较大幅度上升。若围岩中集中的应力值小于下降后
的岩石强度，围岩则处于弹塑性状态，此时围岩自行稳定，不存在支护问题；倘若相反，围岩将发生破坏，该破坏便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，此时围岩中就出现了一个破裂带。为此，我们把这个由于应力作用产生的破裂带就称之为围岩
部分恢复到弹性状态，从而提高残余强度，增强巷道的稳定性，提高承载能力，阻止围岩的变形。现阶段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：①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” 。该压力拱不仅能承受自身重量和上覆岩层的压力，且能提高巷道支护结构的承载力，增强巷道的稳定性。② 锚杆支护能补充围岩强度。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。这样锚固范围内的围岩强度也得到了恢复，部分重新进入加载时的弹性状态。③ 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。而作为锚杆支护，其尾端能随巷道表面而移动，头部也能随深部岩体的移动而位移，起到了较好的让压作用和效果。

神州煤业8^#煤层回采巷道围岩松动圈测试及分析

犣犎犃犖犌犠狌１，犣犎犃犗犢狅狀犵１，犎犃犗犅犻狀犵狔狌犪狀２
（１．犛犺犪狀狓犻犛犺犲狀狕犺狅狌犕犻狀犻狀犵犆狅．，犔狋犱．，犔狏犾犻犪狀犵０３３０００，犆犺犻狀犪；２．犆狅犾犾犲犵犲狅犳犕犻狀犻狀犵犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犜犪犻狔狌犪狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犜犪犻狔狌犪狀０３００２４，犆犺犻狀犪）
１工程概况
山西神州煤业８＃煤层位于太原组碎屑岩含煤段顶部，埋深２３２．５３ｍ～４４２．１０ｍ。８＃煤层均厚
收稿日期：２０１９０７１８基金项目：国家自然科学基金（Ｕ１８１０１０４）作者简介：张武（１９７１－），男，山西运城人，本科，工程师，从事煤矿生产技术方面的工作。
巷道松动圈发育的深度，能够有根据性的对巷道围岩稳定性进行分类，合理的指导锚杆索支护设计，本研究采用围岩松动圈测试仪对回采工作面巷道围岩松动圈范围进行测试，并通过分析计算所测得的数据，为巷道围岩控制提供合理科学的依据。
３０
山西煤炭第３９卷
１．３３ｍ，属于薄煤层。８＃煤层回采巷道沿煤层底板掘进，由于煤层较薄，回采巷道的高度为２．６ｍ，宽度为４．３ｍ，巷道属于半煤岩巷，巷帮围岩局部破碎且复杂，在现有支护方案下围岩变形量大，不能保障巷道围岩的稳定，现为研究８＃煤层回采巷道松动圈的范围，在８＃煤层回采巷道合理位置处布置钻孔，对围岩松动圈进行测试及分析。

基于围岩松动圈观测的巷道支护优化

106
doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2020.01.040
能源技术与管理
Energy Technology and Management
2020 年第24052卷0 年第21月期
Vol. 45FNebo..,12020
基于围岩松动圈观测的巷道支护优化
（1.山西中煤平朔北岭煤业有限公司，山西朔州 036800；2.新汶矿业集团生产技术部，山东泰安 271000；3.浙江江南工
稳定岩层
稳定岩层
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
l逸lw+撞h+lz
（1）
式中：l 为锚杆长度，m；lw 为锚固于稳定、承载岩（分）层的长度，m；撞h 为不稳定岩（分）层厚
1.2 m
0.9 m
2m
1.1 m 0.9 m
1.8 m
(a)150 m 测站
(b)300 m 测站图 1 39109 主运巷围岩松动圈范围
(c)450 m 测站
围岩的稳定程度主要与其强度和地应力有关，而这二者直接影响松动圈的大小。现场实测结果表明，松动圈大的巷道变形量大，支护效果不佳，而变形量小的巷道松动圈亦小。松动圈大小直接反映出巷道围岩的稳定性及支护的难易程度。结合围岩松动圈范围大小及实地勘察结果，39109 主运巷围岩类别整体为一般不稳定围岩，局部为不稳定围岩。
［关键词］围岩松动圈；巷道支护；参数优化［中图分类号］ TD353 ［文献标识码］ B ［文章编号］ 1672蛳9943（2020）01蛳0106蛳03
1 工程背景
平朔井工三矿 39109 工作面所采煤层为石炭系上统太原组 9 号煤层。煤层结构复杂，平均煤厚 12.22 m，煤层平均倾角 8.5毅；工作面回采长度为 631 m，宽度为 320 m，面积为 521 103 m2；采用综合机械化放顶煤开采，设计采高为（3.4±0.1）m，平均采放比为 1∶2.59。39109 工作面两巷均处于 9 号煤层异常带内，主运巷 48～442 m 处于角砾岩分布区，揭露 1 条断层，位于巷道 508 m 处。辅运巷 0～69 m 范围受 9 煤破碎带的影响。现在 39109 辅运巷巷道围岩环境一般，巷道的煤帮和顶板平整，巷道支护效果较好，但 39109 主运巷基本处于煤层异常带内。受采动影响，近 1/2 长度的巷道两帮及顶板破碎，尤其是煤柱侧帮，巷道围岩环境较差，巷道支护效果较差。为防止事故发生，减小巷道维护成本，需对 39109 主运巷原支护方案进行优化咱1-2暂。

隔离矿柱巷道围岩松动圈分布规律的测试

隔离矿柱巷道围岩松动圈分布规律的测试张海磊;刘涛;郭生茂;孙嘉;王成财;周健强【摘要】诸多经验表明,深部巷道的松动圈的分布特点将对支护设计有重要影响.为确定我国华东某铜矿山隔离矿柱回采时,充填体下新开挖的出矿巷道所需预留的顶板厚度及其支护方式,需要了解巷道周边松动带的范围,确定巷道围岩的不稳定区域.通过对松动圈理论及影响松动圈范围因素的研究,制定合理的松动圈测试方案,利用RSM-SY5声波仪对矿山隔离矿柱巷道围岩进行松动圈现场测试,并对测试结果进行分析,得出沿孔深方向的波速变化曲线(即VP-L曲线)及巷道围岩松动圈范围的截面图;根据松动圈支护理论及松动圈测试结果,对矿山隔离矿柱巷道围岩稳定情况进行研究及分析,并给出支护建议.实践表明,松动圈测试作为岩石内部变形的监测手段,能够全面且真实地反映矿山巷道的破坏情况及其随着回采过程的破坏趋势,可为评价巷道稳定及巷道变形支护提供科学的指导.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2014(000)007【总页数】5页(P151-155)【关键词】隔离矿柱;巷道围岩;松动圈;声波测试;巷道支护【作者】张海磊;刘涛;郭生茂;孙嘉;王成财;周健强【作者单位】西北矿冶研究院,甘肃白银730900;西北矿冶研究院,甘肃白银730900;西北矿冶研究院,甘肃白银730900;西北矿冶研究院,甘肃白银730900;西北矿冶研究院,甘肃白银730900;西北矿冶研究院,甘肃白银730900【正文语种】中文【中图分类】TD3我国华东某铜矿是典型的千米深大型矿山，具有高地应力(32～38 MPa)、高原岩温度(30～38℃)等特点。

该矿的矿体主要由含铜磁黄铁矿、含铜蛇纹石和含铜矽卡岩等构成，矿体节理裂隙不发育，岩性坚硬，稳定性较好，f=8～16。

矿体顶板主要为黄龙组、船山大理岩，厚46～68 m。

底板主要为石碳系下统高丽山组灰岩、粉砂岩和石英闪长岩，厚度14～24 m。

矿床地应力最大主应力方向与矿体走向大体一致，为NE～SW方向，近水平，量值在20～38 MPa，属高应力区［1-2］。