一种巷道松动圈的测试方法

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煤矿巷道围岩松动圈测定

内蒙古北联电能源开发有限责任公司高头窑煤矿巷道围岩松动圈测定中国矿业大学（北京）北联电能源开发有限责任公司2009年5月目录一、巷道围岩松动圈概念 (1)二、围岩松动圈测试原理 (1)三、测试仪器 (2)四、测试方法 (2)五、数据分析 (3)六、总结 (9)一、巷道围岩松动圈概念围岩松动圈是围岩应力对围岩作用的一种结果，是反映围岩应力岩石强度的一个综合性指标。

实践证明，松动圈的大小与巷道的稳定性及支护的难易程度密切相关。

测出松动圈的大小对选择合理的支护方式和支护参数，减少矿井维护费用，修订井巷设计，指导现场施工，都具有重要的现实意义。

自然状态下的地壳煤岩层,通常处于应力平衡状态,巷道开挖后,就改变了它的边界条件,破坏了其相对平衡状态,在巷道周围一定范围内应力将重新分布,以达到新的应力平衡。

一是切向应力增加，并产生应力集中；二是径向应力降低，巷道周边处应力达到零；三是围岩受力状态由三向变成近似二向，岩石强度降低许多，如果集中应力值小于下降后的岩石强度，围岩将处于弹塑性状态，围岩可自稳，不存在巷道支护问题。

相反的，如果集中应力值等于下降后的岩石强度，围岩将发生破裂，这种破裂将从周边开始逐渐向深部扩展，直至达到另一新的三向应力平衡状态为止，此时围岩中出现一个破裂带，这个破裂带称为围岩松动圈。

弹性区，塑性区，破裂区（三区）的力学行为与岩石全应力应变曲线中的相应段是对应的，其中巷道围岩弹性区，塑性区对应与全应力应变曲线峰前段弹性，塑性变形段，破裂区（围岩松动圈）对应于峰后“软化”段和“残余强度”如图1所示。

图1松动圈巷道围岩分区1.弹性区；2.塑性区；3.松动圈（软化区）；4. 松动圈（残余强度区）在现场，可用声波仪，多点位移计或探地雷达等探测出围岩中的这个破裂带的厚度，称其为松动圈值，记为Lp。

二、围岩松动圈测试原理基于松动圈测试的检测原理，相应的测试方法有渗流法、深基点位移计量测方法、地震声学法和超声波测试法。

声波法测试巷道围岩松动圈

图3-14兖矿集团东滩煤矿44岩集轨声波测试结果
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1）频率越低，跨越裂隙宽度越大，反之越小。
2）裂隙数目越多，则纵波速度越小
3）岩体的风化程度越高，弹性波的速度越小
4）夹层厚度愈大，弹性波纵波速度愈低
三、岩体波速与岩体的有效孔隙率及吸水率有关
一些岩石的纵波速度与有效孔隙率n之间的关系见图3-9所示。
从图中可以看出：随着有效孔隙率的增加，纵波波速急剧下降
（各向异性系数）
压力愈大，纵波波速各向异性系数愈小。
五、压应力对弹性波传播的影响
（一）室内测试的结果
压应力，对岩石弹性波的波速和动弹性模量有一定的影响，受力状态可分静水压缩、三向压缩和单向压缩，量测方式可分为平行或垂直于最大应力。
基本规律相同，即在低应力区纵波波速增长很快，随着应力的增大，增长减慢，趋于常值。
声波法测试巷道围岩松动范围
一、岩体弹性波速与岩体种类、岩石密度和生成年代有关

一种巷道松动圈的测试方法

一种巷道松动圈的测试方法巷道围岩是一种极其复杂的天然地质体．表现出多种力学特性，难以用一种支护理论来解决巷道支护问题。

因此。

在巷道支护理论研究方面出现了各种各样的学术流派，巷道围岩松动圈支护理论是我国软岩巷道支护领域重要学术流派之一。

该理论几乎不作任何假设假说，测试手段直感性强，易于掌握和操作。

这一理论先后在全国多个矿区得到广泛应用，成功解决了软岩巷道支护的难题，取得了较大的经济效益。

众所周知，采矿等地下工程都需要在地下开挖，形成一定大小的空间，并要保持该空间的稳定，但是在地下开挖后，将会扰动岩石的性质，造成岩石内的应力和岩石强度的变化，产生岩石应力转移、集中和岩石强度的减小，使开挖空间周围岩石发生变形甚至破坏，产生岩石物理状态的改变。

这个在开挖的空间周围所形成的破裂区一般是围绕开挖空间形成环状（图1）。

我们把这个由于应力作用产生的环状破裂带称为巷道围岩松动圈，简称为松动圈。

图1 巷道围岩中的松动圈1-松动圈外边界；2-松动圈范围；3-巷道周边巷道开挖后，破坏了原岩的应力平衡状态，围岩受力状态由三向变成了近似两向。

导致围岩应力重新分布和局部应力集中，造成岩石强度较大幅度地下降。

此时，最大主应力是沿巷道壁面的切线方向。

巷道壁面切应力达到最大值；最小主应力是沿巷道的径向应力。

径向应力在巷道周边为零，向围岩内部逐渐增大。

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松弛破裂带，即围岩松动圈。

其力学特征表现为应力降低区即松动圈、塑性区及弹性区，如图2所示。

图2 圆形巷道围岩塑性变形区及应力分布该理论认为松动圈厚度与巷道埋深（地应力）和岩石的强度关系较大，与巷道跨度关系很小。

而松动圈厚度越大，支护越困难。

即原岩应力越大，岩体强度越小，则松动圈厚度就越大，支护就越困难。

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］。

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。

超前地质预报来测定巷道的松动圈

超前地质预报来测定巷道的松动圈一、使用目的矿井地质构造、煤层赋存情况、水文地质状况是矿井生产与安全的主要影响因素。

超前地质预报能及时提供迎头前方的工程地质等一系列情况，从而能有效地控制地质灾害的发生, 确保巷道安全顺利施工,节约投资。

而且对巷道的合理布置、支护参数选取都具有十分重要的意义。

在本次使用中主要测量采动影响后巷道的松动圈范围,二、探测所需仪器KDZ113-4便携式矿井地质探测仪KDZ113-4便携式矿井地质探测仪系统组成三、探测原理：单点探测是利用声波在波阻抗不同的介质面反射原理来探Vx h V x h V ASOA t 2222422+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=测介质的速度和厚度的。

单点探测技术是源于反射地震波勘探中的自激自收方式。

它是通过接受岩、煤层界面的地震波垂直反射信号，来解析计算目的层距离或厚度的。

单点探测要求检波器和震源尽量的靠近，但不能接触震源。

单点探测接收的反射波是震源在界面的垂点反射回来的反射波，所以解析的距离总是等于或小于实际位置。

探测目的层与探测方向的夹角大于 60°，可以满足误差要求。

图1为单道观测系统波路图。

由反射波时距曲线方程：式中x 即为偏移距，v 为探测介质的地震波波速，t 为地震波旅行时间，而 h 是目标体的界面深度，是需要求解的。

因此根据测试所获得的地震波记录，进行反射波相位追踪，确定各个界面的反射波组并求取反射相位时间，即可求解探测目标体的深度，并进行地质解释。

对于倾斜界面则根据反射波组特征进行相应的深度校正，获得该界面的实际深度位置。

四、判断标准根据KDZ113-4便携式矿井地质探测仪的波形数据软件解析图和巷道的地质资料图对巷道迎头处的地质构造作出预测判断。

根据具体的问题采取相应的超前支护措施等。

五、使用情况KDZ113-4便携式矿井地质探测仪具体使用位置由矿方确定（采动影响范围，尽量多的测几个不同的断面），使用时间由矿上确定（满足1：所测测点在受采动影响范围内，2，测点不受采动影响—参照）。

巷道围岩松动圈测试及影响因素分析

1引言巷道受掘进及工作面采动影响后，原始地应力平衡状态被破坏，围岩从三维受力变为二维受力甚至只受一个方向的平衡力。

应力重新分布造成局部巷道围岩应力降低，局部围岩应力应力升高[1]。

应力升高部位围岩会发生弹塑性变形，若巷道围岩仍处于弹性变形状态，则围岩可以保持自承稳定，不存在破坏和支护问题；如果围岩发生塑性变形，则必然会发生破坏，需要支护体支撑才能维持稳定。

应力的重新平衡过程会在巷道围岩内形成一定范围的松弛破碎带，即松动圈。

引发围岩变形、甚至破坏等灾害的根本原因是地应力，通过对巷道围岩松动圈的实测与分析，可研究松动圈大小受地应力的影响规律。

2巷道围岩松动圈测试方法围岩松动圈是地下巷道或硐室在特定地质和采动条件及支护作用下的自身反映，是了解围岩力学性状和确定支护方式与支护参数的重要指标，因此，松动圈大小的准确测定是合理设计巷道支护形式与参数的重要前提。

本研究将使用地质雷达法测试某矿区典型巷道围岩的松动圈范围。

地质雷达法松动圈测试系统利用记录电磁波在介质面间反射的时间、振幅以及相位等特征判别目标介质的结构与几何状态，通过反射电磁波的强度分析目标介质的岩性和状态[2]。

从几何形状分析，地下结构或构造可分为2种形态，一是巷道、洞穴、管道等形态；二是裂隙、空隙、缝隙、层面等。

不同结构在雷达探测系统上以不同形态特征存在，面状态结构呈线性反射波状态，点状态结构呈现象反射波状态。

通常，结构位置可以通过反射波的行走时间判断，而结构岩性可通过反射波被吸收能量的多少判断。

h=v2t2+x2/4√,v=c/ξ式中：h为地质体埋深；t为反射波到达时间；x为天线距离；v为岩体中电磁波的传播速度；c=0.3m/ns 为电磁波在空气中的传播速度；ξ为介电常数，可查有关参数或测定获得。

使用地质雷达法松动圈测试系统可通过合理选择发射波的频路，对不同深度和精度要求现场进行测量。

现场分析测试结果，并能进行多次测量。

本研究测试的巷道较小且封闭，可多次反射电磁波，且巷道内支架及其他金属设备也会对电磁波产生较强的反射，故属于特别复杂环境，故选择250MHz屏蔽天线进行本次雷达测试。

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隔离矿柱巷道是煤矿开采中常用的一种支护方式，它可以有效地避免矿柱失稳引发的事故。

然而，在煤矿巷道开挖过程中，由于采动压力的作用，巷道围岩难免会出现一定程度的松动。

为了探究隔离矿柱巷道围岩松动圈的分布规律，我们进行了一系列的测试和研究。

我们选择了不同位置和不同长度的隔离矿柱巷道进行了测试。

通过测量巷道围岩的位移和变形情况，我们得到了一组数据。

通过对这些数据的分析，我们发现，隔离矿柱巷道围岩松动圈的分布规律与巷道的位置和长度有关。

在巷道的纵向分布上，我们发现隔离矿柱巷道围岩松动圈呈现出一定的对称性。

即巷道两端的围岩松动程度较小，而中间位置的围岩松动程度较大。

这是由于巷道两端的围岩受到了较大的约束力，而中间位置的围岩受到的约束力较小所致。

在巷道的横向分布上，我们发现隔离矿柱巷道围岩松动圈呈现出一定的非对称性。

即巷道的一侧围岩松动程度较大，而另一侧围岩松动程度较小。

这是由于巷道一侧的围岩受到了较大的采动压力，而另一侧的围岩受到的采动压力较小所致。

我们还对不同长度的隔离矿柱巷道进行了比较。

结果显示，隔离矿柱巷道围岩松动圈的范围随着巷道长度的增加而增大。

这是由于巷道长度的增加导致围岩受到的采动压力增加，从而引发了更大范围的围岩松动。

通过对隔离矿柱巷道围岩松动圈分布规律的测试和研究，我们发现巷道位置和长度对围岩松动的影响较大。

巷道的纵向分布呈现出对称性，巷道的一侧围岩松动程度较大，巷道长度越长，围岩松动范围越大。

这些研究结果对于煤矿巷道的设计和支护具有一定的指导意义，可以帮助工程师更好地进行巷道的支护设计，提高煤矿开采的安全性和效率。

希望通过我们的研究和测试，对隔离矿柱巷道围岩松动圈的分布规律有了更深入的了解。

我们将继续深入研究巷道围岩的力学特性和支护方式，为煤矿开采提供更科学、更安全的技术支持。

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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榆家梁煤矿巷道围岩松动圈测试技术及应用

榆家梁煤矿巷道围岩松动圈测试技术及应用摘要:基于榆家梁煤矿现场条件,介绍了松动圈的测试原理、测试方法及测试过程,通过测试得出了围岩合理的松动圈范围,为确定合理锚杆支护参数提供了依据,为相似条件巷道的松动圈测试提供了实践经验。

并介绍了控制松动圈厚度的方法,对井下支护设计具有借鉴意义。

关键词:围岩;松动圈;巷道;锚杆支护巷道开挖后,围岩受力状态由三向变成了近似两向,造成岩石强度较大幅度地下降。

如果围岩中集中应力值小于下降后的岩石强度,则围岩处于弹塑性状态,且围岩自行稳定,不存在支护问题;反之围岩将发生破坏,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。

图一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 测试原理松动圈测试是应用超声波在不同介质中传播速度,来预测围岩的破坏情况。

测试物体是以弹性体为前提条件的,当煤体的尺寸较小、作用外力较小时,相应变形也较小,可以把煤体视为弹性体。

超声波是由声波仪振荡器产生的高压电脉冲信号加在发射换能器,发射换能器受到激发产生瞬态的振动信号,该信号经发射换能器与煤体之间的耦合后在岩体介质中传播,从而携带煤体内部信息到达接收换能器,再由接收换能器把收到的振动信号转变成电信号传给声波仪,经声波仪放大处理后,显示出超声波穿过煤体的声时、波速等参数。

刘店煤矿副井马头门巷道松动圈及支护结构内力测试技术

５『＿．ｎ表土段深度为３８０。副井马头终孔处为１５１．ｍ８＃电极，终孔坐标为（，）以镐、００，风泵等施Ｔ设备所用的风能。具体操与门位于垂深～３． —６３ｍ处，６３８４．５４从副井钻孔方向为ｘ轴、ｘ轴垂直的方向为Ｙ作步骤是：关闭压力容器进风管、输浆管
井马头门合理的支护形式和掌握马头门直探测孔封孔处受到的水泥浆压力最大）纳对称四极装置。数据处理采用
支护结构的安全运营情况．首先采用高密
测，其次对马头门支护结构的内力进行了
监测
一
２ｎ般为０Ｍａ．Ｐ左右，而树脂锚固剂是由Ｒｓｄｖ２ｅｉ高密度电阻率数据二维反演软
大。
此，探测钻孑分两次施工，Ｌ第一次施工拱压力容器压力表读数为２Ｍａ．Ｐ时，关闭０
马头门（井筒与井底车场巷道相连接顶的１、钻孔．＝２ｆ＃｝第二次施工直墙的３～进风管控制闸阀：｝｝打开压力容器输浆管控的部分）是矿井的咽喉部位，因其位置的６钻孔。钻孑形成后，＃Ｌ将电极按先里后外制闸阀，当钻孔排气管出浆时，表明钻孔Ｖ然后送入钻孔已经注满水泥浆。此时。特殊性，致使围岩的应力分布复杂，围岩的顺序固定在ＰＣ导杆上．关闭压力容器输的稳定性较差。在马头门巷道开挖过程的预定位置，并用耦合剂（水泥浆）耦合在浆管控制闸阀，将钻孔口处连接ＰＣ注浆Ｖ中，由于围岩失稳而造成的冒顶、塌方事钻孔壁上。为了减小钻孑孔径，Ｌ减小钻孑管的橡胶管对折扎紧，Ｌ然后截断多余的橡故时有发生。近年来，在我国新建的一些施工的难度，固定电极的ＰＣＶ导杆可兼作胶管

深井软岩巷道围岩松动圈厚度测试技术及应用

岩巷道。巷道围岩变形严重、底鼓明显、支护困
难，严重影响矿井的正常生产。
２松动圈厚度测试
２．１超声波法测试原理
超声波测试技术通过检测声波信号在岩
体中传播过程中的波速、波幅、波形及频谱等波
谱参数的变化，间接了解岩体介质的物理力学
特性及结构特征。所以岩体中声波传播速度的
变化，可以间接得到巷道周边围岩松动范围的
２．２测试方案本次围岩松动圈测试仪器选用ＰＨＤ一２型多功能超声波检测仪，将发射换能器和接收换能器同时安设在一个钻孔内，向孔内注满水耦合，而后将发射和接收换能器从孑Ｌ底向孔口每外移２５ｅｍ测读一次。本次共设置２个松动圈测试断面，分别为１＃、２＃断面。观测断面的位置如图２所示：１＃距工作面风巷下帮水平距离８．５ｍ，与工作面法距４６．５ｍ。
屯一钻孔内径；丸一换能器直径；ｑ一
钻孑Ｌ中耦合水声波速度。
声波在岩石钻孔中的传播速度为：
Ｌ
ｖ２２—ｔ－２—Ａｔ
（３）
式中ｖ２一钻孔中声波速度
发射Ｆ
值，对其绝对值要求不高。在软岩或者
煤层中测试时，因为声波能量衰减较
Ａｔ
快，接收到的不是首波信号，仪器读数
大小。
超声波法测试围岩松动圈原理是基于声
波在围岩中传播速度的变化，岩体和其他介质
一样，当弹性波在岩体中传播时要发生几何衰
减和物理衰减，在岩体中不同力学性质的结构
面上弹性波要发生折射、散射和热损耗等物理
现象。使得弹性波能量不断衰减造成波速降低。
显然，围岩松动范围的探测，是弹性波测试技术
作为边界条件勘测的应用技术。由于纵波具有
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(倾情奉献)巷道松动圈测试、计算及规律

矿井巷道松动圈特征及规律1.查阅信息通过查阅矿井巷道相关资料，得出关于一些矿井巷道松动圈的测试方法以及松动圈特征参数的相关数据，见下表所示：(1)表格形式（2）图片形式1）平煤十二矿松动圈测试与相关影响因素的关系：2）梁北矿围岩松动圈与岩性的关系（BA-Ⅱ超声波围岩松动圈测试仪）3）松动圈大小与支护方式的关系4）松动圈大小与节理发育系数等因素的关系2.松动圈大小的影响因素和规律结合开滦矿务局赵各庄矿千米深井的实测（按5个水平、不同岩性及是否受采动影响参数）得出围岩松动圈实测结果，经分析得出如下规律。

（1）围岩松动圈与围岩应力和围岩强度关系赵各庄矿不受采动影响的底板岩巷，在断面形状尺寸一定的条件下，实测围岩松动圈值见表1(L p为掘巷产生的松动圈厚度)。

由表1可见，在工程情况相近条件下，围岩松动圈厚度主要决定于原岩应力P0。

根据中科院地质所编写的“煤矿突水预测预报综合研究”，赵各庄矿的原岩应力场以自重应力为主，即有P0=γH(H为采深)。

单向抗压强度σc：对粗(中)砂岩、细砂岩、粉砂岩分别取为24.21， 15.94， 12.76MPa。

此外鉴于观测数值的离散性较大(见表1)，从安全的要求出发，对观测值离散性大的测站取松动圈的最大值进行分析，因此得表2。

表1 不受采动影响的松动圈厚度观测值表2 Lp 与P/σc值表2不包括受断层影响的松动圈观测值，表明：在岩石强度不变时，随原岩应力的增加，松动圈厚度将随之增大。

对表2中数据进行拟合， L p与P0/σc具有如下关系：P0/σc=0.379+0.598L2p -------------------(1)(R2=0.975; F=277.2)即L p=1.293(P0/σc-0.379)1/2 --------(2)（2）围岩松动圈与采深的关系根据赵各庄矿原岩应力以自重应力为主的结论，由式(2)得L p=a(H-H0)1/2 -------------------(3)式中： a为与岩性有关的常数, a=0.2044/σcH0为产生松动圈初始深度,H O=0.379σc/0.025=15σc上式是在赵各庄矿具体工程条件下获得的、不受采动和地质构造影响的底板岩巷围岩松动圈与采深的关系式，其变化规律见图1、2。

15#煤层巷道松动圈测试方案

上社二景15#煤层巷道松动圈测试方案2018年5月22日目录单击此处输入文字。

一、概述 (2)1、松动圈理论 (2)2、钻孔轴向“三区”的划分 (2)3、测试目的 (3)二、测试区域基本情况 (3)1、拟测试区域 (3)2、煤层基本情况 (3)3、巷道断面及支护方式 (3)三、测试方案及原理 (3)1、方案选择 (3)2、测试原理 (4)图3-1 反射探测原理图图3-2 雷达记录示意图 (5)四、工作方法 (6)1、设备选择 (6)2、技术要求 (6)3数据采集 (6)4、巷道围岩松动圈的判别 (7)图4-1 反射波组雷达图像 (8)5、数据统计 (8)表4-1 测试数据记录表 (8)五、安全措施 (8)上社二景15#煤层巷道松动圈测试方案一、概述1、松动圈理论巷道在开挖前，岩体处于三向应力平衡状态，开巷后围岩应力将发生两个显著变化；一个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，一般情况下集中系数大于2.如果集中应力小于岩体强度，那么围岩将处于弹塑性稳定状态；当应力超过围岩强度之后，巷道周边围岩将首先破坏，并逐渐向深部扩展，直至在一定深度取得三向应力平衡位置，此时围岩已过渡到破碎状态。

我们将围岩中产生的这种松弛破碎带定义为围岩松动圈，简称松动圈，其力学特性表现为应力降低。

2、钻孔轴向“三区”的划分在受采掘影响前，煤体处于应力平衡状态。

当受到采掘影响以后，应力平衡随即遭到破坏，采场周围应力的大小和方向将发生较大的改变。

在巷道周边将产生应力集中区。

根据煤体力学状态的不同，可以将其分为3个区域：卸压区、应力集中区和原始应力区。

卸压区的煤体抗拉强度很差，当拉伸应变超过破坏应变时，径向将产生裂隙，形成裂隙圈。

抽采钻孔封孔以后，如果裂隙圈的深度超过封孔的深度，裂隙圈内裂隙将会与抽采钻孔沟通，构成了钻孔短路风流的通道，这些通道影响了抽采钻孔的气密性，导致抽采浓度下降。

3、测试目的按照重庆煤矿科院防突所与二景公司合作的关于“瓦斯治理专业化现场服务”项目约定，其中一项是协助二景公司制定松动圈考察方案。

吴四圪堵矿巷道围岩松动圈的测定

吴四圪堵矿巷道围岩松动圈的测定白向举【摘要】本文以吴四圪堵煤矿首采综放工作面回风巷为研究背景，采用声波检测仪对巷道两帮的钻孔进行了观测，并通过图表形式分析测得的观测数据，进而确定围岩松动圈的尺寸范围为1.0～1.2m。

%In this paper, regarding return airway of the first fully-mechanised face in Wusigedu Mine as the research background, observing the drilling of roadway's sides by acoustic detector, analyzing the observed data by charts and tables, it determines that the size scope of the rock loose circle is 1.0~1.2m.【期刊名称】《煤矿现代化》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】3页(P81-83)【关键词】回风巷;声波检测仪;巷道围岩松动圈【作者】白向举【作者单位】山西潞安集团孟家窑煤业有限公司，山西忻州 036700【正文语种】中文【中图分类】TD326对于一个矿井来说，巷道的支护参数和支护技术的选择尤为重要。

而巷道松动圈范围的准确测定，可以为其巷道支护和分析围岩稳定性提供宝贵的参考数据，对支护技术的选择具有重要参考价值。

近年来，随着科学技术和测试技术的不断更新和发展，针对围岩松动圈的测定出现了很多方法，如声波法、多点位移计法、地质雷达法、地震波法、电阻率法和渗透法等[1-3]。

声波测试法相比于其他测试法具有原理简单、技术成熟、仪器可重复使用、经济、快捷和可靠等优点，所以本文采用声波测试法来对吴四圪堵煤矿首采综放工作面回风巷的松动圈进行测试[4]。

对于煤矿的巷道围岩而言，巷道在开挖遭到破坏之前，巷道周围的岩体处于原始的三维应力状态，也就是所谓的自然应力平衡状态，称其为原岩应力。