巷道围岩松动圈范围及发育规律分析
城郊煤矿围岩松动圈变化规律及控制研究
i =0 i =0 m m
界面为主要特征。在该范围内， 岩体为破裂松驰状， 通 过地质雷达围绕巷道断面一周进行扫描， 由地质雷达 波形呈杂乱无章状态， 无 发出的电磁波在其中传播时， 明显同相轴； 当电磁波经过松动圈与非破坏区交界面 （ 松动圈界面） 时， 必然发生较强的反射， 从而可以根 据反射波图像特征来确定围岩松动圈破坏范围 。 1． 2 围岩松动圈测定结果 针对城郊煤矿井下巷道类型， 选择各种典型的支 护和破坏形式巷道进行围岩松动圈的测试工作 。 实测 共布置了 2 个测试断面和 12 条纵测线， 共计 5 个测 站， 获得的相关数据见表 1 。 表1
* 收稿日期： 2011 － 07 － 28 作者简介： 陈彦军（ 1985 － ） ， 男， 河南柘城人， 硕士毕业于山东科 技大学， 现从事煤矿技术及管理工作 。
由此得到正规方程组： 5 12 ． 80 32 ． 98 a0 1 ． 466 12 ． 80 32 ． 98 85 ． 484 a1 = ． 484 222 ． 795 a 10 ． 168 2 解得： a0 = 5 ． 153 ， a1 = － 4 ． 442 ， a2 = 0 ． 987 即关系式为：
2 y = a0 + a1 x ， y 合， 待定方程为： y = a0 + a1 x + a2 x 、 其中，
围岩松动圈实测值
围岩松动圈实测值（ m） 最小 1． 6 1． 4 2． 3 1． 5 2 最大 2． 7 2． 2 2． 5 2． 6 2． 8
围岩单轴抗压 强度（ MPa） 44． 17 97． 8 44． 17 99． 8 44． 17
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。
围岩松动圈的测定
围岩松动圈的测定一、监测目的巷道开挖引起围岩应力重新分布，岩石强度和岩体内应力变化，在开挖空间周围形成一个环状的破裂区，称为巷道围岩松动圈。
为评价工程岩体稳定性及合理确定巷道支护提供科学依据，必须对围岩松动圈进行测定。
选取回采工作面的一条巷道，尽量在井下停工的时候测两到三个断面，距离控制在隔100m左右就测一回，时间及地点由矿方安排。
根据观察的结果确定出该矿的松动圈范围.(有可能的话,采动影响小的地方测一下,采动影响大的地方测一下).二、需求设备SYS(B)矿用钻孔窥视仪技术指标：窥视钻孔直径: ＞Φ25mm窥视钻孔深度：10m（可延伸）窥视镜（探头）：分辨率：420 lines连续工作时间：8h存储容量：20GB外形尺寸： 195mmX115mmX75mm配套设备：1.钻孔窥视仪主机1台2.窥视镜（探头）１只3.视频传输及输送缆：10米4.耳麦1付5.充电机1台B连接线1根7.窥视镜转接线1根8.数据管理和播放软件1套三、使用原理钻孔窥视仪是新近研制的一种便携式防爆型探测仪器,用以观察锚杆孔或其它小孔径工程孔内部情况。
将探头送入钻孔,即可在仪器屏幕上看到钻孔壁的图像。
由于镜头具有放大功能和红外敏感功能,所以孔壁的岩性变化可以清楚地反映出来。
对于煤岩界面及岩层裂隙,能用它容易地加以识别。
它在手持式液晶显示屏幕上显示钻孔内壁构造, 可用来观察岩层裂隙、确定围岩和煤层接触界面。
四、使用分析1、在掘巷道每掘进200m垂直顶板及两帮各布设一个钻孔；巷道交岔点须根据实际情况布设钻孔；过地质构造、顶板岩性发生显著变化等特殊地段须布设钻孔，钻孔数量根据实际情况而定；矿压显现明显（主要包括：顶板离层仪到黄区；巷道两帮、顶底位移量大；巷道内淋水较大；锚杆（索）托盘变形数量较多、锚索被拉（剪）断）区段须布设钻孔，钻孔数量根据实际情况而定。
2、钻孔要求：垂直顶板打设深度为15m、孔径为Φ28mm的钻孔，并用风、水管将钻孔内部清理干净。
煤矿巷道层状围岩松动圈范围的发育规律
煤矿巷道层状围岩松动圈范围的发育规律
煤矿巷道围岩松动圈是一种比较常见的构造现象，它是一种径向向外发展、具有复杂
体系和蕴藏煤层变形的本构空间体系，影响着煤矿的顶、底板的破坏，煤层的改造，地压
演化，回采率及煤矿稳定性，因此，考察围岩松动圈的发育规律及变形特征具有重要意义。
煤矿巷道围岩松动圈的发育大体上有三个阶段：前破碎期、空间拉张期和密度提高期，其受到矿山地质结构、力学地压、温度、围岩质地、物理性质、地质历史等多因素的共同
作用影响。
前破碎期是指围岩组织发生前破碎现象，按煤层剪应力的方向扩展，形成发展良好的
巷道本构围岩，当围岩经受煤层无序去应力侵蚀时，巷道围岩几何形状发生改变。
空间拉张期是指围岩组织发生大尺度的松缩变形，实现从泥煤层而来的拉应力的承载
功能，煤层膨胀围岩的松动程度变大，围岩拉应力发展状态，煤层受均衡应力和非均衡应
力的共同作用，煤层向里弯折，出现弯曲现象，呈现拉相凸状，呈螺旋状，圈绕状等形态。
密度提高期是指围岩组织发生抗破坏强度增大，重力水压增强，醒目煤体整体松动，
沿围岩松动线并发生断层活动，释放围绕醒目煤体围岩的松弛压力，形成节理线和节理面，从而影响如煤层中心的破坏程度，降低整层煤的回采率，从而维持煤矿的稳定性。
煤矿巷道围岩松动圈的发育过程受多种因素影响，变形成因和发育规律也不尽相同，
此外，该构造也会影响煤层的破坏性，煤层的改造，从而影响煤矿的安全性。
因此，在煤
矿开采时，应该重视煤矿巷道围岩松动圈的发育特征，采取必要的提前改造措施去改善松
动环境，以保证煤矿的安全运行。
厚煤层大断面煤巷围岩松动圈分布范围及形成过程研究
厚煤层大断面煤巷围岩松动圈分布范围及形成过程研究题目：厚煤层大断面煤巷围岩松动圈分布范围及其形成过程研究摘要：本文旨在研究厚煤层大断面煤巷围岩松动圈的分布范围和形成过程。
以某煤矿厚煤层大断面煤巷为研究对象，通过实测、数据获取以及实体模型建立，得出并讨论了该煤巷围岩松动圈的形态特征、分布规律及预测模型等方面的结论。
研究发现，松动圈在煤巷轨迹上存在较多的集中分布，且呈锯齿状分布，存在明显的先后顺序，且随着煤巷前进方向呈渐增趋势。
该煤巷围岩松动圈形成的主要原因是开采面抽采作业、施工抽采作业以及开采及施工过程中产生的机械剪切耦合作用。
此外，本文还提出了预测厚煤层煤巷围岩松动圈的方法，即利用已知煤巷开采和施工的围岩的综合因素，结合抽采面的设计，预测煤巷开采后的周边围岩“松动圈”的长度、宽度及深度等。
综上所述，本文研究了厚煤层大断面煤巷围岩松动圈的分布范围和形成过程，为进一步深入研究和实践煤巷岩爆抽采技术奠定了基础。
关键词：厚煤层；大断面煤巷；围岩松动圈；形成过程正文：一、研究背景和意义随着煤炭行业的发展，越来越多的新技术和新工艺应用于煤矿的开采。
近年来，由于厚煤屢煤矿的开采工艺的不断改进和深化，煤巷开采技术也渐渐得到了重视和发展。
其中最重要的一个要素是围岩松动圈的控制。
传统的煤巷开采方法依靠穿越煤巷附近的围岩岩体，从而使煤巷获得支撑。
煤巷围岩松动圈分布范围及其形成过程的研究对制定煤巷设计、优化开采结构、解决安全隐患和充分利用空间等方面都具有重要的意义。
二、研究对象本研究以某煤矿厚煤层大断面煤巷为研究对象，研究范围包括煤巷围岩松动圈的形态特征、分布规律及预测模型等方面的内容。
三、研究方法1. 实测：采用井下观察、放射性试验等方法进行煤巷围岩松动圈的实体勘察；2. 数据获取：获取该煤矿有关煤巷围岩松动圈的相关实测数据；3. 实体模型建立：基于实测数据，建立煤巷围岩松动圈的模型，以模拟实际情况；4. 数据分析：对实体模型中煤巷围岩松动圈的形态特征、分布规律和形成过程等进行统计分析；5. 模型验证：对实体模型和数据分析结果进行验证，确定其准确性及可信度。
工作面采动影响巷道围岩变形规律分析
收稿日期:2008-11-05作者简介:王锁锋(1962-),男,陕西风翔人,1985年毕业于陕西煤炭工业学校,工程师,现在宝鸡秦源煤有限公司从事煤矿生产技术管理工作。
工作面采动影响巷道围岩变形规律分析王锁锋,姚立春(宝鸡秦源煤业有限公司,陕西宝鸡 721202)摘 要:通过对秦源煤业有限公司戚家坡矿101综采工作面回采对巷道变形的影响实测分析和研究,系统总结出了回采工作面对周围巷道稳定性及巷道围岩变形影响规律,合理地确定了周围巷道加强支护范围,及工作面停采线位置。
关键词:采煤工作面;采动影响;实测方法;变形规律中图分类号:T D823.97 文献标识码:B 文章编号:1671-749X (2009)03-0027-030 引言戚家坡矿520石门向里60m 长巷道,位于大向斜西翼煤层底板内,60～260m 处巷道位于大向斜轴部,巷道两次见煤经过从煤层到煤层顶板再到煤层的过程,全段岩性多为炭质泥岩,局部为砂质泥岩,岩石裂隙发育,淋水大,松散易冒落。
502工作面溜子道从石门下部垂直穿过,此段巷道动压大,经过多次翻修后,围岩松动,底臌严重。
520石门向里260m 至三号石门通道全部位于底板煤层内,距煤层底板垂直高度在30m 以上,且上部的201、203、301等工作面在回采时都留有50m 石门保护煤柱,全岩段多为砂质泥岩,局部为泥质砂岩,致密较坚硬,巷道压力稳定,断面变化不大。
受N101工作面采动影响的有N101上下顺槽,北采区回风下山、北采区轨道下山及520轨道石门、N103甩道、N103联络巷等。
为研究N101工作面对周围巷道稳定性的影响,重点对520石门、北采区回风下山及N103联络巷巷道围岩变形情况进行了观测。
1 520石门回风下山及N103联络巷支护1.1 520石门巷道断面及支护方式520石门首先采用风镐等工具进行巷道断面的刷大并安装短管。
然后进行喷浆,喷浆厚度20～30mm ,以封闭住围岩表面裂隙为标准。
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。
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。
巷道围岩松动圈名词解释
巷道围岩松动圈名词解释
巷道围岩松动圈是指在地下矿井或隧道等巷道工程中，围绕巷道周围的岩石或土层受到外界荷载作用或内部应力变化而发生松动的区域。
松动圈是巷道围岩的一种破坏形式，对工程的稳定性和安全性具有重要影响。
松动圈的形成主要与以下几个因素有关：
1. 地质构造，地质构造的复杂性会导致巷道围岩的应力分布不均匀，从而形成松动圈。
2. 工程荷载，巷道施工或运营过程中的荷载作用会使围岩受到应力的重新分布，进而引发松动圈的形成。
3. 岩性特征，不同岩石或土层的物理力学性质差异较大，某些岩石或土层容易发生松动。
4. 水文地质条件，地下水的存在和流动会对巷道围岩产生一定的影响，形成松动圈。
松动圈的特征表现为：
1. 岩石或土层的破碎和颗粒分离，巷道围岩受到应力变化后，岩石或土层中的颗粒会发生破碎和分离现象。
2. 巷道周围岩体的位移，松动圈的形成会导致巷道周围岩体的位移，表现为岩体的下沉、侧移或扭曲等。
3. 巷道周围岩体的开裂，松动圈的形成还会引起巷道周围岩体的开裂，表现为裂缝的出现和扩展。
4. 巷道围岩的变形和变质，松动圈的形成会导致巷道围岩的变形和变质，表现为岩石的塑性变形、褶皱和岩石破裂等。
为了防止和控制松动圈的发生，需要采取一系列的支护和加固措施，如预应力锚杆支护、喷射混凝土衬砌、钢拱支护等，以增强巷道围岩的稳定性和安全性。
此外，对于松动圈的监测和预测也是十分重要的，可以利用地下监测仪器和技术手段进行实时监测，及时采取相应的措施，确保巷道工程的安全运营。
软岩巷道围岩松动圈变形机理及控制技术研究_靖洪文
第28卷第6期 中国矿业大学学报 V o l.28 N o.6 1999年11月 Journal of Ch ina U niversity of M ining&T echno logy N ov.1999软岩巷道围岩松动圈变形机理及控制技术研究3α靖洪文 宋宏伟 郭志宏(中国矿业大学建筑工程学院 江苏徐州221008)摘要 通过对软岩巷道工程特征的研究,提出用定量指标——稳定的围岩松动圈厚度值L p(L p ≥150c m)来判定“软岩巷道工程”的方法.以此为基础,进而分析了围岩松动圈碎胀、水胀及复合等变形机理,提出对大松动圈碎胀变形 , 类软岩采用锚喷网支护, 类软岩采用联合支护,对水胀变形软岩首先采用综合防治水措施的新思路,并被大量的工程证明是正确的.关键词 软岩,松动圈,碎胀变形,水胀变形,控制技术中图分类号 TD353第一作者简介 靖洪文,男,1963年生,博士研究生,副教授 软岩巷道支护一直是煤矿生产建设中的难题,也是目前国内外尚未解决的问题.尽管国内外学者对软岩工程进行了大量的研究工作,并取得了很多成果,但由于软岩问题的复杂性,目前不仅软岩工程支护设计仍停留在经验的工程类比及盲目的试验基础上,而且软岩工程判定及分类方法也缺乏可行的量化指标,造成工程实践中的浪费.在原岩中开挖巷道,破坏了围岩原有的三向应力平衡状态,围岩中的应力将重新分布,同时伴随应力集中现象出现.如果集中应力小于围岩强度,围岩虽有变形出现,但巷道整体处于稳定状态,不存在支护问题;只有当集中应力大于围岩强度,围岩发生破坏时,巷道才产生非线性变形.如果这种非线性变形得不到有效控制,巷道就会冒落或断面尺寸缩小而不能满足使用要求,因而须进行加固或返修.本文在探讨软岩巷道工程特征的基础上,提出用全面反映围岩应力和围岩强度等因素综合作用结果——稳定的围岩松动圈厚度来定量确定软岩工程,进而分析其非线性变形破坏机理,重点研究了碎胀变形机理及支护参数设计方法,并且经过工程实践证实其可靠性.1 软岩巷道工程的矿压显现特征软岩工程地压大,致使一般刚性支护不能进行有效的维护,多至3层料石碹也遭到破坏;围岩变形量大,变形持续时间长,一般达1～3个月;底臌现象明显.综合起来表现为支护难度大,在选择支护时必须摒弃各种刚性支护,而选择各种支撑力较强的可缩性支护.用这个概念来划分软岩工程的范畴将包括:深部工程、构造应力明显地区、密集工程群、受采动影响的巷道工程和遇水软化膨胀岩层地区等.它们都能达到上述支护难度,即每矿都有可能遇到软岩工程问题.围岩松动圈巷道支护理论[1]在对围岩状态进行深入研究后,发现松动圈的存在是煤矿巷道围岩的固有特性,它的范围大小可以用声波仪进行测定.稳定后的围岩松动圈厚度是围岩应力p与围岩强度R的复杂函数,L p=f(p,R).它是一个综合指标,反映了支护的难易程度,而且大量相似模拟试验及现场实测表明,煤矿巷道的跨度(一般3～5m范围)及支护强度(一般为0.1～0.2M Pa)等影响不大.当松动圈厚度大于150c m时,多种支护,特别是刚性支护发生严重破坏;当松动圈厚度小于150c m时,支护破坏轻微.因此就这个意义而言,“软岩”已不单纯指围岩的软硬或者地应力水平的高低,而是把“软岩”与“硬岩”的界限划定在松动圈厚度为150c m处,大于该值时称为大松动圈软岩工程.大松动圈软岩工程分类见表1,共分成3类.α收稿日期 199906223煤炭科学基金资助项目(96建0101)表1 大松动圈软岩工程分类Table1 The classif ication of sof t rock roadwaywith a large broken zoneL p c m围岩类别围岩类型支护机理及方式备 注150～200 一般软岩锚杆组合拱理论锚喷网支护 200～300 较软软岩锚杆组合拱理论全断面锚喷网支护>300 极软软岩二次支护理论 联合支护 注 近期研究表明:L p相同但岩石不同时支护难度有差异. 用松动圈厚度判定软岩工程有两个突出特点:1)松动圈厚度可现场实测,容易取得且可靠性高;2)松动圈厚度是一个综合指标,它全面反映原岩应力(包括采动应力)、岩体性质(包括强度、裂缝、软弱夹层等)、施工和水等的影响,在工程中又不需要对这些指标进行观测和具体量化,现场应用方便.这一划分软岩工程支护范畴的分类方法已经过大量工程验证[2],获得良好的效果.2 大松动圈软岩变形机理分析巷道开挖后,一般总要引起巷道周边围岩的收敛变形,其变形量的大小是衡量巷道矿压显现强烈程度和维护状况的重要指标1研究其变形组成和机制,预测其变形规律、特征和变形量值,以便合理确定支护形式和参数,最大限度地利用围岩自身支撑能力,避免目前大松动圈软岩巷道中经常遇到的支护多次破坏和频繁返修的困难局面,具有重要的实用价值.当围岩松动圈厚度L p≥150c m时,围岩突出地表现为软岩工程特征,但由于巷道围岩形成松动圈的机理不同,则其支护对策亦不同.因此,依据支护对象(碎胀变形、水胀变形、复合变形)及支护对策上的差异又可将分类表中大松动圈软岩分成碎胀型、水胀型和复合型3类.2.1 碎胀型软岩岩石是一种脆性材料,在受力过程中,产生较小的变形就会进入破裂状态.破裂意味着岩石中裂隙增多,单位体积增大,我们把岩石由于破裂而产生的体积增大现象称为碎胀(破裂膨胀).碎胀型软岩是指主要支护对象为碎胀变形,它包括两种情况:1)高应力软岩——岩层在自然状态下单轴抗压强度较高,而且受水和风化影响较小;2)低强度软岩——岩层在自然状态下结构松散,软弱,胶结程度差,单轴抗压强度较低,一般小于30M Pa,而且受水和风化影响较大1上述两种岩层都是指围岩遇水无明显膨胀、软化的大松动圈软岩工程.它一般是由于埋深较大、构造应力明显、采动应力叠加、巷道较密等原因形成的.在地下开挖空间要扰动岩石介质,围岩应力进行重分布,导致围岩应力和围岩强度的变化,围岩应力超出围岩强度值越大,围岩变形破坏越快.由于起初巷道表面围岩内的应力集中系数最大而围岩强度最低,因此,巷道周边围岩首先发生变形甚至破坏,应力峰值向深部转移1在此过程中,尽管围岩产生破坏,但是只要它不坍塌、冒落,则对深部围岩体仍然具有一定的支护抗力,使围岩强度得到提高,围岩应力与围岩强度的差值逐渐减小,围岩破坏逐渐趋向缓和1当应力峰值趋近或小于围岩强度时,应力分布趋于稳定,围岩破坏过程趋于结束,最终达到新的应力平衡状态.由此看出巷道剧烈变形是由围岩破坏引起的,而且围岩松动圈厚度值越大,巷道围岩变形量越大,持续变形时间越长.实验室试验充分证实了上述分析的正确性,在煤炭科学基金资助下,采用M T S815型电液伺服岩石力学试验系统,对砂岩、粉砂岩、泥岩、煤、大理岩等5种岩石的19个试块进行“零围压”岩石单轴碎胀试验,测定了其全应力2应变过程中体积应变变化及碎(剪)胀力(图1)情况[3,4].从图1各条曲线之间的相互关系可以看出岩石在受力过程中对接触介质的荷载影响程度(支护与围岩相互作用机理).图1 砂岩体积应变与碎(剪)胀试验曲线F ig.1 Experi m ental curves of vo lum etric strain anddilatancy fo r sandstone综上试验结果表明:1)影响巷道围岩收敛变形的主要因素是岩石破裂后(巷道围岩形成松动圈)的体积变形,岩石在峰值前(弹塑性)变形量很小,而峰后岩石体积变形要比峰值前大的多,一般达8～10倍,因此峰后破裂围岩体积膨胀变形才是巷道收敛变形的主要原因1在煤矿大松动圈(软岩)巷道围岩收敛变形中,由围岩破坏和软化、碎胀引起的变形占75%～95%,而围岩弹塑性区的变形引起巷道收敛变形量较小,一般约占5%～165第6期 靖洪文等:软岩巷道围岩松动圈变形机理及控制技术研究 25%12)在全应力2应变过程中,峰后岩石体积应变曲线可分成两段:在弱化段,体积膨胀增长较快;在残余强度段,体积膨胀增长比较平缓.说明岩石在弱化段大量裂隙张开贯通,而在残余强度段则是一种岩石结构滑移现象,这对研究岩石碎胀变形机理及分段建立岩石本构关系具有重要的理论和实用价值13)岩石峰后体积应变大小与岩石性质有关,岩石单轴抗压强度越高,则峰后体积应变量越大1即同样的围岩松动圈厚度,由于岩性不同,体积应变值亦不同,其支护难度是不同的1这一试验结果从某种意义上讲是对“围岩松动圈巷道支护理论”研究的深化.综上所述,碎胀变形力是巷道支护的主要荷载,这类巷道破坏的关键是松动圈(破裂区)内“危石”滑移脱落,即关键块体的坍塌引起其周围岩块的松动冒落.2.2 水胀型软岩水胀型软岩是指岩石在自然状态下强度并不低,但遇水后强度急剧下降,甚至软化成泥,同时伴随岩石遇水体积膨胀的一类岩石.这类软岩主要是富含蒙脱石、伊利石、高岭石等粘土矿物的岩石.由于这类岩石遇水软化、膨胀,改变了围岩强度与围岩应力的相对关系,而且加大了围岩应力,所以在这类地层中,如果对底板积水、空气潮湿控制不当,表面岩石日渐软化膨胀,将在同样地应力条件下使松动圈增大1同时,由于这类岩石遇水后体积成倍膨胀,膨胀变形压力巨大,又使围岩内应力升高,结果围岩的碎胀和吸水膨胀结合起来产生较大的围岩变形.这一现象有围岩流变的因素,更重要的是围岩不断地脱离应力场,破坏了围岩松动圈内的应力平衡,造成巷道围岩失稳、支架破坏、生产受到严重影响.水胀型软岩破坏的主要原因是岩石遇水软化(强度降低)、膨胀造成松动圈再次扩大,因此,支护的对策是严格控制水的影响,而支护阻力并不要求很大.2.3 复合型软岩复合型大松动圈软岩是指两种软岩变形因素同时存在,围岩碎胀变形及水胀变形均较大1一方面由于围岩应力较大而出现大松动圈,另一方面水的作用降低了围岩强度,围岩吸水发生体积膨胀.复合型大松动圈围岩(软岩)巷道之所以具有大变形、大地压、难支护的工程特点,是因为复合型软岩并非具有单一的碎胀或水胀变形机制,而是一种同时具有碎胀和水胀两种变形机制的复合类型,而且碎胀变形超前于水胀变形.复合型软岩破坏的根本原因是兼有碎胀和水胀两种变形,所以对于此类软岩要十分注重合理运用复合型向单一型转化技术1即首先利用对付水胀型软岩防治水措施,将复合型软岩转化为单一碎胀型软岩进行支护,然后按碎胀型软岩选择支护方式和确定支护参数.应当强调的是,煤系地层不同程度具有复合型软岩的特征,如果忽略这一点,就会造成支护的失败.3 控制技术大松动圈巷道围岩表面位移,绝对限制是无法办到的,也是不经济的.控制原理只能是既允许围岩有一定变形,释放压力,又控制其过大变形,保持巷道在不影响正常使用前提下的稳固,以防止冒顶和片帮.弹性变形在开巷瞬间基本完成,根本无法控制,它不会施加于支护结构.因此:1)对大松动圈围岩碎胀变形,只要及时提供支护抗力,并有适量的可缩变形量以释放压力,促使极限平衡及早实现,即可保持巷道稳定;2)对大松动圈围岩水胀变形,必须首先解决水的问题,水胀型软岩支护对策是严格控制水的影响;3)对大松动圈复合变形,必须十分注重合理运用复合型向单一型转化技术,利用对付水胀型软岩防治水措施,将复合型软岩转化为碎胀型软岩进行支护,然后按碎胀型软岩选择支护方式和确定支护参数.3.1 , 类大松动圈碎胀型软岩锚喷网支护由于岩体破坏、应变软化的结果,将使松动圈内岩体强度随变形发展而逐渐衰减,直至残余强度.松动圈内岩块的滑移碎胀变形(流变),并非有益的能量释放,而是以其承载能力的丧失为代价的,显然是一种有害变形,对此决不能等闲视之.因此,在巷道维护工作中,为充分保持并利用破裂围岩的自承能力,必须对破裂区内岩体进行支护和加固,目的是限制有害的滑移剪胀变形,控制其软化程度,提高其残余强度.从这个意义上讲,布置在岩体内部的锚杆支护和对岩体内部的注浆加固将是优越的支护形式和措施.锚杆支护能实现主动深入到围岩内部加固围岩,提高围岩自承能力和围岩一起形成一个加固圈;喷层可以及时充填围岩表面裂隙,封闭岩面和隔离水、风对围岩的破坏,缓解应力集中现象,密贴并提供一定的支护抗力,使巷道周边围岩从二向应力状态变为三向应力状态;金属网能加强喷层的整体性,提高喷层的抗弯、抗剪、抗拉265 中国矿业大学学报 第28卷能力,而且将单个锚杆连结成整体锚杆群和混凝土形成有一定柔性的薄壁钢筋混凝土支护圈.因此锚喷网三者结合是内部加固与外部支护的结合,支护与围岩共同作用,浑然一体,并能柔性卸载,先柔后刚,先让后抗,最大限度地发挥围岩的承载能力.所以,锚喷网支护的性能十分符合软岩对支护性能特别是一次支护性能的要求.基于上述分析,根据松动圈厚度设计锚喷网支护参数,我们在开滦赵各庄煤矿11,12水平(埋深分别为961.1和1056.8m)受采动影响的底板岩巷( 类,L p=1.5～1.89m)大松动圈软岩巷道(采动碎胀型)及13水平(埋深1159m)煤及半煤岩巷( 类,L p=2.16～2.26m)大松动圈软岩巷道进行了工业性试验,获得了成功,年经济效益达500万元以上[5].3.2 类大松动圈碎胀变形联合支护对于 类大松动圈碎胀型软岩,一般为高应力强膨胀地区或节理化极破碎的岩石,对此类软岩工程巷道,支护阻力和可缩量是巷道支护成功的主要参数,高阻力和大的可缩量是确保此类极软岩巷道稳定性的关键.由于 类松动圈厚度大,其碎胀变形量也很大,一般达到600mm以上,所以一般常用锚杆(锚固长度1.6～2.0m,锚固力为5～8t)支护不能维护巷道周边围岩的稳定,必须增大锚杆支护强度及可缩量.从理论上讲,通过增大锚杆锚固力(锚杆直径加粗、加长等)及金属网强度等措施,锚喷网(锚索)支护仍可控制此类大松动圈巷道,但从经济实用及施工方便角度讲,采用锚喷网加U型钢可缩支架或注浆加固加U型钢可缩支架(或者用锚喷网加预留有变形充填层的料石碹、大弧板等方式)等联合支护方式则更为合理[6].大量的工程实践表明,对 类大松动圈软岩巷道企图用一次支护特别是强刚性支护,包括双层料石碹、600mm厚的钢筋混凝土支护等不能获得成功[7],原因是它们不适应大松动圈软岩初期变形量大、持续时间长的特点.因此,锚喷网一次支护主要是提高围岩松动圈内破裂岩石的残余强度,提高围岩的自承能力,以保证巷道在安全的条件下允许围岩在高阻控制下释放变形压力,以适应其碎胀变形力学机制.为保证巷道较长时间的稳定和服务期间的安全,在围岩变形稳定后必须进行二次支护,给巷道提供最终支护强度和刚度,并起到安全储备作用.锚喷网一次支护的关键是根据松动圈厚度确定“组合拱”厚度(一般不应小于1.2m),进而确定锚喷网支护参数;二次支护的关键是确定支护时间:应在一次支护巷道围岩变形稳定后进行,具体应根据巷道开挖后监测情况确定,如松动圈厚度已基本稳定,u2t曲线变化平缓等.淮南谢桥煤矿东风井-240m总回风巷(泥岩, 类)大松动圈软岩工程中,采用单一常规锚喷网(非锚索)支护发生了失败,但返修时采用锚注与U型钢联合支护取得了成功[6].3.3 ～ 类复合型软岩转化关键技术——治水开巷后,大松动圈在产生、发展过程中出现碎胀变形的同时,破裂岩体出现宏观裂隙,地下水的渗入不仅降低破裂面的强度和作用在其上的法向应力,导致围岩强度下降,松动圈再次扩大,而且岩石遇水膨胀和软化,这种相互作用恶性循环,导致支护非常困难1所以,在这类地层中必须采取治水的措施.由于井下水源分布广,来源多,在巷道内存在水流,故治水方法必须采取治、防、管、排等综合治理措施.1)有水必治 井下施工巷道掘进头,对出水、淋水、积水要及时采取措施控制出水点,不能乱流、漫流,存留时间不能过长.哪里有水哪里治,能排则排,能导则导,能疏则疏,分段截流、分片治理,保持巷道无积水12)无水要防 施工巷道要有防水措施,做到预防为主.编制作业规程时,必须考虑治水方法、防水系统、防水设备和防水设施,做到有备无患.水沟要紧跟迎头,毛水沟距迎头不得超过15m,永久水沟距迎头不超过50m13)用水必管 施工迎头喷浆、洒水、喷雾、通风、消防、注浆等都需用水,但要管理好用水,建立严格的管理制度,防止跑、漏、冒、滴,对用完的水,及时排入疏水系统,保持巷道干燥无水14)积水必排 井下巷道如有积水,必须及时排入排水系统.对于复合型软岩,只有围岩破裂松动,潮湿空气或水沿裂缝侵入围岩深部之后,其变形才能强烈的显现出来1而且水胀变形在时间上滞后于碎胀变形,但是如采取上述治水措施,使岩石无水可吸,水胀变形也就无从产生,则复合型软岩转化为单一碎胀型软岩,从而大大降低了支护难度.4 结 论1)采用单一综合指标——围岩松动圈厚度(L p≥150c m)判定软岩巷道工程,不仅能全面反映围岩的稳定性,而且现场应用方便1365第6期 靖洪文等:软岩巷道围岩松动圈变形机理及控制技术研究 2)大松动圈软岩工程,无论是何种原因造成的,其松动圈厚度值都在150c m以上1但对于不同原因造成的软岩工程,应采取不同方法进行处理1应当强调的是,煤系地层不同程度的具有复合型软岩的特征,如果忽略这一点,会造成支护的失败.3) , 类大松动圈碎胀变形软岩采用单一锚喷网支护,用“组合拱理论”设计锚喷网支护参数可以获得成功; 类大松动圈碎胀变形软岩须采用联合支护方式,才可以获得成功.4)绝对限制大松动圈非线性变形不易实现,也不经济,只能是既允许围岩有一定变形以释放能量,减小围岩对支护的压力,又能有效控制其过大变形,保持巷道的使用空间和稳定性.仅考虑对岩体应力的控制或一味采用各种高强度支护手段是不适宜的.参考文献1 董方庭,宋宏伟,郭志宏等.巷道围岩松动圈支护理论.煤炭学报,1994,19(1):21～312 鹿守敏,靖洪文.巷道锚喷支护机理研究与实践.建井技术,1994(4):10～143 靖洪文,李世平.零围压下岩石剪胀性能试验研究.中国矿业大学学报,1998,27(1):19～224 J ing H W,L i S P.Experi m ental study on vo lum etric strain of rock s in full stress2strain p rocess.Journal of Ch ina U niversity of M ining and T echno logy,1999,9(1):33～375 靖洪文,付国彬,郭志宏.深井巷道围岩松动圈影响因素实测分析及控制技术研究.岩石力学与工程学报,1999, 18(1):70～746 何满潮.中国煤矿软岩巷道支护理论与实践.徐州:中国矿业大学出版社,1996.1～367 陆家梁.软岩巷道支护技术.吉林:吉林科学技术出版社,1995.77～81Study on D efo rm ati on M echan is m of B roken Zone A round Soft Rock Roadw ay and Its Con tro l T echn iqueJ ing H ongw en S ong H ongw ei Guo Z h ihong(Co llege of A rch itecture and C ivil Engineering,CUM T,Xuzhou,J iangsu221008)Abstract T he engineering featu res of soft rock roadw ay are discu ssed.T he quan titative w ay of assess2 ing soft rock roadw ay by the th ickness L p(L p≥150c m)of b roken zone is pu t fo r w ard.Fu rther m o re,the defo r m ati on m echan is m of bu lk ing,dw elling and so on is analyzed.It is believed that fo r , bu lk ing soft rock bo lting and sho tcreting w ith w ire m esh shou ld be u sed,fo r com b ined suppo rting,and fo r dw elling soft rock w ater ough t to be treated firstly.T he reliab ility has been confir m ed by indu strial tests.Key words soft rock,b roken rock zone,bu lk ing defo r m ati on,dw elling defo r m ati on,con tro l techn ique 465 中国矿业大学学报 第28卷。
松动圈理论
建筑工程学院
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按“冲切型”破坏验算喷层厚度
b≥G/(SRg) 式中：b——喷层厚度，m； G——危石重量，N； S——危石与混凝土接触面周长，m； Rg——喷射混凝土的计算抗拉强度，由
施工现场确定。
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当按照上述公式计算出喷射混凝土的 厚度小于50mm时，则为满足防止围岩风化 的要求，对于喷射混凝土一般喷厚应大于 50mm，考虑到地下工程的特殊性一般喷层 厚度为80~100mm。
问
题
三？
如何依据松动圈值进行支护参数设计?
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（1）锚杆支护设计方法
小松动圈：喷射混凝土支护 中松动圈：悬吊理论确定锚杆支护参数 大松动圈：采用组合拱确定锚喷(注)网 支护形式:
喷射混凝土、锚喷、锚网、 锚喷网及锚注支护等。
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松动圈支护参数设计方法
（1）小松动圈（松动圈 厚度为0--40 cm ） 碎胀变形很小，支护 主要是危岩重量，只用 喷层支护即可。
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锚杆长度
L＝L1＋Lp＋L2
式中：L——锚杆长度，mm； L1——锚杆的外露长度， 常取L1＝50~100mm； Lp——围岩松动圈的值，mm； L2——锚杆锚入弹塑性区的深度， 一般为300~400mm，围岩强度较小时取 较大值，反之取较小值。
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锚杆间排距的确定 如果采用等距离布置，每根锚 杆所负担的岩体重量为其所承受的 荷载，可按下式计算： Q≥γLpa2 a≤√Q/Lp
1.概念
开巷后变化：
（1）巷道周边应力集中；（2）强度降低（超过则破 坏，等于为极限平衡，小于则稳定）；
结果：出现围岩松动圈。`
煤矿巷道普遍存在松动圈！
(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。
巷道围岩松动圈理论
围岩松动圈的理论一、隧道围岩的松动圈的形成及物理状态假设在地表下H深处有一个小岩石单元(图1)，在空间开挖前，这一单元处于三向应力完好稳定状态。
当在其左侧开挖一空间后，水图1 隧道围岩的物理状态平应力H1解除，单元变成二向受力。
这时这个单元的应力产生两个方面变化：一是由于三向应力变成二向应力状态，单元强度发生下降；二是由于应力的转移，所开挖的空间周边附近应力集中，使单元上受力增加。
如果单元所受应力超过其强度，单元1将发生破坏，使其承载能力变低，发生应力向深部转移。
这样相邻单元2开始面临单元1相似的情况，有一点不同的是单元2的水平应力H2，由于单元1的存在将不为零，但数值很小，所以单元2的强度略高。
如果这时单元2上作用的应力仍大于其强度，则单元2又将发生破坏，使应力再次问深部转移。
单元破坏应力转移，其应力集中程度有所减弱，而径向应力有所增加，最后到单元n时，其单元上所受应力小于其三向应力极限强度，则单元只产生弹塑性变形而不发生破坏。
这样的变化结果，使得在单元1至单元(n-1)之间的岩石处于破坏状态，而从单元n开始向外，岩石处于弹塑性变形的原岩完好状态。
这样的情况同样发生于所开挖空间的各个方向，所以，在这个空间的周围形成了一个破裂区。
围绕开挖空间的这一破坏区域一般为环状；对于塑性岩石，在破裂区外应力接近岩石的强度，但小于岩石强度，围岩处于塑性状态；再往外应力低于岩石的塑性屈服应力，围岩处于弹性状态，形成了一般所说的围岩中的四个区(图2)。
对于煤矿煤系的岩石，多数的全应力——应变曲线塑性段并不明显．即没有明显的塑性区。
从外向隧道内，对应于岩石的全应力——应变曲线，可把围岩分成三个区：弹性区、破裂膨胀剧烈区、破裂膨胀稳定区。
图2 隧道围岩的典型物理力学状态处于弹性状态的围岩，由于其仍然具有承载能力，所以可以保持自稳。
而处于破裂状态的围岩，由于发生了碎胀破裂，其表面将丧失自承能力，如不进行支护将会产生失稳，所以，破裂区是支护的直接对象，是解决支护问题的关键所在。
巷道围岩松动圈理论
巷道围岩松动圈理论围岩松动圈的理论⼀、隧道围岩的松动圈的形成及物理状态假设在地表下H深处有⼀个⼩岩⽯单元(图1)，在空间开挖前，这⼀单元处于三向应⼒完好稳定状态。
当在其左侧开挖⼀空间后，⽔图1 隧道围岩的物理状态平应⼒H1解除，单元变成⼆向受⼒。
这时这个单元的应⼒产⽣两个⽅⾯变化：⼀是由于三向应⼒变成⼆向应⼒状态，单元强度发⽣下降；⼆是由于应⼒的转移，所开挖的空间周边附近应⼒集中，使单元上受⼒增加。
如果单元所受应⼒超过其强度，单元1将发⽣破坏，使其承载能⼒变低，发⽣应⼒向深部转移。
这样相邻单元2开始⾯临单元1相似的情况，有⼀点不同的是单元2的⽔平应⼒H2，由于单元1的存在将不为零，但数值很⼩，所以单元2的强度略⾼。
如果这时单元2上作⽤的应⼒仍⼤于其强度，则单元2⼜将发⽣破坏，使应⼒再次问深部转移。
单元破坏应⼒转移，其应⼒集中程度有所减弱，⽽径向应⼒有所增加，最后到单元n时，其单元上所受应⼒⼩于其三向应⼒极限强度，则单元只产⽣弹塑性变形⽽不发⽣破坏。
这样的变化结果，使得在单元1⾄单元(n-1)之间的岩⽯处于破坏状态，⽽从单元n开始向外，岩⽯处于弹塑性变形的原岩完好状态。
这样的情况同样发⽣于所开挖空间的各个⽅向，所以，在这个空间的周围形成了⼀个破裂区。
围绕开挖空间的这⼀破坏区域⼀般为环状；对于塑性岩⽯，在破裂区外应⼒接近岩⽯的强度，但⼩于岩⽯强度，围岩处于塑性状态；再往外应⼒低于岩⽯的塑性屈服应⼒，围岩处于弹性状态，形成了⼀般所说的围岩中的四个区(图2)。
对于煤矿煤系的岩⽯，多数的全应⼒——应变曲线塑性段并不明显．即没有明显的塑性区。
从外向隧道内，对应于岩⽯的全应⼒——应变曲线，可把围岩分成三个区：弹性区、破裂膨胀剧烈区、破裂膨胀稳定区。
图2 隧道围岩的典型物理⼒学状态处于弹性状态的围岩，由于其仍然具有承载能⼒，所以可以保持⾃稳。
⽽处于破裂状态的围岩，由于发⽣了碎胀破裂，其表⾯将丧失⾃承能⼒，如不进⾏⽀护将会产⽣失稳，所以，破裂区是⽀护的直接对象，是解决⽀护问题的关键所在。
巷道围岩松动圈范围及发育规律分析
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（ Ｓ ｈ ， ａ ｎ ｘ ｉ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｓ ａ ｎ ｙ ｕ ａ ｎ Ｃ ａ ｖ ｅ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｉ ０ ４ ７ ５ ０ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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松动圈
建筑工程学院
．围岩松动圈巷道支护理论 核心：根据围岩中存在的松动破碎带的客观状态提出 对象：1.松动圈内围岩的碎涨变形 2. 岩石的吸水膨胀变形 3. 深部围岩的部分弹塑性、扩容变形和松动围岩自 重 支护的作用：是限制围岩松动圈形成过程中碎胀力所造成的 有害变形。 松动圈支护理论认为：支护的作用是限制围岩松动圈形成过 程中碎胀力所造成的有害变形。
施工现场确定。
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当按照上述公式计算出喷射混凝土的 厚度小于50mm时，则为满足防止围岩风化 的要求，对于喷射混凝土一般喷厚应大于 50mm，考虑到地下工程的特殊性一般喷层 厚度为80~100mm。
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（2）中松动圈（松动圈厚度40~150cm）
碎胀变形较小，由于锚杆可以穿过松 动圈厚度，用悬吊原理设计锚喷支护。
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（4）一般开巷后进行的支护(包括锚杆支护)，由于其迟后并与围岩有不 可避免的空间(架设空间)，该值大于围岩峰值应力前的变形量，因此一般 支护不能有效地阻止围岩松动圈的发生和发展，不能在峰值前进入工作状 态。现在用围岩与支护共同作用曲线来进一步说明这个问题，见图2。一 般认为在横坐标o～b段内为围岩的弹塑性变形区，支护的o～a段为支护与 围岩的架设空间，诸不知o～b段对于刚性的岩石是一个小于毫米级的量， 目前地下工程所施的支护都不可能在施工时达到这样的密贴程度，即使是 密贴程度较高的锚杆支护(预应和锚索除外)，也由于锚杆的弹性变形量远 远大于岩石而不能在a点与支护接触，并在这个区段产生支护力与变形曲 线a—e，因此这条曲线在实际工程中并不存在。所以认定支护力可以维护 围岩保持在岩石峰值应力前是将支护理想化了。只有待围岩产生松动圈后 才可能产生足够的围岩变形量，才可能产生支护曲线d-f，。要证明这一 说法，只需给o～a 段标量就会发现问题。
围岩松动圈分级
围岩松动圈分级围岩松动是指岩体内部的岩石颗粒之间存在一定的间隙或空隙，导致岩石的稳定性降低。
在岩体工程中，围岩松动是一种重要的工程地质问题，因为它可能导致岩体的失稳、岩层崩塌、洞室坍塌等不良事故的发生。
为了对围岩松动进行科学分类和评价，通常会采用围岩松动圈分级的方法。
围岩松动圈分级是根据围岩松动的程度和范围将岩体划分为不同的等级，以便对围岩的稳定性进行评估和处理。
一般来说，围岩松动圈的划分主要包括松动圈的等级、松动圈的范围和松动圈的特征三个方面。
1. 松动圈的等级：围岩松动圈的等级反映了围岩松动程度的大小。
通常将围岩松动分为轻度、中度和重度三个等级。
-轻度松动圈：指围岩中存在一定间隙和裂隙，但间隙和裂隙的面积和数量相对较小，岩体整体稳定性较好，对岩体工程的影响较小。
-中度松动圈：指围岩中的间隙和裂隙较多，面积较大，岩体的稳定性较差，对岩体工程的影响较大，需要采取一定的支护和加固措施。
-重度松动圈：指围岩中的间隙和裂隙非常多，面积非常大，岩体的稳定性非常差，对岩体工程的影响非常大，需要采取严格的支护和加固措施。
2. 松动圈的范围：围岩松动圈的范围反映了围岩松动的空间分布情况。
通常将围岩松动圈分为局部松动圈和整体松动圈两种情况。
-局部松动圈：指围岩中的松动主要集中在特定的局部区域，其他区域的岩体相对稳定。
-整体松动圈：指围岩中的松动范围广泛，几乎涉及整个岩体。
3. 松动圈的特征：围岩松动圈的特征反映了围岩松动的形态和性质。
通常包括松动圈的形状、松动圈的结构特征、松动圈的岩石类型等。
-松动圈的形状：可以是圆形、椭圆形、不规则形等，不同形状的松动圈对围岩的稳定性和支护设计有不同的影响。
-松动圈的结构特征：主要包括松动圈的间隙和裂隙的分布、岩石颗粒的排列方式等，这些结构特征直接影响围岩的强度和稳定性。
-松动圈的岩石类型：围岩松动圈的岩石类型指围岩的岩性和岩层的性质，不同的岩石类型对围岩的稳定性和处理方法也有一定的影响。
煤矿巷道层状围岩松动圈范围的发育规律
煤矿巷道层状围岩松动圈范围的发育规律HU Shijing;PEI Zuan【摘要】Taking the layered roadway surrounding rock of Zhijin Coal Mine in Guizhou Province as the research object and using acoustic velocity mutation to judge the range of the surrounding rock loosing circle, the straight wall arch section and circular arch section are tested by multiple samples, the limit of roadway loosing range is determined, and the range of loosing circle of each type of roadway is analyzed statistically, and the development law is revealed. The results show that the loosing range of the inclined side wall and the vault roof decreases gradually, while the loosing range of the anti-inclined side wall increases gradually until the loosing range of the two sides is approximately the same. The loosing range of different parts of the roadway is obtained, and the development law diagram of the loosing circle at different angles is drawn. The excavation design and the technical key points of support for the loosing circle of surrounding rock in layered roadway are proposed.%以贵州织金煤矿层状巷道围岩为研究对象,以声波速度突变判断围岩松动圈范围为手段,对直墙拱形断面和圆拱形断面分别进行多样本测试,判定巷道松动范围界限,统计分析每种类型巷道松动圈范围,揭示其发育规律.成果表明:夹角α由小变大的过程,顺倾侧壁以及拱顶的松动范围逐渐减小,而反倾侧壁松动圈范围逐渐增大,直至两侧壁松动范围近似一致.获取巷道不同部位的松动范围,并绘制松动圈在不同夹角α发育规律图,提出了针对层状巷道围岩松动圈的开挖设计以及支护的技术要点.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2019(050)006【总页数】5页(P209-212,218)【关键词】层状围岩;松动圈;发育规律;煤矿巷道;声波速度突变【作者】HU Shijing;PEI Zuan【作者单位】Guizhou Jiaotong College, Guiyang 550008, China;State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China【正文语种】中文【中图分类】TD322巷道开挖后，岩体中原始应力状态进行调整，重新分布，巷道附近的应力由三向应力状态转变成二向应力状态，径向力近乎为0，应力大于岩体强度时致使围岩变形破坏，直至应力小于或等于岩体强度破坏停止，通常形成不规则的环形范围称为围岩松动圈[1-4]。
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巷道围岩松动圈范围及发育规律分析
苏志毅;孙少华;苏礼
【摘要】为分析巷道掘进过程中围岩松动圈的发育过程和最大范围,采用最小二乘拟合的数学方法对观测数据进行了分析,得出:巷道掘进时,距离掘进端头10 m以外的围岩基本处于稳定状态,顶、底板和两帮松动圈的范围从大到小依次为:顶板、底板、两帮,松动圈最大值分别为:顶板4.4 m,底板3.7 m,右帮2.6 m,左帮2.5 m.分析结果对巷道掘进中的重点支护具有借鉴意义.
【期刊名称】《煤》
【年(卷),期】2017(026)008
【总页数】4页(P10-12,42)
【关键词】围岩松动圈;巷道支护;巷道掘进;最小二乘拟合
【作者】苏志毅;孙少华;苏礼
【作者单位】山西煤炭运销集团三元石窟煤业有限公司,山西长治 047500;山西煤炭运销集团三元石窟煤业有限公司,山西长治 047500;山西煤炭运销集团三元石窟煤业有限公司,山西长治 047500
【正文语种】中文
【中图分类】TD322
巷道掘进过程中围岩松动圈的研究在我国已经取得了很多丰硕的成果[1-4]。
张拥军等[5-6]对巷道掘出后的围岩破坏范围和形状进行了深入的研究，得出巷道掘出后围岩松动圈呈现蝶形分布；康红普等[7-9]对巷道掘出后的围岩破坏范围和破坏
机理进行了大量的研究，并且针对巷道围岩破坏机理提出了相应的支护对策。
本文主要对三元石窟煤矿30031首采工作面巷道掘出后的围岩破坏松动圈范围采用现
场实测分析。
三元石窟煤矿30031工作面是首采面，工作面长147 m，巷道长度为565 m，所采煤层为3号煤层，平均厚度6 m，倾角为2～6°。
煤层结构简单，仅有一条沿井田东西方向落差1 m左右的断层，煤层上部有：0.6 m厚的泥岩伪顶，不稳定，
随采随落；10 m左右厚的直接顶，岩性为白色的细粉砂岩，中硬强度，从采空区垮落的情况分析，整体性较差；老顶约6 m左右，由深灰色的砂质泥岩组成；底
板为深灰色粉砂岩。
30031工作面运输巷道为矩形断面，巷宽4.2 m，巷高2.5 m，现采用的是锚杆锚索金属网支护，巷道顶板支护参数：锚杆D20 mm×2 400 mm，排间距900
mm×1 000 mm；锚索D15.24 mm×7 300 mm，排间距2 000 mm×2 000 mm；金属网为50 mm×50 mm的经纬金属网，规格为4.2 m×1.1 m，采用
16#铅丝进行搭接；巷道帮支护参数：锚杆D16 mm×1 500 mm，排间距900 mm×1 000 mm，金属网为50 mm×50 mm的经纬金属网，规格为2.3 m×1.1 m。
巷道掘进至128 m处，在巷道的顶底板和两帮分别打两个钻孔，共八个钻孔，其
中钻孔A和钻孔B在顶板；钻孔C和钻孔D在右帮；钻孔E和钻孔F在底板；钻孔G和钻孔H在左帮。
通过八个钻孔观测巷道掘进过程中围岩松动圈的发育过程
和最终松动圈范围。
顶底板钻孔与水平垂直，两帮钻孔与水平面平行，各个钻孔的孔深都是20 m，钻孔布置如图1所示。
在巷道掘进时每次掘出后都对巷道围岩松动圈进行观测。
观测时记录下观测位置距巷道掘进端头距离(下文简称“端头距”)，以及观测时各个钻孔的松动圈范围。
探测仪器选择武汉天宸伟业物探科技有限公司生产的TS-C1201多功能钻孔电视
成像分析仪，该仪器的主要优点包括：①同时实现全孔壁录像、成像、图片抓拍和钻孔轨迹测量；②同一探头和主机，配接不同深度的电缆，即可实现不同深度钻孔的检测，和水平孔与垂直孔的检测，无需额外配置，性价比高；③主机和探头均内置高能电池，无需外接电瓶即可连续工作10 h以上；④图像清晰，色彩鲜明。
在巷道掘进的17.2 m范围内，共进行了16次观测，得到了16组围岩松动圈的观测数据，如表1所示，分析此掘进过程中围岩松动圈的变化特征。
在分析众多数据间的线性关系时多采用最小二乘拟合的数学方法。
根据m组实测数据点(xi,yi)，(i=1,…，m)，求取自变量和因变量之间的函数表达式y=S(x)。
最小二乘拟合方法的基本原理就是最小化拟合值和实际值间的偏差平方和[10-13]。
求最小二乘解函数表达式S(x)，等价于求多元函数的极值问题。
令：
式中:ρ(xi)为权值函数；ψ(a0,a1,…an)为拟合函数的权值向量；a0,a1,…an为各个拟合系数；f(xi)为拟合目标函数；φi(x)为关于x的i次向量函数。
利用极值的必要条件
由式(2)可得：
式(3)为关于ak的n+1阶线性方程组，可以求出解ak(k=0,1,…,n)，从而得到拟合函数：
以表1中的数据为实验样本数据，采用最小二乘拟合方法对数据进行分析。
将表中的端头距视为自变量，将顶板、右帮、底板和左帮的钻孔实测数据视为因变量，分析掘进不同距离时四周的围岩松动圈范围。
顶板围岩松动圈发育过程和范围如图2所示，右帮围岩松动圈发育过程和范围如图3所示，底板围岩松动圈发育过程和范围如图4所示，左帮围岩松动圈发育过程和范围如图5所示。
从以上的四组拟合曲线可以看出，当巷道掘进过程中测点距离巷道端头距离大约为10 m的位置时围岩松动圈区域稳定，基本都接近最大围岩松动圈值。
顶板围岩松动圈的最大平均值大约是4.4 m；右帮围岩松动圈的最大平均值大约为2.6 m；底
板围岩松动圈的最大平均值大约是3.7 m；左帮围岩松动圈的最大平均值大约为2.5 m。
可以看出松动圈最大的位置出现在顶板，底板松动圈范围比顶板小，相较于两帮底板松动圈范围大。
采用最小二乘拟合的数学方法对现场观测到的巷道掘进过程中后方围岩松动圈范围进行实测分析，从分析的结果中可以看出：
1) 在巷道掘进时，距离巷道掘进端头大于10 m位置围岩活动基本处于稳定状态，围岩松动圈也趋于稳定，基本达到了最大的松动圈范围；
2) 分析得到顶底板和两帮的松动圈最大值分别为：顶板4.4 m；底板3.7 m；右
帮2.6 m；左帮2.5 m。
各个位置松动圈范围从大到小依次为：顶板、底板、两帮。