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

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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。通过对二景公司15#煤层巷道围岩松动圈的考察，确定巷道的松动圈影响封孔效果的范围。为后期在15#煤层施工顺层抽采钻孔后，合理选择封孔材料，封孔工艺，封孔深度提供可靠依据。从而达到封孔严密、高效抽采瓦斯的目的。

二、测试区域基本情况

1、拟测试区域

本次试验选择在二采区的15202运输巷及15202回风巷进行。分别在距碛头50米布置1个测点，之后根据需要每隔50米或100米布置一个测点。

2、煤层基本情况

灰岩之下，15202运输巷、15202回风巷均布置在15#煤层中，15#煤层位于太原组下部，K

4

上距12号煤层30.35～35.55m，平均32.80m，结构简单～较简单，含夹矸0～2层，煤层厚度

灰岩，底板岩性为泥岩或砂质泥岩。

4.20～6.71m，平均

5.41m，顶板为K

4

3、巷道断面及支护方式

三、测试方案及原理

1、方案选择

目前测试松动圈主要有：声波法、多点位移计法、地震波法、地质雷达法及钻孔摄像法等物理测试方法。

各围岩松动圈物理探测方法优缺点如下。①声波法技术比较成熟，工程实践较多；仪器操作简单；容易塌孔或测孔堵塞，需要水耦合，需持续灌水，适用于岩性较好，破碎程度低，开挖时间短的隧道和硐室。②多点位移计法观测数据量大，可获得隧洞开挖后一段时间内的松动圈变化规律；工作量大，周期长，测量精度不高，一般开挖隧道和硐室都可使用。③地震波的层析成像法测试结果准确、可靠，分析更加直观；需钻孔，成本较高，安装困难，适用于岩性较好，开挖时间短，测试精度要求高的地下工程。④地震波的折射波法无需钻孔，可无损检测；分析较困难，不易判断围岩中的破裂面，可在裂隙发育程度高、岩性较差、特殊的地质条件下的巷道中使用。⑤地质雷达法实现无损检测，精度高，测试效率高；仪器贵，成本较高，一般情况下都可使用，适用与测试精度要求高的工程。⑥钻孔摄像法测量准确、精度高，信息量大；仪器贵，操作复杂，适用于容易成孔的巷道。

通过对二景公司15#煤层巷道的现场勘察，煤层比较松软，成孔效果差。不适宜在巷帮打孔或注水，若测试过程中塌孔，极有可能丢失设备。因此，建议采用地质雷达法。地质雷达方法是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁技术。它是从表面发射高频电磁脉冲波，利用其反射来探测目的体及其他地质现象。由于地质雷达使用了高频、宽频带短脉冲和高频采样技术，因此其探测分辨率高于其它的地球物理勘探手段。

2、测试原理

地质雷达利用一个天线T发射高频带电磁波（主频为数十兆赫乃至千兆赫）送入地下，经地下地层或目的体反射后返回地面，为另一天线R所接收（图3-1）。

脉冲波行程需时：v。

当地下介质的波速为已知时，可根据测到的精确的t值（ns，lns=10-9s），由上式求出反射体的深度（m）。

地下介质的电磁波速可通过共中心点（CMP ）测量得到，也可由下式求得：

V=2[1()/8]/ r σ/ωε式中，εr 为介质的相对介电常数；μ为介质的导磁系数；σ为介质的电导率；ω为介质的角频率。

对于地下介质，σ/ωεr 《1，故上式可简化为

V=V=c 式中，c 为光速，c=0.3m ·n-1·s-1

地下介质的相对介电常数εr 可利用现成的数据或者通过测定获得，所以根据上述公式可以确定地下介质的电磁波速。

雷达图形以脉冲反射波的波形形式记录。波形的正负峰分别以黑、白色表示，也可以灰阶或彩色表示。这样，同相轴或等灰度、等灰线即可形象地表征出地下反射面。（图3-2）对应一个简单的地质模型，发射天线与接收天线以一定间距沿测线向前移动，每移动一次计算机记录下电磁波在底下介质中的传播时间，即地质雷达勘探的原始数据，然后将原始数据进行各种处理后即可得到地质雷达勘探剖面。

地质雷达图像反映的是地下介质的电性分布，结合具体的地质情况结束成果图，为工程设计提供依据。 x P

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图3-1 反射探测原理图 图3-2 雷达记录示意图