浅论煤矿巷道支护围岩松动圈理论技术应用

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1、浅论煤矿巷道支护围岩松动圈理论技术应用　　摘要：从围岩松动圈理论分析、测试技术简介、实际应用，提出松动圈厚度的有效控制问题，并实现了有目标的巷道支护设计。关键词：松动圈理论测试技术支护技术巷道一、综述在煤矿巷道掘进支护的过程中，准确掌握巷道松动圈范围的大小和受采动影响的变化规律，这对于帮助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都具有重要的意义。当前，煤矿回采巷道多采用棚子支护或锚杆支护。而棚子支护则是一种传统的被动支护形式，一旦在复杂的压力状态下，它就要借助其它形式的支护配合进行，如此才能保障巷道

2、的支护安全；锚杆支护是解决巷道围岩承受采动支承压力的重要举措。但是，采用锚杆支护需要解决采动支承压力的问题，其关键点就是确定出巷道围岩松动圈的厚度，在此基础上来加以控制。二、围岩松动圈理论分析6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

3、用产生的破裂带就称之为围岩松动圈（图1所示）。尤其是破碎巷道的支护，则为煤矿支护工作中的重点，也是一个难点。显然，破碎巷道围岩松动圈的测试问题就更显非常重要了。但是，现场测试破碎围岩松动圈也有很多难题，测试过程中也经常出现导致松动圈测试结果相差较远的现象，有时甚至无法进行测试。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，支护的根本作用就是限制围岩松动圈中碎胀力所造成的有害变形。三、松动圈测试技术简介61.测试技术原理。超声波在煤岩体中传播，会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

4、，超声波会发生散射、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。而影响超声波在围岩体中传播速度的主要因素为：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。所以，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，可通过测试超声波在巷道围岩一定深度范围内的传播速度，按其波速的变化情况，从而就可以判定围岩的松动范围。2.测试技术方法。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，这都是目前围岩松动圈的主要测试方法。一般常采用声

5、波法测试，在此也介绍声波法测试围岩松动圈的方法。松动圈测试的主要方法为钻孔，且分单孔法和双孔法。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，而钻孔法通常采用水作为耦合剂。双孔法测试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，并保持平行，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）；巷道两帮的钻孔一般可向下倾斜2°～3°，以便于注水后使水能够淹没传感器，顶板的钻孔要有注水和封水装置。四、松动圈测试技术的实际应用1.测试基本条件与方法。测试地点可选择矿

6、井关键的巷道，比如有些沿煤层顶板的掘进，且巷道经多次整修变形较大的。测试后，可根据顶板岩层的活动规律，以及岩体不同程度的变形破坏情况，研究、测试松动圈范围影响，这对采用合理的加固技术都很重要。煤体松动圈测试可采用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6力学性质变化进行分析，从而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0.4～0.5m。而测孔钻成后应及时进行测试，且测前要用压力水冲洗测孔，把测孔中的煤岩粉冲洗干净，方可注水用水耦合。超声检测仪连接

7、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。2.测点布置方法。在现场测点布置上，可在工作面的上方每隔20～30m布置一组钻孔进行测试。松动圈测试布置也可选择10个测点，第一个测点可距离选点开始处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2～3m。3.松动圈测试结果分析。煤体声波速度为：VP=L/t，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

8、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）。五、松动圈厚度的有效控制6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，