淺論煤礦巷道支護(hù)圍巖松動圈理論技術(shù)的應(yīng)用

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1、淺論煤礦巷道支護(hù)圍巖松動圈理論技術(shù)的應(yīng)用摘要：從圍巖松動圈理論分析、測試技術(shù)簡介、實(shí)際應(yīng)用，提出松動圈厚度的有效控制問題，并實(shí)現(xiàn)了有目標(biāo)的巷道支護(hù)設(shè)計。關(guān)鍵詞：松動圈理論測試技術(shù)支護(hù)技術(shù)巷道一、綜述在煤礦巷道掘進(jìn)支護(hù)的過程屮，準(zhǔn)確掌握巷道松動圈范圍的大小和受采動影響的變化規(guī)律，這對丁?幫助選擇恰半的巷道支護(hù)方式與參數(shù)，確定合理的工作面超前支護(hù)范圍等都具有重要的意義。當(dāng)前，煤礦回采巷道多采用棚子支護(hù)或錨桿支護(hù)。而棚子支護(hù)則是一種傳統(tǒng)的被動支護(hù)形式，一旦在復(fù)雜的壓力狀態(tài)下，它就要借助其它形式的支護(hù)配合進(jìn)行，如此才能保障巷道的支護(hù)安全；錨桿支護(hù)是解決巷道圍巖承

2、受采動支承壓力的重要舉措。但是，采用錨桿支護(hù)需耍解決采動支承壓力的問題，其關(guān)鍵點(diǎn)就是確定出巷道圍巖松動圈的厚度，在此基礎(chǔ)上來加以控制。二、圍巖松動圈理論分析在巷道開挖以后，其I韋I巖的受力狀態(tài)由三向變成了近似兩向，這造成了巖石應(yīng)力的較大幅度上升。若圍巖屮集屮的應(yīng)力值小于下降后的巖石強(qiáng)度，圍巖則處于彈塑性狀態(tài)，此時圍巖自行穩(wěn)定，不存在支護(hù)問題；倘若相反，圍巖將發(fā)生破壞，該破壞便從周邊逐漸向深部擴(kuò)展，直至達(dá)到新的三向應(yīng)力平衡狀態(tài)為止，此時圍巖中就出現(xiàn)了一個破裂帶。為此，我們把這個由于應(yīng)力作用產(chǎn)生的破裂帶就稱之為用巖松動圈（圖1所示）。尤其是破碎巷道的支護(hù)，則

3、為煤礦支護(hù)工作中的重點(diǎn)，也是一個難點(diǎn)。顯然，破碎巷道I韋I巖松動圈的測試問題就更顯非常重要了。但是，現(xiàn)場測試破碎圍巖松動圈也冇很多難題，測試過程屮也經(jīng)常出現(xiàn)導(dǎo)致松動圈測試結(jié)果相差較遠(yuǎn)的現(xiàn)象，有時其至無法進(jìn)行測試。圍巖松動圈是巷道開挖后地應(yīng)力超過圍巖強(qiáng)度的結(jié)果，因此松動圈理論認(rèn)為，支護(hù)的根本作用就是限制圍巖松動圈中碎脹力所造成的有害變形。三、松動圈測試技術(shù)簡介1?測試技術(shù)原理。超聲波在煤巖體中傳播，會發(fā)牛幾何衰減和物理衰減，煤巖體中不同力學(xué)性質(zhì)的結(jié)構(gòu)面上，超聲波會發(fā)生散射、折射和熱損耗等物理現(xiàn)象，使得超聲波能量不斷衰減，造成波速降低。而影響超聲波在圍巖體中

4、傳播速度的主要因素為：圍巖體礦物成分，圍巖體結(jié)構(gòu)構(gòu)造特性，圍巖體的孔隙率，圍巖體所在區(qū)域的地應(yīng)力，以及闈巖體的含水量、溫度等。所以，利用波速隨圍巖體裂隙發(fā)育而降低，隨應(yīng)力增大而加快的特性，可通過測試超聲波在巷道圍巖一定深度范圍內(nèi)的傳播速度，按其波速的變化情況，從而就可以判定圍巖的松動范圍。2?測試技術(shù)方法。聲波法、多點(diǎn)位移計法、地質(zhì)雷達(dá)法、地震波法、電阻率法和滲透法等，這都是H前I韋I巖松動圈的主要測試方法。一般常采用聲波法測試，在此也介紹聲波法測試圍巖松動圈的方法。松動圈測試的主要方法為鉆孔，且分單孔法和雙孔法。為了保證傳感器與孔壁的良好接觸，需要使用

5、一些物質(zhì)作為耦合劑，而鉆孔法通常采用水作為耦合劑。雙孔法測試法是在巷道內(nèi)距開采工作面不同距離，選幾個有代表性的巷道位置，布置若干組鉆孔，每組兩個鉆孔，并保持平行，深度要根據(jù)所測地區(qū)的實(shí)際情況來定（深度必須大于松動圈）；巷道兩幫的鉆孔一般可向下傾斜2。?3。,以便于注水后使水能夠淹沒傳感器，頂板的鉆孔要冇注水和封水裝置。四、松動圈測試技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用1?測試基本條件與方法。測試地點(diǎn)可選擇礦井關(guān)鍵的巷道，比如有些沿煤層頂板的掘進(jìn)，?且巷道經(jīng)多次整修變形較大的。測試后，可根據(jù)頂板巖層的活動規(guī)律，以及巖體不同程度的變形破壞情況，研究、測試松動圈范圍影響，這對采用合

6、理的加固技術(shù)都很重要。煤體松動圈測試可采用ZBI-U510超聲檢測儀，通過對煤體聲波參數(shù)的測試，可以對煤體的力學(xué)性質(zhì)變化進(jìn)行分析，從而判斷煤體塑性破壞情況。松動圈測試采用一發(fā)一收的雙孔測試傳感器，發(fā)射與接收裝置之間的距離為0?4?0?5嘰而測孔鉆成后應(yīng)及時進(jìn)行測試，且測前要用壓力水沖洗測孔，把測孔中的煤巖粉沖洗干凈，方可注水用水耦合。超聲檢測儀連接探頭后，用推桿將探頭送入孔底，然后拉動推桿將探頭向外每移動20cm記錄一次聲時，直到孔口。2.測點(diǎn)布置方法。在現(xiàn)場測點(diǎn)布置上，可在工作面的上方每隔20?30m布置一組鉆孔進(jìn)行測試。松動圈測試布置也可選擇10個測

7、點(diǎn)，第一個測點(diǎn)可距離選點(diǎn)開始處10m位置，以后每隔5m-個。每個測站在巷道的兩幫腰線位置布置2個鉆孔，鉆孔方位要求與巷道垂直，鉆頭直徑42mm,孔深在2?3m03?松動圈測試結(jié)果分析。煤體聲波速度為：VP=L/t,式中：VP為聲波在煤體中傳播速度，m/s；L為探頭接收傳感器之間的距離，0.45m；t為探頭接收傳感器聲波的走時，so利用松動圈測試參數(shù)結(jié)果，繪制出曲線。再經(jīng)過分析，就可確定松動圈范圍范圍（大致在幾米內(nèi)）。五、松動圈厚度的有效控制松動圈范圍內(nèi)的巖石進(jìn)一步擴(kuò)大導(dǎo)致了巷道的破壞，原因就是圍巖松動、裂隙擴(kuò)大所造成的。即松動圈內(nèi)的巖石進(jìn)一步軟化，受力平

8、衡遭到破壞，自承力降低所致。所以，控制松動圈厚度就是要阻止松動圈內(nèi)巖石的進(jìn)一步軟