淺論煤礦巷道支護(hù)圍巖松動(dòng)圈理論技術(shù)應(yīng)用

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1、淺論煤礦巷道支護(hù)圍巖松動(dòng)圈理論技術(shù)應(yīng)用　　摘要：從圍巖松動(dòng)圈理論分析、測(cè)試技術(shù)簡(jiǎn)介、實(shí)際應(yīng)用，提出松動(dòng)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(jì)。關(guān)鍵詞：松動(dòng)圈理論測(cè)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)的過程中，準(zhǔn)確掌握巷道松動(dòng)圈范圍的大小和受采動(dòng)影響的變化規(guī)律，這對(duì)于幫助選擇恰當(dāng)?shù)南锏乐ёo(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(dòng)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

2、的支護(hù)安全；錨桿支護(hù)是解決巷道圍巖承受采動(dòng)支承壓力的重要舉措。但是，采用錨桿支護(hù)需要解決采動(dòng)支承壓力的問題，其關(guān)鍵點(diǎn)就是確定出巷道圍巖松動(dòng)圈的厚度，在此基礎(chǔ)上來加以控制。二、圍巖松動(dòng)圈理論分析6在巷道開挖以后，其圍巖的受力狀態(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。若圍巖中集中的應(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(shí)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(shí)圍巖中就出現(xiàn)了一個(gè)破裂帶。為此，我們把這個(gè)由于應(yīng)力作

3、用產(chǎn)生的破裂帶就稱之為圍巖松動(dòng)圈（圖1所示）。尤其是破碎巷道的支護(hù)，則為煤礦支護(hù)工作中的重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)。顯然，破碎巷道圍巖松動(dòng)圈的測(cè)試問題就更顯非常重要了。但是，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試破碎圍巖松動(dòng)圈也有很多難題，測(cè)試過程中也經(jīng)常出現(xiàn)導(dǎo)致松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果相差較遠(yuǎn)的現(xiàn)象，有時(shí)甚至無法進(jìn)行測(cè)試。圍巖松動(dòng)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(dòng)圈理論認(rèn)為，支護(hù)的根本作用就是限制圍巖松動(dòng)圈中碎脹力所造成的有害變形。三、松動(dòng)圈測(cè)試技術(shù)簡(jiǎn)介61.測(cè)試技術(shù)原理。超聲波在煤巖體中傳播，會(huì)發(fā)生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

4、，超聲波會(huì)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，以及圍巖體的含水量、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(cè)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(dòng)范圍。2.測(cè)試技術(shù)方法。聲波法、多點(diǎn)位移計(jì)法、地質(zhì)雷達(dá)法、地震波法、電阻率法和滲透法等，這都是目前圍巖松動(dòng)圈的主要測(cè)試方法。一般常采用聲

5、波法測(cè)試，在此也介紹聲波法測(cè)試圍巖松動(dòng)圈的方法。松動(dòng)圈測(cè)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(cè)試法是在巷道內(nèi)距開采工作面不同距離，選幾個(gè)有代表性的巷道位置，布置若干組鉆孔，每組兩個(gè)鉆孔，并保持平行，深度要根據(jù)所測(cè)地區(qū)的實(shí)際情況來定（深度必須大于松動(dòng)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，頂板的鉆孔要有注水和封水裝置。四、松動(dòng)圈測(cè)試技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用1.測(cè)試基本條件與方法。測(cè)試地點(diǎn)可選擇礦

6、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(cè)試后，可根據(jù)頂板巖層的活動(dòng)規(guī)律，以及巖體不同程度的變形破壞情況，研究、測(cè)試松動(dòng)圈范圍影響，這對(duì)采用合理的加固技術(shù)都很重要。煤體松動(dòng)圈測(cè)試可采用ZBL-U510超聲檢測(cè)儀，通過對(duì)煤體聲波參數(shù)的測(cè)試，可以對(duì)煤體的6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(dòng)圈測(cè)試采用一發(fā)一收的雙孔測(cè)試傳感器，發(fā)射與接收裝置之間的距離為0.4～0.5m。而測(cè)孔鉆成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行測(cè)試，且測(cè)前要用壓力水沖洗測(cè)孔，把測(cè)孔中的煤巖粉沖洗干凈，方可注水用水耦合。超聲檢測(cè)儀連接

7、探頭后，用推桿將探頭送入孔底，然后拉動(dòng)推桿將探頭向外每移動(dòng)20cm記錄一次聲時(shí)，直到孔口。2.測(cè)點(diǎn)布置方法。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(cè)試。松動(dòng)圈測(cè)試布置也可選擇10個(gè)測(cè)點(diǎn)，第一個(gè)測(cè)點(diǎn)可距離選點(diǎn)開始處10m位置，以后每隔5m一個(gè)。每個(gè)測(cè)站在巷道的兩幫腰線位置布置2個(gè)鉆孔，鉆孔方位要求與巷道垂直，鉆頭直徑42mm，孔深在2～3m。3.松動(dòng)圈測(cè)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

8、器聲波的走時(shí)，s。利用松動(dòng)圈測(cè)試參數(shù)結(jié)果，繪制出曲線。再經(jīng)過分析，就可確定松動(dòng)圈范圍范圍（大致在幾米內(nèi)）。五、松動(dòng)圈厚度的有效控制6松動(dòng)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(dòng)、裂隙擴(kuò)大所造成的。即松動(dòng)圈內(nèi)的巖石進(jìn)一步軟化，受力平衡遭到破壞，自承力降低所致。所以，控制松動(dòng)圈厚度就是要阻止松動(dòng)圈內(nèi)巖石的進(jìn)一步軟化，