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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。
超前地质预报来测定巷道的松动圈一、使用目的矿井地质构造、煤层赋存情况、水文地质状况是矿井生产与安全的主要影响因素。
超前地质预报能及时提供迎头前方的工程地质等一系列情况，从而能有效地控制地质灾害的发生, 确保巷道安全顺利施工,节约投资。
而且对巷道的合理布置、支护参数选取都具有十分重要的意义。
在本次使用中主要测量采动影响后巷道的松动圈范围,二、探测所需仪器KDZ113-4便携式矿井地质探测仪KDZ113-4便携式矿井地质探测仪系统组成三、探测原理：单点探测是利用声波在波阻抗不同的介质面反射原理来探Vx h V x h V ASOA t 2222422+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=测介质的速度和厚度的。
单点探测技术是源于反射地震波勘探中的自激自收方式。
它是通过接受岩、煤层界面的地震波垂直反射信号，来解析计算目的层距离或厚度的。
单点探测要求检波器和震源尽量的靠近，但不能接触震源。
单点探测接收的反射波是震源在界面的垂点反射回来的反射波，所以解析的距离总是等于或小于实际位置。
探测目的层与探测方向的夹角大于 60°，可以满足误差要求。
图1为单道观测系统波路图。
由反射波时距曲线方程：式中x 即为偏移距，v 为探测介质的地震波波速，t 为地震波旅行时间，而 h 是目标体的界面深度，是需要求解的。
因此根据测试所获得的地震波记录，进行反射波相位追踪，确定各个界面的反射波组并求取反射相位时间，即可求解探测目标体的深度，并进行地质解释。
对于倾斜界面则根据反射波组特征进行相应的深度校正，获得该界面的实际深度位置。
四、判断标准根据KDZ113-4便携式矿井地质探测仪的波形数据软件解析图和巷道的地质资料图对巷道迎头处的地质构造作出预测判断。
根据具体的问题采取相应的超前支护措施等。
五、使用情况KDZ113-4便携式矿井地质探测仪具体使用位置由矿方确定（采动影响范围，尽量多的测几个不同的断面），使用时间由矿上确定（满足1：所测测点在受采动影响范围内，2，测点不受采动影响—参照）。
浅论煤矿巷道支护围岩松动圈理论技术的应用发布时间：2022-12-29T05:36:14.921Z 来源：《工程管理前沿》2022年17期作者：刘恒[导读] 在煤矿发展过程中，胶带巷极破碎软岩容易出现形变，刘恒扎赉诺尔煤业公司铁北煤矿掘进队内蒙古满洲里市 021410摘要：在煤矿发展过程中，胶带巷极破碎软岩容易出现形变，严重影响了工作的安全性。
文章主要以某煤矿为例对胶带巷两帮和底板采用探地雷达松动圈测试，从而获取了巷道围岩松动圈范围和破碎的状况，采用预留变形量让压、初次全锚索网喷支护、深浅孔注浆加固、底角锚注加固组成的锚注联合支护体系，取得了良好的效果。
关键词：松动圈；注浆加固?；支护技术 1.松动圈现场状况分析该煤矿企业胶带巷的断面呈现出矩形，工作人员原定设计采用全断面锚索、金属网支护技术，巷道设计断面宽度为5.5m，高度为4.5m，掘进断面24.75㎡；净断面的宽度为5.3m，净高度为4.35m，净断面面积为23.6㎡。
巷道沿着3号煤层顶底板进行设置，3号煤层的平均厚度为5.5m，其倾斜角为1-8°，单轴抗压的平均强度为9.15MPa。
巷道采用全断面锚索支护，全断面锚索支护使用直径为22mm×19股高强度低松弛预应力钢绞线制作而成，顶板的锚索长度为8.4m，两帮锚索的长度为5.4m。
3号煤层的基本顶为细粒砂岩。
厚度为2.3m，单轴抗压强度为78.3MPa，直接顶属于砂质泥岩，其厚度为9.7m，单轴抗压强度为39.6MPa；伪底为砂质泥岩，厚度为0.4m，单轴抗压强度为22.1MPa，老底属于炭质泥岩，其厚度为10.4m，单轴抗压强度为38.0MPa。
2 同岩松动圈的巷道支护理论 2.1 围岩松动圈的定义巷道开挖后，围岩受力状态由三向变成了近似两向，造成岩石强度较大幅度地下降，如果围岩中集中的应力值小于下降后的岩石强度，围岩处于弹塑性状态，围岩自行稳定，不存在支护问题，如果相反，围岩将发生破坏，这种破坏从周边逐渐向深部扩展，直至达到新的二向应力平衡状态为止，此时围岩出现了一个破裂带，把这个由于应力作用产生的破裂带称为围岩松动圈。
地下巷道施工中的围岩松动与支护状态监测技术第一节引言地下巷道施工是一项复杂而又重要的工程，涉及到交通运输、矿山、地下工程等众多领域。
然而，在地下巷道施工过程中，围岩松动和支护状态监测成为了关键问题。
本文将探讨地下巷道施工中的围岩松动与支护状态监测技术。
第二节围岩松动原因与危害围岩松动通常是由于地下施工中的挖掘过程造成的。
挖掘过程中，连续重复的爆破、钻孔、开挖操作会导致围岩松动，从而造成巷道的变形和塌方等危害。
围岩松动的主要原因包括地质条件、施工方法选择以及施工期间的地下水变动等。
第三节围岩松动与支护状态监测技术综述为了及时掌握巷道围岩松动和支护状态，需要采用先进的监测技术。
目前，常用的围岩松动监测技术包括应变测量、位移监测、声波法和地面雷达等。
应变测量通过测量围岩的应变来判断其松动状态，位移监测则通过监测围岩的位移来判断其稳定性。
声波法可以用于检测围岩内部的松动情况，地面雷达则可以用于测量巷道壁面的变形情况。
第四节应变测量技术应变测量技术是地下巷道围岩松动监测中常用的方法之一。
该技术通过安装应变片或应变计等设备来测量围岩的应变情况。
通过分析应变曲线的变化，可以判断围岩的变形情况，并及时采取支护措施。
应变测量技术可以实时、精确地监测围岩的变化情况，为施工人员提供重要的数据支持。
第五节位移监测技术位移监测技术是地下巷道围岩支护状态监测的关键技术之一。
该技术通过安装位移传感器等设备来测量围岩的位移情况。
位移监测可以帮助工程人员及时了解围岩的变形情况，判断支护结构的有效性。
位移监测技术还可以通过数据分析，为施工过程中的调整和改进提供参考依据。
第六节声波法声波法是一种可以用于检测地下巷道围岩松动的无损检测技术。
通过将声波传感器安装在巷道围岩上，可以测量围岩内部的声波传播速度和强度。
当围岩发生松动时，传播速度和强度会有所变化，从而可以判断围岩的松动情况。
声波法具有实时快速、非侵入性等优点，逐渐被应用于地下巷道施工的围岩监测中。
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。
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。
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。
地质雷达探测对巷道围岩松动圈的应用探讨地质雷达探测技术是一种无损检测地下构造和特征的技术，该技术可以帮助我们确定隧道围岩中的松动圈情况，进而为隧道设计、建设提供有力的技术支持。
本文将探讨地质雷达探测技术在隧道围岩松动圈方面的应用效果，并分析其优点和不足之处，为隧道工程建设提供一些借鉴和参考。
一、地质雷达探测技术简介地质雷达探测技术是一种利用电磁波探测地下结构及其物理与化学特征的技术。
具体地说，地质雷达探测系统会发射电磁波，在信号到达隧道顶部后，通过测量反射波和散射波来确定隧道围岩松动圈和岩层分界线。
具体的探测过程如下：1.电磁波的发射与接收：地质雷达探测系统通过天线发射电磁波，电磁波穿越隧道顶部后会遇到各种物质，部分电磁波会被反射或者散射回来，通过接收天线进行接收。
2.数据传输：接收到的电磁波信号会进行数字化处理，通过雷达系统传输到计算机上。
3. 数据分析：在计算机上，根据电磁波所需时间和波长的关系计算出物质所在的深度。
然后，通过数据可视化处理，展现出来的是隧道平面图。
二、地质雷达探测技术在隧道围岩松动圈中的应用效果在隧道工程建设中，对于围岩松动圈的探测至关重要。
由于地质雷达探测技术可以无损探测隧道围岩的物质构成和变化规律，因此在隧道工程建设中广泛应用。
首先，地质雷达探测技术可以传统低效的极限条件下探查隧道岩体围堰松动圈情况。
探查的结果分别表明，隧道内存在不同程度的岩体松动圈，且岩体松动圈深度较浅。
通过探测，对隧道内围岩松动圈情况进行准确、快速分析，可以为隧道工程建设提供有用的参考信息，对后续钻、掘进及支护工程具有重要意义。
其次，地质雷达探测技术也可以用于探测隧道开挖后围岩松动圈的变化。
由于地质雷达探测技术可以实时传输数据，因此可以将探测后的数据与隧道建设过程相结合，得出隧道建设后存在的岩体松动圈情况。
比如，在隧道开挖施工过程中，可以将地质雷达探测数据和实时观测数据等相结合，通过不断地分析和修正，及时发现隧道施工出现的问题，及时进行修复和加固。
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。
