围岩松动圈定义

煤巷支护设计中围岩松动圈支护理论的应用发布时间：2022-10-12T03:12:07.465Z 来源：《科学与技术》2022年第11期作者：陈健[导读] 在屯兰矿12501运输巷道内，根据围岩松动圈支护理论，运用PHD-2型松动圈测试仪器进行测试陈健鄂托克前旗长城五号矿业有限公司内蒙古自治区鄂尔多斯市 016200摘要：在屯兰矿12501运输巷道内，根据围岩松动圈支护理论，运用PHD-2型松动圈测试仪器进行测试，能初步确定LP的数值—松动圈的厚度值，再进行松动圈的分类。

通过对已测结果的分析，得知巷道围岩松动厚度介于1.3-1.5m之间，按照围岩的分类标准划分，属于中松动圈Ⅲ类一般围岩。

此种情况应按照悬吊理论设计支护参数，以此重新确定该巷道的支护方案。

操作人员通过对现场进行多次测量与实验，验证了巷道的变形量较小，顶底板最大位移接量小于25mm，双侧最大位移量小于35mm，围岩性能依然稳定。

以上数据表明根据围岩松动圈理论来设计巷道支护方式及参数是合理可靠的。

关键词：围岩松动圈；支护理论；测试技术；支护设计前言：煤矿安全生产的重点任务就是巷道支护，所以，巷道支护理论的研究者对于支护理论的研究方法给出了多种解答。

如组合梁理论、组合拱理论、悬吊理论等。

但是这些研究者给出的方法都是基于理论层面，没有经过系统的测算与实践，部分结果具有片面性。

巷道围岩力学特征及其复杂，在应用时，首先要根据巷道实际情况与围岩类型来选择合理的支护理论。

1围岩松动圈的定义如在原始围岩中开挖巷道，直接导致周边围岩应力与强度变化；其次，围岩的受力情况直接由三向变成两向，巷道附近径向应力逐渐消失。

相反，环向应力集中，开挖后围岩变得较为脆弱。

当下降后的围岩强度小于集中应力，围岩处于弹塑性状态，围岩比较稳定，无需考虑巷道支护问题。

当开挖巷道后，围岩破裂将从周边至深处逐渐扩张，直至达到另一个新的三向应力平衡状态后，这时的围岩中极有可能出现一个破裂带，这就是“围岩松动圈”。

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。

煤矿巷道层状围岩松动圈范围的发育规律
煤矿巷道围岩松动圈是一种比较常见的构造现象，它是一种径向向外发展、具有复杂
体系和蕴藏煤层变形的本构空间体系，影响着煤矿的顶、底板的破坏，煤层的改造，地压
演化，回采率及煤矿稳定性，因此，考察围岩松动圈的发育规律及变形特征具有重要意义。

煤矿巷道围岩松动圈的发育大体上有三个阶段：前破碎期、空间拉张期和密度提高期，其受到矿山地质结构、力学地压、温度、围岩质地、物理性质、地质历史等多因素的共同
作用影响。

前破碎期是指围岩组织发生前破碎现象，按煤层剪应力的方向扩展，形成发展良好的
巷道本构围岩，当围岩经受煤层无序去应力侵蚀时，巷道围岩几何形状发生改变。

空间拉张期是指围岩组织发生大尺度的松缩变形，实现从泥煤层而来的拉应力的承载
功能，煤层膨胀围岩的松动程度变大，围岩拉应力发展状态，煤层受均衡应力和非均衡应
力的共同作用，煤层向里弯折，出现弯曲现象，呈现拉相凸状，呈螺旋状，圈绕状等形态。

密度提高期是指围岩组织发生抗破坏强度增大，重力水压增强，醒目煤体整体松动，
沿围岩松动线并发生断层活动，释放围绕醒目煤体围岩的松弛压力，形成节理线和节理面，从而影响如煤层中心的破坏程度，降低整层煤的回采率，从而维持煤矿的稳定性。

煤矿巷道围岩松动圈的发育过程受多种因素影响，变形成因和发育规律也不尽相同，
此外，该构造也会影响煤层的破坏性，煤层的改造，从而影响煤矿的安全性。

因此，在煤
矿开采时，应该重视煤矿巷道围岩松动圈的发育特征，采取必要的提前改造措施去改善松
动环境，以保证煤矿的安全运行。

围岩松动圈支护理论在煤巷支护设计中的应用于辉;唐仁学;孔令根;牛智勇【摘要】根据围岩松动圈支护理论，在屯兰矿12501运输巷道内应用 PHD-2型松动圈测试仪进行围岩松动圈范围测试，确定松动圈厚度值LP 并进行松动圈分类。

由测试结果可知，巷道围岩松动圈厚度在1．3～1．5m之间，属于中松动圈Ⅲ类一般围岩，应按照悬吊理论设计支护参数，从而确定适用于巷道地质条件的支护方案。

通过对支护方案进行现场试验并监测巷道表面位移量，证明巷道变形量小，顶底板最大移近量小于26mm ，两帮最大移近量小于36mm ，围岩保持稳定。

这表明根据围岩松动圈理论设计巷道支护方式及参数是合理可靠的，为屯兰矿巷道支护设计提供了技术参考。

%According to the support theory of surrounding rock loose circle ,the extent of surrounding rock loose circle was measured with PHD-2 loose circle tester in the 12501 transportation roadway of Tunlan Mine ,the thickness and type of loose circle was determined .In accordance with test results ,the thickness of loose circle was between1 .3~1 .5m ,which belonged to the middle loose circle and common surrounding rock .The support parameters should be devised according to suspension theory so that the support scheme applied to roadway geology condition could be determined . With field test and monitoring of surface displacement ,it was seen that the roadway transformation was small ,the maximum closer amount of roof-floor was less than 26mm ,and that of the sides was less than 36mm ,the surrounding rock remained stable . The analysis results showed that to design roadway support with loose circletheory was reasonable and reliable ,which provided the technical reference for the roadway support design of Tunlan mine .【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2014(000)008【总页数】4页(P115-118)【关键词】围岩松动圈;支护理论;测试技术;支护设计【作者】于辉;唐仁学;孔令根;牛智勇【作者单位】中国矿业大学北京资源与安全工程学院，北京100083;重庆煤矿安全监察局，重庆401121;中国矿业大学北京资源与安全工程学院，北京100083;中国矿业大学北京资源与安全工程学院，北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD326长久以来巷道支护都是煤矿安全生产的重点问题。

松动圈（喷锚网）支护理论在钾盐矿工程中的应用【摘要】中竂老挝万象年产65万吨钾盐矿工程，属云天化在国外投资的第一个地下开采矿山项目，该矿为光卤石矿，由于没有这类矿山的地下开采经验借鉴，设计单位在设计支护形式上采用了常规保守的钢筋砼支护形式，因此，加大了工程造价和增加了工程建设工期。

为节约工程投资成本和加快工程建设速度，工程施工建设中，建设单位和施工单位共同研究探索巷道支护新方法，通过与中国矿业大学合作，对工程支护方式进行了优化，因地制宜采用“松动圈理论支护巷道”（锚、网、喷）方法，优化后的支护方法不但在技术上安全可靠，加快了工程进度，并且还在经济效益上也取得了明显的经济成果，同时也提高了中国企业在老挝政府心目中的国际形象和地位。

【关键词】钾盐矿；锚网喷；松协圈理论1、前言中竂老挝钾盐矿工程采用竖井、平硐开拓，井下三个中段的巷道工程全长累计达到5800多米。

由于钾盐矿属缓倾斜厚大矿体，大多数巷道工程均布置在光卤石矿体中或含光卤石矿的泥质页岩中，矿体和围岩的f系数值为3-4，属软岩类矿岩，巷道开挖后易产生跨塌和冒顶现象，由于工程地处老挝万象平原，且围岩和矿体有蠕变现象，巷道围岩的水平和竖向压应力较大，采用钢筋砼支护成型后的巷道会被挤压破坏产生裂纹现象，按照“以柔克刚”的“松动圈”支护思想理念，采用锚网喷“柔”的支护形式克服了钾盐矿和围岩“刚”的强大地应力，从而顺利圆满完成了工程建设任务。

2、施工方法特点钾盐矿和其含盐的围岩有较强的吸水性，有“遇水软化”特点和对金属较强的腐蚀性的特点，金属矿山和非金属矿山常规采用的锚、网、喷支护方法在钾盐矿不能全套照搬，本工程采用饱和盐液打锚杆眼、玻璃钢锚杆加树脂药卷和一喷一挂再次射砼的支护方法施工，从而克服了锚杆孔被水溶大降低锚固力、金属锚杆和金属网被盐腐蚀的难题，从而确保了工程支护安全性和工程建设工期。

3、工艺原理巷道围岩松动圈是指在巷道或隧道开掘后，巷道周边围岩应力平衡被打破后要重新分布，巷道周边应力由三向应力状态转变成二向应力状态，径向力为0，由巷道周边向巷道围岩深部逐渐过渡到原岩状态（见图1），在围岩应力重新分布过程中，当围岩应力超过围岩强度后将在围岩中产生一组新的裂缝，其分布形状类似圆形或椭圆形，当围岩为不均质时将呈异形，将这一范围内的岩石定义为围岩松动圈，围岩松动圈的力学特性表现为应力降低，大量的现场实测表明，巷道围岩中普遍存在松动圈，围岩真正处于弹性状态的巷道很少，巷道围岩松动圈支护理论认为，岩石破碎形成松动圈过程中产生的碎胀变形的碎胀力是产生支护荷载的最主要因素，是支护主要对象较早的支护理论（普氏、泰沙基等）认为支护的对象是塌落拱内的岩石质量，现代岩石力学中的弹塑性理论则认为，围岩的弹塑性变形是支护的松动圈以外是塑性极限平衡区及弹性区。

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。

董方庭关于围岩松动圈理论的自述客观的事物客观地存在着，发现它却往往是偶然的。

在1979年，最初我只是对锚杆的作用机理感兴趣，我的第一个意识就是围岩的状态决定锚杆的作用机理。

当时超声波测试刚刚在煤炭系统中应用。

在这一观点的驱使下我在淮北矿务局朱仙庄矿进行了大量的超声波测试。

这些资料清楚地告诉我，围岩存在着一个声波速度降低区，其规律性很强。

从声测的机理分析这是一个围岩破碎区，这就是大量巷道开凿后的围岩状态。

这一测试结果将我从原来的兴趣上引开，我提出了几个问题：（1）这一状态产生的原因；（2）这一状态与当时流行的支护理论有什么不同。

初步推论，这一状态的产生是围岩应力作用的结果，巷道开凿后，围岩原岩应力会发生变化，围岩应力以集中应力的方式在围岩中重新分配，围岩从三向应力的强度降低到二向应力的强度。

这两种变化使围岩发生了超过围岩极限强度的破裂变化，即后来我称之为的围岩松动圈。

开巷后围岩状态被确定，产生这一状态的原因被初步确定，我们的目标改为研究支护荷载问题，即支护理论问题。

支护荷裁决定于围岩状态：松散介质理论认为冒落拱内岩石重量是支护的外荷载；弹塑性理论认为控制弹塑性变形为支护的荷载，或者破碎区的岩石重量为支护的荷载；而松动圈理论认为围岩松动圈产生过程中岩石的碎胀力(碎胀变形)为支护的荷载。

为了回到原先的研究目标，对锚杆的作用机理我们初步认为：无松动圈时锚杆无支护作用；中等松动圈时锚杆起悬吊作用；大松动圈时锚杆为组合拱作用。

当时就在朱仙庄矿井进行了试验，并写出了两篇论文，其中一篇还在煤矿基建系统在杭州召开的学术会议上宣读，1980年获淮北市科技进步奖。

1982～1983年我们有机会与徐州地区的王庄矿合作，经过对该矿松动圈的测试，确定其中一部分巷道不用锚杆，确定一部分运输大巷的松动圈值为0.7m，使用长度为1.1m的锚杆。

这在当时是我所知道的最短的锚杆(原支护用锚杆为1.8m)。

1982年由江苏省煤炭系统组织召开了鉴定会。