围岩松动圈理论及其在巷道支护中的应用 张金良

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”。

一种巷道松动圈的测试方法巷道围岩是一种极其复杂的天然地质体．表现出多种力学特性，难以用一种支护理论来解决巷道支护问题。

因此。

在巷道支护理论研究方面出现了各种各样的学术流派，巷道围岩松动圈支护理论是我国软岩巷道支护领域重要学术流派之一。

该理论几乎不作任何假设假说，测试手段直感性强，易于掌握和操作。

这一理论先后在全国多个矿区得到广泛应用，成功解决了软岩巷道支护的难题，取得了较大的经济效益。

众所周知，采矿等地下工程都需要在地下开挖，形成一定大小的空间，并要保持该空间的稳定，但是在地下开挖后，将会扰动岩石的性质，造成岩石内的应力和岩石强度的变化，产生岩石应力转移、集中和岩石强度的减小，使开挖空间周围岩石发生变形甚至破坏，产生岩石物理状态的改变。

这个在开挖的空间周围所形成的破裂区一般是围绕开挖空间形成环状（图1）。

我们把这个由于应力作用产生的环状破裂带称为巷道围岩松动圈，简称为松动圈。

图1 巷道围岩中的松动圈1-松动圈外边界；2-松动圈范围；3-巷道周边巷道开挖后，破坏了原岩的应力平衡状态，围岩受力状态由三向变成了近似两向。

导致围岩应力重新分布和局部应力集中，造成岩石强度较大幅度地下降。

此时，最大主应力是沿巷道壁面的切线方向。

巷道壁面切应力达到最大值；最小主应力是沿巷道的径向应力。

径向应力在巷道周边为零，向围岩内部逐渐增大。

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，直至达到新的三向应力平衡状态为止，此时围岩中出现了一个松弛破裂带，即围岩松动圈。

其力学特征表现为应力降低区即松动圈、塑性区及弹性区，如图2所示。

图2 圆形巷道围岩塑性变形区及应力分布该理论认为松动圈厚度与巷道埋深（地应力）和岩石的强度关系较大，与巷道跨度关系很小。

而松动圈厚度越大，支护越困难。

即原岩应力越大，岩体强度越小，则松动圈厚度就越大，支护就越困难。

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。

围岩松动圈理论及其在巷道支护中的应用张金良巷道围岩是一种天然的复杂地质体，表现出弹性、弹塑性、粘弹性、粘塑性等多种力学特征。

试图用一种理论来解决现场遇到的不同岩性条件和工程环境下的巷道支护问题是十分困难的。

因此，多年来在巷道支护理论研究方面出现了多种：多样的理论学派和计算方法。

从研究开挖后巷道同岩的客观物理状态出发的同岩松动圈理论，作为巷道支护设计的方法以其实用、准确、可操作性强等优点，先后在我国十几个矿区的各类围岩巷道中进行了推广应用，实践证明，以该理论为基础的围岩支护方法，以及其确定的支护形式、支护参数是符合现场实际的。

1 同岩松动圈的巷道支护理论1.1 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。

1.2 同岩松动圈的巷道支护理论巷道支护施工过程中既不可能及时又不能保证支护体一开始就与围岩密贴，只有待围岩产生足够变形之后才能提供支护阻力，并且围岩在低围压条件通常表现为脆性，弹塑性区的变形引起巷道收敛变形量较小，一般约占5％~25％，从岩石的应力一应变曲线可以看出，岩石在峰值前变形量很小，而峰后岩石体积变形要比峰值前大得多，一般达到8~10倍，峰后破裂同岩体积膨胀变形才是巷道收敛变形的主要原因，因此，仅靠弹塑性等理论进行巷道支护研究是不准确的、不客观的。

而松动圈支护理论是基于围岩中存在松动破碎带的客观情况提出的，足符合地下工程客观实际的。

该理论指山，巷道支护对象除松动圈同岩自重和巷道深部围岩的部分弹塑性变形外，还有松动圈岩的碎胀变形。

1.3 同岩松动圈的巷道支护理论的特点（1）绕过了地应力、围岩强度、结构面性质测定等困难问题，但又抓住了它们的影响结果，即松动圈是一个综合指标。

第４２卷第９期能　源　与　环　保Ｖｏｌ ４２　Ｎｏ ９ ２０２０年９月ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＳｅｐ．　２０２０　收稿日期：２０２０－０５－１２；责任编辑：陈朋磊 ＤＯＩ：１０．１９３８９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００３－０５０６．２０２０．０９．０４８作者简介：曹庆华（１９８２—），男，河南永城人，工程师，２００７年毕业于河南理工大学，现从事煤矿管理工作。

引用格式：曹庆华．巷道围岩松动圈测定及支护参数优化［Ｊ］．能源与环保，２０２０，４２（９）：２１７ ２１９，２２３．ＣａｏＱｉｎｇｈｕａ．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｌｏｏｓｅｚｏｎｅｏｆｒｏａｄｗａｙａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉ ｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０２０，４２（９）：２１７ ２１９，２２３．巷道围岩松动圈测定及支护参数优化曹庆华（河南能源化工集团永煤公司车集煤矿，河南永城　４７６６００）摘要：为了对巷道进行有效支护，确保巷道的稳定性，基于研究巷道实际工程概况，采用电磁雷达法对巷道围岩松动圈进行测试，根据不同测线的雷达探测曲线，得到了研究巷道围岩松动圈级别；优化了巷道支护参数，主要包括顶板锚索、帮锚索、顶帮锚杆、一次喷浆、二次喷浆、道底板圆弧形卸压槽的开挖及底板注浆锚索加固等，并进行了巷道表面位移观测。

研究得出，优化后的巷道支护能够有效控制巷道围岩变形。

关键词：围岩松动圈；支护参数；喷浆；圆弧形卸压槽；注浆锚索中图分类号：ＴＤ３５３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３－０５０６（２０２０）０９－０２１７－０３ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｌｏｏｓｅｚｏｎｅｏｆｒｏａｄｗａｙａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓＣａｏＱｉｎｇｈｕａ（ＪｕｊｉＣｏａｌＭｉｎｅ，ＹｏｎｇｃｈｅｎｇＣｏａｌＣｏｍｐａｎｙ，ＨｅｎａｎＥｎｅｒｇｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＧｒｏｕｐ，Ｙｏｎｇｃｈｅｎｇ　４７６６００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｕｐｐｏｒｔｔｈｅｒｏａｄｗａｙａｎｄｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｒｏａｄｗａｙ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｃｔｕａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒｏｆｉｌｅｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｏａｄｗａｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒａｄａｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｕｒｖｅｙｌｉｎｅｓ，ｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｌｏｏｓｅｚｏｎｅｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｗａｓｏｂ ｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｒｏａｄｗａｙｗｅｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｒｏｏｆａｎｃｈｏｒｃａｂｌｅ，ｓｉｄｅａｎｃｈｏｒｃａｂｌｅ，ｒｏｏｆａｎｄｓｉｄｅｂｏｌｔ，ｐｒｉｍａｒｙｓｈｏｔｃｒｅｔｉｎｇ，ｓｅｃｏｎｄａｒｙｓｈｏｔｃｒｅｔｉｎｇ，ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｏｆａｒｃ－ｓｈａｐｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆｇｒｏｏｖｅａｔｒｏａｄｆｌｏｏｒａｎｄｇｒｏｕｔｉｎｇａｎｃｈｏｒｃａｂｌｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｏｆｆｌｏｏｒ．Ｍｅａｎｓｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｒｏａｄｗａｙｗａｓｏｂｓｅｒｖｅｄ，ｔｏｏ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｒｏａｄｗａｙｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｏｆｔｈｅｒｏａｄｗａｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｌｏｏｓｅｒｉｎｇ；ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ａｒｃ ｓｈａｐｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆｇｒｏｏｖｅ；ｇｒｏｕｔｉｎｇａｎｃｈｏｒｃａｂｌｅ０　引言随着煤矿快速发展，特别是穿过断层破碎带、巷道断面大、地质条件恶化、地压大、采深大的巷道，一般的巷道支护已经不能满足深部破碎的巷道，出现了难支护、支护效果差等特征，严重影响了矿井的安全生产。

松动圈围岩支护理论与工程实践研究【摘要】介绍了围岩松动圈巷道支护理论，以某矿为例进行了围岩松动圈范围测试与巷道支护方案设计，结果表明该矿属于中号围岩松动圈，采用悬吊理论设计支护形式后测得顶底板与两帮移近量较，说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。

【关键词】松动圈；巷道围岩；巷道支护前言煤矿巷道围岩为非连续各向异性体，其物质组成成分与组合状况存在一定变化，表现为非均质性。

因此试图用一种理论来解决所用的巷道支护问题显然是不切实际的。

目前巷道支护理论包括围岩松动圈理论、压力拱理论、最大水平应力理论等，其中围岩松动圈理论在深井煤矿中得到广泛应用，其理论简明直观、可操作性强，基本内容为：矿井巷道掘进后，原岩应力平衡状态遭到破坏并重新分布，巷道顶底板及两帮形成应力集中现象，岩石强度显著下降。

若集中应力小于破坏后的岩石强度，此时围岩处于弹塑性状态，可以基本维持巷道的稳定。

若集中应力发展至甚至超过破坏后的岩石强度，围岩破坏会继续向深部扩展，直至形成新的应力平衡状态，我们将围岩破坏扩展形成的破裂带称之为围岩松动圈，研究围岩松动圈对于解决巷道支护工程问题具有重要作用。

1 工程地质概况某矿位于吕梁-太行断块五台山块隆古交向斜的南部，俗称太原西山向斜。

其西部为吕梁山复式背斜，东部为山西断陷盆地系中部的太原-晋中盆地。

12501运输巷道位于南五盘区+750m水平的2#煤层。

该煤层均厚为4.25m，属较稳定的厚煤层，煤层结构简单，裂隙较发育，平均倾角2.5°，最大为6°，为近水平煤层。

煤层顶板以薄层状的粉砂岩和泥岩为主，并夹杂砂质泥岩互层。

岩性松软，机械强度低，节理裂隙发育，属不稳定顶板；底板以碳质泥岩及砂质泥岩为主，局部为3#煤层，富含植物根须化石，较松软，遇水易膨胀，易发生底鼓现象，为不稳定底板岩层。

2 围岩松动圈巷道支护理论围岩松动圈支护理论提出把围岩破裂过程中的岩石碎胀变形（碎胀力）作为支护对象，并把在围岩中发展的这个破裂区定义为围岩松动圈。

榆家梁煤矿巷道围岩松动圈测试技术及应用摘要:基于榆家梁煤矿现场条件,介绍了松动圈的测试原理、测试方法及测试过程,通过测试得出了围岩合理的松动圈范围,为确定合理锚杆支护参数提供了依据,为相似条件巷道的松动圈测试提供了实践经验。

并介绍了控制松动圈厚度的方法,对井下支护设计具有借鉴意义。

关键词:围岩;松动圈;巷道;锚杆支护巷道开挖后,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。

如果围岩中集中应力值小于下降后的岩石强度,则围岩处于弹塑性状态,且围岩自行稳定,不存在支护问题;反之围岩将发生破坏,这种破坏从周边逐渐向深部扩展,直至达到新的三向应力平衡状态为止,此时围岩中出现了一个破裂带。

把这个由于应力作用产生的破裂带称为围岩松动圈,如图1。

图一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,支护的作用就是限制围岩松动圈中碎胀力所造成的有害变形。

掌握巷道松动圈范围的大小及受采动影响的变化规律,对于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具有重要意义。

目前各矿回采巷道多采用棚子支护或锚杆支护。

由于棚子支护是一种传统的被动支护形式,在复杂的压力状态下它必须借助其它形式的支护配合,才能确保巷道的绝对安全;因而锚杆支护已成为解决巷道围岩承受采动支承压力的重要途径。

采用锚杆支护解决采动支承压力问题,关键是确定出巷道围岩松动圈的厚度,并加以控制。

1 测试原理松动圈测试是应用超声波在不同介质中传播速度,来预测围岩的破坏情况。

测试物体是以弹性体为前提条件的,当煤体的尺寸较小、作用外力较小时,相应变形也较小,可以把煤体视为弹性体。

超声波是由声波仪振荡器产生的高压电脉冲信号加在发射换能器,发射换能器受到激发产生瞬态的振动信号,该信号经发射换能器与煤体之间的耦合后在岩体介质中传播,从而携带煤体内部信息到达接收换能器,再由接收换能器把收到的振动信号转变成电信号传给声波仪,经声波仪放大处理后,显示出超声波穿过煤体的声时、波速等参数。

煤矿巷道围岩松动范围分布规律及支护成套技术的分析研究项目综述巷道开挖后，围岩的应力和物理变化过程是判断支护外荷载的基础，是支护理论的基石。

松动圈支护理论是在研究巷道周围的岩石介质物理力学状态属性的过程中发展起来的，所以，松动圈的研究始终贯穿松动圈支护理论发展的整个过程中。

对松动圈属性的深入认识是松动圈支护理论的立论基础之一。

为此，本课题围绕松动圈的现场实测、工程验证、理论分析和数值模拟进行研究，以便对巷道围岩松动圈进行全面了解。

在深刻认识松动圈的性质的基础上，为松动圈支护理论提供依据。

研究表明，地下巷道开挖后，围岩的变形主要来源于松动圈中破裂岩体的体积膨胀，巷道围压也主要由松动圈引起，基于此，我国学者提出了围岩松动圈支护理论。

由大量的理论分析、模拟实验及现场实测结果表明，地下巷道支护的对象主要是松动圈形成中的碎胀变形，松动圈越厚，围岩变形力越大，支护越困难。

实践证明，松动圈支护理论抓住了支护的主要对象，其分类方法和所确定的支护形式与参数符合现场实际，取得的技术、经济与社会效益非常显著，从而应用越来越广泛。

然而，要用该理论对硐室进行合理有效地支护，最关键的是要预先知道被支护硐室的松动圈厚度值。

到目前为止，松动圈厚度值的获取大都是靠现场实测，因此根据现场实测，从而准确获取松动圈厚度值是势在必行的。

锚固技术，国内习惯统称为锚杆支护技术，国外一般称为锚固技术或锚杆(索)加固技术。

自1872年英国北威尔士露天页岩矿采用锚杆加固边坡及1912年德国谢列兹矿最先在井下采用锚固技术以来，锚固技术距今已有将近100多年的历史，与完全依靠自身的强度、重力而使结构物保持稳定的传统方法相比较，锚杆支护方式具有支护效果好、效率高、成本低等诸多特点，它的广泛采用给煤矿企业带来巨大的技术经济效益，锚杆(索)支护己经成为巷道支护的一个主要发展方向。

我国煤巷锚杆支护技术近年来取得了长足发展。

我国最早从1956年开始在煤矿中使用锚杆，由于煤层地质条件复杂多样，锚杆支护理论、设计方法、锚杆材料、施工工具、监测手段等不够完善，因而发展缓慢。

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。

应用围岩松动圈理论解决破碎围岩支护中图分类号：P614文献标识码： A 文章编号：一、概况由桑树坪矿掘进五队施工的200变电所及泵房，巷道工程已施工结束，该巷道布置在3#煤底板25mm处，岩性为较破碎的粉砂岩和砂质泥岩，由于泵房的跨度较大，即宽×高=5.1m×4.75m（掘进断面）。

刚开工时的施工方案：临时支护采用锚杆、喷浆，局部挂网，永久支护为砌碹支护；通过测围岩松动圈后，根据围岩松动圈理论，决定采用锚杆加金属网再喷浆的永久支护。

现将两种施工方法的有关部分叙述如下。

二、两种施工方法（一）以砌碹为永久支护的施工方法由于泵房所处的岩性为较破碎的粉砂岩及砂质泥岩，且泵房的跨度较大，即掘进断面为20.0m2，净断面为16.5m2。

所以刚开工时的施工方案为:1、临时支护采用锚杆和喷浆同时紧跟工作面，喷浆厚度不小于30mm，即先喷浆后打锚杆，锚杆规格：φ20×1800mm，间排距为800×800mm。

2、永久支护除采用锚杆支护外，还必须进行砼墙和料石拱砌碹作为永久支护。

3、每米巷道成本①每米巷道材料消耗每米巷道材料消耗见表1。

表1每米巷道材料消耗表②每米巷道人工费用掘进时，每米巷道综合定额（工作面）为28.96工/米，每工16.65元/工，每米巷道掘进费用为482.18元，砌碹每米巷道的综合定额为24.04工/米，每工为16.65元/工，每米巷道掘进费用为400.27元。

每米巷道总人工费用为482.18+400.27=882.45元。

③每米巷道总费用=每米材料消耗+每米巷道人工费用=554.27+882.45=1436.72元（二）利用围岩松动圈，确定支护参数的施工方法通过测该巷道的围岩松动圈范围为150-200cm，锚喷支护类型为锚杆、喷层及局部挂金属网，围岩为较不稳定，锚喷参数按锚杆组合拱理论计算。

1、锚杆参数计算与选择按组合拱理论计算锚杆的有效长度l为：式中：b～组合拱厚度，取b=1.2m；α～锚杆对破裂岩体的控制角模拟实验得α=43°；为计算方便，取α=45°；根据计算的有效长度确定锚杆全长为：L=1+0.1=1.7+0.1=1.8m式中，0.1～锚杆尾部及端部外露长度之和。

基于松动圈理论的大巷底鼓治理技术【摘要】运用松动圈理论，对某煤矿一条底鼓严重的集中轨道大巷的支护方式进行了改进，改进后，底鼓明显得到控制，能够满足正常生产的需要，取得了较好的应用效果。

【关键词】巷道支护；松动圈理论；底鼓我国煤炭资源丰富，成煤时期多，赋存条件十分复杂，煤矿绝大多数采用井工开采，巷道总量达3万公里，是浩大的地下工程。

由于埋藏深度大，软岩分布广，以及大多数巷道经受采动的强烈影响，所以煤矿巷道的围岩控制要比一般地下工程困难。

本文拟探讨以松动圈理论为基础的大巷底鼓治理技术。

1 巷道概况本文所研究的巷道为某矿一条连接轨道大巷与副斜井井底车场的集中轨道大巷，该巷道全长120.53m，坡度为4‰。

该矿现有的地质资料显示，井底车场集中轨道大巷附近没有老空区或采空区的影响，围岩较稳定，施工区域内亦没有发现诸如陷落柱、无断层等地质构造或破碎带。

巷道掘进以11号煤底板为掘进底板。

该煤层厚度在4.72～9.56m，平均厚度达到7.24m。

该煤层底板位于本溪组底部，奥陶系灰岩侵蚀面之上，区域上称之为G 层铝土矿层，其厚度平均5.68m，其中北部总体较厚，而南部则较薄。

巷道存在涌水，实际涌水量约为6m3/h。

该区铝土泥岩氧化铝及二氧化硅含量较高，据此可推断铝土泥岩中含有大量铝硅酸盐。

2 巷道原来的支护方式及变形情况井底车场集中轨道大巷原来采用U29型钢支架+锚网喷+锚索的联合支护形式，具体支护参数如下：（1）锚杆杆体材料采用左螺纹钢，规格为Φ20mm×2200mm，每根锚杆使用K2355和Z2355型树脂锚固剂各一支，锚杆采用三花布置方式，间排距均为800mm，并用厚5mm、长和宽均为120mm的正方形成品托板作为锚杆托板。

打锚杆时，锚杆从距离巷道底板不超过800mm的位置开始起锚，并使所有锚杆均垂直于巷道掘进轮廓线，当煤（岩）层的层理、节理发育时，锚杆应尽可能与主要层理、裂隙面垂直。

（2）金属网为Φ6.5mm盘圆钢筋焊制而成，网幅为2000mm ×1000mm，网格为100mm×100mm，网与网之间搭接宽度不小于100 mm，联网时选用10# 铁丝剪成的长400mm的小段，双股对折，扭结圈数不小于3圈，要联结密实，联结点间距不大于200mm。

浅论煤矿巷道支护围岩松动圈理论技术的应用摘要：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1.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，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。

V类松动圈巷道支护方案的优化摘要：文章在分析××煤矿西翼轨道大巷试验段地质条件的基础上，依据围岩松动圈支护理论确定了巷道支护方案。

采用“锚-网-索-梯-喷-注”协同支护方式充分复合围岩天然承载结构作用，提高了支护结构的整体性和承载能力。

工程试验表明，该支护方案支护效果好，同时降低了工程造价，加快施工进度，具有一定的推广应用价值。

关键词：软岩巷道；松动圈；支护方案；优化1 地质概况××煤矿-702m水平西翼轨道运输大巷布置在二叠系下统下石盒子组三煤段和山西组二煤段上部细碎屑岩中。

根据巷道勘探结果和实际揭露的地质资料分析，在其通尺150～350m段，穿越地层为三煤组含煤地层，岩性以厚层砂质泥岩、泥岩为主，中间赋存三4、三2等5～7层薄煤层或炭质泥岩。

三煤组地层主要为泥岩和砂质泥岩，岩层中夹软弱泥岩，围岩破碎，地应力较大，工程地质条件差，支护难度较大。

通尺150～350m段综合地质柱状图见图1。

图1 通尺150-350m综合地质柱状图2 围岩松动圈的测定在巷道开挖后巷道围岩应力得到重新分布，如果集中应力超过围岩强度，则巷道周边围岩会在不同程度上出现破碎，并逐渐向其深部扩展，在巷道周边出现一个所谓的“松动圈”。

通过××煤矿巷道围岩松动破裂范围探测报告显示，雷达探测测线沿巷道轴向布置，测线位置分别位于巷道左帮、右帮、底板和顶板处，测得西翼轨道大巷横断面围岩松散范围约为2-2.2m ，局部接近 2.5m ［1］。

按照巷道围岩松动圈分类，该巷道处于大松动圈中的V 类松动圈中，巷道表现出软岩特征，围岩在经过一段变形之后会进入稳定期［2］。

一般的刚性或普通锚网喷支护难以适应，须采用新型锚喷网或U 型钢可缩支架才能满足要求［3］。

3 支护方案的设计与优化 3.1 实验巷道的支护方案设计针对西翼轨道大巷穿越三煤组段大松动圈、地质条件差的情况，改变支护方式如下［4］：图2 变更前后巷道断面支护图变更前：锚杆采用Φ20×2200mm高强树脂锚杆，顶锚杆配3卷MSK2335锚固剂,帮锚杆配2卷MSK2335锚固剂，预紧力矩为150N·m，锚杆间排距700×800mm ，矩形布置。