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围岩松动圈支护理论及在煤层巷道支护中的应用

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地质雷达测试巷道围岩松动圈的原理及应用

地质雷达测试巷道围岩松动圈的原理及应用
探测 法 、 多点 位 移 计 量 测 法 、 射 波法 、 质 雷 达 探 折 地
测法 等 Ｊ 。其 中 ２ ０世 纪 ７ Ｏ年代 末 ， 长春 煤 炭 研 究 所开 发 的“ 声波 围岩 裂 隙探 测仪 ” 使 声 波 法 得 到 超 ， 广泛 的使 用 ， 一 种 简 便 实 用 的 围岩 松 动 圈 的 测 试 是
巷 道开 挖后 ， 坏 了原岩 的应 力平 衡 状 态 ， 破 围岩
受力 状态 由三 向 变成 了 近 似 两 向 ， 致 围岩 应 力 重 导
新 分布 和局 部 应力 集 中 ， 成 岩 石 强 度 较 大 幅度 地 造
下 降 。此 时 ， 大主 应力 是沿 巷 道 壁 面 的切 线方 向 ， 最
围岩 中出现 了 １ 松 弛 破 裂带 ， 围岩 松 动 圈 ¨ 。 个 即
庭 教授 等人 经过 长期 研 究 ， 出 围岩 松 动 圈 支 护 理 提
论 Ｊ在 矿 山工程 中得 到广 泛 应 用 。这 些 理 论 的 运 ，
其力 学特 征 表现 为 应 力 降低 区 即松 动 圈 、 性 区及 塑
弹性 区 ， 图 １ 示 。 如 所
用 ， 以 已知 围岩松 动 圈 的范 围为 前提 ， 都 因此测 试 围 岩松 动 圈具 有较 大 的实 际意义 和应 用价 值 。
巷 道 围岩松 动 圈测 试 方 法 有 很 多 ， 随着 科 学 并
技术 的不 断进 步 而发 展 完 善 ， 中主要 包 括 超 声 波 其
生 ， 要从 事 岩体 加 固理 论 与 应 用技 术 的研 究。Ｅ—ｍａ ： 主 ｉ ｌ
ｍｑｂｌ ８ ９ ５＠ ｌ ６． ｏ 。 ２ ｔｍ
余年发展起来 的地球物理高新技术方法 ， 具有分 其 辨率高、 位准确、 速经济、 活方便 、 面直观 、 定 快 灵 剖

煤巷支护设计中围岩松动圈支护理论的应用

煤巷支护设计中围岩松动圈支护理论的应用

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”。

基于围岩松动圈理论的中等稳定岩石支护技术实践

基于围岩松动圈理论的中等稳定岩石支护技术实践

基于围岩松动圈理论的中等稳定岩石支护技术实践[摘要] 本文就围岩松动圈支护理论进行了探讨，并对锚喷支护机理进行了分析，以及在施工中的应用做了有益的实践。

[关键词] 锚喷支护围岩松动圈支护理论悬吊支护理论锚喷支护是目前我国煤矿应用最多的支护形式。

据统计，我国每年锚喷支护的巷道达1000km以上。

但长期以来，对锚喷支护机理缺乏统一的认识，锚喷的支护参数确定一直沿用工程类比法。

最近几十年来出现的围岩松动圈支护理论能够合理地解释锚喷支护机理，明确支护对象，准确地确定支护参数，受到力学界的高度重视。

该理论在现场得到了广泛应用，并取得了较为显著的经济效益。

1、围岩松动圈与支护的关系围岩松动圈是开巷后的次生应力和岩体自身强度相互作用而形成的松弛破碎带。

按照该理论，中等稳定岩石的松动圈在0-0.4m和0.4-1.5m之间，围岩松动圈的大小现在可以用专用仪器准确测出。

并且，围岩松动圈的大小与支护的难易程度成线形关系（正相关）。

这样它就解决了以往任何支护理论均未解决的支护对象问题，由此支护的机理和支护的作用得到了合理的解释。

2、小松动圈围岩的支护机理对于这类围岩，因为其整体性好，松动圈较小，一般在0.4m之内，一般可不进行支护或弱支护。

但为了防止围岩风化，可进行简单的喷砼支护。

根据喷砼支护机理，可按以下方法确定。

（1）按冲切破坏计算本设计是按最不利条件，即假定从拱基线左、右两点开始，在与水平面成70度的方向上的两条裂隙交于一点，造成三棱柱围岩的冒落而作用于喷层，使喷层冲切破坏，计算时，巷道轴线方向取1m长计算。

最大围岩的重量G=B2/4×（tg70。

-π/2）×1×y----（1）式中:B---巷道跨度，m；y---岩石容重，t/m3；围岩与喷层接触面的周长U≈πR+2；抵抗冲切的最小喷层厚度T=G/（P×U）-----------（2）式中：P---砼抗拉强度，取P=6kg/cm2；（2）按粘结破坏计算T=3.65[G/（U×R）] 4/3×（K×/E）---------------（3）式中：R------设计粘结强度，R=3kg/cm2；K------岩石的弹性拉伸系数，K=1000kg/cm2；E-------喷层的弹性模量，E=1.29×105 kg/cm2；3、中松动圈围岩的支护机理及应用实例松动圈在0.4-1.5m的围岩，碎胀变形较大，因此采用锚喷联合支护。

围岩松动圈支护理论在煤巷支护设计中的应用

围岩松动圈支护理论在煤巷支护设计中的应用

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。

松动圈理论在近距离煤巷支护设计中的应用

松动圈理论在近距离煤巷支护设计中的应用
第 ７期 ２ ０ １ ３年 ７月
・
山 西 焦 煤 科 技
Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ Ｃｏ ｋ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎｃ ｅ＆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｎｏ ． ７
Ｊ ｕ １ ． ２ ０ １ ３
技术经验 ・
松动圈理论在近距离煤巷支护设计中的应用
得巷 道 围岩松 动圈厚 度分 布图 ， 基于松动 圈支 护理论 对该 类巷 道进 行支护设 计 ， 并在 ５ ７ ０ ７巷 中加 以应 用 ， 取得 了 良好 的支护效果 。
１ 松 动 圈实测分 析
８ ７ ０ ５工作 面 ５ ７ ０ ５巷 变形 破 坏严 重 ， 该 巷 道 为矩 形 巷
道， 最 大断 面宽 ４ ． ５ ｍ， 高２ ． ６ ｍ， 平 均埋 深 ２ ２ ６ ． ３ ｍ，
煤层 厚 ０ ． ６ １～ ３ ． １ ８ ｍ， 平均 １ ． ９ ｍ， 层 间对照见 图 １ 。
巷 道开挖 后 ， 围岩 由原来 的三维受 力状 态变化 为
二 维受 力 ， 在 失去第 三 主 应 力 的作 用 下 ， 当巷 道 周 边 应 力超 过岩 石 的强 度 极 限时 ， 巷 道 表 面 围 岩率 先 破
３ 结 论
８ ７ ０ ７工作 面 为 ８ ７ ０ ５面 比邻 工 作 面 ， 其 ５ ７ ０ ７顺 槽与 ５ ７ ０ ５巷 地质 环境 等各 方面极 其相 似 ， 因此 ， 在该
的影 响 ， １ ４ 层 巷 道 压 力 显 现 十 分 明显 ， 支 护 难 度 较 大 。其 中 ， 四 台矿 ， 在 ｌ ２ 层 煤柱 的影 响 下， １ ４ 层
本文 以 ５ ７ ０ ５巷 为研 究 对象 ， 利 用 钻 孔 摄像 仪 对

围岩松动圈支护理论在破碎巷道修复中的应用

围岩松动圈支护理论在破碎巷道修复中的应用

瞧晨 斜牧
一
３
次性 浇筑是 可行的 ， 而且是成功 的， 以依据 围岩强 可
度理论 ， 通过采取 光面爆破 技术 和锚 网喷支护工 艺得
以 实现 。
（） １扎筋 ： 用设计 规定 的型号 为 ｒｎ ｄ ６ ｍ、 采 ｎ 、 ｌｍ ｒ Ｐ ｄ Ｏ ｍ三种钢筋 ， ￣ ｍ ２ 生锈钢筋禁止使用。 （） ２扎丝 ： 钢筋绑扎用 ２ ＃铁丝， 丝长 ３０ ｍ， ２ 扎 ０ ｍ 每
锚 杆作为支 护结构是 以锚杆 群 的形 式 出现 的， 所 说的锚 杆支护指 的是锚杆群的支护。它们和单根锚杆 样， 它将 与松动 圈的发展 与尺 寸有 关。根据 围岩松
一
动圈的发展 和最终尺 寸 ， 就可 以确定锚 杆群 的支 护作
用机理 。
图 ３金属网喷浆全断面支护
＊ 稿日 ２ ７ ０— ８ 收 期： ｏ—９ １ ０ 作者 简介： 高有存（ ６一 ， 毕业于山 １３ ） ９ 男， 东科技大学， 现任兖矿集
图１ 松 动 圈 与锚 杆 支 护机 理 ．
小松 动圈 Ｌ ｖ＜４０ ｍ 围岩碎 胀较 小 ， ０ｍ ， 锚杆 受 力 小 。在巷道工程 中无需锚杆支护 ， 只喷灰沙混凝 土层 ，
防止 岩石 风 化 即可 。
中松 动圈 Ｌ ＝４０～１ｏ ｒｎ围岩碎胀 较为 明显 ， Ｐ ０ ５ ｍ， 需要 给予约束 ， 井巷工程需要采 用锚杆支护为 主体 ， 加 灰沙混凝土层防止风化 ， 锚杆起悬 吊作用 ， 设计 的悬 吊 点是在松动 圈边 界外 的岩石 中， 与传统的悬 吊原理需 要把悬 吊点选择在稳定 的岩层 中有所不同。 大松动圈 Ｌ ＞１ｏ ｍ 碎胀相 当明显。软 岩中地 Ｐ ５ ｍ， 压显现特征为围岩变形量大 、 变形时间长 ， 护不成 功 支 时底臌严重 。成功合理 的支护形式应具备两 方面的特 性： 一是支护抗力大 ； 二是支护要有一定的可缩性。采 用锚杆形 成组合拱 支护 ， 以达到 良好的效果 。组 合 可

围岩松动圈支护理论及在煤层巷道支护中的应用


松动圈客观存在 ， 围岩的碎胀变形远远大于围岩的弹塑 性变形 。 （） ２ 围岩松动 圈分类 方法 。围岩松 动圈 的值 主 要 是 围岩 强度 和围岩应 力 的 函数 ， 它是 一个 含义 丰富 的
隙发育而降低 、 随应力增大而加快的特性 ， 通过测试超 声波在巷道围岩一定深度范围内的传播速度 ， 根据波速 的变化 ， 就可以判定围岩的松动范围 。 ２ ２ 测 试方 法 ． 松动 圈测试 的主 要方 法 为 钻孔 法 。该 方 法分 单 孔 法 和双孔 法 。为 了保 证传 感器 与孔壁 的 良好 接触 ， 要 需 使 用一些 物 质作为 耦合剂 ， 钻孔 法通 常采用 水作 为耦 合 剂 。双孔 法 的测试 方法 是 ， 巷 道 内， 开采 工 作面 不 在 距 同距离 ， 选几个 有代 表性 的巷道 位置 ， 布置若 干组钻 孔 ， 每组 ２ 钻孔 ， 个 两孔 保 持平 行 ， 钻孔 的 深 度要 根据 所 测 地 区 的实 际情 况来 定 （ 深度 必须 大 于松动 圈）对 于巷道 ； 两帮的钻孔一般可 向下倾斜 ２～３， ０ 。以便于注水后使水 能够淹没传感器， 而顶板的钻孔要有注水及封水装置。 ３ 工程 应 用
２ １ 测试 原理 ．
上， 未做任何假设 ， 基于围岩 中存在 的松动破碎带 的客 观情况提 出的 ， 它避开 了地应 力 、 构 面性 质 、 结 围岩 强度 ？ ’定等复杂问题 ， 贝 ９ 但又真实反映出这些复杂因素对围岩 的影 响 ， 是符合地 下工 程客观 实 际的支护 理论 。
称小松 动 圈 ， 锚杆 将起 不 到 作用 ， 只需 进 行 喷 混凝 土支
维普资讯
２０ 年第 ９ ０７ 期
西部探矿工程
护或裸 体 巷道 。② 中松 动 圈 。当 Ｉ ４ ～ １０ｍ 时 ， 一 Ｏ ５ｃ

巷道局部围岩松动破碎带的支护实践应用


１ 概 况
井 亭 实 业 公 司 的 前身 是 山东 能 源 枣矿 集 团井 亭 煤 矿 ， 矿 井 于 ２ ０ ０ ６ 年破 产改制 ， 拥有近 ４ ０ 年的开 采历史 。该矿井 主采 煤层共 有四 ３ 围岩 破碎带 支护方式 的优 化 比较 层 ，分 别为煤 ： 、煤 ， 、煤 煤 近年 来 ，由于矿 井资源枯竭 ，矿 ３ ． １ 支护设计 思路 井开 始对 煤 ， 进 行复 采 ，煤 ， 直接顶 板为泥 岩 中砂岩 ， 灰 白色 中粒石 （ １ ）针对顶 板下沉 ， 不能 硬性控制 ， 只 能相对限制 ， 或者 将下沉 英砂 岩 ， 坚硬 不易 冒落厚 ５ － １ ０ ｍ左右 ， 底板为泥 岩砂泥 岩互层 ，黑色 量消化 在设计 断面 中。 松软 含植物 根化石 ， 砂岩为 灰色细沙 。 由于 是三层煤 复采 ， 煤岩 层受 （ ２ ）针对底鼓 ， 根据 变化 量的大小 ， 适 时采取卧底 的方 法解决 。 到初 次开采 的破 坏 ， 周围的应 力也发生 了改变 ， 硬度 降低 ， 变软变脆 ， （ ３ ）针 对两 帮位 移 ， 采取 开帮 卸压 法处 理 ， 即将 两帮 局部 支护 极易 破碎 ，岩层 层理节理 也随之变化 ， 综 上所述 ，因此增大 了巷 道围 拆除 ， 开 帮放矸卸压 ， 然 后重新补齐 支护 。 岩 的破 碎性 。以往 ，该矿 井 的巷道 支护 形式 多采 用锚 网喷 支护 。３ ５ （ ４ ）针对 新产生 的破 碎矸石 掉落 问题 ， 采用 枇子 、竹笆 、撑棍 轨道 下 山布置在 煤 ３ 之中 ， 支护 形式 为锚 喷支护 ， 半圆拱 ， 支护材 料 腰帮 接顶控制 。 为 ￣１ ４ ｍ ｍ×１ ５ ０ ０ ｍ ｍ 的等 强度 钢筋 锚杆 配合 快速 水泥 锚 固剂 ， 设 计 ３ ． ２ 支 护 方 式 选 择 毛断 面 ５ ． ５ １ ｍ 、净断面 ４ ． ４ ｍ ，服 务年 限 ３ 年 。该巷 道施 工到 围岩破 （ １ ） 锚 网 支 护 。 矿 井 巷 道 锚 喷 支 护 时 通 常 选 用 锚 杆 长 度 碎带状 况为 ： 巷道两 帮片帮 、围岩松动 圈扩大 、围岩 的硬度 降低 ，顶 １ ４ ｍ ｍ×１ ５ ０ ０ ｍｍ 的等 强度 钢筋 锚杆 ，支护 长度 有 限 ， 锚杆 锚 固力 板局 部离合 ，巷道破坏 较严 重 ，影 响了 ３ ５ 采 区的运输 ，同时形成 了 为４ ０ ＫＮ／ 根 ， 由于 围岩松 动 圈扩 展过 大 ， 局 部松 动 圈深 度 已超 过 安全 的隐患有待于 急需解 决。 锚杆 长度 ， 在 １ ． ５ ｍ 以上 ，锚杆部 分 出现 锚 固失效崩 盘现象 ， 说 明巷 道 受压 情 况 比较 严 重 ， 顶 板 压力 在 ５ ０ — １ ０ ０ ｋ Ｎ 以上 ，锚 杆 支护 方 式 ２ 巷道 围岩破坏 原 因分 析 不 能有效 的进 行支 护 。所 以 ， 该巷道 施 工到 围岩破 碎带 时 已不适 合 ２ ． １ 巷道破坏 的原因分 析 锚喷 支护 ３ ５ 轨 道下 山 由于 在三层 煤复 采 区施 工 ，煤 岩层 受到过 初次采 动 （ ２ ） 工字 钢梯形棚 支护 。 架棚 支护 虽然属于 被动承 压支护 方式 ， 的影 响 ，回采后 引起 了巷道 周 围的应 力重 新分布 后 ，虽然 周围 的应 但是 能够在 有效 的范围 内硬性控制 围岩 应力 ， 尤其 使用 竹笆 、枇子 、 力趋 于稳定 ，巷 道周 围 围岩 变形 量也 随之 变小 ，但 巷 道重新 开始 布 撑棍 能有 效地 防止 散岩 撒落 ， 而 且 在巷道 压 力大 时 ，针 对巷 道两 帮 置掘 进 ，在 掘进 的施 工 中爆 破作 业 中，围岩 变形 量按 流变规 律不 断 移近 量 、底 鼓可 分别 采用 开帮 卸压 法和 卧底 法解 决 ， 即可满 足巷 道 缓 慢 地增长 ，巷道 周 围岩应 力 改变并 再次重 新分 布 ，随着塑性 区和 围岩 各参 数对 应方 案要 求 。所 以 ， 确 定工 字钢 梯形 棚支 护为 巷道 支 围岩松 动 圈的显 著扩 大 ，伴 随着 围岩变 形 急剧增 长 ，出现 了顶板 离 护形式 。 合 冒落 ，两帮片帮等 巷道破碎现 象 。所 以 ， 该 矿井在三层 煤复采 区域 ３ ． ３ 支护方式的确定 进行 掘进施 工 时 ，围岩 的松 动破 碎现象 普 遍存在 。该 巷道表 现 出的 根据 围岩 特性和工字 钢梯形棚支 护的特点 ， 以高度 可缩量来消化 主要破坏状 况有 ： 顶板 下沉局部离 合、底板 底鼓变形 、两 帮片帮等 。 顶板下 沉量 。巷道施 工方 案实施 ：３ ５ 轨 道下 山在施工 到复 采区 围岩 具体表 现有 ： ① 锚杆受压 力影 响锚固失效 ，个别 出现崩盘 现象 ， 充 分 破碎带 时，采用工字钢棚 架棚支护 。巷 道断面 为梯 形 ，棚距为 Ｏ ． ８ ｍ， 证 明了巷道 顶板 受压严 重 ， 压 力应在 ５ ０ ． １ ０ ０ ｋ Ｎ 以上 。②巷道 的 围岩 上梁净开 口 １ ． ８ ｍ，下底净 宽 ２ ． ６ ｍ，棚腿长 度为 ２ ． ４ ｍ，用枇 子竹笆 接 破 碎 程度 大 ， 锚 杆 大板 下垂 凸起 ， 围 岩表 层破 碎 度均 在 中８ ０ — ２ ０ ０ ａ ｒ ｍ 顶腰帮 ， 每 棚用 ６ 块枇子接 顶 ， 腰帮各 ４ 块 。施工期 间使 用好前探梁 。 之间 ， 说 明围岩 硬度 降低 ， 并 且所 受采动 的影 响导致 挤压 力变大 ； 通 使用前 探梁时 ，用两根 ４ ． ０ ｍ长 的 ３ 寸钢管 和铁链子 加 固使 用 ，其 固 过 观察漏矸 空洞 ， 测量 破碎带 的厚 度达到 ０ ． ３ — ０ ． ７ ｍ 之 间。③ 顶板 出现 定 位置于棚 梁牙壳 向里 ３ ０ ０ ｍ ｍ处 ， 每放炮后 都必须前移 两根前探梁 ， 了局 部锚 杆脱 落 ， 说 明巷 道局 部的 松 动圈深 度 已超过 锚杆 锚 固的 长 并且两根前探 梁要平行 、 高低 一致。 每 根前探梁至 少得 有 ３ 个固定点 ， 度 ， 在１ ． ５ ｍ 以上 。④顶 板 凹凸变 形 ，部 分锚 杆深 陷 围岩之 中 ， 围岩 超前部分用 长板子及背板 （ 方 木或批子 ） 以打 木垛的形式 与顶板接实 。 移 近量增大 ， 出现散岩 经常掉落 ，说 明巷道周 围均受到较 大压力 。⑤ 施工巷 道 的支护 必须 完好 ，每 棚不 少于 ６ 根 撑棍 ，具体 位置 ：棚 梁 巷 道 围岩破 碎带显 现基 本一致 ， 无突变 ， 说 明巷 道受 力均衡 ， 属连缓 两端到接 口的 Ｏ ． ３ ｍ处各 打一根 ；每个棚腿 各打两根 ，即上 端打在接 慢 量变现象 ， 就 是通常所说 的 “ 软 劲” 。 口下 Ｏ ． ３ ｍ 处 ，下 端打 在底 板上 １ ． Ｏ ｍ 处 ，撑棍打 成 一条直 线 。迎 头 ２ ． ２ 围岩 受 到 破 坏 的 原 因分 析 ｌ Ｏ ｅ 棚 内每 棚应不 少于两根拉 棚器 ，并 打在 棚梁下 Ｏ ｒ ． ８ ｍ处 。对于煤 巷道 围岩 破坏 的原 因有 ：① 受初采时采 动压力影 响 ， 使 巷道周 围 层 松软时 ， 过 高冒区采取打铁撞 楔套棚支 护法开掘 ， 撞楔应 有斜度 ， 整 体全方位 受到破坏 ； ②巷 道的 围岩 受到采空 区影响 因素 ，局部未垮 保 证有足够下 棚空间 ，保证 满足技术尺 寸要求 。 落 带长期风 化 、粉 化 ， 造成巷 道 围岩 的破碎 ； ③ 巷道 掘进时施 工爆破 作业 时对周 围围岩的 损坏 ； ④煤 ， 的顶底板岩性 决定 了其状 况 。 ４ 经 济效益

松动圈围岩支护理论与工程实践研究

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

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。

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西部探矿工程
2007 年第 9 期
中国水利水电第十三工程局, 山东 德州 253015) 摘 要: 介绍了围岩松动圈支护理论及在软弱破碎煤层矩形巷道中的松动圈测试技术 , 并结合具体工 程实例验证了依据该理论确定的支护参数是合理的 。 关键词: 围岩松动圈; 煤层巷道; 支护 中图分类号: U455 7 文献标识码: B 文章编号: 1004 5716( 2007) 09 0164 02
巷道围岩是一种天然复杂地质体, 其力学特性复杂 多样 , 很难用一种理论来解决现场不同环境下巷道围岩 的支护问题。因此, 长久以来在巷道支护理论研究方面 国内外许多学者提出多种支护理论方法。目前应用最 广泛的有悬吊理论、 组合梁理论、 组合拱理论等, 但是这 些支护理论都是在一定的假设前提下提出的 , 有一定的 局限性和适用性。而松动圈支护理论是在实测的基础 上, 未做任何假设, 基于围岩中存在的松动破碎带的客 观情况提出的, 它避开了地应力、 结构面性质、 围岩强度 测定等复杂问题 , 但又真实反映出这些复杂因素对围岩 的影响, 是符合地下工程客观实际的支护理论。 1 围岩松动圈巷道支护理论 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 小于下降后的围岩强度 , 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 , 这种破坏从周围逐渐向深部扩展, 直至达到新的三相应 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。 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。该理论主要由三个 主要部分组成: ( 1) 围岩松动圈支护。巷道开挖后 , 围岩 松动圈客观存在 , 围岩的碎胀变形远远大于围岩的弹塑 性变形。 ( 2) 围岩松动圈分类方法。围岩松动圈的值主 要是围岩强度和围岩应力的函数, 它是一个含义丰富的 综合指标。其值越大碎胀变形量越大, 而围岩变形量越 1. 2 大, 支护越困难。松动圈分类法将围岩分为 类。 ( 3) 围岩松动圈支护技术。 ! 小松动圈。当 L p < 40cm 时 , 称小松动圈, 锚杆将起不到作用 , 只需进行喷混凝土支
图2 围岩松动圈测试 Vp L 曲线图
10# 铁丝加工成的金属菱形网。钢梁用 14 圆钢焊制 , 顶锚杆采用 18m m 、 L = 2400mm 螺纹钢, 帮部锚杆采 用 16mm 、 L = 2000mm 圆钢 , 配套 使用 孔径 分别 为 20m m 、 18mm 的规格为 120mm ∋ 120mm ∋ 10mm 的钢 板。顶每排布置 6 根锚杆、 两帮每排各布置 4 根锚杆 , 间排距为 800m m 。锚固剂为普通树脂药卷 , 顶锚杆每 孔使用 3 块树脂药卷, 帮锚杆每孔使用 1 块树脂药卷。 15. 24mm 小孔径预应力锚索为本巷道的加强支护手 段, 每排 2 根, 排距 2400m m 。 3. 5 巷道支护效果 在巷道施工后对支护效果进行变形监测 , 由监测结 果知 : 巷道顶板最大沉降量为 92m m, 最大沉降速率为 16. 8mm/ d, 最终沉降速率不超过 0. 05m m/ d, 平均沉降 速率为 1. 34mm/ d; 两帮最大相对位移量为 72m m 。完 全满足巷道变形要求。 4 结论 ( 1) 围岩松动圈支护理论提出了支护对象是围岩破 裂过程中的碎胀力 , 这是它与传统的支护理论和现代的 弹性理论的本质区别。支护对围岩松动圈的发生和发 展影响不大。 ( 2) 松动圈的测试结果是运用围岩松动圈支护理论 的依据。因此 , 在具体项目中要根据情况合理布置测试 孔, 提高测试技术, 尽量使测试结果与实际相符。 ( 3) 围岩松动圈支护理论已经成功的运用在巷道支 护设计中 , 并取得显著的经济效益。
参考文献 : [ 1] [ 2] [ 3] 刘 刚 , 宋 宏伟 . 煤 巷 围岩 松动 圈 规律 研究 [ J] . 煤炭 学 报 , 2002, 27( 1) : 31 35. 于忠久 , 赵同 彬 . 围 岩松 动圈 理论及 其在 巷道支 护中 的应 用 [ J] . 煤炭技术 , 2004, 23( 8) : 12 13. 谷栓成 , 溪家米 , 等 . 三软煤层大 跨度全煤巷 道锚杆 ( 索 ) 支 护成套技术研究 [ R] . 西安 : 西安科技大学 , 2005.
护或裸体巷道。 ∀ 中松动圈。当 Lp = 40~ 150cm 时 , 松动圈在这范围内 , 支护较容易, 采用悬吊理论, 其悬吊 点在松动圈以外。 # 大松动圈。L p > 1. 5m 时, 用锚杆 给予松动圈内破裂围岩以约束力 , 使其恢复到接近原岩 的强度并具有可缩性, 形成锚固体进入支护, 即所谓的 组合拱/ 梁理论。 2 松动圈测试技术 2. 1 测试原理 当超声波在煤岩体中传播时 , 要发生几何衰减和物 理衰减, 煤岩体中不同力学性质的结构面上, 超声波要 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。影响超声波在围岩体中传播 速度的主要因素有 : 围岩体矿物成分 , 围岩体结构构造 特性 , 围岩体的孔隙率, 围岩体所在区域的地应力 , 以及 围岩体的含水量、 温度等。因此 , 利用波速随围岩体裂 隙发育而降低、 随应力增大而加快的特性, 通过测试超 声波在巷道围岩一定深度范围内的传播速度 , 根据波速 的变化, 就可以判定围岩的松动范围。 2. 2 测试方法 松动圈测试的主要方法为钻孔法。该方法分单孔 法和双孔法。为了保证传感器与孔壁的良好接触 , 需要 使用一些物质作为耦合剂, 钻孔法通常采用水作为耦合 剂。双孔法的测试方法是 , 在巷道内 , 距开采工作面不 同距离, 选几个有代表性的巷道位置, 布置若干组钻孔 , 每组 2 个钻孔 , 两孔保持平行, 钻孔的深度要根据所测 地区的实际情况来定( 深度必须大于松动圈 ) ; 对于巷道 两帮的钻孔一般可向下倾斜 2∃~ 3∃, 以便于注水后使水 能够淹没传感器, 而顶板的钻孔要有注水及封水装置。 3 工程应用 3. 1 概况 石嘴山二矿 2336 工作面运顺巷道属煤层巷道, 巷 道顶板、 两帮煤层松软 , 支护难度较大。巷道断面按矩
图1
松动圈测试测孔布置图
松动圈测试结果 对现场实测数据进行处理, 绘制 出松动圈 V p - L 关系曲线图( 见图 2) 。由图 2 可判断出本项目巷道围 岩松动圈范围在 1. 6~ 1. 8m 之间( 见图 1) 。 3. 4 巷道支护参数选择 通过工程类比并按照松动圈理论进行理论分析, 考 虑到巷道围岩软弱破碎, 最终确定采用锚梁网索联合支 护, 并确定支 护参 数。顶 部帮 部铺 50mm ∋ 50mm 用 3. 3
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形设计, 宽 4. 5m, 高 3. 0m 。巷道沿三层煤底板掘进, 埋 深约 450m 。 三 层 煤 最 大 厚 度 为 9. 69m , 最 小 厚 度 6. 31m, 平均 煤层厚度 7. 79m 。煤层上 部属亮 煤, f = 1. 2, 煤层下部属暗煤 , f = 0. 8。煤层直接顶为高岭石泥 岩, 平均厚度 0. 62m , 再上一层为炭质页岩 , 平均厚度 0. 52m 。老顶为灰色砂质页岩, 平均厚度 2. 40m 。煤层 直接底板为粘土岩, 平均厚度 0. 18m, 以下为砂质页岩 , 平均厚度为 1. 5m 。三层煤结构简单, 含 3 层夹矸 , 夹矸 厚 0. 12~ 0. 70m 。根据工程具体情况, 决定采用松动圈 支护理论进行支护设计。 松动圈测试方法 本项目采用 CT - 2 型超声波围岩裂隙探测仪。它 是应用超声波探测巷道围岩松动范围和应力变化的一 种电子仪表, 其结构主要由主机、 % 一发双收& 探头、 封孔 3. 2 器、 注水器及充电器等部分组成。主机采用集成电路 , 半导体数码显示 , 自备电池, 为便携式。探头由发射换 能器、 接受换能器、 隔声连接筒组成。超声波速度 V 用 下式计算 : L V= ∋ 103 m/ s t 式中 : L 两换能器的间距 , m m; t 时间间隔, s 。 本项目松动圈测孔布置在巷道帮顶部, 共 4 个测试 孔, 布置方式见图 1。