文档介绍：浅论煤矿巷道支护围岩松动圈理论技术的应用
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
。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。而影响超声波在围岩体中传播速度的主要因素为: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。所以,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,可通过测试超声波在巷道围岩一定深度范围内的传播速度,按其波速的变化情况,从而就可以判定围岩的松动范围。
。声波法、多点位移计法、地质雷达法、地震波法、电阻率法和渗透法等,这都是目前围岩松动圈的主要测试方法。一般常采用声波法测试,在此也介绍声波法测试围岩松动圈的方法。
松动圈测试的主要方法为钻孔,且分单孔法和双孔法。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,而钻孔法通常采用水作为耦合剂。双孔法测试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,每组两个钻孔,并保持平行,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);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,顶板的钻孔要有注水和封水装置。
四、松动圈测试技术的实际应用
。测试地点可选择矿井关键的巷道,比如有些沿煤层顶板的掘进,且巷道经多次整修变形较大