15煤層巷道松動圈測試方案

1、上社二景 15#煤層巷道松動圈測試方案2018 年 5 月 22 日單擊此處輸入文字。一、概述 21、松動圈理論 22、鉆孔軸向“三區(qū)”的劃分 2.3、測試目的 3二、測試區(qū)域基本情況 31、擬測試區(qū)域 32、煤層基本情況 33 、巷道斷面及支護方式 3三、測試方案及原理 31、方案選擇 32、測試原理 4圖 3-1 反射探測原理圖圖 3-2 雷達記錄示意圖 5.四、工作方法 61、設(shè)備選擇 62、技術(shù)要求 63 數(shù)據(jù)采集 64、巷道圍巖松動圈的判別 7圖 4-1 反射波組雷達圖像 8.5、數(shù)據(jù)統(tǒng)計 8表 4-1 測試數(shù)據(jù)記錄表 8五、安全措施 8上社二景 15#煤層巷道松動圈測試方案一、概述

2、1、松動圈理論巷道在開挖前， 巖體處于三向應(yīng)力平衡狀態(tài)， 開巷后圍巖應(yīng)力將發(fā)生兩個顯著變化； 一個 是巷道周邊徑向應(yīng)力下降為零， 圍巖強度明顯下降； 二是圍巖中出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象， 一般情況 下集中系數(shù)大于 2. 如果集中應(yīng)力小于巖體強度，那么圍巖將處于彈塑性穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)應(yīng)力超 過圍巖強度之后， 巷道周邊圍巖將首先破壞， 并逐漸向深部擴展， 直至在一定深度取得三向應(yīng) 力平衡位置， 此時圍巖已過渡到破碎狀態(tài)。 我們將圍巖中產(chǎn)生的這種松弛破碎帶定義為圍巖松 動圈，簡稱松動圈，其力學(xué)特性表現(xiàn)為應(yīng)力降低。2、鉆孔軸向“三區(qū)”的劃分在受采掘影響前，煤體處于應(yīng)力平衡狀態(tài)。 當(dāng)受到采掘影響以后， 應(yīng)力平衡隨即

3、遭到破壞， 采場周圍應(yīng)力的大小和方向?qū)l(fā)生較大的改變。 在巷道周邊將產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)。 根據(jù)煤體力學(xué) 狀態(tài)的不同，可以將其分為 3 個區(qū)域：卸壓區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)和原始應(yīng)力區(qū)。卸壓區(qū)的煤體抗拉 強度很差，當(dāng)拉伸應(yīng)變超過破壞應(yīng)變時，徑向?qū)a(chǎn)生裂隙，形成裂隙圈。抽采鉆孔封孔以后， 如果裂隙圈的深度超過封孔的深度， 裂隙圈內(nèi)裂隙將會與抽采鉆孔溝通， 構(gòu)成了鉆孔短路風(fēng)流 的通道，這些通道影響了抽采鉆孔的氣密性，導(dǎo)致抽采濃度下降3、測試目的按照重慶煤礦科院防突所與二景公司合作的關(guān)于“瓦斯治理專業(yè)化現(xiàn)場服務(wù)”項目約定， 其中一項是協(xié)助二景公司制定松動圈考察方案。 通過對二景公司 15#煤層巷道圍巖松動圈的考 察

4、，確定巷道的松動圈影響封孔效果的范圍。為后期在 15#煤層施工順層抽采鉆孔后，合理選 擇封孔材料，封孔工藝，封孔深度提供可靠依據(jù)。從而達到封孔嚴密、高效抽采瓦斯的目的。二、測試區(qū)域基本情況1、擬測試區(qū)域本次試驗選擇在二采區(qū)的 15202運輸巷及 15202回風(fēng)巷進行。分別在距磧頭 50 米布置 1 個測點，之后根據(jù)需要每隔 50 米或 100 米布置一個測點。2、煤層基本情況15202運輸巷、15202回風(fēng)巷均布置在15#煤層中，15#煤層位于太原組下部，K4灰?guī)r之下，上距12號煤層30.3535.55m,平均32.80m,結(jié)構(gòu)簡單較簡單，含夾矸02層，煤層厚度4.206.71m，平均5.41

5、m，頂板為&灰?guī)r，底板巖性為泥巖或砂質(zhì)泥巖。3 、巷道斷面及支護方式三、測試方案及原理1 、方案選擇目前測試松動圈主要有：聲波法、多點位移計法、地震波法、地質(zhì)雷達法及鉆孔攝像法等 物理測試方法。各圍巖松動圈物理探測方法優(yōu)缺點如下。聲波法技術(shù)比較成熟，工程實踐較多；儀器操作簡單；容易塌孔或測孔堵塞，需要水耦合，需持續(xù)灌水，適用于巖性較好，破碎程度低， 開挖時間短的隧道和硐室。多點位移計法觀測數(shù)據(jù)量大，可獲得隧洞開挖后一段時間內(nèi)的松 動圈變化規(guī)律；工作量大，周期長，測量精度不高，一般開挖隧道和硐室都可使用。地震波 的層析成像法測試結(jié)果準確、可靠，分析更加直觀；需鉆孔，成本較高，安裝困難，適

6、用于巖 性較好，開挖時間短，測試精度要求高的地下工程。地震波的折射波法無需鉆孔，可無損檢 測；分析較困難，不易判斷圍巖中的破裂面，可在裂隙發(fā)育程度高、巖性較差、特殊的地質(zhì)條 件下的巷道中使用。地質(zhì)雷達法實現(xiàn)無損檢測，精度高，測試效率高；儀器貴，成本較高， 一般情況下都可使用，適用與測試精度要求高的工程。鉆孔攝像法測量準確、精度高，信息 量大；儀器貴，操作復(fù)雜，適用于容易成孔的巷道。通過對二景公司15#煤層巷道的現(xiàn)場勘察，煤層比較松軟，成孔效果差。不適宜在巷幫打 孔或注水，若測試過程中塌孔，極有可能丟失設(shè)備。因此，建議采用地質(zhì)雷達法。地質(zhì)雷達方 法是一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜電磁技術(shù)。它是從

7、表面發(fā)射高頻電磁脈沖波，利用其反 射來探測目的體及其他地質(zhì)現(xiàn)象。由于地質(zhì)雷達使用了高頻、寬頻帶短脈沖和高頻采樣技術(shù)， 因此其探測分辨率高于其它的地球物理勘探手段。2、測試原理地質(zhì)雷達利用一個天線T發(fā)射高頻帶電磁波（主頻為數(shù)十兆赫乃至千兆赫） 送入地下，經(jīng) 地下地層或目的體反射后返回地面，為另一天線R所接收（圖3-1 ）。脈沖波行程需時：t= 4z2 x2/v。當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)的波速為已知時，可根據(jù)測到的精確的t值（ns，Ins=10-9s），由上式求出反 射體的深度（m地下介質(zhì)的電磁波速可通過共中心點（CMP測量得到，也可由下式求得：V（C / 3 £r）2/8/ .£屮式中，&

8、#163;r為介質(zhì)的相對介電常數(shù)；卩為介質(zhì)的導(dǎo)磁系數(shù)；C為介質(zhì)的電導(dǎo)率；3為介質(zhì) 的角頻率。對于地下介質(zhì)，（7 / 3 £ r1,故上式可簡化為v=1/ £r卩或 v=c/ £r式中，c 為光速，c=0.3m n-1 s-1地下介質(zhì)的相對介電常數(shù)£ r可利用現(xiàn)成的數(shù)據(jù)或者通過測定獲得， 所以根據(jù)上述公式可 以確定地下介質(zhì)的電磁波速。雷達圖形以脈沖反射波的波形形式記錄。 波形的正負峰分別以黑、白色表示，也可以灰階 或彩色表示。這樣，同相軸或等灰度、等灰線即可形象地表征出地下反射面。（圖3-2 ）對應(yīng)一個簡單的地質(zhì)模型，發(fā)射天線與接收天線以一定間距沿測線向前

9、移動，每移動一次計算機記錄下電磁波在底下介質(zhì)中的傳播時間，即地質(zhì)雷達勘探的原始數(shù)據(jù)，然后將原始數(shù)據(jù)進行各種處理后即可得到地質(zhì)雷達勘探剖面。地質(zhì)雷達圖像反映的是地下介質(zhì)的電性分布， 結(jié)合具體的地質(zhì)情況結(jié)束成果圖，為工程設(shè) 計提供依據(jù)。圖3-1反射探測原理圖圖3-2雷達記錄示意圖四、工作方法1、設(shè)備選擇本次測試擬用美國勞雷工業(yè)公司（GSSD生產(chǎn)的SIR-20型多通道透視雷達，該設(shè)備是一 種高效淺層地球物理探測儀器。 具有最快速度掃描（最大掃描速率 800線/ 秒），分辨率精度高， 數(shù)據(jù)采集實時顯示，實時處理。在井下采用100MHz天線探測精度可達到100mm最大探測深度可達20mSIR-20多通道

10、透視雷達由主機、傳接電纜及高中低頻天線組成，其技術(shù)指標如下： 儀器理想測深530m儀器最大電壓為12V,瞬間電壓可達1000V儀器探測精度高， 深度誤差不大于 5cm。2、技術(shù)要求使用 SIR-20 多通道透視雷達進行探測時，探測時精度受以下幾方面因素影響： 探測地點須平整，探測區(qū)域不能有太大起伏。 天線與探測面接觸必須達到 60%以上。 探測時要注意周圍其它設(shè)備電磁波對探測產(chǎn)生影響。 工作區(qū)有水時，天線和接頭要做防水處理。所以注意要在地勢平坦處進行探測。 測試過程中， 仔細觀察各測試要素， 區(qū)分數(shù)據(jù)的異常 現(xiàn)象，保證觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。3 數(shù)據(jù)采集1）為了能夠較準確的探測巷道圍巖的松動圈尺寸，

11、分別在巷道各布置具有代表性的探測 點 13個，探測巷道頂板及兩幫， 為了消除由于偶然因素可能帶來的影響， 對每個探測點（盡 可能地使探測結(jié)果能夠反映探測位置的實際情況） ，實際并非探測一個點，而是探測測點附近沿巷道走向方向25m長的一段測線，這樣，在具體分析時，可將每段測線上雷達探測結(jié)果的 平均值作為相應(yīng)測點的松動圈尺寸。2） 在所檢測巷道每個測試單元均進行標定，每次標定3 次，取平均值作為測試單元的介 電常數(shù)。3）檢測時雷達天線緊密貼合在巷道頂或幫表面滑動，進行連續(xù)采集。探頭掃描速度大于512線/s ;對于特殊地段或條件不允許時可采用點測方式，測量點距不大于200mm4）支撐天線的器材選用絕

12、緣材料，天線操作人員不能佩戴含有金屬成分的物件，并應(yīng)與 工作天線保持相對固定的距離。5）觀測過程中，應(yīng)保持工作天線的平面與探測面基本平行，距離相對一致。6）確定巷道進、出口及左、右方向。記錄標注應(yīng)與測線樁號保持一致。7）在數(shù)據(jù)采集過程中，為了保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量，應(yīng)對儀器本身的發(fā)射和接收做多次檢測， 并且對所采集的數(shù)據(jù)進行多次重復(fù)觀測和檢測工作， 重、檢測工作量應(yīng)不少于總工作量的 15%， 以保證探測數(shù)據(jù)采集完整，可以使用。4、巷道圍巖松動圈的判別每個測站測試完后， 設(shè)備自動生成反射波圖像。 巷道圍巖松動圈內(nèi)均為松弛破裂巖體， 電 磁波在其中傳播時，波形較為雜亂，反射波強度較低，且無明顯的同相軸，而圍巖松動圈外邊 界兩側(cè)巖體松散程度差異較大， 電磁波經(jīng)過該邊界時必然發(fā)生較強反射， 因此根據(jù)反射波組的 雷達圖像特征即可分析松動圈的大小。 例如圖4-1所示，頂板0 5.5m深度范圍內(nèi)，電磁波異 常，推測為圍巖松動。圖4-1反射波組雷達圖像5、數(shù)據(jù)統(tǒng)計將每個測點通過儀器得出的反射波組雷達圖像數(shù)據(jù)準確的按表4-1所示詳細記錄存檔，以便施工鉆孔后，根據(jù)每段巷道松動圈大小，設(shè)計封孔深度參數(shù)。表4-1測試數(shù)據(jù)記錄表巷道名稱測站測點位置松動范圍（m）1520