一種巷道松動圈的測試方法

1、一種巷道松動圈的測試方法巷道圍巖是一種極其復(fù)雜的天然地質(zhì)體.表現(xiàn)出多種力學(xué)特性，難以用一種 支護(hù)理論來解決巷道支護(hù)問題。因此。在巷道支護(hù)理論研究方面出現(xiàn)了各種各樣 的學(xué)術(shù)流派，巷道圍巖松動圈支護(hù)理論是我國軟巖巷道支護(hù)領(lǐng)域重要學(xué)術(shù)流派之 一。該理論幾乎不作任何假設(shè)假說，測試手段直感性強(qiáng)，易于掌握和操作。這一 理論先后在全國多個礦區(qū)得到廣泛應(yīng)用，成功解決了軟巖巷道支護(hù)的難題，取得 了較大的經(jīng)濟(jì)效益。眾所周知，采礦等地下工程都需要在地下開挖，形成一定大小的空間，并要 保持該空間的穩(wěn)定，但是在地下開挖后，將會擾動巖石的性質(zhì)，造成巖石內(nèi)的應(yīng) 力和巖石強(qiáng)度的變化，產(chǎn)生巖石應(yīng)力轉(zhuǎn)移、集中和巖石強(qiáng)度的減小，使

2、開挖空間 周圍巖石發(fā)生變形甚至破壞，產(chǎn)生巖石物理狀態(tài)的改變。這個在開挖的空間周圍 所形成的破裂區(qū)一般是圍繞開挖空間形成環(huán)狀（圖1）。我們把這個由于應(yīng)力作 用產(chǎn)生的環(huán)狀破裂帶稱為巷道圍巖松動圈，簡稱為松動圈。圖1巷道圍巖中的松動圈1-松動圈外邊界；2-松動圈范圍；3-巷道周邊巷道開挖后，破壞了原巖的應(yīng)力平衡狀態(tài)，圍巖受力狀態(tài)由三向變成了近似 兩向。導(dǎo)致圍巖應(yīng)力重新分布和局部應(yīng)力集中，造成巖石強(qiáng)度較大幅度地下降。 此時，最大主應(yīng)力是沿巷道壁面的切線方向。巷道壁面切應(yīng)力達(dá)到最大值；最小 主應(yīng)力是沿巷道的徑向應(yīng)力。徑向應(yīng)力在巷道周邊為零，向圍巖內(nèi)部逐漸增大。 如果圍巖中集中的應(yīng)力值小于下降后的巖石強(qiáng)度

3、，圍巖處于彈塑性狀態(tài)，圍巖自 行穩(wěn)定，不存在支護(hù)問題；如果相反，圍巖將發(fā)生破壞，這種破壞從周邊逐漸向 深部擴(kuò)展，直至達(dá)到新的三向應(yīng)力平衡狀態(tài)為止，此時圍巖中出現(xiàn)了一個松弛破 裂帶，即圍巖松動圈。其力學(xué)特征表現(xiàn)為應(yīng)力降低區(qū)即松動圈、塑性區(qū)及彈性區(qū)，如圖2所示。圖2圓形巷道圍巖塑性變形區(qū)及應(yīng)力分布該理論認(rèn)為松動圈厚度與巷道埋深（地應(yīng)力）和巖石的強(qiáng)度關(guān)系較大，與巷 道跨度關(guān)系很小。而松動圈厚度越大，支護(hù)越困難。即原巖應(yīng)力越大，巖體強(qiáng)度 越小，則松動圈厚度就越大，支護(hù)就越困難。但是支護(hù)對松動圈的尺寸影響不明 顯。巷道的收斂變形量主要是圍巖松動圈形成過程中的碎脹變形，即巷道支護(hù)的 主要對象是碎脹變形產(chǎn)生

4、的碎脹力?？傊?，松動圈厚度是決定巷道圍巖穩(wěn)定性的 主要因素。巷道松動圈是巷道圍巖應(yīng)力超過巖體強(qiáng)度之后而在巷道周邊形成的破裂帶， 其物理狀態(tài)表現(xiàn)為破裂縫的增加及巖體應(yīng)力水平的降低。所以，松動圈測試就是 檢測巷道開挖后新的破壞裂縫及其分布范圍，圍巖中有新破裂縫與沒有破裂縫的 界面位置就是松動圈的邊界?；谒蓜尤y試的檢測原理，相應(yīng)的測試方法有滲 流法、深基點(diǎn)位移計測量方法、地震聲學(xué)和超聲測井方法等。下面將介紹深基點(diǎn) 位移計測量方法。松動圈內(nèi)由于破裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，碎脹變形較深部未松動圍巖的變形量要 大，通過在鉆孔中不同深度安設(shè)圍巖內(nèi)位移測點(diǎn)，觀測圍巖內(nèi)位移的變化趨勢和 變形速度，變形量突然增大的區(qū)

5、域即為松動圈的邊界（圖3）。注意深基點(diǎn)位移 計一般每個鉆孔設(shè)57個基點(diǎn)，單孔精度一般在3060cm之間，但是通過相鄰鉆 孔深基點(diǎn)的合理布置，可以將測試精度提高到2030cm。該方法通常應(yīng)用于變形量較大的軟巖或采動影響巷道，需要較長時間的觀測分析進(jìn)而把握圍巖的變形規(guī) 律并判斷松動圈范圍，該方法的突出優(yōu)點(diǎn)是操作易于掌握，成本較低。2E撞耳圖3根據(jù)深基點(diǎn)位移計測定松動圈經(jīng)過大量的現(xiàn)場松動圈測試及松動圈與巷道支護(hù)難易程度相關(guān)關(guān)系的調(diào)研，依據(jù)圍巖松動圈的大小將圍巖分為小松動圈穩(wěn)定圍巖L=040cm、中松動圈一般p穩(wěn)定圍巖Lp=40150cm和大松動圈不穩(wěn)定圍巖Lp150cm三個大類，如表1所示。P表1巷

6、道支護(hù)圍巖松動圈分類表圍巖遺別分類名稱松動圈（cm）支護(hù)機(jī)理及方法備 注小松勃圈穩(wěn)定圍巖040噴射混凝土支護(hù)圍巖整休性好，不易風(fēng)化的可不支護(hù)較穩(wěn)定圍巖40100錨桿懸吊理論噴層局部支護(hù)一般圍巖100 150錨桿懸吊理論噴房局部支護(hù)剛性支護(hù)局部破壞.1一般不穩(wěn)定 圍巖（軟巖）150200鋪桿組合拱理論， 噴層、金屬網(wǎng)局部支 護(hù)剛性支護(hù)大面積破 壞大松動圈本稽定圍巖 （較軟圍巖）200300錨籽組合拱理論. 噴層，金屬網(wǎng)局部支 護(hù)圍巖變形有穩(wěn)定期極不穩(wěn)定圍巖極軟圍巖）300待 定圍巖變形在一般支 護(hù)條件下無穩(wěn)定朔為更好卜的應(yīng)用圍巖松動圈分類方法指導(dǎo)巷道支護(hù)，建議根據(jù)以下準(zhǔn)則進(jìn)行松動圈測試：（1）根

7、據(jù)礦井地質(zhì)柱狀圖選取有代表性的地層56種，每一地層中應(yīng)布設(shè) 兩個測面，每個測面812個鉆孔，以提高測試的可靠性，見圖4。圖4松動圈測站布設(shè)示意圖測站設(shè)置應(yīng)避開交岔點(diǎn)、巷道密集區(qū)、躲避硐、斷層破碎帶附近，以 便采集到具有代表性的圍巖松動圈基準(zhǔn)值。測孔深度應(yīng)大于松動圈0.5m以上，一 般應(yīng)有23m深，確保能測出松動圈邊界。測試應(yīng)在松動圈發(fā)展穩(wěn)定之后進(jìn)行。一般中小松動圈在巷道開挖1個月 之后，大松動圈圍巖在巷道開挖3個月后測試較為可靠，受采動影響的巷道除外。測站布置不必考慮巷道支護(hù)和跨度(在37m)因素，可在壓氣和供水 方便的地段設(shè)測站。受采動影響巷道，應(yīng)以多次采動后的最大松動圈厚度進(jìn)行分類，并要 將梯形和半圓拱巷道區(qū)分開。在巷道密集區(qū)、斷層及煤柱附近、向斜與背斜構(gòu)造的軸部等應(yīng)力異常 區(qū)，應(yīng)補(bǔ)充測定。對于重要工程如大斷面硐室等，應(yīng)根據(jù)具體情況補(bǔ)充測定。在工程施 工期間，對關(guān)鍵部位圍巖的松動圈進(jìn)行監(jiān)測，若發(fā)現(xiàn)與預(yù)測不符，則應(yīng)及時修正 其類別與支護(hù)參數(shù)。圍巖松動圈厚度自巷道圍巖表面算起，