鉆孔變形監測技術在覆巖破壞監測中的應用

摘要理清覆巖破壞規律對于解放水體下壓煤量和保證礦井安全生產具有重要意義。本文首先簡單介紹了鉆孔變形監測的基本原理，隨后就利用角位移應變監測覆巖破壞規律的方法和數據進行了報道。結果表明，該方法具有可行性，但存在施工繁瑣和難于定量衡量的問題，在傳感器的校正上尚存在進一步研究的必要。

關鍵詞鉆孔變形監測 覆巖破壞規律 角位移

中圖分類號:TD8文獻標識碼:A

0 引言

煤層的采動致使巖體的原始應力場發生變化，應力場的重新分配必然導致采場圍巖尤其是上覆圍巖發生破壞，破壞的程度與范圍與巖體本省的性質有關，也受應力場重新分配的情況的影響。而巖體破壞的程度與范圍對井下安全、高效的采煤將起著重要的保障意義。

1 變形監測的原理

角位移是一個簡單的重力擺，用進口石英制作的撓性伺服加速度計，它是一個力平衡式的伺服系統，當位于孔中的傳感器探頭于地球重心方向產生傾角時，巖體的結構變化作用，傳感器中計量元件相對于鉛錘方向就會偏移一個角度，高靈敏的石英換能器將由于巖體變化產生的此角度轉換成信號，通過專用軟件分析處理，直接在鉆孔外的液晶屏上顯示孔中此點的水平位移量X值。施工時，通過鉆孔方式，將測斜探頭通過連桿按計算的傾角導入頂板，直接將探頭固定在被測點上，在采動過程中，鉆孔中某一孔深產生形變時，測斜探頭隨之傾斜，信號電纜引入儀表連接試測，從而可精確測出水平位移量X， Y或傾角。根據X，Y 的值大小或傾角，作出預報。

2 實驗

2.1 設計與施工

本次實驗以皖北某礦導水裂隙帶監測為對象，通過角位移應變監測、直流電阻率法和彩色鉆孔電視等綜合方法進行判斷，從而增強對覆巖破壞特征判定的準確性和可靠程度。共設計5個鉆孔(具體分布見圖2及表1)，其中4#孔為角位移變形監測孔，安裝鉆孔深度為119m(4#)，終孔孔徑110mm，仰角42與巷道夾角30;將事先校準好的角位移傳感器，以10m的間隔固定在連桿上，等連桿到位時將鉆孔注漿，使巖體與傳感器連為一體，此時角位移的讀數便是采動過程中巖體的變形程度。

2.2數據的處理與解釋

重點提取4#孔角位移的數據進行處理，成圖時選擇工作面的長度作為橫坐標，考察不斷采煤過程中角位移的動態變化，縱坐標分別為X、Y相對與絕對變化量，用不同的顏色標注變化量的大小，且顏色從冷色調到暖色調代表變化量從小到大變化的一個趨勢。切眼向鉆孔不斷靠近引起圖中顏色的不斷的變化，說明X， Y不斷的變化，說明巖層的變形情況。當切眼距離鉆孔較遠時，此時的值可作為背景值(圖3)。

現場對上覆巖層進行了了角位移變形監測，4#鉆孔為角位移監測鉆孔，通過鉆孔內不同深度的角位移傳感器的X， Y值可以判定巖層的變形與破壞狀況，為準確掌握覆巖破壞規律提供地質依據。圖3為工作面初始狀態，圖4則為采動后的狀態，其中顏色較深點代表一次觀測結果。可以清楚地看出在工作面推進過程中上覆巖層由變形到相對穩定的一個過程。

對2#-3#和1#-2#跨孔電法透視CT電阻率變化特征說明，煤層在采動過程中視電阻率發生了明顯的變化，說明代表這些視電阻率的圍巖的結構發生了變化，視電阻率的升高說明圍巖的整體性受到破壞，在沒有充水的情況下導致電阻率的升高，結合以往探測經驗，巖層的電阻率值與裂隙帶的發育程度之間具有相關性，通過2#-3#孔間的數據結果表明，頂板巖層中受采動影響出現離層，電極控制區域的毛落袋、裂隙帶已成規模發育。而1#-2#孔斷面間裂隙發育較工作面內側稍有涉后。工作面冒落帶、裂隙帶最終穩定于64m，與角位移變形監測結果相一致。

3 結論

通過角位移應變監測覆巖破壞規律具有可行性，但存在施工繁瑣的問題，且完全耦合難度較大。目前只能相對的衡量變形的尺度，定量的衡量還要在傳感器的校正上做進一步的研究。