礦山回采巷道圍巖松動圈空間效應研究

楊 凡，武 宇

（1.甘肅煤炭地質勘查院，甘肅 蘭州 730000；2.中國礦業大學，北京 100083）

在巖體中進行井巷開挖，巷道圍巖受到開挖產生的擾動影響。圍巖的原始應力狀態發生了改變，應力重分布，進而產生變形甚至破壞[1]。圍巖應力重分布對巷道自身的穩定性產生了影響，因而需要施作一定的支護結構，用以維持圍巖穩定。回采巷道圍巖松動空間效應研究的意義在于，能夠準確地確定回采過程中巷道圍巖的應力變化情況，為巷道支護結構和措施的選取提供準確的依據[2]。

1 多點位移計測試法原理

多點位移計測試法通過測量出不同深度處圍巖松動位移變化值，根據相鄰兩點位移變化的相對值來確定不同深度區段巷道圍巖的位移變化情況。當相鄰兩測點間的相對位移量隨時間變化不斷增大時，表明隨著回采工作面的推進，兩測點間圍巖內部正在發生松動或者破裂[3-7]。因此根據不同測點相對位移與時間的變化情況，可以大致確定圍巖松動圈的范圍，其原理如圖1所示。

圖中，多點位移計有4個測點，隨著回采工作面的不斷推進，4個測點上會出現各點的絕對位移量。在數據處理過程中，通常采用相鄰兩點求相對位移的方法，以確定不同深度圍巖的松動情況。通過不同組相對位移數據的分析結果可得到巷道松動圈的范圍[8，9]。

2 松動圈空間效應研究實例

工作區位于黃土高原丘陵溝壑區，地表植被茂密，以喬木為主，上覆巖層厚度320m～600m。工作區段位于黃陵2號煤礦2盤區201輔運巷進巷深度1185m～1285m。順槽斷面為矩形，尺寸為3.6m×4.6m，走向339°。

圖1 多點位移計測量法示意圖

圖2 測試斷面布置圖

2.1 測點布置方案

測試斷面布置如圖2所示，區段內共布置3個測試斷面，分別位于201輔運巷進巷深度1185m處、1235m處、1285m處，斷面之間相距50m。2號斷面位于201輔運巷與4聯巷交匯處。測孔（點）布置如圖2所示。各測試斷面頂孔位于頂板中線上，孔深10m，孔徑50mm，孔向豎直。頂孔中先進行波速測試，后安裝多點位移計，位移計的四個錨固點（即監測點）伸入孔內的深度分別為2m、4m、8m、10m。兩幫測點選擇位于腰線處的兩個錨桿，安裝錨桿測力計。

2.2 測試結果

根據監測所得數據，1-2、3-2測孔中相鄰兩測點位移差與測試面距回采工作面距離的變化曲線圖，如圖3、圖4所示。

圖3 1-2測孔監測曲線

圖4 3-2測孔監測曲線

各測孔波速測試結果見圖5。由于回采過程過程中巷道發生較嚴重的片幫現象，巷道兩幫的圍巖因破碎嚴重而不能將由圍巖松動所產生的壓力很好地傳遞給錨桿測力計的護板，因此所得數據離散性較大。經初步分析，1-3測試點數據比較完整且具有代表性。根據錨桿測力計標定曲線，對1-3測試點所得的數據進行標定，并繪制回采工作面推進過程中錨桿測力計受力曲線圖，見圖6。

圖5 波速測試曲線

圖6 錨桿測力計受力曲線

2.3 數據分析與結論

（1）對測孔深度與波速變化曲線進行分析，孔深3.5m處測得縱波波速相對于其他深度整體較低，說明孔深3.5m處巖體受開挖的影響較大，巖體破碎，裂隙發育。在測孔深度4m處，縱波波速均大幅上升，根據松動圈聲測法原理，判定測試區段內圍巖松動圈范圍為4m左右。

（2）對多點位移計監測曲線進行分析，4m測點相對于2m測點的位移遠大于8m測點相對于4m測點的位移，可以認為4m范圍內發生了較大的裂隙破壞。可以判定松動圈范圍在4m左右，這點結論與波速測試結果具有一致性。

（3）對錨桿測力計及多點位移計測試結果進行綜合分析，100m處各曲線斜率急劇增大，說明當回采面距離監測面約100m時，頂板沉降和錨桿受力出現明顯增加，表明采煤工作面的推進已對巷道圍巖穩定產生較大影響。從安全生產而言，此時即應進行巷道的超前支護。這點結論可以為回采過程中巷道圍巖松動圈空間效應研究提供重要依據。

3 結語

實踐證明，使用波速及多點位移計結合的監測方法對巷道圍巖松動圈進行測試，能夠較好地得出了回采過程中巷道圍巖松動圈的演變規律，具有良好的工程實用價值。