矿山回采巷道围岩松动圈空间效应研究

杨 凡，武 宇

（1.甘肃煤炭地质勘查院，甘肃 兰州 730000；2.中国矿业大学，北京 100083）

在岩体中进行井巷开挖，巷道围岩受到开挖产生的扰动影响。围岩的原始应力状态发生了改变，应力重分布，进而产生变形甚至破坏[1]。围岩应力重分布对巷道自身的稳定性产生了影响，因而需要施作一定的支护结构，用以维持围岩稳定。回采巷道围岩松动空间效应研究的意义在于，能够准确地确定回采过程中巷道围岩的应力变化情况，为巷道支护结构和措施的选取提供准确的依据[2]。

1 多点位移计测试法原理

多点位移计测试法通过测量出不同深度处围岩松动位移变化值，根据相邻两点位移变化的相对值来确定不同深度区段巷道围岩的位移变化情况。当相邻两测点间的相对位移量随时间变化不断增大时，表明随着回采工作面的推进，两测点间围岩内部正在发生松动或者破裂[3-7]。因此根据不同测点相对位移与时间的变化情况，可以大致确定围岩松动圈的范围，其原理如图1所示。

图中，多点位移计有4个测点，随着回采工作面的不断推进，4个测点上会出现各点的绝对位移量。在数据处理过程中，通常采用相邻两点求相对位移的方法，以确定不同深度围岩的松动情况。通过不同组相对位移数据的分析结果可得到巷道松动圈的范围[8，9]。

2 松动圈空间效应研究实例

工作区位于黄土高原丘陵沟壑区，地表植被茂密，以乔木为主，上覆岩层厚度320m～600m。工作区段位于黄陵2号煤矿2盘区201辅运巷进巷深度1185m～1285m。顺槽断面为矩形，尺寸为3.6m×4.6m，走向339°。

图1 多点位移计测量法示意图

图2 测试断面布置图

2.1 测点布置方案

测试断面布置如图2所示，区段内共布置3个测试断面，分别位于201辅运巷进巷深度1185m处、1235m处、1285m处，断面之间相距50m。2号断面位于201辅运巷与4联巷交汇处。测孔（点）布置如图2所示。各测试断面顶孔位于顶板中线上，孔深10m，孔径50mm，孔向竖直。顶孔中先进行波速测试，后安装多点位移计，位移计的四个锚固点（即监测点）伸入孔内的深度分别为2m、4m、8m、10m。两帮测点选择位于腰线处的两个锚杆，安装锚杆测力计。

2.2 测试结果

根据监测所得数据，1-2、3-2测孔中相邻两测点位移差与测试面距回采工作面距离的变化曲线图，如图3、图4所示。

图3 1-2测孔监测曲线

图4 3-2测孔监测曲线

各测孔波速测试结果见图5。由于回采过程过程中巷道发生较严重的片帮现象，巷道两帮的围岩因破碎严重而不能将由围岩松动所产生的压力很好地传递给锚杆测力计的护板，因此所得数据离散性较大。经初步分析，1-3测试点数据比较完整且具有代表性。根据锚杆测力计标定曲线，对1-3测试点所得的数据进行标定，并绘制回采工作面推进过程中锚杆测力计受力曲线图，见图6。

图5 波速测试曲线

图6 锚杆测力计受力曲线

2.3 数据分析与结论

（1）对测孔深度与波速变化曲线进行分析，孔深3.5m处测得纵波波速相对于其他深度整体较低，说明孔深3.5m处岩体受开挖的影响较大，岩体破碎，裂隙发育。在测孔深度4m处，纵波波速均大幅上升，根据松动圈声测法原理，判定测试区段内围岩松动圈范围为4m左右。

（2）对多点位移计监测曲线进行分析，4m测点相对于2m测点的位移远大于8m测点相对于4m测点的位移，可以认为4m范围内发生了较大的裂隙破坏。可以判定松动圈范围在4m左右，这点结论与波速测试结果具有一致性。

（3）对锚杆测力计及多点位移计测试结果进行综合分析，100m处各曲线斜率急剧增大，说明当回采面距离监测面约100m时，顶板沉降和锚杆受力出现明显增加，表明采煤工作面的推进已对巷道围岩稳定产生较大影响。从安全生产而言，此时即应进行巷道的超前支护。这点结论可以为回采过程中巷道围岩松动圈空间效应研究提供重要依据。

3 结语

实践证明，使用波速及多点位移计结合的监测方法对巷道围岩松动圈进行测试，能够较好地得出了回采过程中巷道围岩松动圈的演变规律，具有良好的工程实用价值。