井底车场巷道围岩松动圈超声波探测技术应用

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1、技术经验井底车场巷道围岩松动圈超声波探测技术应用韩贵兴，王秋生，王玉林，吕来军，韩红俊，王礼杰(义煤集团汝阳天泽金鼎煤业有限公司，河南汝阳471200)摘要:阐述了围岩松动圈定义，介绍了声波法探测原理及其结构特征。根据现场地质条件，应用超声波探测系统对金鼎煤矿井底车场巷道不同断面钻孔进行探测，分析了波速—孔深曲线变化规律。结果表明，不同测点的松动圈厚度存在明显差异。关键词:井底车场;松动圈;超声波探测;围岩中图分类号:P631．5文献标识码:A文章编号:1003－0506(2011)10－0060－03ApplicationofUltrasonicWaveDetectio

2、nTechnologyforReleasedCircleofSurroundingRockinShaftBottomRoadwayHanGuixing，WangQiusheng，WangYulin，LüLaijun，HanHongjun，WangLijie(TianzeJindingCoalCo．，Ltd．，YimaCoalIndustryGroupCo．，Ltd．，Ruyang471200，China)Abstract:Thedefinitionofreleasedcircleofsurroundingrockwasexplainedinthispaper，moreov

3、er，theprincipleandcharacteristicsofacousticdetectionwerealsointroduced．Basedontheon-sitegeologicalconditions，ultrasonicdetectionsystemwasusedtomeasurere-leasedcircleofdifferentroadwayofshaftbottominJindingCoalMine，thevariationlawofwavevelocityversusdepthofdrillingholewereanalysed．Theresul

4、tsshowthat，thethicknessofreleasedcircleindifferentpointshasasignificantdifference．Keywords:shaftbottom;releasedcircle;ultrasonicwavedetection;surroundingrock近年来，随着煤矿采深的不断加大，地应力进一步增加，这给软岩巷道支护带来了更多困难，将支架视为承载结构，围岩视为作用载荷体的传统支护理论已无法适应新的工程环境。取而代之的巷道围岩松动圈支护理论［1-3］通过引入一个定量指标，即松动圈厚度值lP来全面反映围岩应力和围岩

5、强度等因素的综合作用，其大小直接反映了围岩支护的难易程度，也为巷道围岩稳定性评价提供了重要依据。但由于松动圈厚度是围岩应力和强度的复杂函数，通过解析算法尚无法得到其关系表达式。因此，开展围岩松动圈的现场探测具有重要意义。目前，松动圈探测系统根据其工作原理的不同可分为地震折射层析法［4］、高密度电阻率法［5］、地质雷达法［6］、多点位移计量测法［7］和声波法［8］。前3种方法探测仪器昂贵，成本较高，而多点位移计量测法监测时间长，工作量大，故本文采用成熟可靠的超声波探测技术对井底车场巷道多个断面钻孔探测，取得了良好效果。1松动圈定义20世纪70年代末，中国矿业大学董方庭教授首

6、先提出了“巷道围岩松动圈”的概念。认为巷道开挖前，岩体处于三向应力平衡状态，开挖后围岩应力发生2个显著变化［9］:①巷道周边径向应力下降为0，围岩强度明显降低;②围岩出现应力集中现象。如果集中应力小于岩体强度，那么围岩将处于弹塑性稳定状态，无需支护;相反，若应力超过围岩强度，则巷道周边围岩首先松动破坏，进而向深部逐渐扩展，直到某一深度位置重新达到三向应力平衡为止，此时的围岩已处于破碎状态。于是，将围岩中产生的这种松弛破碎带定义为围岩松动圈，简称松收稿日期:2011－05－22作者简介:韩贵兴(1968—)，男，河南洛阳人，工程师，1989年毕业于山西矿业学院，现任义煤集团

7、汝阳天泽金鼎煤业公司总工程师。·60·韩贵兴等:井底车场巷道围岩松动圈超声波探测技术应用2011年第10期总第190期动圈，其力学特性表现为应力降低。松动区之外为塑性极限平衡区及弹性区，如图1所示。整形，使控制器翻转回来，将计数门关闭，计数器停止计数，完成1次测量。超声波从接收器Ⅰ到Ⅱ的时间间隔，即为计数门开启的时间，以t表示，2个接收换能器的间距为L，则超声波波速V=L/t。3工程应用3.1工程概况天泽金鼎煤矿位于河南省洛阳市汝阳县城西，隶属于义煤集团公司，设计产量45万t/a。据现有地质资料表明，含煤地层主要由石炭系、二叠