第四章巷道矿山压力观测

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 巷道矿山压力观测,巷道按位置及服务范围：开拓巷道、采区巷道和回采巷道。,巷道矿山压力观测：静压巷道和动压巷道矿压观测,第一节 采区巷道矿压观测,目的,：,为了寻求各类巷道的矿压显现规律，为支护设计和巷道位置的选择提供依据，,内容：,巷道表面位移和观测巷道围岩移动、支架变形及载荷等。,第一节 采区巷道矿压观测,一、巷道表面位移观测,巷道表面移动常用移动量来表示，它可分为,相对移动量,和,绝对移动量,。,相对,就是一个物质或一个整体和另一个物质或另一个整体相互比较,绝对,就是独一无二，没有任何物质可以与之比较。,一、巷道表面位移观测,(,一,),测站布置及测点安设,1,测站布置,一、巷道表面位移观测,(,一,),测站布置及测点安设,1,测站布置,布置在工作面前方不受采动影响区，一般距工作面,60-100 m,远,。,为了有对比性，要求每条巷道内布置,2-3,个,测站，每个测站间距以,20-25m,为宜。 测站的具体位置，视地质条件和生产情况而定。,一、巷道表面位移观测,2,测点安设,(1),测点安设要求,1),观测点处顶板稳定、支架完好、两帮整齐、底板平坦，便于观测；,2),测点应安设牢固，以便保护测点进行长期观测；,3),各观测截面内的空间位置应力求一致,一、巷道表面位移观测,(2),测点安设方法,在顶板上打一个深为,100,200mm,、直径约为,40 mm,的钻眼，打入木塞，木塞的上钉作为测量基准点的基钉,(,铁钉头部钻有一圆穴，如图,6,5),，同时在顶底板垂线方向以同样的方法在底板设基点。顶板比较坚硬，可用彩色油漆标明观测基点。,两帮观测基点的安设方法与上述基本相同，各对测点在同一平面上。,1,活杆；,2,弹簧；,3,套管；,4,基准点,图,6,5,测点的安设,一、巷道表面位移观测,(,二,),测点的布置方式,(1),垂直布置,。,适用于巷道顶底板相对移动量较大，两帮不产生变形或变形较小的情况。,(2),十字布置。,当巷道顶底板和两帮都有较大变形时，一般采用十字形布置测点。,(3),网格布置。,如果巷道围岩松软，四周巷道空间凸出，为了研究围岩的变形状况及巷道断面缩小率，可采用网格布置法。,图,66,测点的布置方式,a,垂直布置一对测点；,b,十字布置；,c,网格布置,一、巷道围岩移动观测,(,三,),观测仪器与使用方法,(1),观测仪器：,一般用,ADL-2.5,型测杆、,KY-80,型顶板动态仪、收敛计、卷尺,等。,(2),使用方法：,在巷道顶底板或两帮观测基点安设好后，要进行编号。,I,、,、,为测站号；,A,、,B,、,C,为测点号，如,A,为第二测站第一测点。,把测杆放在基点顶端铁钉的穴孔内。要求各测站每天观测一次，当工作面采至测站附近时，可一天测读两次。,二、巷道围岩深部位移观测,(,一,),测站布置及测点安设,(,二,),测点的布置方式,(,三,),观测仪器与使用方法：多点位移计、磁性多点位移计。,图,6,19,钻孔多点位移计,1,钻孔；,2,测定锚固器；,3,连接杆；,4,量测头；,5,保护盖；,6,测量杆,巷道围岩深部变形位移观测,三、顶板安全状况监测,(,一,),测站布置及测点安设,(,二,),测点的布置方式,(,三,),观测仪器与使用方法；,顶板离层指示仪,LBY-3,型顶 板 离 层 指 示 仪,二、巷道支架载荷观测,巷道支架载荷观测仪器：,ADJ,型机械式、,HC,型液压式或,YLH,型钢弦式测力计,.,(,一,),观测仪器的安设,1.,拱形巷道测力计布置及安设,每架支架安设测力计的数量视需要而定。一般在两帮各安设,2,3,台、在顶板处安设,3,5,台测力计。,将测力计均匀地安置在支架上，躲开棚腿搭接处。,为防止测力计下滑并使其受力均匀，在测力计与支架之间放底托，测力计上边用护板盖好，护板厚度,8,10mm,，宽,200mm,，长,1000mm,，呈弧形，用钢板制成。,护板上面用半圆木插严背实。编号,1,、,2,、,3,。,图,6,7,测力计布置与安装,a,拱形支架测力计的安装；,b,支架测力计安装在顶板；,c,测力计安装在巷道两旁,A,木背板；,B,承压板；,C,测力计；,D,支承架,三、,锚杆（锚索）受力观测,1,、观测仪器及其安设,锚杆（锚索）测力计,2,、观测要求及方法,四、锚杆受力状态观测,1,、观测仪器及其安设,测力锚杆,2,、观测要求及方法,五、锚固力检测,仪器：锚杆拉拔计,六、观测资料的整理与分析,(,一,),观测资料的整理,（,1,）围岩移动量,S,与至煤壁距离,L,的曲线。算出移近速度，绘出,L,、,S,和,LV,关系曲线。,(2),按测点整理每个测力计受载与至煤壁,L,的关系曲线。绘出,L-P,关系曲线。,(4),按巷道整理观测资料。按距工作面煤壁距离不同，将同一巷道内各测站,同一观测量再平均,。求得整个巷道的围岩移动量,S,，移近速度,V,，支架载荷,P,，整理这些数据与至煤壁的关系曲线，并绘出,L,S,、,L,V,、,LP,的综合关系曲线。,六、观测资料的整理与分析,(,二,),资料分析,(1),分析工作面煤壁前方巷道受采动影响的范围及巷道矿压显现特征，,确定巷道超前支护的范围与措施。,(2),分析巷道围岩移动与围岩压力的关系。确定在既定围岩条件和采动影响下，,支护结构所应具有的力学特性。,(3),分析支架受载与支架变形的关系，了解支架的工作状况和对围岩的适应性，为支护改革提供依据。,第二节 开拓巷道矿压观测,基本巷道一般不受或少受采动影响，多受静压影响。,首先根据勘探钻孔测井资料预测巷道顶板稳定性；然后观测巷道围岩周边应力和移动、支架载荷和变形、围岩松动圈等。,采区巷道观测方法都适用于基本巷道矿压观测。,着重介绍根据勘探钻孔测井资料预测巷道顶板稳定性以及巷道围岩周边应力观测和围岩松动圈观测。,一、巷道围岩周边应力观测,巷道围岩周边应力测定方法主要有钻孔变形量测法、钻孔应力量测法、钻孔应变量测法，还可以通过测定周边应力作用的效果而间接地进行观测（应力解除法相和应力恢复法 ）。,常用的方法有应力解除法相和应力恢复法。,(,一,),应力解除法,1,基本原理,巷道围岩都处于一定的应力状态之中，在应力作用下围岩发生一定的变形，其中大部分是弹性变形。当人为地将岩体微元与基岩分离时，由于岩体微元的内在应力得到解除。它的几何尺寸将发生弹性恢复，测出这种恢复应变,和弹性常数,E,，用弹性力学的方法计算出原来存在于围岩中的应力,。,图,7-6,应力测试装置,a-,应力解除法测试装置；,b,应力恢复法测试装置,1,应力“解除槽”；,2-,测杆；,3-,百分表；,4-,液压枕；,5-,水泥砂浆,；,6-,泵；,7-,压力表,2,围岩变形的测量方法,为了测量出围岩变形，可分别采用百分表、钢弦应变计、光弹应变计、电阻应变仪等测量仪器。,(1),选择不受地质构造影响，有代表性的测试地点；,(2),在巷道一壁钻两个孔，并在其内设置固定测点，间距,L,为,120,500mm,；,(3),在两孔外围打一圈密集孔，并凿成连通的“解放槽”，为使试验点表面应力完全解除，槽深,L2,大于测杆孔深,L1,以及孔距,l,；,(4),随着钻孔，槽间岩体便逐渐卸载，最后应变得到恢复，此过程一直随着测点变动，最后测距,l,变为,L,；,(5),取下环形槽内岩芯，并在实验室中测定其弹性常数,e,和泊松比,值；,(6),假若岩体处于弹性状态，则根据虎克定律就可以求得沿测点方向在,l,范围内的平均应力,=,E,。,l,方向的平均应变为, 。若此处岩体承受压应力，则,L,l,为伸长；若此处岩体原受拉应力。则,L,l,为缩短。,(,二,),、应力恢复法,1,基本原理,应力恢复法与应力解除法大同小异。其不同点在于“解放槽”凿成后，应力被解除，测点间距从,l,变到,L,，并不依此计算应变相主应力，而是人为地对“解放槽”施加压力，使岩体恢复到应力解除前的状态，然后根据所施加的压力求出周边应力的大小。,2,测试方法,(1),在选择好的测量点上安装测量元件；,(2),在岩体上开凿直槽，槽的方向应与所测定的应力方向垂直,;,(3),在直槽内放入液压枕，并用水泥砂浆充填空隙；,(4),通过被压枕对“解放槽”施加压力，直到间距从,L,恢复到,l,，再停止加压；,(5),根据液压枕上压力表读数，即可换算出岩体周边沿,l,方向的应力。,应力恢复法优点：不需要从应变换算为应力，而不需引入弹性模量,E,和泊松比,，但它只能测量与液压枕加压方向一致的应力。仅适用于应力方向大体上已知的场合。,二、围岩松动圈的测定,在岩体中开掘巷道后，应力重新分布，巷道围岩表层不能承受压力时则产生裂隙并发生变形位移、而形成破裂松动圈。,实测松动圈的范围大小、形状是设计地下工程、评定围岩稳定性，确定锚杆长度等的重要参数。,松动圈的测定方法很多，有钻孔潜望镜法、剪切带量测法、钻孔摄影法、钻孔电视法、形变一电阻率法及声波测试法等等。,常用的是声波测试法。声波测试法具有快速、准确、简易、经济等优点。,在岩体中造成一小振动，根据所测得的声波在岩体中的传播特性与正常情况相比较，,即可判定岩体受力后的形态,。,声波的传播速度决定于岩体的完整性，完整岩体的声波传播速度一般较高；裂隙扩张的围岩松动区波速相对较低。因而，,在围岩压密区和松动区之间会出现明显的波速变化,。,（一）测试基本原理,岩体声速粗略数据表,岩体种类,原岩体声速，,m/s,破碎岩体声速，,m/s,坚硬岩体,中硬岩体,软岩体,4000,5000,3000,4000,2000,3000,2000,3000,1000,2000,1000,（二）测试仪器,测试仪器：声波仪及换能器。,1,、声波仪：主要部件是发射机和接收机。,发射机：能向声波测试探头,(,换能器,),输出一定频率的电脉冲，向探头输出能量。,接收机：将探头所接收的微量讯号，经过放大，并在示波管上反映出来。要求能够正确显示声波波形，且测得发射后达到接收探头的时间间隔，以便计算波速。,2,、换能器：声波测试探头，按其功能可分为发射换能器和接收换能器。,主要功能是将声波仪所输出的电脉冲变为声波能或将声波能变为电讯号输送到主接收机。,原则上能互换使用，一般还是作专用仪器使用。,为使换能器与岩体很好地耦合，在壁面上一般用黄油作耦合剂，在钻孔中一般用水作耦合剂。,岩石声波探测仪：,KH,型声波探测仪、,SYC2.3,型声波岩石参数测定仪、,MA-,、,型围岩松动圈测试仪,等。,（三）,.,声波传播送度的测定,（四）声波探测的工作方式,1,、双孔法,1,）钻两个平行钻孔，钻孔直径,42,46mm,，孔深在,8m,以内，孔间距,1.5,2m,。,2,） 将发射换能器和接收换能器分别安设在两个钻孔内，并较好地耦合。采用点测法时，将发射和接收换能器同时平行移动,20cm,测读一次。,3,）测得纵波传播,L,间距的时间,tP,。在横波能辨别的条件下也测横波到达的时间,ts,，并做好声波记录。由此可得,Vp,、,V,等参数。,图 声波探测方式,a,双孔法；,b,单孔法；,F,发射；,S,接收,2,单孔法,单孔法每次测试只需一个孔，也可以直接利用锚杆孔。这种方法操作简单，准备工作量小。,KH,型声波探测仪主要用于单孔测试。,单孔测试工作方式：一发一收，一发两收。,测试时，将发射换能器,F,和接收换能器,S,插入孔内，并在孔内,注满水。,测试原理：,（五）应用声波探测围岩松动圈,1,测试位置选择,巷道断面位置选择应考虑的原则：,1,）巷道围岩的力学特性应尽可能均匀；,2,）避免通过大裂隙发育带,(,如小断层、节理发育带等,),，要选择围岩具有代表性的地点；,3,）使测孔布置在巷道围岩易损坏部位,(,如拱顶、拱角处等,),及影响围岩稳定性的关键部位。,2,测试方法,1,）确定巷道测试位置后，在巷道壁的各个部位布置适量的测孔，量测距巷壁不同深度的点的声波传播速度变化，绘制波速距巷壁不同深度的变化曲线，即,Vp,L,曲线。,2,）结合岩体正常波速和地质情况，应力下降的裂隙带或松动带，表现为波速的相对降低区；,3,）应力升高的裂隙压密带，表现为波速的相对升高区；,4,）原岩应力区，则为正常波速区。,5,）拱形断面巷道测孔布置如图，各测孔的倾角：拱顶,90,度、拱角,45,度、边角下扎,5,度。,6,）可采用双孔法和单孔法的工作方式。,7,）测孔间距的选取，要求能真实准确地测得围岩深部各点的波速变化。,8,）为提高测量精度，仪器发射功率允许，距离加长更有利。,9,）岩体破裂后，波形波幅衰减快，穿透距离将受到限制。一般取,1.5,2m,，岩体较差时取,1m,。,图,VPL,曲线,I,低速区；,-,高速区；,-,正常波速区,巷道松动圈的测试方法,作业,1,观测支柱和液压支架受力的仪器有那些？各有何特点？,2,矿压观测之间要准备那些工作？,3,工作面矿压观测有那些内容？何谓三量？,4,如何通过矿压观测判断老顶来压？,5,如何评价掩护液压支架的工作状况？,6,单体支柱工作面支护质量监控方法有那些？各有何特点？,7,巷道矿压观测有那些内容？,