围岩松动圈

坑探工程术语

围岩松动圈与冒落拱、冒落高度意义不同，松动圈内边界从径向应力等于零的巷道表面算起，围岩冒落后松动圈边界又从新的稳定边界计算。围岩松动圈的大小主要与围岩强度和原岩应力有关。当原岩应力相同时，围岩强度低松动圈大，反之松动圈小；当围岩强度相同时，原岩应力小松动圈小，反之松动圈大。

围岩松动圈的概念和影响因素

巷道开挖前，岩体处于三向应力平衡状态，开巷后围岩应力将发生两个显著变化：一是巷道周边径向应力下降为零，围岩强度明显下降；二是围岩中出现应力集中现象，一般情况下集中系数大于2。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；当应力超过围岩强度之后，巷道周边围岩将首先破坏，并逐渐向深部扩展，直至在一定深度取得三向应力平衡为止，此时围岩已过渡到破碎状态。我们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。

围岩松动圈与冒落拱、冒落高度意义不同，松动圈内边界从径向应力等于零的巷道表面算起，围岩冒落后松动圈边界又从新的稳定边界计算。

国内外大量的测试结果表明，在煤矿、矿山、隧道工程中，围岩松动圈普遍存在，真正只存在弹塑性状态的围岩极少。在实验室相似模型试验条件下，改变围岩强度和应力的相互关系，可制造出不同大小的围岩松动圈，围岩的状态特征决定支护的作用，弹塑性状态的围岩能够自稳，只有当围岩进入到破碎状态，才产生支护问题。

围岩松动圈的大小主要与围岩强度和原岩应力有关。当原岩应力相同时，围岩强度低松动圈大，反之松动圈小；当围岩强度相同时，原岩应力小松动圈小，反之松动圈大。

围岩松动圈的性质

1.围岩松动圈的形状

根据理论分析和实验室试验，当围岩各向同性时，如果垂直与水平应力相等，松动圈为圆形，否则为椭圆形，且椭圆的长轴与最大主应力方向垂直。也就是说垂直应力大，两帮的松动圈大；水平应力大，顶底板松动圈大。如果围岩非同性，巷道中硬岩与软岩中的松动圈不同，在岩石强度低的层位将产生较大的松动圈。

2.围岩松动圈形成的时间性

伴随着围岩应力调整及其重新分布，围岩松动圈的发展形成稳定也有一个时间过程。现场实测表明，松动圈的形成时间小的需要3-7天，大的需要1-3个月。通常所指的是应力调整完成后的稳定松动圈数值。

松动圈的形成过程分为两个阶段，第一是开巷后形成的“即时松动圈”，即围岩中集中应力超过围岩瞬时强度形成的松动圈。即时松动圈数值一般为最终稳定松动圈数值的60%-90%，岩石硬这一比数高，岩石软则百分比较低。第二阶段是在支护完成后，伴随着围岩长时强度的下降，松动圈进一步扩展，直至形成最终长时强度条件下的稳定松动圈数值。如若不受采动或其他应力扰动影响，松动圈将稳定不变。

巷道收敛量测表明，松动圈发展稳定时间与巷道收敛变形稳定时间是一致的。但大量的实测表明，松动圈稳定之前的形成过程中，围岩碎胀变形与松动圈的发展表现出非同步特征，碎胀变形增加速度低于围岩松动圈的发展速度。该特点在采动巷道中表现得尤为明显。

松动圈的量测

1.围岩松动圈的量测

超声波围岩裂隙探测仪超声波围岩裂隙探测仪是应用超声波探测巷道围岩松动范围和应力变化的一种电子仪表。

2.结构及原理

超声波围岩探测仪由主机、“一发双收”探头、封孔器、注水器及充电器等部分组成。

主机采用集成电路，半导体数码显示，自备电池，为便携式。探头由发射换能器、接受换能器、隔声连接筒组成。

该仪器是利用声波在岩体中传播速度与岩体所受应力大小和裂隙情况有关的原理，将探头放入钻孔中，测定岩体的声速变化，反映围岩的松动范围及应力的变化。声速的测定则是通过声波在钻孔中一定距离内所传播时间的量测来实现的。

3.围岩松动圈的测试方法

测试时先将探头放入测孔最深处，用封孔器封好孔，注满水。然后开始测试，每次从里向外移动一定距离，重复计下仪器读数3-5遍，一直测到孔口或测到破碎严重的地方为止。在测试过程中便可以初步判断出岩体的松动范围。待做出声速与孔深的变化曲线，便可以比较精确地判断出岩体的松动范围。

巷道支护围岩松动圈分类

经过大量的现场松动圈测试及其与巷道支护难易程度相关关系的调查之后，结合锚喷支护机理，依松动圈的大小将围岩分为小松动圈（0-0.4m）、中松动圈（0.4-1.5m）和大松动圈（>1.5m）三大类六个小类。

该分类以综合性指标为分类依据，它随围岩强度和地应力两个参数变化而变化，围岩强度等被抽象于松动圈大小之中，因此表中无具体的地层岩石名称，亦无地应力数值。当具体到某矿某水平之后，可以认为地应力水平相当，是一个比较固定的值，这时可将岩石名称填于表中，以方便使用。在建立“×××矿×××水平围岩分类表”时，应选择有代表性的地层（一般5-6种），在已开巷道中测定其松动圈数值填入表中，作为新开巷道在该层位中的松动圈数值，并据此进行支护设计。此外，表中还应将采动与非采动、矩（梯）形与拱形巷道区分开来，在相似的巷道中类推，可以消除诸如断面形状、采动以及水等因素的影响，使分类更为明确可靠。

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