一种实测巷道顶板内部裂隙发展发育规律的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种实测巷道顶板内部裂隙发展发育规律的方法，适用于井下监测巷道顶板内部裂隙的演化规律。
【背景技术】
[0002]由于巷道开挖破坏了岩体内部平衡，使巷道围岩体内应力重新分布。在巷道掘进扰动的影响下，巷道顶板内部岩层中部分区域会产生再生裂隙，并且距离巷道表面近的岩层受到的影响较大，较远的岩层受到的影响相对较小。随着巷道不断向前推进，巷道围岩体内的原生裂隙与再生裂隙不断发展发育，可能形成较大的破碎带与离层，严重者甚至引起顶板大面积垮落、顶板透水等重大事故。因此，监测并研究顶板内部裂隙的发展发育规律对于研究巷道顶板岩层层位情况、检测巷道支护效果、优化巷道支护方案及支护参数、预测顶板事故等都具有重要意义。近年来，地下岩体内部裂隙的勘察研究方法主要有钻孔岩芯法、超声波成像法、流量测井法、钻孔窥视法及深部位移监测法等。其中，钻孔岩芯法是对岩体进行钻孔取芯，它在一定程度上可以反映围岩体内岩体破坏情况以及岩层组成，但是由于不能进行连续观测，其探测结果不能反映岩层内部裂隙发展发育动态变化过程；超声波成像法可以提供大量有效可视的钻孔岩体定量数据，但是在工作中受到孔径、泥浆粘度等钻孔条件的影响较大，观测工序较为繁琐，成本较高；流量测井法主要是用来确定含水层位置、厚度、层数及分层流量等地质情况。
[0003]本发明中，通过采用钻孔探测仪对巷道顶板裂隙演化现象进行连续监测，观测摄像结果可以对裂隙发展发育的规律进行定性分析；采用多点位移计对巷道顶板深部位移进行监测记录，不仅可以定量反映裂隙发展发育情况，同时可以由此得出巷道顶板内部张拉域和压缩域的分布情况。将这两种监测方法测得的数据进行对比分析，可以清晰反映巷道顶板内部裂隙的发展发育规律，并且该方法简单方便、直观、准确性高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服已有技术中的不足，提供一种方法简便、测试准确、效果良好的实测巷道顶板内部裂隙发展发育规律的方法，以揭示巷道在掘进过程中巷道顶板内部裂隙演化规律，从而检测巷道支护效果以及指导巷道支护方案和支护参数的优化。
[0005]本发明技术内容如下:
[0006]a.当巷道向前掘进至50m时，距离掘进头5m范围内设立测站I，对巷道顶板进行钻孔窥视和深部位移监测。该测站内布置4个钻孔，其中钻孔kp k2和k3垂直巷道掘进方向呈直线布置，分别布置在顶板中间与两边，采用TYGDlO矿用钻孔探测仪对巷道顶板内部裂隙发展发育情况进行探测。钻孔k4内安装多点位移计，进行深部位移监测，各监测内容测面布置在Im范围内。
[0007]b.随着巷道继续向前推进，当推进至10m和150m时，分别设立测站II和测站III。若在掘进过程中遇到地质构造如断层、褶皱等，可适当调整测站位置以及增加测站个数，以便对巷道特殊地段的矿压规律进行监测研究。测站II和测站III监测内容及测面布置方式均与测站I相同。
[0008]c.对3个测站9个窥视钻孔的探测结果进行截图和统计分析，得出巷道顶板围岩的主要破裂形式和裂隙演化规律等。
[0009]d.依据主次承载区支护理论对巷道围岩深部位移监测数据进行分析。将巷道深部围岩区域化，分为张拉域和压缩域。张拉域指应变为正的区域，压缩域指应变为负的区域，得到巷道顶板围岩深部位移变化趋势。
[0010]e.对顶板钻孔窥视结果和深部位移变化趋势进行综合分析与比较，得出巷道顶板内部裂隙发展发育规律。
[0011]发明的有益效果:本发明将钻孔窥视与深部位移相结合对巷道顶板内部裂隙的发展发育进行监测，并将两种监测结果进行对比分析，得出巷道顶板裂隙发展发育规律。具有以下优势:一是随巷道向前推进，在50m、100m、150m处分别设立I个矿压监测测站。既可对顶板受掘进影响阶段到裂隙发展成熟阶段进行连续监测，又可对巷道受掘进影响剧烈位置、掘进影响位置、掘后稳定位置进行同时监测。二是在I个测站打3个窥视钻孔对顶板进行钻孔探测，使受巷道断面形状和尺寸影响而导致裂隙发展发育情况不同的各个部位岩层得到监测；三是两种监测方法相结合，既能定性展现巷道裂隙的发展发育状况，又可定量的阐述顶板深部位移并反映出的顶板张拉域和压缩域的分布情况，通过对比分析得出巷道顶板内部裂隙发展发育规律，其规律总结更为科学、有效。四是本方案设计合理，施工简单，操作性强，既是检测巷道支护效果的有效方法也可为巷道支护方案以及支护参数的优化提供参考。
【附图说明】
[0012]图1是本发明测站布置示意图。
[0013]图2是本发明测站I顶板围岩钻孔探测结果示意图。
[0014]图3是本发明测站I顶板围岩深部位移曲线示意图。
[0015]1-1#矿压监测测站；I1-2#矿压监测测站；II1-3#矿压监测测站火、k2、k3_窥视钻孔；k4-深部位移监测钻孔。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明的实施作进一步描述:
[0017]如图1所示，当巷道向前掘进至50m的时候，距离掘进头5m范围内设立测站I。向顶板打4个深度为8000mm、直径为30mm(钻头直径28mm)的钻孔。其中钻孔kp k2和k3垂直巷道掘进方向呈直线布置，分别布置在顶低、顶中和顶高位置(窥视钻孔位置如图2所示，由于巷道断面类型及尺寸不同，这里以梯形断面作为参考，实际应用可根据具体情况进行调整)，采用TYGDlO矿用钻孔探测仪对巷道顶板内部裂隙发展发育情况进行探测。在钻孔k4中安装多点位移计，对顶板进行深部位移监测，各监测内容测面控制在Im范围之内。当巷道推进至100m、150m处，分别距掘进头5m范围内设立测站II和测站III，测站II和测站III的监测内容及测面布置方式均与测站I相同。
[0018]随着巷道向前推进，对巷道顶板进行钻孔窥视与深部位移监测，并记录相关数据。对钻孔窥视的结果进行整理，分析掘进初期巷道顶板围岩的主要破裂形式以及掘进过程中裂隙逐渐演化成离层和破碎带的发展发育过程。测站I顶板围岩钻孔探测结果如图2所示。对巷道围岩深部位移监测数据进行分析，根据主次承载区支护理论，将巷道深部围岩区域化，分为张拉域和压缩域，张拉域指应变为正的区域，压缩域指应变为负的区域。横坐标表示距离巷道顶板表面的距离，以L表示，纵坐标为应变值，测站I顶板围岩深部位移变化趋势如图3所示。测站II和测站III的数据处理方法同测站I相同。最后将几组数据结果进行整理和对比，对顶板内部裂隙演化进行定性与定量的分析，得出其发展发育规律。
【主权项】
1.一种实测巷道顶板内部裂隙发展发育规律的方法，其特征在于: a.当巷道向前掘进至50m时，距离掘进头5m范围内设立测站I，对巷道顶板进行钻孔窥视和深部位移监测。该测站内布置4个钻孔，其中钻孔kp k2和k3垂直巷道掘进方向呈直线布置，分别布置在顶板中间与两边，采用TYGDlO矿用钻孔探测仪对巷道顶板内部裂隙发展发育情况进行探测。钻孔k4内安装多点位移计，进行深部位移监测，各监测内容测面布置在Im范围内。 b.随着巷道继续向前推进，当推进至10m和150m时，分别设立测站II和测站III。若在掘进过程中遇到地质构造如断层、褶皱等，可适当调整测站位置以及增加测站个数，以便对巷道特殊地段的矿压规律进行监测研究。测站II和测站III监测内容及测面布置方式均与测站I相同。 c.对3个测站9个窥视钻孔的探测结果进行截图和统计分析，得出巷道顶板围岩的主要破裂形式和裂隙演化规律等。 d.依据主次承载区支护理论对巷道围岩深部位移监测数据进行分析。将巷道深部围岩区域化，分为张拉域和压缩域。张拉域指应变为正的区域，压缩域指应变为负的区域，得到巷道顶板围岩深部位移变化趋势。 e.对顶板钻孔窥视结果和深部位移变化趋势进行综合分析与比较，得出巷道顶板内部裂隙发展发育规律。2.根据权利要求1所述的一种实测巷道顶板内部裂隙发展发育规律的方法，其特征在于:所述各监测内容的测面布置均在Im范围内；钻孔深度为5000?10000mm，钻孔直径为28?32mm (钻头直径为26?28mm)。
【专利摘要】本发明公开了一种实测巷道顶板内部裂隙发展发育规律的方法。本方法在井下通过设立测站，在测站中布置钻孔，利用钻孔窥视仪探测并记录顶板内部裂隙发展发育状况，利用多点位移计监测顶板围岩深部位移，并分析比较两种设备对顶板内部裂隙演化情况的监测数据，归纳出巷道顶板内部裂隙发展发育规律。对于研究巷道顶板岩层层位情况、评价巷道支护方案及参数是否合理及预测顶板事故等都具有重要意义。
【IPC分类】G01V9/00
【公开号】CN105093349
【申请号】CN201410215639
【发明人】姚强岭, 李学华, 赵敏, 种照辉, 鞠明和, 冯朝朝, 赵彬
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月19日