15#煤层巷道松动圈测试方案Word下载.docx

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在受采掘影响前，煤体处于应力平衡状态。

当受到采掘影响以后，应力平衡随即遭到破坏，采场周围应力的大小和方向将发生较大的改变。

在巷道周边将产生应力集中区。

根据煤体力学状态的不同，可以将其分为3个区域：

卸压区、应力集中区和原始应力区。

卸压区的煤体抗拉强度很差，当拉伸应变超过破坏应变时，径向将产生裂隙，形成裂隙圈。

抽采钻孔封孔以后，如果裂隙圈的深度超过封孔的深度，裂隙圈内裂隙将会与抽采钻孔沟通，构成了钻孔短路风流的通道，这些通道影响了抽采钻孔的气密性，导致抽采浓度下降。

3、测试目的

按照重庆煤矿科院防突所与二景公司合作的关于“瓦斯治理专业化现场服务”项目约定，其中一项是协助二景公司制定松动圈考察方案。

通过对二景公司15#煤层巷道围岩松动圈的考察，确定巷道的松动圈影响封孔效果的范围。

为后期在15#煤层施工顺层抽采钻孔后，合理选择封孔材料，封孔工艺，封孔深度提供可靠依据。

从而达到封孔严密、高效抽采瓦斯的目的。

二、测试区域基本情况

1、拟测试区域

本次试验选择在二采区的15202运输巷及15202回风巷进行。

分别在距碛头50米布置1个测点，之后根据需要每隔50米或100米布置一个测点。

2、煤层基本情况

15202运输巷、15202回风巷均布置在15#煤层中，15#煤层位于太原组下部，K4灰岩之下，上距12号煤层30.35～35.55m，平均32.80m，结构简单～较简单，含夹矸0～2层，煤层厚度4.20～6.71m，平均5.41m，顶板为K4灰岩，底板岩性为泥岩或砂质泥岩。

3、巷道断面及支护方式

三、测试方案及原理

1、方案选择

目前测试松动圈主要有：

声波法、多点位移计法、地震波法、地质雷达法及钻孔摄像法等物理测试方法。

各围岩松动圈物理探测方法优缺点如下。

①声波法技术比较成熟，工程实践较多；

仪器操作简单；

容易塌孔或测孔堵塞，需要水耦合，需持续灌水，适用于岩性较好，破碎程度低，开挖时间短的隧道和硐室。

②多点位移计法观测数据量大，可获得隧洞开挖后一段时间内的松动圈变化规律；

工作量大，周期长，测量精度不高，一般开挖隧道和硐室都可使用。

③地震波的层析成像法测试结果准确、可靠，分析更加直观；

需钻孔，成本较高，安装困难，适用于岩性较好，开挖时间短，测试精度要求高的地下工程。

④地震波的折射波法无需钻孔，可无损检测；

分析较困难，不易判断围岩中的破裂面，可在裂隙发育程度高、岩性较差、特殊的地质条件下的巷道中使用。

⑤地质雷达法实现无损检测，精度高，测试效率高；

仪器贵，成本较高，一般情况下都可使用，适用与测试精度要求高的工程。

⑥钻孔摄像法测量准确、精度高，信息量大；

仪器贵，操作复杂，适用于容易成孔的巷道。

通过对二景公司15#煤层巷道的现场勘察，煤层比较松软，成孔效果差。

不适宜在巷帮打孔或注水，若测试过程中塌孔，极有可能丢失设备。

因此，建议采用地质雷达法。

地质雷达方法是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁技术。

它是从表面发射高频电磁脉冲波，利用其反射来探测目的体及其他地质现象。

由于地质雷达使用了高频、宽频带短脉冲和高频采样技术，因此其探测分辨率高于其它的地球物理勘探手段。

2、测试原理

地质雷达利用一个天线T发射高频带电磁波（主频为数十兆赫乃至千兆赫）送入地下，经地下地层或目的体反射后返回地面，为另一天线R所接收（图3-1）。

脉冲波行程需时：

t=

。

当地下介质的波速为已知时，可根据测到的精确的t值（ns，lns=10-9s），由上式求出反射体的深度（m）。

地下介质的电磁波速可通过共中心点（CMP）测量得到，也可由下式求得：

V=

式中，εr为介质的相对介电常数；

μ为介质的导磁系数；

σ为介质的电导率；

ω为介质的角频率。

对于地下介质，σ/ωεr《1，故上式可简化为

或V=

式中，c为光速，c=0.3m·

n-1·

s-1

地下介质的相对介电常数εr可利用现成的数据或者通过测定获得，所以根据上述公式可以确定地下介质的电磁波速。

雷达图形以脉冲反射波的波形形式记录。

波形的正负峰分别以黑、白色表示，也可以灰阶或彩色表示。

这样，同相轴或等灰度、等灰线即可形象地表征出地下反射面。

（图3-2）对应一个简单的地质模型，发射天线与接收天线以一定间距沿测线向前移动，每移动一次计算机记录下电磁波在底下介质中的传播时间，即地质雷达勘探的原始数据，然后将原始数据进行各种处理后即可得到地质雷达勘探剖面。

地质雷达图像反映的是地下介质的电性分布，结合具体的地质情况结束成果图，为工程设计提供依据。

图3-1反射探测原理图图3-2雷达记录示意图

四、工作方法

1、设备选择

本次测试拟用美国劳雷工业公司（GSSI）生产的SIR-20型多通道透视雷达，该设备是一种高效浅层地球物理探测仪器。

具有最快速度扫描（最大扫描速率800线/秒），分辨率精度高，数据采集实时显示，实时处理。

在井下采用100MHz天线探测精度可达到100mm，最大探测深度可达20m。

SIR-20多通道透视雷达由主机、传接电缆及高中低频天线组成，其技术指标如下：

①仪器理想测深5～30m。

②仪器最大电压为12V，瞬间电压可达1000V。

③仪器探测精度高，深度误差不大于5cm。

2、技术要求

使用SIR-20多通道透视雷达进行探测时，探测时精度受以下几方面因素影响：

①探测地点须平整，探测区域不能有太大起伏。

②天线与探测面接触必须达到60%以上。

③探测时要注意周围其它设备电磁波对探测产生影响。

④工作区有水时，天线和接头要做防水处理。

所以注意要在地势平坦处进行探测。

测试过程中，仔细观察各测试要素，区分数据的异常现象，保证观测数据质量可靠。

3数据采集

1）为了能够较准确的探测巷道围岩的松动圈尺寸，分别在巷道各布置具有代表性的探测点1～3个，探测巷道顶板及两帮，为了消除由于偶然因素可能带来的影响，对每个探测点（尽可能地使探测结果能够反映探测位置的实际情况），实际并非探测一个点，而是探测测点附近沿巷道走向方向2～5m长的一段测线，这样，在具体分析时，可将每段测线上雷达探测结果的平均值作为相应测点的松动圈尺寸。

2）在所检测巷道每个测试单元均进行标定，每次标定3次，取平均值作为测试单元的介电常数。

3）检测时雷达天线紧密贴合在巷道顶或帮表面滑动，进行连续采集。

探头扫描速度大于512线/s；

对于特殊地段或条件不允许时可采用点测方式，测量点距不大于200mm。

4）支撑天线的器材选用绝缘材料，天线操作人员不能佩戴含有金属成分的物件，并应与工作天线保持相对固定的距离。

5）观测过程中，应保持工作天线的平面与探测面基本平行，距离相对一致。

6）确定巷道进、出口及左、右方向。

记录标注应与测线桩号保持一致。

7）在数据采集过程中，为了保证数据的质量，应对仪器本身的发射和接收做多次检测，并且对所采集的数据进行多次重复观测和检测工作，重、检测工作量应不少于总工作量的15%，以保证探测数据采集完整，可以使用。

4、巷道围岩松动圈的判别

每个测站测试完后，设备自动生成反射波图像。

巷道围岩松动圈内均为松弛破裂岩体，电磁波在其中传播时，波形较为杂乱，反射波强度较低，且无明显的同相轴，而围岩松动圈外边界两侧岩体松散程度差异较大，电磁波经过该边界时必然发生较强反射，因此根据反射波组的雷达图像特征即可分析松动圈的大小。

例如图4-1所示，顶板0—5.5m深度范围内，电磁波异常，推测为围岩松动。

图4-1反射波组雷达图像

5、数据统计

将每个测点通过仪器得出的反射波组雷达图像数据准确的按表4-1所示详细记录存档，以便施工钻孔后，根据每段巷道松动圈大小，设计封孔深度参数。

表4-1测试数据记录表

巷道名称

测站

测点位置

松动范围（m）

15202进风顺槽

1测站

右帮

5.5

左帮

顶板

2测站

五、安全措施

1、入井前，必须佩带好劳动防护用品，掌握避灾防护知识。

2、进入工作地点时观察顶板及围岩情况，确保安全后方可进行作业。

严禁空顶作业。

3、工作面附近20米以内，瓦斯浓度达到1%时，严禁使用检测仪进行相关测试工作。

4、检测仪开机前认真检查机器线路，发现有明接头、破皮现象严禁开机工作。

严禁带电检修和搬迁检测仪相关设备。