地質(zhì)雷達(dá)測試松動(dòng)圈應(yīng)用

張馮

摘 要：地質(zhì)雷達(dá)是當(dāng)前國內(nèi)外最先進(jìn)的物探設(shè)備之一，在巖土工程和礦山、隧道工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。闡述了用地質(zhì)雷達(dá)測試巷道圍巖松動(dòng)圈的基本原理，驗(yàn)證其可行性，并在口孜東礦工作面機(jī)巷和井底車廠聯(lián)巷中進(jìn)行了測試實(shí)踐，利用IDSP6軟件對(duì)測試結(jié)果進(jìn)行后期分析，得出相應(yīng)測試點(diǎn)的松動(dòng)圈范圍。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá);巷道圍巖;松動(dòng)圈

松動(dòng)圈理論[1]這一想法最初是由礦業(yè)工程專家提出的，該理論早在1970—1979年逐步成熟，在1980—1990年得到了進(jìn)一步的改善。從目前的科技發(fā)展情況來看，由于礦井、隧道等地下工程技術(shù)突飛猛進(jìn)，該理論得到了廣泛的應(yīng)用。由于隧道或者巷道等在挖掘后圍巖應(yīng)力受到影響，且受力狀態(tài)發(fā)生了變化，巖石的強(qiáng)度大大降低。若期間巖石強(qiáng)度大于圍巖應(yīng)力，圍巖便會(huì)處于彈塑性狀態(tài)，從而達(dá)到自穩(wěn)狀態(tài);相反，若是此時(shí)巖石的強(qiáng)度小于圍巖集中應(yīng)力，圍巖將會(huì)出現(xiàn)破斷現(xiàn)象，從四周向深部延伸直到出現(xiàn)平衡狀態(tài)，圍巖中便會(huì)產(chǎn)生一種破裂帶，這就是圍巖松動(dòng)圈[2]。

1?方案分析

地質(zhì)雷達(dá)[3]是當(dāng)今國內(nèi)外較為領(lǐng)先的一種地質(zhì)探測工具，主要運(yùn)用了電磁探測技術(shù)，可以對(duì)需要探測的環(huán)境或者物質(zhì)進(jìn)行精確的定位與識(shí)別，如圖1所示。

1.1? 工作面概況

桃園煤礦位于淮北平原中部，大部分為農(nóng)田，采區(qū)范圍為+23.0～+25.0 m，1044工作面位于Ⅱ4采區(qū)二階段，為該采區(qū)的10煤層第2個(gè)工作面，現(xiàn)回采的里段上區(qū)段為Ⅱ1042采空區(qū)，左至橫貫該工作面的F9正斷層附近，右至京滬鐵路保護(hù)煤柱。

該工作面里段為一傾向東的單斜構(gòu)造。工作面內(nèi)煤層走向及傾向上均有一定的寬緩波狀起伏;根據(jù)巷道掘進(jìn)揭露、三維地震勘探資料解釋，工作面里段發(fā)育9條斷層，包括3條逆斷層和6條正斷層，正斷層F11貫穿工作面，且與工作面兩巷近于正交，其余斷層與工作面兩巷均斜交，斷層落差均小于2.0 m，斷層附近煤層頂板較為破碎，壓力較大，回采期間需加強(qiáng)頂板管理。

1.2? 巷道測試方案

此次試驗(yàn)選取3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分別在1044工作面選取一號(hào)、二號(hào)兩個(gè)測點(diǎn)，井底車場選取三號(hào)測點(diǎn)。

3個(gè)測點(diǎn)的布置如圖2所示?，F(xiàn)場測試時(shí)，由人工托舉地質(zhì)雷達(dá)，雷達(dá)天線要緊貼測試巷道圍巖表面，根據(jù)測試的方向進(jìn)行測量。在地質(zhì)雷達(dá)測量過程中，務(wù)必要保證儀器平穩(wěn)移動(dòng)，以保證地質(zhì)雷達(dá)的測量精度。

2?結(jié)果與分析

根據(jù)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，后期通過IDSP6軟件進(jìn)行測試結(jié)果分析，得到位于3個(gè)測點(diǎn)的測試結(jié)果。

一號(hào)測點(diǎn)位于測量控制點(diǎn)Z15向后11.0 m處，頂板為砂質(zhì)泥巖，松動(dòng)圈測試結(jié)果如圖3所示。

二號(hào)測點(diǎn)位于測量控制點(diǎn)Z4點(diǎn)處，頂板為泥巖，上方有約300 mm煤線，底板為砂巖，松動(dòng)圈測試結(jié)果如圖4所示。

三號(hào)測試點(diǎn)位置為井底車場1，三號(hào)測點(diǎn)松動(dòng)圈如圖5所示。

由3個(gè)測點(diǎn)松動(dòng)圈示意圖得出3個(gè)測點(diǎn)的松動(dòng)圈范圍，如表1所示。

3?結(jié)語

根據(jù)此次測試結(jié)果分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）同一斷面不同部位松動(dòng)圈尺寸不同，兩幫和頂板處松動(dòng)圈大，直墻處松動(dòng)圈小。

（2）穩(wěn)定性差的圍巖，松動(dòng)圈厚度較大;穩(wěn)定性好的圍巖，松動(dòng)圈厚度較小。

（3）在同一斷面中，強(qiáng)度高的巖體松動(dòng)圈厚度較小，強(qiáng)度低的巖體松動(dòng)圈厚度較大。

[參考文獻(xiàn)]

[1]徐世達(dá)，陳治洋，雷剛.基于便攜式地質(zhì)雷達(dá)的巷道圍巖松動(dòng)圈探測[J].中國礦業(yè)，2019，28（11）：99-103.

[2]石國杰，王晉國，侯兆陽，等.地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理新方法研究[J].洛陽理工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，27（1）：42-44.

[3]郭亮，李俊才，張志鋮，等.地質(zhì)雷達(dá)探測偏壓隧道圍巖松動(dòng)圈的研究與應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，30（增刊1）：3009-3015.