CN105698853B - 一种工作面回采期间围岩锚注支护效果的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工作面回采期间围岩锚注支护效果的检测方法，包括以下步骤：选择两个工作面，在两个工作面所在的两个巷道中分别采取非锚注支护和锚注支护，利用微震监测仪器探测两个巷道中的采场支承压力情况，并分别确定两个巷道的超前支护等效距离和围岩破坏等效距离；利用无损检测仪器，分别获取两个巷道的支护构件等效利用率；采集统计不同的围岩稳定状态下相应区域的围岩平均最大收敛位移；确定相应的反映锚注支护巷道相对于非锚注支护巷道锚注效果的参数分析值；将参数分析值利用权重分析法，建立锚注效果综合定量检测指标，根据所检测的锚注效果，指导现场锚注工作。

Description

一种工作面回采期间围岩锚注支护效果的检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测方法，特别是基于微震监测的一种工作面回采期间围岩锚注支护效果的检测方法。

背景技术

煤矿在进入深部开采后，高应力、膨胀性等各种软岩巷道大量出现，给巷道支护带来极大难度，严重影响安全生产。锚注支护技术可以提高围岩的完整性与强度，有效控制软岩巷道变形。

当前关于锚注支护效果的检测多是单因素且为定性检测，主要采用钻孔电视、钻孔取芯等手段，无法全面、定量的对围岩锚注支护效果进行检测，同时相关人员对锚注支护检测主要集中在巷道掘进期即静压期间，对锚注支护在工作面回采条件下缺乏分析检测。

由于微震技术在岩体破裂能量检测方面精度高，不需要对岩体进行人为的破坏，近年来被越来越多的应用于岩爆、冲击地压预测等领域，但是在锚注支护效果检测中未见相关报道。利用微震监测技术，采集并处理工作面回采过程中岩体破裂能量，同时结合无损检测、位移收敛等手段，可以较为全面、科学合理的对围岩锚注支护效果进行检测。

传统的对工作面回采期间围岩锚注支护效果的检测方法具有以下缺点：

1、需要对岩体进行钻孔等二次人为破坏，增加了对岩体的扰动破坏；

2、需要辅以室内试验才能确定工程的锚注质量效果，测定周期长，过程繁琐，影响施工进度。

发明内容

本发明旨在提供一种多因素、定量的围岩锚注支护效果检测方法。通过引入微震监测技术，实时获取岩体破裂能量分布情况，结合无损检测等手段，建立起工作面回采条件下围岩锚注支护效果检测指标，填补了工作面回采期间围岩锚注支护检测方面的空白。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种工作面回采期间围岩锚注支护效果的检测方法，它包括以下步骤：

步骤1：选择两个工作面，在两个所述工作面所在的两个巷道中，分别采取非锚注支护和锚注支护，利用微震监测仪器探测两个巷道中的采场支承压力情况，并分别确定两个巷道的超前支护等效距离和围岩破坏等效距离；

步骤2：利用无损检测仪器，分别获取两个巷道的支护构件等效利用率；

步骤3：采集统计不同的围岩稳定状态下相应区域的围岩平均最大收敛位移；

步骤4：基于非锚注支护巷道和锚注支护巷道的所述超前支护等效距离、所述围岩破坏等效距离、所述支护构件的等效利用率、所述围岩平均最大收敛位移，确定相应的反映锚注支护巷道相对于非锚注支护巷道锚注效果的参数分析值；

步骤5：将所述参数分析值利用权重分析法，建立锚注效果综合定量检测指标，根据所检测的锚注效果，指导现场锚注工作。

所述步骤1中，所选择的两个所述工作面的地质条件接近。

所述步骤1中，所述超前支护等效距离的确定方法为：利用所述微震监测仪器，根据微震能量分布情况，确定回采过程中采场支承压力剧烈影响区、明显影响区和影响区，所述剧烈影响区、所述明显影响区、所述影响区各自沿工作面推进方向的水平长度的加权平均值，即为所述超前支护等效距离。

所述剧烈影响区为工作面至岩体破裂能量峰值位置的区域，所述明显影响区为岩体破裂能量峰值位置至岩体破裂能量为10³J的区域，所述影响区为岩体破裂能量10³～0J的区域。

所述步骤1中，所述围岩破坏等效距离的确定方法为：利用所述微震监测仪器，根据微震能量分布情况，确定围岩的严重破坏范围，中等破坏范围，一般破坏范围，所述严重破坏范围、所述中等破坏范围、所述一般破坏范围各自的边界最远位置至巷道断面边界距离的加权平均值，即为所述围岩破坏等效距离。

岩体破裂能量大于10⁵J区域为严重破坏范围，岩体破裂能量10⁵～10²J区域为中等破坏范围，岩体破裂能量10²～0J区域为一般破坏范围。

所述步骤2中，所述支护构件等效利用率的确定方法为：利用所述无损检测仪器，分别获取所述支护构件在采场支承压力的所述剧烈影响区、所述明显影响区和所述影响区的荷载平均值，所述支护构件的所述剧烈影响区荷载平均值、所述明显影响区的荷载平均值、所述影响区的荷载平均值三者的加权平均值，与所述支护构件的屈服强度的比值，即为所述支护构件等效利用率。

所述步骤2中，所述支护构件包括锚杆和/或锚索。

所述步骤3中，所述不同的围岩稳定状态下相应区域包括采场支承压力的所述剧烈影响区、所述明显影响区和所述影响区。

通过在所述相应区域内布设若干表面位移收敛监测断面，测量各监测断面所在处的围岩最大收敛位移，所述最大收敛位移为所述巷道围岩稳定时顶底板、两帮位移变化量之和，所述围岩平均最大收敛位移为同一围岩稳定状态下，所测得的各所述最大收敛位移的平均值。

所述步骤4中，所述参数分析值包括超前支护减少率、围岩破坏减少率、构件利用提高率、位移收敛减少率；

所述超前支护减少率为：所述非锚注支护巷道的所述超前支护等效距离与所述锚注支护巷道的超前支护等效距离的差值，与所述非锚注支护巷道的超前支护等效距离的比值；

所述岩体破坏减少率为：所述非锚注支护巷道与所述锚注支护巷道的所述围岩破坏等效距离的差值，与所述非锚注支护巷道的所述围岩破坏等效距离的比值；

所述构件利用提高率为：所述锚注支护巷道的所述支护构件等效利用率与所述非锚注支护巷道的所述支护构件等效利用率的差值，与所述锚注支护巷道的所述支护构件等效利用率的比值；

所述位移收敛减少率为：其中，e_i为相关系数，i＝1，2，3，且Σe_i＝1，在非锚注支护巷道、锚注支护巷道剧烈影响区的平均最大收敛位移为明显影响区的平均最大收敛位移分别为影响区的平均最大收敛位移分别为

所述步骤5中，所述锚注效果综合定量检测指标，为各所述参数分析值的加权平均值。

本发明的有益效果是：

(1)本发明首次将微震监测技术引入到锚注支护效果检测中，避免了人为对现场岩体的破坏，可以实时获得岩体破裂能量信号分布情况，方法更具先进性和新颖性。

(2)本发明属于多因素定量检测方法，克服了单因素、定性检测等方面的缺点，使得检测方法更加全面科学合理。

(3)本发明填补了工作面回采期间围岩锚注支护检测方面的空白，完善了锚注支护检测体系。

(4)本发明无需进行室内试验，现场即可检测工程的锚注效果，进而指导锚注施工，实效性更强，有利于提高施工进度。

附图说明

图1为本发明围岩锚注支护效果定量检测流程图。

图2为本发明岩体微震能量采集流程示意图。

图3为本发明基于岩体能量分布确定的超前影响范围示意图。

图4为本发明基于岩体能量分布确定的围岩破坏范围示意图。

图5为本发明超前影响范围内支护构件受力分布示意图。

图6为本发明超前影响范围内围岩收敛统计示意图。

其中：R₁为超前支护减少率，R₂为围岩破坏减少率，R₃为支护构件中锚杆利用提高率，R₄为支护构件中锚索利用提高率，R₅为位移收敛减少率，R为综合指标，R₀为检测指标。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明。

一种工作面回采期间围岩锚注支护效果的检测方法，它包括以下步骤：

步骤一，选择两个地质条件接近的工作面，第一个工作面巷道采用非锚注支护，记为M1，第二个采用锚注支护，记为M2，分别在两个工作面安装微震监测仪器，对回采过程中距工作面不同距离条件下围岩微震事件能量进行采集，根据微震事件能量分布情况，确定回采过程中采场支承压力剧烈影响区，明显影响区和影响区范围，计算超前支护等效距离；同时确定围岩严重破坏范围，中等破坏范围，一般破坏范围，计算围岩破坏等效距离；

步骤二，利用无损检测仪器，对M1、M2采场支承压力剧烈影响区，明显影响区和影响区范围内进行大范围的普通锚杆(索)、注浆锚杆(索)工作荷载检测，统计不同范围内普通锚杆(索)、注浆锚杆(索)工作荷载平均值，计算不同范围内普通锚杆(索)、注浆锚杆(索)支护构件等效利用率；

步骤三，在M1、M2采场支承压力剧烈影响区，明显影响区和影响区范围内布设若干表面位移收敛监测断面，统计距工作面不同距离条件下围岩平均最大收敛位移；

步骤四，锚注支护效果分析：基于超前支护等效距离、围岩破坏等效距离、普通锚杆(索)、注浆锚杆(索)支护构件利用率、不同范围围岩平均最大收敛位移，分别计算得到超前支护减少率，围岩破坏减少率，构件利用提高率、位移收敛减少率；

步骤五，锚注支护效果检测：基于步骤四得到的参数提高率，利用权重分析法，建立锚注支护效果检测指标，以现场锚注支护效果检测值为标准，对锚注支护效果进行定量检测。

步骤一中，所述微震监测仪器带有可移动探头，通过移动探头，明确微震事件能量分布情况，确定M1、M2回采过程中采场支承压力剧烈影响区沿工作面推进方向的水平长度分别为明显影响区的水平长度分别为影响区的水平长度分别为计算得到M1、M2超前支护等效距离分别为围岩严重破坏范围边界最远位置至巷道断面边界距离分别为中等破坏范围边界最远位置至巷道断面边界距离分别为一般破坏范围边界最远位置至巷道断面边界距离分别为计算得到M1、M2围岩破坏等效距离分别为 其中，分别为相关系数，i＝1，2，j＝1，2，3，且

步骤二中，所述不同范围内普通锚杆、锚索工作荷载平均值，在M1剧烈影响区为 明显影响区为影响区为普通锚杆的等效利用率可以用公式表示为锚索等效利用率为不同范围内注浆锚杆、注浆锚索工作荷载平均值在M2剧烈影响区为明显影响区为影响区为注浆锚杆等效利用率为注浆锚索等效利用率为其中，分别为相关系数，i＝1，2，j＝1，2，3，E₁为普通锚杆屈服极限，F₁为锚索屈服极限，E₂为注浆锚杆屈服极限，F₂为注浆锚索屈服极限。

步骤三中，所述距工作面不同距离条件下围岩平均最大收敛位移，在M1、M2剧烈影响区分别为明显影响区分别为影响区分别为

步骤四中，所述超前支护减少率为R₁＝(L₁-L₂)/L₁；围岩破坏减少率为R₂＝(D₁-D₂)/D₁；构件利用提高率为R₃＝(G₂-G₁)/G₂，R₄＝(H₂-H₁)/H₂；位移收敛减少率为其中，e_i为相关系数，i＝1，2，3，且Σe_i＝1。

步骤五中，所述锚注支护效果检测指标，是利用权重分析法得到的，即R＝ΣK_iR_i，i＝1～5，其中K_i为分配系数，主要依据相关参数的比重进行分配，且ΣK_i＝1。

实施例1：

本发明的具体步骤为：

第一步，数据采集。

A、选择两个地质条件接近的工作面，第一个工作面巷道采用非锚注支护，记为M1，第二个采用锚注支护，记为M2。如图2所示，在工作面安装微震监测仪器，通过移动信号采集探头对回采过程中距工作面不同距离条件下围岩微震事件能量进行采集。如图3，图4所示，根据微震事件能量分布情况，确定M1、M2回采过程中采场支承压力剧烈影响区分别为明显影响区分别为和影响区分别为确定围岩严重破坏范围边界最远位置至巷道断面边界距离分别为中等破坏范围边界最远位置至巷道断面边界距离分别为一般破坏范围边界最远位置至巷道断面边界距离分别为

B、如图5所示，利用无损检测仪器，对M1、M2采场支承压力剧烈影响区，明显影响区和影响区范围内进行大范围的普通锚杆(索)、注浆锚杆(索)工作荷载检测，统计普通锚杆、锚索工作荷载平均值，在M1剧烈影响区为明显影响区为影响区为注浆锚杆、注浆锚索工作荷载平均值在M2剧烈影响区为明显影响区为影响区为

C、在M1、M2采场支承压力剧烈影响区，明显影响区和影响区范围内布设若干表面位移收敛监测断面，如图6所示，统计围岩平均最大收敛位移在M1、M2剧烈影响区分别为明显影响区分别为影响区分别为

第二步，数据处理。

D、根据上述第一步所获得的数据，计算M1和M2的超前支护等效距离，分别为M1和M2的围岩破坏等效距离，分别为其中，分别为相关系数，i＝1，2，j＝1，2，3，且

E、根据第一步所获得的数据，计算普通锚杆等效利用率为锚索等效利用率为注浆锚杆等效利用率为注浆锚索等效利用率为其中，分别为相关系数，i＝1，2，j＝1，2，3， E₁为普通锚杆屈服极限，F₁为锚索屈服极限，E₂为注浆锚杆屈服极限，F₂为注浆锚索屈服极限。

第三步，效果分析。

根据第二步所获得的数据，计算超前支护减少率为R₁＝(L₁-L₂)/L₁；围岩破坏减少率为R₂＝(D₁-D₂)/D₁；构件利用提高率为R₃＝(G₂-G₁)/G₂，R₄＝(H₂-H₁)/H₂；位移收敛减少率为其中，e_i为相关系数，i＝1，2，3，且Σe_i＝1。

第四步，定量检测。

根据第三步对数据的整理分析，利用权重分析法，建立锚注支护效果检测指标，即R＝ΣK_iR_i，i＝1～5，其中K_i为分配系数，主要依据相关参数的比重进行分配，且ΣK_i＝1。以现场锚注支护效果检测值为标准，对锚注支护效果进行定量检测。

实施例2：

超前支护等效距离的另一种确定方法为剧烈影响区、明显影响区、影响区各自中点位置至开挖面的距离的加权平均值。

围岩破坏等效距离的另一种确定方法为：分别获取沿巷道断面边界顶板、底板、左右两帮等典型位置至严重破坏范围、中等破坏范围、一般破坏范围边界的平均距离，再对所述的严重破坏范围、中等破坏范围、一般破坏范围的平均距离进行加权平均，即为所述的围岩破坏等效距离。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种工作面回采期间围岩锚注支护效果的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选择两个工作面，在两个所述工作面所在的两个巷道中，分别采取非锚注支护和锚注支护，利用微震监测仪器探测两个巷道中的采场支承压力情况，并分别确定两个巷道的超前支护等效距离和围岩破坏等效距离；

步骤2：利用无损检测仪器，分别获取两个巷道的支护构件等效利用率；

步骤3：采集统计不同的围岩稳定状态下相应区域的围岩平均最大收敛位移；

步骤4：基于非锚注支护巷道和锚注支护巷道的所述超前支护等效距离、所述围岩破坏等效距离、所述支护构件等效利用率、所述围岩平均最大收敛位移，确定相应的反映锚注支护巷道相对于非锚注支护巷道锚注效果的参数分析值；

步骤5：将所述参数分析值利用权重分析法，建立锚注效果综合定量检测指标，根据所检测的锚注效果，指导现场锚注工作；

所述步骤1中，所述超前支护等效距离的确定方法为：利用所述微震监测仪器，根据微震能量分布情况，确定回采过程中采场支承压力剧烈影响区、明显影响区和影响区，所述剧烈影响区、所述明显影响区、所述影响区各自沿工作面推进方向的水平长度的加权平均值，即为所述超前支护等效距离；

所述步骤1中，所述围岩破坏等效距离的确定方法为：利用所述微震监测仪器，根据微震能量分布情况，确定围岩的严重破坏范围，中等破坏范围，一般破坏范围，所述严重破坏范围、所述中等破坏范围、所述一般破坏范围各自的边界最远位置至巷道断面边界距离的加权平均值，即为所述围岩破坏等效距离；

所述步骤2中，所述支护构件等效利用率的确定方法为：利用所述无损检测仪器，分别获取所述支护构件在采场支承压力的所述剧烈影响区、所述明显影响区和所述影响区的荷载平均值，所述支护构件的所述剧烈影响区荷载平均值、所述明显影响区的荷载平均值、所述影响区的荷载平均值三者的加权平均值，与所述支护构件的屈服强度的比值，即为所述支护构件等效利用率；

所述步骤3中，所述不同的围岩稳定状态下相应区域包括采场支承压力的所述剧烈影响区、所述明显影响区和所述影响区；

通过在所述相应区域内布设若干表面位移收敛监测断面，测量各监测断面所在处的围岩最大收敛位移，所述最大收敛位移为所述巷道围岩稳定时顶底板、两帮位移变化量之和，所述围岩平均最大收敛位移为同一围岩稳定状态下，所测得的各所述最大收敛位移的平均值。

2.根据权利要求1所述的一种工作面回采期间围岩锚注支护效果的检测方法，其特征在于：所述步骤1中，所选择的两个所述工作面的地质条件接近。

3.根据权利要求1或2所述的一种工作面回采期间围岩锚注支护效果的检测方法，其特征在于：所述步骤2中，所述支护构件包括锚杆和/或锚索。

4.根据权利要求1所述的一种工作面回采期间围岩锚注支护效果的检测方法，其特征在于：所述步骤4中，所述参数分析值包括超前支护减少率、围岩破坏减少率、构件利用提高率、位移收敛减少率；

所述超前支护减少率为：所述非锚注支护巷道的所述超前支护等效距离与所述锚注支护巷道的超前支护等效距离的差值，与所述非锚注支护巷道的超前支护等效距离的比值；

所述围岩破坏减少率为：所述非锚注支护巷道与所述锚注支护巷道的所述围岩破坏等效距离的差值，与所述非锚注支护巷道的所述围岩破坏等效距离的比值；

所述构件利用提高率为：所述锚注支护巷道的所述支护构件等效利用率与所述非锚注支护巷道的所述支护构件等效利用率的差值，与所述锚注支护巷道的所述支护构件等效利用率的比值；

所述位移收敛减少率为：其中，e_i为相关系数，i＝1，2，3，且∑e_i＝1，在非锚注支护巷道、锚注支护巷道剧烈影响区的平均最大收敛位移分别为明显影响区的平均最大收敛位移分别为影响区的平均最大收敛位移分别为

5.根据权利要求1所述的一种工作面回采期间围岩锚注支护效果的检测方法，其特征在于：所述步骤5中，所述锚注效果综合定量检测指标，为各所述参数分析值的加权平均值。