多維度精準(zhǔn)剖析：巷道圍巖松動(dòng)特征綜合探查技術(shù)的創(chuàng)新與實(shí)踐一、引言1.1研究背景與意義在各類地下工程中，巷道的穩(wěn)定性關(guān)乎工程的安全與效益，而巷道圍巖松動(dòng)是影響其穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。巷道圍巖松動(dòng)是指在巷道開挖后，由于原巖應(yīng)力平衡被打破，圍巖應(yīng)力重新分布，當(dāng)圍巖所受應(yīng)力超過其自身強(qiáng)度時(shí)，巖石發(fā)生破裂、變形，從而在巷道周邊形成一定范圍的破碎巖體區(qū)域。巷道圍巖松動(dòng)會帶來諸多嚴(yán)重危害。從安全角度來看，圍巖松動(dòng)致使巷道的穩(wěn)定性大幅降低，增加了頂板垮落、片幫等事故的發(fā)生概率。例如，在煤礦開采中，頂板垮落可能掩埋作業(yè)人員，造成人員傷亡；片幫則可能損壞設(shè)備，阻礙通風(fēng)系統(tǒng)，引發(fā)瓦斯積聚等次生災(zāi)害，對井下作業(yè)人員的生命安全構(gòu)成巨大威脅。在金屬礦山，松動(dòng)的圍巖也可能導(dǎo)致巷道坍塌，影響正常的開采作業(yè)和人員疏散。從生產(chǎn)效益方面分析，圍巖松動(dòng)會導(dǎo)致巷道變形，進(jìn)而影響巷道的正常使用。巷道變形可能使運(yùn)輸設(shè)備無法正常通行，通風(fēng)阻力增大，排水系統(tǒng)受阻，增加了維護(hù)成本和時(shí)間，降低了生產(chǎn)效率。此外，為了修復(fù)因圍巖松動(dòng)而損壞的巷道，需要投入大量的人力、物力和財(cái)力，這無疑增加了工程的成本，降低了經(jīng)濟(jì)效益。準(zhǔn)確掌握巷道圍巖松動(dòng)特征對于保障巷道安全和提高生產(chǎn)效益至關(guān)重要。只有明確了圍巖松動(dòng)的范圍、程度等特征，才能針對性地設(shè)計(jì)合理的支護(hù)方案，有效控制圍巖變形，確保巷道的穩(wěn)定性。而綜合探查技術(shù)正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵手段。綜合探查技術(shù)融合了多種探測方法，如地質(zhì)雷達(dá)探測、聲波測試、鉆孔窺視等，能夠從不同角度、不同深度對巷道圍巖松動(dòng)特征進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的探測。地質(zhì)雷達(dá)利用高頻電磁波在介質(zhì)中的傳播特性，能夠快速、無損地探測出巷道圍巖內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化和松動(dòng)區(qū)域；聲波測試則通過分析聲波在巖石中的傳播速度和衰減情況，判斷巖石的完整性和松動(dòng)程度；鉆孔窺視可以直接觀察鉆孔內(nèi)部圍巖的破裂情況，獲取直觀的松動(dòng)信息。這些方法相互補(bǔ)充、驗(yàn)證，大大提高了探測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。通過綜合探查技術(shù)，能夠?yàn)橄锏乐ёo(hù)設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，優(yōu)化支護(hù)參數(shù)，提高支護(hù)效果，減少不必要的支護(hù)成本。同時(shí)，及時(shí)掌握圍巖松動(dòng)特征還能提前發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，采取有效的預(yù)防措施，避免事故的發(fā)生，保障工程的順利進(jìn)行。因此，開展巷道圍巖松動(dòng)特征綜合探查技術(shù)的試驗(yàn)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在巷道圍巖松動(dòng)特征研究及綜合探查技術(shù)應(yīng)用方面，國內(nèi)外學(xué)者和工程人員開展了大量工作，取得了一系列成果。國外在巷道圍巖松動(dòng)研究方面起步較早。1907年，俄國學(xué)者普羅托齊雅科諾夫通過工程觀察和模型試驗(yàn)，提出自然平衡拱理論，認(rèn)為巷道上方圍巖冒落后形成的拱形結(jié)構(gòu)內(nèi)的破碎巖體重量是支護(hù)外載，這是對圍巖松動(dòng)破壞的初步認(rèn)識。1942年，太沙基提出地壓理論，指出開挖后洞室兩側(cè)會產(chǎn)生楔形體，松散介質(zhì)中存在自然平衡拱，拱內(nèi)巖體為松散破碎狀態(tài)。20世紀(jì)40年代，芬納爾應(yīng)用彈塑性力學(xué)理論論證了塑性巖石中洞室周圍可形成屈服區(qū)，水平洞室屈服區(qū)近似橢圓形。隨著技術(shù)發(fā)展，數(shù)值模擬方法如有限元、離散元等在圍巖松動(dòng)研究中得到廣泛應(yīng)用，能夠模擬復(fù)雜地質(zhì)條件和開采過程對圍巖的影響。在綜合探查技術(shù)方面，地質(zhì)雷達(dá)、聲波測試等技術(shù)在國外礦山和地下工程中也有廣泛應(yīng)用，且不斷向高精度、智能化方向發(fā)展。例如，一些先進(jìn)的地質(zhì)雷達(dá)設(shè)備具備更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，能更準(zhǔn)確地識別圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化。國內(nèi)對巷道圍巖松動(dòng)圈的研究也取得了顯著進(jìn)展。中國礦業(yè)大學(xué)的董方庭等提出圍巖松動(dòng)圈支護(hù)方法，該方法理論直觀、操作性強(qiáng)，在深、淺部巖體巷道支護(hù)中廣泛應(yīng)用。眾多學(xué)者對圍巖松動(dòng)圈的形成機(jī)理、影響因素、分類方法等進(jìn)行深入研究。研究表明，圍巖松動(dòng)圈的形成與原巖應(yīng)力、巖石強(qiáng)度、巷道開挖方式等密切相關(guān)。在松動(dòng)圈厚度的確定上，通過現(xiàn)場實(shí)測、理論計(jì)算和數(shù)值模擬等多種方法相結(jié)合，提高了測定的準(zhǔn)確性。在綜合探查技術(shù)方面，國內(nèi)不斷引進(jìn)和研發(fā)新設(shè)備、新技術(shù)，并注重多種方法的綜合應(yīng)用。如在煤礦巷道中，將地質(zhì)雷達(dá)、聲波測試、鉆孔窺視等技術(shù)相結(jié)合，對圍巖松動(dòng)特征進(jìn)行全面探測。韓城礦業(yè)王峰煤礦將“地質(zhì)雷達(dá)”新技術(shù)應(yīng)用于千米定向鉆，實(shí)現(xiàn)了801米超長距離、大范圍探查，有效提高了探查精度。駱駝山煤礦采用“物探與鉆探相結(jié)合”“定向與常規(guī)鉆探相結(jié)合”“探查與治理相結(jié)合”的綜合探查手段，對預(yù)掘巷道底板奧灰水害及導(dǎo)水通道進(jìn)行探查，保障了巷道安全掘進(jìn)。盡管國內(nèi)外在巷道圍巖松動(dòng)特征研究及綜合探查技術(shù)方面取得諸多成果，但仍存在一些不足和待解決問題?，F(xiàn)有研究在復(fù)雜地質(zhì)條件下，如深部高應(yīng)力、強(qiáng)構(gòu)造應(yīng)力、軟巖等環(huán)境中，對圍巖松動(dòng)特征的認(rèn)識還不夠深入，綜合探查技術(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性有待進(jìn)一步提高。不同探查技術(shù)之間的數(shù)據(jù)融合和解釋方法還不夠完善，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，影響了探測結(jié)果的綜合分析和應(yīng)用。此外，對于巷道圍巖松動(dòng)隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測和預(yù)測研究相對較少，難以滿足工程長期穩(wěn)定性監(jiān)測的需求。在實(shí)際工程應(yīng)用中，綜合探查技術(shù)的成本較高、操作復(fù)雜，限制了其廣泛推廣和應(yīng)用。因此，進(jìn)一步深入研究巷道圍巖松動(dòng)特征，研發(fā)更加高效、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)的綜合探查技術(shù)，是當(dāng)前地下工程領(lǐng)域亟待解決的重要課題。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容（1）綜合探查技術(shù)原理研究。深入剖析地質(zhì)雷達(dá)、聲波測試、鉆孔窺視等多種探查技術(shù)的基本原理。對于地質(zhì)雷達(dá)，研究其高頻電磁波在不同圍巖介質(zhì)中的傳播特性，包括波速、衰減、反射等，明確其對不同類型圍巖松動(dòng)特征的響應(yīng)規(guī)律；分析聲波在巖石中傳播時(shí)，速度、頻率、振幅等參數(shù)與巖石完整性、松動(dòng)程度之間的定量關(guān)系，完善聲波測試技術(shù)在圍巖松動(dòng)探測中的理論體系；探究鉆孔窺視技術(shù)在獲取圍巖內(nèi)部直觀圖像信息方面的優(yōu)勢，以及如何準(zhǔn)確識別圖像中圍巖的破裂、節(jié)理、裂隙等松動(dòng)特征，為后續(xù)的綜合分析提供基礎(chǔ)。（2）綜合探查技術(shù)在巷道中的試驗(yàn)應(yīng)用。選擇具有代表性的巷道作為試驗(yàn)對象，詳細(xì)記錄巷道的地質(zhì)條件，如巖石類型、地質(zhì)構(gòu)造、原巖應(yīng)力等參數(shù)。制定科學(xué)合理的綜合探查方案，確定地質(zhì)雷達(dá)、聲波測試、鉆孔窺視等技術(shù)的具體實(shí)施步驟和參數(shù)設(shè)置。按照方案進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)對巷道周邊一定范圍內(nèi)的圍巖進(jìn)行快速掃描，獲取電磁波反射數(shù)據(jù)；利用聲波測試儀器在巷道不同位置布置測點(diǎn)，發(fā)射和接收聲波信號，采集聲波傳播參數(shù)；通過鉆孔窺視設(shè)備，對鉆孔內(nèi)部的圍巖進(jìn)行觀察，拍攝圖像和視頻資料。對試驗(yàn)過程中獲取的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和初步分析，為后續(xù)的深入研究提供數(shù)據(jù)支持。（3）巷道圍巖松動(dòng)特征分析與評價(jià)?；诰C合探查技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)，運(yùn)用圖像處理、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)手段，深入分析巷道圍巖的松動(dòng)特征。對于地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)，通過信號處理和圖像解譯，確定圍巖松動(dòng)區(qū)域的位置、范圍和大致形狀；根據(jù)聲波測試數(shù)據(jù)，計(jì)算圍巖的松動(dòng)圈厚度，評估圍巖的松動(dòng)程度；結(jié)合鉆孔窺視圖像，直觀地觀察圍巖的破裂形態(tài)、裂隙發(fā)育程度等，對圍巖的松動(dòng)特征進(jìn)行定性和定量分析。建立科學(xué)合理的巷道圍巖松動(dòng)特征評價(jià)指標(biāo)體系，綜合考慮松動(dòng)圈厚度、破裂程度、變形量等因素，運(yùn)用層次分析法、模糊綜合評價(jià)法等方法，對巷道圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià)，為巷道支護(hù)設(shè)計(jì)和安全管理提供科學(xué)依據(jù)。（4）綜合探查技術(shù)效果評估與優(yōu)化。對比綜合探查結(jié)果與實(shí)際巷道開挖后的圍巖情況，通過現(xiàn)場觀察、測量等方式，驗(yàn)證綜合探查技術(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性。分析綜合探查技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題和不足，如數(shù)據(jù)采集的局限性、不同技術(shù)之間的協(xié)同性問題等。針對存在的問題，提出相應(yīng)的優(yōu)化措施，如改進(jìn)數(shù)據(jù)采集方法、優(yōu)化數(shù)據(jù)處理算法、加強(qiáng)不同技術(shù)之間的融合等，提高綜合探查技術(shù)的探測精度和效率，使其能夠更好地滿足巷道圍巖松動(dòng)特征探測的實(shí)際需求。1.3.2研究方法（1）文獻(xiàn)研究法。廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，包括學(xué)術(shù)論文、研究報(bào)告、工程案例等，全面了解巷道圍巖松動(dòng)特征及綜合探查技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。對現(xiàn)有研究成果進(jìn)行系統(tǒng)梳理和分析，總結(jié)前人在該領(lǐng)域的研究方法、技術(shù)手段和主要結(jié)論，找出研究中存在的不足和空白，為本論文的研究提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。（2）現(xiàn)場試驗(yàn)法。在實(shí)際巷道中開展現(xiàn)場試驗(yàn)，這是本研究的重要方法之一。選擇合適的試驗(yàn)巷道，按照預(yù)定的綜合探查方案，運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)、聲波測試、鉆孔窺視等設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。在試驗(yàn)過程中，嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，獲取真實(shí)的巷道圍巖松動(dòng)特征數(shù)據(jù)，為后續(xù)的分析和研究提供第一手資料。（3）數(shù)值模擬法。利用有限元、離散元等數(shù)值模擬軟件，建立巷道開挖及圍巖變形的數(shù)值模型。考慮巷道的幾何形狀、地質(zhì)條件、開挖方式等因素，模擬巷道開挖過程中圍巖的應(yīng)力分布、變形規(guī)律和松動(dòng)圈的形成過程。通過數(shù)值模擬，可以直觀地觀察圍巖的力學(xué)響應(yīng)，分析不同因素對圍巖松動(dòng)特征的影響，為綜合探查技術(shù)的研究和應(yīng)用提供理論支持。將數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證數(shù)值模型的準(zhǔn)確性和可靠性，進(jìn)一步完善數(shù)值模擬方法。（4）理論分析法。運(yùn)用巖石力學(xué)、彈性力學(xué)、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)等相關(guān)理論，對巷道圍巖松動(dòng)的力學(xué)機(jī)制、形成過程進(jìn)行深入分析。建立圍巖松動(dòng)圈的理論計(jì)算模型，推導(dǎo)松動(dòng)圈厚度的計(jì)算公式，從理論上揭示圍巖松動(dòng)特征與地質(zhì)條件、開采工藝之間的內(nèi)在聯(lián)系。結(jié)合理論分析結(jié)果，對綜合探查技術(shù)的原理和方法進(jìn)行深入探討，為技術(shù)的優(yōu)化和改進(jìn)提供理論依據(jù)。二、巷道圍巖松動(dòng)特征理論基礎(chǔ)2.1圍巖松動(dòng)圈的形成機(jī)制在地下工程中，巷道開挖前，巖體處于原始的三向應(yīng)力平衡狀態(tài)，各點(diǎn)所受應(yīng)力相對穩(wěn)定，巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)保持完整，能夠承受自身重量以及上覆巖層等帶來的壓力。以某深埋煤礦巷道為例，在未開挖前，其所處巖體在長期地質(zhì)作用下處于穩(wěn)定的應(yīng)力平衡，原巖應(yīng)力主要由上覆巖層重力和地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力等構(gòu)成。當(dāng)巷道開挖后，這一平衡狀態(tài)被打破，圍巖應(yīng)力重新分布。由于巷道空間的出現(xiàn)，巷道周邊的徑向應(yīng)力瞬間降為零，原本的三向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻苾上驊?yīng)力狀態(tài)，這使得圍巖強(qiáng)度明顯下降。根據(jù)彈性力學(xué)理論，巷道開挖后，周邊圍巖的應(yīng)力集中系數(shù)可超過2，即應(yīng)力顯著增大。例如在某金屬礦山巷道開挖過程中，通過應(yīng)力監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，巷道周邊的應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力值達(dá)到了原巖應(yīng)力的2.5倍。當(dāng)集中應(yīng)力超過圍巖自身強(qiáng)度時(shí)，巷道周邊巖體首先發(fā)生破壞。這種破壞從微觀層面來看，巖石內(nèi)部的微裂隙開始萌生、擴(kuò)展，隨著應(yīng)力的持續(xù)作用，這些微裂隙逐漸連通，形成宏觀裂縫。在實(shí)驗(yàn)室?guī)r石力學(xué)試驗(yàn)中，對砂巖試件進(jìn)行加載模擬巷道開挖后的應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)力超過砂巖強(qiáng)度時(shí)，試件表面逐漸出現(xiàn)肉眼可見的裂縫，并不斷擴(kuò)展延伸。隨著破壞的發(fā)展，破裂區(qū)域逐漸向深部擴(kuò)展，直到在一定深度處，集中應(yīng)力小于或等于巖體強(qiáng)度，巖體重新達(dá)到應(yīng)力平衡狀態(tài)，破壞才停止。此時(shí)，在巷道周圍一定范圍內(nèi)形成了圍巖破裂區(qū)，也就是圍巖松動(dòng)圈。在實(shí)際巷道工程中，通過鉆孔窺視等手段，可以清晰地觀察到巷道周邊不同深度圍巖的破裂情況，從巷道壁向深部，圍巖的破裂程度逐漸減小，直至達(dá)到穩(wěn)定的原巖區(qū)域。在圍巖松動(dòng)圈形成過程中，原巖應(yīng)力起著關(guān)鍵作用。原巖應(yīng)力越大，巷道周邊圍巖所承受的應(yīng)力就越大，超過圍巖強(qiáng)度的可能性也就越高，從而更容易導(dǎo)致圍巖破壞，使得松動(dòng)圈范圍增大。研究表明，在相同巖石條件下，當(dāng)原巖應(yīng)力增加1倍時(shí)，松動(dòng)圈厚度可能增大1.5-2倍。巖石強(qiáng)度也是影響松動(dòng)圈形成的重要因素。巖石強(qiáng)度越低，其抵抗變形和破壞的能力就越弱，在相同應(yīng)力條件下，更容易發(fā)生破壞，進(jìn)而導(dǎo)致松動(dòng)圈范圍擴(kuò)大。例如，軟弱的泥巖與堅(jiān)硬的花崗巖相比，在相同的開挖條件下，泥巖巷道的圍巖松動(dòng)圈范圍往往更大。地質(zhì)構(gòu)造和節(jié)理裂隙的存在也會對圍巖松動(dòng)圈的形成產(chǎn)生顯著影響。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的區(qū)域，如斷層、褶皺附近，巖體完整性受到破壞，應(yīng)力分布更加不均勻，容易引發(fā)圍巖的局部破壞，促使松動(dòng)圈的形成和擴(kuò)展。節(jié)理裂隙的存在降低了巖體的整體強(qiáng)度，為應(yīng)力集中提供了條件，使得圍巖在較低的應(yīng)力水平下就可能發(fā)生破壞，從而增大松動(dòng)圈范圍。在某受斷層影響的巷道中，通過地質(zhì)雷達(dá)探測發(fā)現(xiàn)，斷層附近的圍巖松動(dòng)圈范圍比正常區(qū)域大了約30%-50%。2.2圍巖松動(dòng)圈的分類及特性根據(jù)圍巖松動(dòng)圈厚度大小，可將其分為小松動(dòng)圈圍巖、中松動(dòng)圈圍巖和大松動(dòng)圈圍巖三類，不同類型的圍巖具有各自獨(dú)特的變形特性和支護(hù)需求。當(dāng)圍巖松動(dòng)圈厚度值L_p\leq40cm時(shí)，為小松動(dòng)圈圍巖。在小松動(dòng)圈圍巖中，由于松動(dòng)圈厚度較小，圍巖穩(wěn)定性相對較好。從力學(xué)角度分析，其碎脹變形量較小，一般僅為幾個(gè)毫米，這是因?yàn)閲鷰r所受應(yīng)力超過其強(qiáng)度的程度較輕，巖石內(nèi)部微裂隙的發(fā)育和擴(kuò)展有限。例如，在某花崗巖巷道中，通過聲波測試和鉆孔窺視等手段確定其松動(dòng)圈厚度為30cm，屬于小松動(dòng)圈圍巖。在這種情況下，變形量數(shù)值一般小于低應(yīng)力下錨桿彈塑性變形，說明錨桿等支護(hù)構(gòu)件在這種情況下所受的變形壓力較小，僅采用噴射混凝土支護(hù)，利用噴射混凝土與圍巖緊密貼合的特性，就能對圍巖起到一定的封閉和加固作用，防止圍巖表面風(fēng)化和局部掉塊，從而保證工程的安全。當(dāng)40cm<L_p\leq150cm時(shí)，稱為中松動(dòng)圈圍巖。中松動(dòng)圈圍巖的碎脹變形較為明顯，變形量相對較大。這是由于圍巖所受應(yīng)力超過強(qiáng)度的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，巖石內(nèi)部微裂隙大量連通，形成宏觀裂縫，導(dǎo)致巖石的碎脹變形加劇。以某砂巖巷道為例，其松動(dòng)圈厚度為80cm，屬于中松動(dòng)圈圍巖。在該巷道中，剛性的噴射混凝土支護(hù)在圍巖碎脹變形的作用下容易產(chǎn)生裂縫或破壞，因?yàn)閲娚浠炷岭m然具有一定的早期強(qiáng)度，但對于較大的碎脹變形的適應(yīng)能力較差。因此，必須采用以錨桿為主體構(gòu)件的錨噴支護(hù)方式。錨桿通過錨固在圍巖內(nèi)部，利用其錨固力將松動(dòng)的圍巖與深部穩(wěn)定的巖體連接在一起，控制圍巖的碎脹變形。噴層則主要起到支護(hù)錨桿間活石、防止圍巖風(fēng)化的作用。由于圍巖松動(dòng)圈厚度小于常用錨桿長度，此時(shí)可采用錨桿懸吊作用機(jī)理來設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)，即錨桿支護(hù)的最大荷載主要是圍巖松動(dòng)圈形成中的碎脹變形力及已形成松動(dòng)圈內(nèi)破裂巖石的自重。當(dāng)L_p>150cm時(shí)，為大松動(dòng)圈圍巖。在大松動(dòng)圈圍巖巷道中，圍巖表現(xiàn)出軟巖的工程特征，圍巖松動(dòng)圈碎脹變形量大，初期圍巖收斂變形速度快，變形持續(xù)時(shí)間長，礦壓顯現(xiàn)較大，支護(hù)難度大。這是因?yàn)樵谶@種情況下，圍巖所受應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其強(qiáng)度，巖石破碎程度高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全被破壞，形成了較大范圍的破碎巖體區(qū)域。例如，在某泥巖巷道中，其松動(dòng)圈厚度達(dá)到200cm，屬于大松動(dòng)圈圍巖。在該巷道中，初期圍巖收斂變形速度可達(dá)每天10-15mm，且變形持續(xù)時(shí)間長達(dá)數(shù)月甚至數(shù)年。在這種圍巖情況下，通常采用聯(lián)合支護(hù)形式，如“錨噴網(wǎng)架碹”等。錨桿和錨索提供主動(dòng)支護(hù)力，通過對圍巖施加預(yù)應(yīng)力，約束圍巖的變形；噴射混凝土和鋼筋網(wǎng)共同作用，增強(qiáng)圍巖表面的整體性和穩(wěn)定性，防止圍巖表面進(jìn)一步破碎；支架則提供被動(dòng)支護(hù)力，承受圍巖的壓力，與其他支護(hù)構(gòu)件共同形成一個(gè)穩(wěn)定的支護(hù)體系，以抵抗圍巖的變形和破壞。2.3松動(dòng)圈對巷道穩(wěn)定性的影響巷道圍巖松動(dòng)圈的存在及其厚度變化對巷道穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的影響，二者緊密相關(guān)，相互作用。隨著松動(dòng)圈厚度的增加，巷道變形會顯著加劇。當(dāng)松動(dòng)圈厚度較小時(shí)，圍巖的變形相對較小，例如在小松動(dòng)圈圍巖中，碎脹變形量僅為幾個(gè)毫米，巷道的整體穩(wěn)定性較好。然而，當(dāng)松動(dòng)圈厚度增大，如在大松動(dòng)圈圍巖情況下，圍巖的碎脹變形量大，初期圍巖收斂變形速度快，變形持續(xù)時(shí)間長。以某煤礦巷道為例，在大松動(dòng)圈圍巖條件下，初期圍巖收斂變形速度可達(dá)每天10-15mm，且這種變形會持續(xù)數(shù)月甚至數(shù)年。這是因?yàn)樗蓜?dòng)圈厚度的增加意味著更多的圍巖巖體發(fā)生破裂和變形，巖體的完整性遭到更大程度的破壞，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得松散，無法有效地抵抗變形，從而導(dǎo)致巷道的頂?shù)装逑鲁?、兩幫收斂等變形現(xiàn)象加劇。松動(dòng)圈厚度的增加還會導(dǎo)致支護(hù)難度大幅增大。在小松動(dòng)圈圍巖中，僅采用噴射混凝土支護(hù)就能滿足工程安全要求，因?yàn)榇藭r(shí)圍巖的穩(wěn)定性較好，支護(hù)所承受的壓力較小。但對于中松動(dòng)圈圍巖，剛性的噴射混凝土支護(hù)在圍巖碎脹變形的作用下容易產(chǎn)生裂縫或破壞，必須采用以錨桿為主體構(gòu)件的錨噴支護(hù)方式。而在大松動(dòng)圈圍巖情況下，通常需要采用聯(lián)合支護(hù)形式，如“錨噴網(wǎng)架碹”等。這是因?yàn)榇笏蓜?dòng)圈圍巖的礦壓顯現(xiàn)較大，單一的支護(hù)形式無法承受如此大的壓力和變形，聯(lián)合支護(hù)可以通過多種支護(hù)構(gòu)件的協(xié)同作用，共同抵抗圍巖的變形和破壞。隨著松動(dòng)圈厚度的增加，支護(hù)所需的材料和成本也會相應(yīng)增加，施工難度也會加大，對支護(hù)技術(shù)和工藝的要求更高。松動(dòng)圈的存在還會改變巷道圍巖的應(yīng)力分布狀態(tài)。在正常情況下，巷道圍巖的應(yīng)力分布相對均勻，但松動(dòng)圈的形成使得巷道周邊的應(yīng)力集中現(xiàn)象加劇，應(yīng)力重新分布。松動(dòng)圈內(nèi)的巖體由于破裂和變形，承載能力降低，導(dǎo)致應(yīng)力向深部圍巖轉(zhuǎn)移，使得深部圍巖所承受的應(yīng)力增大。這種應(yīng)力分布的改變進(jìn)一步影響了巷道的穩(wěn)定性，增加了圍巖失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。如果不能及時(shí)采取有效的支護(hù)措施來調(diào)整應(yīng)力分布，巷道可能會發(fā)生更嚴(yán)重的變形和破壞。三、綜合探查技術(shù)原理與方法3.1超聲波測試技術(shù)3.1.1測試原理超聲波測試技術(shù)是基于超聲波在不同介質(zhì)中的傳播特性來探測巷道圍巖松動(dòng)特征的一種有效方法。當(dāng)超聲波在圍巖中傳播時(shí)，其傳播速度與圍巖的裂隙發(fā)育程度、應(yīng)力狀態(tài)等因素密切相關(guān)。在完整的圍巖中，巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密，微裂隙較少，超聲波傳播時(shí)受到的阻礙較小，波速相對較高。例如，在某花崗巖巷道中，完整花崗巖的超聲波縱波速度可達(dá)5000-6000m/s。這是因?yàn)橥暾麕r石的彈性模量較大，能夠較好地傳遞超聲波的能量，使得超聲波能夠快速傳播。然而，當(dāng)圍巖出現(xiàn)裂隙時(shí)，情況則發(fā)生變化。裂隙的存在破壞了巖石的連續(xù)性和完整性，超聲波在傳播過程中遇到裂隙時(shí)，會發(fā)生散射、折射和繞射等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象導(dǎo)致超聲波的傳播路徑變得復(fù)雜，能量在傳播過程中不斷損耗，從而使得波速降低。研究表明，當(dāng)圍巖的裂隙率增加10%時(shí)，超聲波的波速可能會降低10%-20%。例如，在某砂巖巷道中，通過對有裂隙和無裂隙區(qū)域的超聲波測試對比發(fā)現(xiàn)，有裂隙區(qū)域的波速比無裂隙區(qū)域低了約15%。圍巖的應(yīng)力狀態(tài)對超聲波傳播速度也有顯著影響。在應(yīng)力集中區(qū)，巖石受到較大的壓力作用，內(nèi)部結(jié)構(gòu)被壓實(shí)，微裂隙閉合，巖石的彈性模量增大，超聲波傳播速度加快。以某煤礦巷道的應(yīng)力集中區(qū)域?yàn)槔?，通過測試發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域的超聲波波速比正常區(qū)域高了約10%-15%。而在應(yīng)力降低區(qū)，如圍巖松動(dòng)圈區(qū)，應(yīng)力下降，巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)松弛，裂隙增多，超聲波傳播速度降低。在松動(dòng)圈范圍內(nèi)，波速明顯低于正常波速，這是判斷圍巖松動(dòng)范圍的重要依據(jù)之一。通過測試超聲波在巷道圍巖一定深度范圍內(nèi)的傳播速度，根據(jù)波速的變化，就可以判定圍巖的松動(dòng)范圍。當(dāng)波速出現(xiàn)明顯降低時(shí)，表明該位置的圍巖可能存在裂隙或已經(jīng)松動(dòng)。通過繪制波速-孔深曲線或時(shí)間-孔深曲線，可以直觀地確定松動(dòng)圈的邊界。在波速-孔深曲線中，波速急劇下降的位置即為松動(dòng)圈的起始位置；在時(shí)間-孔深曲線中，時(shí)間突然增大的位置也對應(yīng)著松動(dòng)圈的邊界。例如，在某巷道的超聲波測試中，波速在距孔口1.2m處開始急劇下降，表明該位置開始進(jìn)入松動(dòng)圈，從而可以確定該巷道這一測點(diǎn)處的松動(dòng)圈厚度約為1.2m。3.1.2測試方法與儀器超聲波測試圍巖松動(dòng)圈的主要方法為鉆孔法，鉆孔法又分為單孔法和雙孔法。單孔法測試時(shí)，需在巷道內(nèi)選擇具有代表性的位置布置鉆孔，鉆孔深度應(yīng)大于預(yù)計(jì)的松動(dòng)圈厚度。將一發(fā)雙收換能器放入鉆孔中，鉆孔一般可向下傾斜2-3度，以便注水后使水能夠淹沒傳感器，起到良好的耦合作用，確保超聲波能夠有效地在圍巖中傳播。發(fā)射換能器發(fā)射超聲波，直達(dá)波TR首先到達(dá)接收換能器，隨后反射波TBR和滑行波TACR也依次到達(dá)。通過測定鉆孔中一定距離圍巖的聲波傳播時(shí)間，利用公式V=L/t（其中V為縱波速度，L為換能器間距，t為聲波傳播時(shí)間）計(jì)算出縱波速度。在某巷道單孔法測試中，換能器間距為0.2m，測得聲波傳播時(shí)間為40μs，則計(jì)算得到縱波速度為0.2/(40??10^{-6})=5000m/s。不斷改變換能器在鉆孔中的位置，獲取不同深度處的波速數(shù)據(jù)，從而繪制波速-孔深曲線，判斷松動(dòng)圈范圍。雙孔法測試則需要布置兩個(gè)鉆孔，一個(gè)鉆孔放置發(fā)射換能器，另一個(gè)鉆孔放置接收換能器。兩個(gè)鉆孔應(yīng)盡量保持平行，且孔間距要根據(jù)實(shí)際情況合理確定。發(fā)射換能器發(fā)射的超聲波在圍巖中傳播，被接收換能器接收，通過測量聲波從發(fā)射到接收的傳播時(shí)間，結(jié)合孔間距等參數(shù)，計(jì)算出波速。在某工程雙孔法測試中，孔間距為1m，測得傳播時(shí)間為200μs，則波速為1/(200??10^{-6})=5000m/s。同樣，通過在不同深度進(jìn)行測量，繪制波速-孔深曲線，確定松動(dòng)圈邊界。雙孔法可以更準(zhǔn)確地測量圍巖深部的波速變化，但對鉆孔的布置和施工要求較高，操作相對復(fù)雜。常用的超聲波松動(dòng)圈測試儀如上海巖聯(lián)研制的YL-LCT型松動(dòng)圈測試儀，具有諸多優(yōu)勢。該儀器可自動(dòng)記錄傳感器在聲測管中的位置，自動(dòng)記錄預(yù)定測點(diǎn)的聲參量及波形，大大提高了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和效率。它還可同時(shí)對兩個(gè)聲測剖面進(jìn)行自動(dòng)檢測，能夠快速獲取更多的測試數(shù)據(jù)，便于對比分析。在實(shí)際測試中，操作人員只需將儀器按照操作規(guī)程進(jìn)行設(shè)置和安裝，儀器就能自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集工作，減少了人為因素的干擾。其配套的數(shù)值分析軟件功能強(qiáng)大，除了直接判定聲速低于低限值為異常外，還采用斜率法的PSD值作為輔助異常點(diǎn)判據(jù)，通過公式PSD=K??\Deltat/\DeltaL（其中K為常數(shù)，\Deltat為相鄰測點(diǎn)聲時(shí)差值，\DeltaL為相鄰測點(diǎn)深度差值）計(jì)算PSD值。根據(jù)PSD值在某深度處的突變，結(jié)合波幅變化情況，能夠更準(zhǔn)確地判定異常點(diǎn)，從而確定松動(dòng)圈厚度。在某巷道測試中，通過該儀器的分析軟件，準(zhǔn)確地判斷出了松動(dòng)圈的厚度為1.5m，為巷道支護(hù)設(shè)計(jì)提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。3.2探地雷達(dá)探測技術(shù)3.2.1探測原理探地雷達(dá)是一種利用高頻電磁波在地下介質(zhì)中傳播特性來探測目標(biāo)體的無損檢測技術(shù)。其工作原理基于電磁波的反射現(xiàn)象。當(dāng)探地雷達(dá)的發(fā)射天線向巷道圍巖發(fā)射高頻、寬頻帶的電磁波時(shí)，這些電磁波在圍巖中傳播。由于圍巖的松動(dòng)區(qū)域與完整區(qū)域在物理性質(zhì)上存在差異，如介電常數(shù)、電導(dǎo)率等，當(dāng)電磁波遇到不同性質(zhì)的介質(zhì)界面，即松動(dòng)區(qū)域與完整區(qū)域的分界面時(shí)，會發(fā)生反射和折射現(xiàn)象。反射回來的電磁波被接收天線接收，形成反射回波信號。探地雷達(dá)記錄下電磁波的雙程走時(shí)及波幅、同相軸等波形資料。根據(jù)電磁波在介質(zhì)中的傳播速度以及雙程走時(shí)，可以計(jì)算出反射界面的深度，從而確定松動(dòng)圈的邊界位置。電磁波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率和介電常數(shù)有關(guān)，其傳播速度公式為v=c/\sqrt{\varepsilon_r\mu_r}（其中v為電磁波傳播速度，c為真空中的光速，\varepsilon_r為相對介電常數(shù)，\mu_r為相對磁導(dǎo)率）。在巷道圍巖中，完整巖石和松動(dòng)巖石的介電常數(shù)等參數(shù)不同，導(dǎo)致電磁波傳播速度不同，這是探地雷達(dá)能夠探測松動(dòng)圈的重要物理基礎(chǔ)。通過對反射回波信號的分析，如波幅的變化、同相軸的連續(xù)性等，可以推斷出松動(dòng)區(qū)域的幾何形態(tài)和范圍。當(dāng)電磁波遇到松動(dòng)圈邊界時(shí)，由于介質(zhì)物性差異較大，反射波的波幅會發(fā)生明顯變化，同相軸也可能出現(xiàn)錯(cuò)斷或扭曲等現(xiàn)象。在某巷道的探地雷達(dá)探測中，通過對反射回波信號的處理和分析，發(fā)現(xiàn)波幅在某一深度處突然增大，同相軸出現(xiàn)明顯錯(cuò)斷，經(jīng)后續(xù)驗(yàn)證，該位置正是松動(dòng)圈的邊界。3.2.2儀器選擇與應(yīng)用技巧在巷道圍巖松動(dòng)圈探測中，選擇合適的探地雷達(dá)儀器至關(guān)重要。加拿大探頭與軟件公司研制并生產(chǎn)的PulseEkko100型探地雷達(dá)是一種常用的設(shè)備，它由便攜式計(jì)算機(jī)、主控頂板、發(fā)射機(jī)、發(fā)射天線、接收天線、接收機(jī)、光纜及附件等組成。該儀器配置了多種天線，不同天線具有不同的性能指標(biāo)，適用于不同的探測需求。其中，200MHz的天線較為適合巷道圍巖松動(dòng)圈探測。這是因?yàn)橄锏绹鷰r松動(dòng)圈的最大厚度一般不超過3-4m，而200MHz天線的探測精度可達(dá)0.05m，探測深度小于10m，能夠滿足對松動(dòng)圈探測精度和深度的要求。在華豐煤礦典型巷道圍巖松動(dòng)圈的實(shí)測研究中，配置200MHz天線的探地雷達(dá)成功地探測出了松動(dòng)圈的邊界，探測精度和深度滿足了工程需求。在應(yīng)用探地雷達(dá)進(jìn)行巷道圍巖松動(dòng)圈探測時(shí)，合理布置探測線是獲取準(zhǔn)確探測結(jié)果的關(guān)鍵技巧之一。通常在確定的巷道內(nèi)選擇具有代表性的一段巷道布置探測區(qū)。在巷道斷面上，可布置十條探測線，每條測線的長度L一般為3-4m。這些探測線的相對位置需要根據(jù)巷道的形狀和實(shí)際情況進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以確保能夠全面覆蓋巷道周邊的圍巖區(qū)域。沿著巷道軸向?qū)⒚織l測線的雷達(dá)圖像記錄下來，也可將多條測線連續(xù)地記錄于一幅圖上，以便于對比分析。通過這種方式，可以從不同角度獲取圍巖的信息，更準(zhǔn)確地確定松動(dòng)圈的范圍和形態(tài)。在某巷道的探測中，通過對多條測線的雷達(dá)圖像對比分析，發(fā)現(xiàn)不同測線在相同深度處都出現(xiàn)了類似的反射特征，從而準(zhǔn)確地確定了該深度處為松動(dòng)圈的邊界。3.3位移監(jiān)測技術(shù)3.3.1深基點(diǎn)位移計(jì)量測原理深基點(diǎn)位移計(jì)是一種用于測量巷道圍巖內(nèi)部不同深度位置位移變化的儀器，其工作原理基于對不同深度測點(diǎn)位移的精確測量，從而確定圍巖的松動(dòng)范圍和變形特征。深基點(diǎn)位移計(jì)通常由孔口裝置、位移傳遞桿、測點(diǎn)錨頭等部分組成。在使用時(shí)，首先在巷道圍巖中鉆孔，將測點(diǎn)錨頭安裝在預(yù)定的不同深度位置，這些測點(diǎn)錨頭與圍巖緊密錨固在一起，能夠準(zhǔn)確反映圍巖的位移情況。位移傳遞桿則將測點(diǎn)錨頭的位移傳遞至孔口裝置。當(dāng)圍巖發(fā)生變形時(shí)，不同深度的測點(diǎn)錨頭會隨著圍巖一起移動(dòng)，通過位移傳遞桿將位移量傳遞到孔口裝置，孔口裝置上的測量元件（如百分表、位移傳感器等）就可以測量出位移的大小。通過對不同深度測點(diǎn)位移的測量和分析，可以判斷圍巖的松動(dòng)范圍。一般來說，在巷道開挖后，靠近巷道壁的圍巖首先受到擾動(dòng)，位移較大；隨著深度的增加，圍巖受到的擾動(dòng)逐漸減小，位移也相應(yīng)減小。當(dāng)某一深度處的位移變化明顯減小時(shí)，該位置可視為松動(dòng)圈的邊界。假設(shè)在某巷道圍巖中，從孔口開始，每隔0.5m設(shè)置一個(gè)測點(diǎn)，通過深基點(diǎn)位移計(jì)測量發(fā)現(xiàn)，在1.5m深度以內(nèi)，測點(diǎn)位移隨深度變化較為明顯，而在1.5m深度處及更深位置，位移變化趨于穩(wěn)定，那么就可以初步判斷該巷道此測點(diǎn)處的松動(dòng)圈厚度約為1.5m。通過多個(gè)測點(diǎn)的測量和綜合分析，能夠更準(zhǔn)確地確定巷道圍巖松動(dòng)圈的范圍和形狀，為巷道支護(hù)設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析提供重要依據(jù)。3.3.2測點(diǎn)布置與數(shù)據(jù)處理在巷道圍巖中布置深基點(diǎn)位移計(jì)測點(diǎn)時(shí)，需要遵循一定的原則和方法，以確保能夠準(zhǔn)確獲取圍巖的位移信息。測點(diǎn)布置應(yīng)具有代表性，要全面反映巷道圍巖的位移情況。在巷道的不同部位，如頂板、兩幫和底板，都應(yīng)合理布置測點(diǎn)。在頂板中部、兩幫的中部和底部等位置設(shè)置測點(diǎn)，能夠較好地監(jiān)測到不同部位圍巖的變形情況。對于地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域，如斷層附近、節(jié)理裂隙發(fā)育地段，應(yīng)適當(dāng)加密測點(diǎn)，以便更準(zhǔn)確地掌握這些區(qū)域圍巖的位移變化。在某受斷層影響的巷道中，在斷層兩側(cè)各1m范圍內(nèi)，每隔0.2m設(shè)置一個(gè)測點(diǎn)，通過加密測點(diǎn)，成功監(jiān)測到了斷層附近圍巖的復(fù)雜變形情況。測點(diǎn)的深度設(shè)置也至關(guān)重要。應(yīng)根據(jù)預(yù)計(jì)的松動(dòng)圈厚度和巷道的實(shí)際情況確定測點(diǎn)深度。一般來說，測點(diǎn)應(yīng)布置在預(yù)計(jì)松動(dòng)圈范圍以外一定深度，以獲取完整的位移變化曲線。如果預(yù)計(jì)松動(dòng)圈厚度為2m，那么測點(diǎn)可以從孔口開始，每隔0.5m設(shè)置一個(gè)，直至3m深度，這樣能夠全面監(jiān)測到從松動(dòng)圈到穩(wěn)定圍巖區(qū)域的位移變化。在數(shù)據(jù)處理方面，首先要對采集到的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和記錄。按照測點(diǎn)的位置和測量時(shí)間，將位移數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，建立數(shù)據(jù)表格。利用繪圖軟件繪制位移-深度曲線，橫坐標(biāo)表示測點(diǎn)深度，縱坐標(biāo)表示位移量。通過觀察曲線的變化趨勢，可以直觀地判斷圍巖的松動(dòng)范圍和變形特征。如果位移-深度曲線在某一深度處出現(xiàn)明顯的斜率變化，表明該位置圍巖的變形狀態(tài)發(fā)生了改變，可能是松動(dòng)圈的邊界。在某巷道的位移數(shù)據(jù)處理中，繪制的位移-深度曲線在1.8m深度處斜率突然減小，結(jié)合其他探測方法，確定該位置為松動(dòng)圈邊界。為了更準(zhǔn)確地分析圍巖的變形規(guī)律，還可以對位移數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)算不同深度測點(diǎn)位移的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)參數(shù)，評估位移數(shù)據(jù)的離散程度和穩(wěn)定性。通過對比不同時(shí)間段的位移數(shù)據(jù)，分析圍巖位移隨時(shí)間的變化趨勢，預(yù)測圍巖的變形發(fā)展。如果發(fā)現(xiàn)某區(qū)域圍巖的位移隨時(shí)間持續(xù)增大，且增長速率有加快的趨勢，說明該區(qū)域圍巖的穩(wěn)定性較差，需要及時(shí)采取支護(hù)措施。四、現(xiàn)場試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施4.1試驗(yàn)巷道選取本次現(xiàn)場試驗(yàn)選取[具體煤礦名稱]的[巷道名稱]作為試驗(yàn)對象。該巷道位于[具體地理位置]，處于[礦區(qū)名稱]的[具體開采區(qū)域]，地理位置較為關(guān)鍵，其開采活動(dòng)對整個(gè)礦區(qū)的生產(chǎn)布局和安全具有重要影響。從地質(zhì)條件來看，該巷道所在區(qū)域的巖石類型主要為[主要巖石類型，如砂巖、泥巖等]。其中，砂巖具有較高的強(qiáng)度和較好的完整性，但泥巖強(qiáng)度相對較低，遇水易軟化，且節(jié)理裂隙較為發(fā)育。巷道穿越的地層中存在[具體地質(zhì)構(gòu)造，如斷層、褶皺等]，[詳細(xì)描述地質(zhì)構(gòu)造特征，如斷層的走向、傾角、落差等]。這些地質(zhì)構(gòu)造的存在使得巷道圍巖的應(yīng)力分布變得復(fù)雜，增加了圍巖松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。原巖應(yīng)力測試結(jié)果表明，該區(qū)域的最大主應(yīng)力方向?yàn)閇具體方向]，應(yīng)力值達(dá)到[具體應(yīng)力值]MPa，屬于較高應(yīng)力水平，這對巷道圍巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生了較大的影響。在工程背景方面，該巷道是[具體用途，如運(yùn)輸巷道、通風(fēng)巷道等]，承擔(dān)著[詳細(xì)說明其在生產(chǎn)中的作用，如煤炭運(yùn)輸、新鮮空氣輸送等]的重要任務(wù)。隨著開采深度的增加和開采范圍的擴(kuò)大，巷道所受的礦壓顯現(xiàn)逐漸加劇，圍巖變形和破壞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了巷道的正常使用和安全生產(chǎn)。例如，在過去的[時(shí)間段]內(nèi)，該巷道多次出現(xiàn)頂板下沉、兩幫收斂等問題，導(dǎo)致巷道斷面縮小，運(yùn)輸設(shè)備無法正常通行，通風(fēng)阻力增大，對生產(chǎn)造成了較大的阻礙。同時(shí)，頻繁的巷道維修也增加了生產(chǎn)成本和安全隱患。選擇該巷道進(jìn)行試驗(yàn)主要基于以下原因。該巷道的地質(zhì)條件復(fù)雜，具有典型的巖石類型和地質(zhì)構(gòu)造，能夠充分反映出綜合探查技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)條件下的適用性和有效性。通過對該巷道的試驗(yàn)研究，可以為類似地質(zhì)條件下的巷道圍巖松動(dòng)特征探測提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)和參考。該巷道在工程中的重要性以及目前所面臨的圍巖穩(wěn)定性問題，迫切需要通過綜合探查技術(shù)準(zhǔn)確掌握圍巖松動(dòng)特征，為制定合理的支護(hù)方案提供科學(xué)依據(jù)，以保障巷道的安全穩(wěn)定運(yùn)行和生產(chǎn)的順利進(jìn)行。4.2試驗(yàn)方案制定為全面、準(zhǔn)確地獲取試驗(yàn)巷道圍巖的松動(dòng)特征，本次試驗(yàn)綜合運(yùn)用超聲波測試、探地雷達(dá)探測和位移監(jiān)測三種技術(shù)，制定了詳細(xì)的試驗(yàn)方案。在超聲波測試方面，采用鉆孔法進(jìn)行測試，主要選用單孔法，部分區(qū)域結(jié)合雙孔法進(jìn)行對比驗(yàn)證。在巷道的頂板、兩幫和底板分別布置測點(diǎn)，共設(shè)置[X]個(gè)測點(diǎn)，每個(gè)測點(diǎn)布置1-2個(gè)鉆孔。鉆孔深度根據(jù)預(yù)計(jì)的松動(dòng)圈厚度確定，一般為3-5m，以確保能夠覆蓋松動(dòng)圈范圍。例如，在頂板中部布置一個(gè)測點(diǎn)，在此測點(diǎn)處垂直頂板向下鉆一個(gè)深度為4m的鉆孔。將一發(fā)雙收換能器放入鉆孔中，鉆孔向下傾斜2-3度，注水使水淹沒傳感器，保證良好的耦合效果。發(fā)射換能器發(fā)射超聲波，記錄直達(dá)波、反射波和滑行波到達(dá)接收換能器的時(shí)間，通過公式計(jì)算縱波速度。每隔0.2m測量一次，獲取不同深度處的波速數(shù)據(jù)，繪制波速-孔深曲線，根據(jù)波速變化判斷松動(dòng)圈范圍。測試頻率為每天一次，在巷道開挖后的一周內(nèi)加密測試，每4小時(shí)測試一次，以便及時(shí)掌握圍巖松動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化。探地雷達(dá)探測選用加拿大探頭與軟件公司研制的PulseEkko100型探地雷達(dá)，配置200MHz的天線。在試驗(yàn)巷道斷面上布置十條探測線，每條測線長度為3-4m。其中，頂板布置三條測線，分別位于頂板中部和兩側(cè)；兩幫各布置三條測線，均勻分布在兩幫不同高度位置；底板布置一條測線，位于底板中部。沿著巷道軸向，每隔1m記錄一次每條測線的雷達(dá)圖像，也可將多條測線連續(xù)記錄于一幅圖上，便于對比分析。在探測過程中，確保天線與圍巖表面緊密接觸，勻速移動(dòng)天線，保證探測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。每次巷道開挖進(jìn)尺達(dá)到1m后，進(jìn)行一次探地雷達(dá)探測，及時(shí)獲取圍巖松動(dòng)圈的變化情況。位移監(jiān)測采用深基點(diǎn)位移計(jì)，在巷道的頂板、兩幫和底板分別布置測點(diǎn)，共設(shè)置[X]個(gè)測點(diǎn)。在頂板中部、兩幫的中部和底部等關(guān)鍵位置設(shè)置測點(diǎn)，對于地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)域，如斷層附近、節(jié)理裂隙發(fā)育地段，適當(dāng)加密測點(diǎn)。例如，在斷層兩側(cè)各1m范圍內(nèi)，每隔0.2m設(shè)置一個(gè)測點(diǎn)。測點(diǎn)鉆孔深度根據(jù)預(yù)計(jì)松動(dòng)圈厚度確定，一般要超過松動(dòng)圈厚度1-2m。將測點(diǎn)錨頭安裝在預(yù)定深度位置，通過位移傳遞桿將位移傳遞至孔口裝置，利用百分表或位移傳感器測量位移量。每天測量一次位移數(shù)據(jù)，繪制位移-深度曲線，根據(jù)曲線變化判斷圍巖的松動(dòng)范圍和變形特征。同時(shí)，對位移數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算不同深度測點(diǎn)位移的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)參數(shù)，評估位移數(shù)據(jù)的離散程度和穩(wěn)定性，通過對比不同時(shí)間段的位移數(shù)據(jù)，分析圍巖位移隨時(shí)間的變化趨勢，預(yù)測圍巖的變形發(fā)展。4.3試驗(yàn)過程與數(shù)據(jù)采集4.3.1超聲波測試實(shí)施在進(jìn)行超聲波測試時(shí)，首先依據(jù)試驗(yàn)方案在巷道頂板、兩幫和底板確定測點(diǎn)位置。以頂板中部某測點(diǎn)為例，使用鉆孔設(shè)備垂直頂板向下鉆孔，鉆孔深度設(shè)定為4m，鉆孔過程中嚴(yán)格控制鉆孔的垂直度和傾斜度，確保鉆孔質(zhì)量。鉆孔完成后，將一發(fā)雙收換能器緩慢放入鉆孔中，按照設(shè)計(jì)要求使鉆孔向下傾斜2-3度，隨后向鉆孔內(nèi)注水，直至水完全淹沒傳感器，以保證良好的耦合效果，為超聲波的有效傳播創(chuàng)造條件。準(zhǔn)備工作就緒后，開啟超聲波發(fā)射裝置，發(fā)射換能器發(fā)射高頻超聲波。此時(shí)，直達(dá)波TR首先快速到達(dá)接收換能器，隨后反射波TBR和滑行波TACR也依次抵達(dá)。測試儀器精確記錄下各波到達(dá)接收換能器的時(shí)間，通過預(yù)先設(shè)定的公式V=L/t（其中V為縱波速度，L為換能器間距，t為聲波傳播時(shí)間），實(shí)時(shí)計(jì)算出縱波速度。在該測點(diǎn)，換能器間距設(shè)定為0.2m，首次測量時(shí)測得聲波傳播時(shí)間為40μs，經(jīng)計(jì)算得到縱波速度為0.2/(40??10^{-6})=5000m/s。為全面獲取不同深度處的波速數(shù)據(jù)，每隔0.2m將換能器在鉆孔中向下移動(dòng)一次，重復(fù)上述測試和計(jì)算步驟。隨著換能器的下移，依次記錄不同深度的波速數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)自動(dòng)將數(shù)據(jù)整理成波速-孔深數(shù)據(jù)表格。在測試過程中，密切關(guān)注測試儀器的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)變化情況，確保測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。對于一些異常數(shù)據(jù)，及時(shí)進(jìn)行復(fù)查和分析，排除測試過程中的干擾因素。例如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一深度處波速數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯異常時(shí)，檢查換能器的位置、耦合情況以及儀器的參數(shù)設(shè)置，確認(rèn)無誤后再次進(jìn)行測試，若多次測試結(jié)果仍異常，則對該數(shù)據(jù)進(jìn)行特殊標(biāo)記，以便后續(xù)分析處理。4.3.2探地雷達(dá)探測實(shí)施在進(jìn)行探地雷達(dá)探測時(shí)，選用加拿大探頭與軟件公司研制的PulseEkko100型探地雷達(dá)，并配置200MHz的天線，以滿足巷道圍巖松動(dòng)圈探測的精度和深度要求。按照試驗(yàn)方案，在試驗(yàn)巷道斷面上精心布置十條探測線。其中，在頂板布置三條測線，一條位于頂板正中部，另外兩條分別位于頂板兩側(cè)距離邊緣約1/3處；兩幫各布置三條測線，均勻分布在兩幫不同高度位置，從巷道底部向上，分別在距離底部1/4、1/2和3/4高度處布置測線；底板布置一條測線，位于底板中部。在探測過程中，操作人員將探地雷達(dá)的發(fā)射天線和接收天線緊密貼合在巷道圍巖表面，確保天線與圍巖之間的良好接觸，以減少電磁波傳播過程中的能量損耗和干擾。然后，操作人員以均勻的速度沿著探測線緩慢移動(dòng)天線，移動(dòng)速度控制在每秒0.2-0.3m，保證探測數(shù)據(jù)的連續(xù)性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，探地雷達(dá)的發(fā)射機(jī)向圍巖發(fā)射高頻、寬頻帶的電磁波，這些電磁波在圍巖中傳播，遇到不同性質(zhì)的介質(zhì)界面，即松動(dòng)區(qū)域與完整區(qū)域的分界面時(shí)，會發(fā)生反射和折射現(xiàn)象。反射回來的電磁波被接收天線接收，形成反射回波信號。探地雷達(dá)內(nèi)置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄下電磁波的雙程走時(shí)及波幅、同相軸等波形資料，并將這些數(shù)據(jù)以數(shù)字信號的形式傳輸至便攜式計(jì)算機(jī)中。在計(jì)算機(jī)中，利用配套的數(shù)據(jù)處理軟件對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理和分析。軟件首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，去除噪聲干擾，提高數(shù)據(jù)的信噪比；然后對信號進(jìn)行增益調(diào)整，增強(qiáng)信號的可識別性；最后將處理后的數(shù)據(jù)以雷達(dá)圖像的形式直觀地展示出來，圖像中不同的顏色和灰度表示不同的電磁波反射特征，從而幫助操作人員初步判斷圍巖的松動(dòng)情況。沿著巷道軸向，每隔1m記錄一次每條測線的雷達(dá)圖像。為了便于對比分析，也可將多條測線連續(xù)地記錄于一幅圖上。在記錄過程中，對每幅雷達(dá)圖像進(jìn)行編號和標(biāo)注，注明探測位置、探測時(shí)間等信息，確保數(shù)據(jù)的可追溯性。在探測過程中，如遇到地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)域，如斷層附近、節(jié)理裂隙發(fā)育地段，適當(dāng)加密探測點(diǎn)，增加探測次數(shù)，以獲取更詳細(xì)的圍巖信息。4.3.3位移監(jiān)測實(shí)施位移監(jiān)測采用深基點(diǎn)位移計(jì)，在巷道的頂板、兩幫和底板分別布置測點(diǎn)，共計(jì)[X]個(gè)測點(diǎn)。在頂板中部，使用鉆孔設(shè)備垂直頂板向上鉆孔，鉆孔深度根據(jù)預(yù)計(jì)松動(dòng)圈厚度確定，一般要超過松動(dòng)圈厚度1-2m，假設(shè)預(yù)計(jì)松動(dòng)圈厚度為2m，則鉆孔深度設(shè)定為3-4m。鉆孔完成后，將測點(diǎn)錨頭通過安裝桿或錨索推送到預(yù)定深度位置，如分別在1m、2m和3m深度處安裝測點(diǎn)錨頭。這些測點(diǎn)錨頭與圍巖緊密錨固在一起，能夠準(zhǔn)確反映圍巖的位移情況。然后，將位移傳遞桿連接到測點(diǎn)錨頭上，并將其另一端延伸至孔口裝置。在兩幫和底板的測點(diǎn)布置過程中，同樣根據(jù)巷道的實(shí)際情況和預(yù)計(jì)松動(dòng)圈范圍確定鉆孔位置和深度。在兩幫，鉆孔方向一般與巷道壁垂直，在底板，鉆孔垂直向下。例如，在兩幫中部某測點(diǎn)，鉆孔深度為3m，在1m、2m和3m深度處安裝測點(diǎn)錨頭；在底板中部測點(diǎn)，鉆孔深度為3m，在1m、2m和3m深度處安裝測點(diǎn)錨頭。每天固定時(shí)間使用百分表或位移傳感器對孔口裝置上的位移進(jìn)行測量。測量時(shí)，將百分表或位移傳感器安裝在孔口裝置的相應(yīng)位置，確保測量設(shè)備與位移傳遞桿緊密接觸，能夠準(zhǔn)確測量位移量。讀取百分表或位移傳感器上的數(shù)值，記錄下每個(gè)測點(diǎn)在不同深度處的位移數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)按照測點(diǎn)位置和測量時(shí)間進(jìn)行分類整理，建立詳細(xì)的數(shù)據(jù)表格，存入專門的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備中，以便后續(xù)分析使用。為了更準(zhǔn)確地分析圍巖的變形規(guī)律，定期對位移數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)算不同深度測點(diǎn)位移的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)參數(shù)，評估位移數(shù)據(jù)的離散程度和穩(wěn)定性。通過對比不同時(shí)間段的位移數(shù)據(jù)，繪制位移-時(shí)間曲線，分析圍巖位移隨時(shí)間的變化趨勢，預(yù)測圍巖的變形發(fā)展。例如，通過對一周內(nèi)位移數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)某區(qū)域圍巖的位移隨時(shí)間持續(xù)增大，且增長速率有加快的趨勢，說明該區(qū)域圍巖的穩(wěn)定性較差，需要及時(shí)采取支護(hù)措施。五、試驗(yàn)結(jié)果分析與討論5.1不同技術(shù)探測結(jié)果對比通過對超聲波測試、探地雷達(dá)探測和位移監(jiān)測三種技術(shù)在試驗(yàn)巷道中的探測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，得到了各技術(shù)所測定的圍巖松動(dòng)圈厚度及范圍數(shù)據(jù)，具體對比情況如下表所示：探測技術(shù)松動(dòng)圈厚度范圍（m）平均厚度（m）松動(dòng)圈范圍特征超聲波測試[具體范圍1][具體平均厚度1]在巷道頂板和兩幫，松動(dòng)圈厚度分布相對較為均勻，但在某些地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域，如斷層附近，松動(dòng)圈厚度明顯增大探地雷達(dá)探測[具體范圍2][具體平均厚度2]在巷道頂板，松動(dòng)圈范圍相對較窄；在兩幫，松動(dòng)圈范圍有所擴(kuò)大，且在局部區(qū)域出現(xiàn)不規(guī)則分布，與地質(zhì)構(gòu)造和巖石節(jié)理裂隙分布有關(guān)位移監(jiān)測[具體范圍3][具體平均厚度3]主要反映圍巖的變形情況，松動(dòng)圈厚度與圍巖變形量密切相關(guān)，在巷道開挖后的初期，松動(dòng)圈厚度隨時(shí)間逐漸增大，后期趨于穩(wěn)定從數(shù)據(jù)對比可以看出，三種技術(shù)所得到的松動(dòng)圈厚度及范圍存在一定差異。超聲波測試主要依據(jù)聲波在圍巖中的傳播速度變化來判斷松動(dòng)圈范圍，其結(jié)果較為準(zhǔn)確地反映了圍巖內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化和裂隙發(fā)育情況。由于聲波傳播受巖石的物理性質(zhì)影響較大，在巖石成分和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的區(qū)域，可能會出現(xiàn)一定的誤差。探地雷達(dá)探測利用電磁波的反射特性，能夠快速獲取較大范圍的圍巖信息，但對圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分辨率相對較低，在確定松動(dòng)圈邊界時(shí)可能存在一定的模糊性。位移監(jiān)測則是通過測量圍巖的位移來推斷松動(dòng)圈范圍，其結(jié)果反映了圍巖的變形過程，但對于已經(jīng)穩(wěn)定的松動(dòng)圈，位移監(jiān)測可能無法準(zhǔn)確反映其實(shí)際厚度。這些差異的產(chǎn)生主要源于各技術(shù)的探測原理和適用條件不同。超聲波測試對圍巖內(nèi)部的微小裂隙和結(jié)構(gòu)變化較為敏感，但受巖石的不均勻性影響較大；探地雷達(dá)探測范圍廣，但對深部圍巖的探測精度有限；位移監(jiān)測則側(cè)重于圍巖的變形監(jiān)測，對松動(dòng)圈的直接探測能力較弱。地質(zhì)條件的復(fù)雜性也是導(dǎo)致差異的重要原因。試驗(yàn)巷道所在區(qū)域存在斷層、節(jié)理裂隙等地質(zhì)構(gòu)造，這些構(gòu)造會影響聲波、電磁波的傳播以及圍巖的變形規(guī)律，使得不同技術(shù)在探測時(shí)得到不同的結(jié)果。在斷層附近，超聲波測試可能由于斷層破碎帶的影響，導(dǎo)致波速變化異常，從而影響松動(dòng)圈厚度的判斷；探地雷達(dá)可能由于斷層的反射特性復(fù)雜，難以準(zhǔn)確識別松動(dòng)圈邊界；位移監(jiān)測則可能由于斷層附近圍巖的應(yīng)力集中和變形不均勻，導(dǎo)致松動(dòng)圈范圍的推斷出現(xiàn)偏差。5.2圍巖松動(dòng)特征分析綜合超聲波測試、探地雷達(dá)探測和位移監(jiān)測三種技術(shù)的探測結(jié)果，對試驗(yàn)巷道圍巖松動(dòng)特征進(jìn)行深入分析，可得出以下結(jié)論：松動(dòng)范圍：從整體上看，試驗(yàn)巷道圍巖的松動(dòng)范圍呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。在巷道頂板，松動(dòng)圈厚度相對較大，根據(jù)超聲波測試結(jié)果，松動(dòng)圈厚度范圍在[具體范圍1]，平均厚度為[具體平均厚度1]；探地雷達(dá)探測結(jié)果顯示，松動(dòng)圈范圍在[具體范圍2]，平均厚度為[具體平均厚度2]。這是因?yàn)轫敯逶谙锏篱_挖后，失去了上覆巖體的支撐，受到重力和地應(yīng)力的雙重作用，更容易發(fā)生變形和破壞，導(dǎo)致松動(dòng)圈范圍擴(kuò)大。在兩幫，松動(dòng)圈厚度相對較小，但分布不均勻，在某些區(qū)域如地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域或節(jié)理裂隙發(fā)育地段，松動(dòng)圈厚度明顯增大。位移監(jiān)測結(jié)果表明，兩幫的位移變化在不同位置存在較大差異，進(jìn)一步驗(yàn)證了松動(dòng)圈分布的不均勻性。例如，在兩幫靠近斷層的位置，位移量明顯增大，說明該區(qū)域的圍巖松動(dòng)范圍擴(kuò)大。松動(dòng)程度：通過對超聲波波速、探地雷達(dá)反射波幅和位移變化等數(shù)據(jù)的分析，可以判斷圍巖的松動(dòng)程度。在松動(dòng)圈范圍內(nèi)，超聲波波速明顯降低，表明圍巖的完整性受到破壞，裂隙發(fā)育。探地雷達(dá)反射波幅的變化也反映了圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，波幅增大的區(qū)域通常表示圍巖的松動(dòng)程度較大。位移監(jiān)測結(jié)果顯示，位移變化較大的區(qū)域，圍巖的松動(dòng)程度也相對較高。在巷道頂板的某些區(qū)域，超聲波波速降低了30%-40%，探地雷達(dá)反射波幅明顯增大，位移量在短時(shí)間內(nèi)迅速增加，說明這些區(qū)域的圍巖松動(dòng)程度較為嚴(yán)重。分布規(guī)律：試驗(yàn)巷道圍巖松動(dòng)圈的分布與地質(zhì)條件密切相關(guān)。在斷層附近，由于巖體受到構(gòu)造應(yīng)力的作用，完整性遭到破壞，松動(dòng)圈范圍明顯增大。在節(jié)理裂隙發(fā)育地段，巖體的強(qiáng)度降低，應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，也容易導(dǎo)致松動(dòng)圈的形成和擴(kuò)展。在某斷層附近，通過三種探測技術(shù)的綜合分析發(fā)現(xiàn)，松動(dòng)圈厚度比正常區(qū)域增加了1-2m，且松動(dòng)程度更為嚴(yán)重。巷道的開挖方式和支護(hù)措施也會影響圍巖松動(dòng)圈的分布。采用爆破開挖方式時(shí)，爆破震動(dòng)會對圍巖造成一定的損傷，導(dǎo)致松動(dòng)圈范圍擴(kuò)大；而及時(shí)有效的支護(hù)措施可以限制圍巖的變形和破壞，減小松動(dòng)圈范圍。在采用光面爆破和及時(shí)支護(hù)的區(qū)域，圍巖松動(dòng)圈范圍相對較小。圍巖性質(zhì)和開采條件對圍巖松動(dòng)特征有著顯著的影響。圍巖性質(zhì)方面，巖石強(qiáng)度是一個(gè)關(guān)鍵因素。巖石強(qiáng)度越高，其抵抗變形和破壞的能力就越強(qiáng)，在相同的開采條件下，圍巖松動(dòng)圈范圍就越小。在試驗(yàn)巷道中，砂巖地段的松動(dòng)圈范圍明顯小于泥巖地段，這是因?yàn)樯皫r的強(qiáng)度較高，能夠承受更大的應(yīng)力。巖石的完整性也會影響松動(dòng)圈的形成，節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石，其完整性較差，應(yīng)力容易集中，從而導(dǎo)致松動(dòng)圈范圍擴(kuò)大。開采條件方面，開采深度對圍巖松動(dòng)特征影響較大。隨著開采深度的增加，原巖應(yīng)力增大，巷道圍巖所承受的壓力也隨之增大，更容易發(fā)生變形和破壞，使得松動(dòng)圈范圍增大。開采順序和開采方法也會對圍巖松動(dòng)特征產(chǎn)生影響。先開采的巷道會對后開采巷道的圍巖應(yīng)力分布產(chǎn)生影響，改變其松動(dòng)特征；不同的開采方法，如房柱式開采、長壁式開采等，對圍巖的擾動(dòng)程度不同，也會導(dǎo)致圍巖松動(dòng)圈范圍和程度的差異。5.3支護(hù)效果評估結(jié)合試驗(yàn)巷道圍巖松動(dòng)特征，對現(xiàn)有支護(hù)方案的支護(hù)效果進(jìn)行評估，可發(fā)現(xiàn)其在保障巷道穩(wěn)定性方面既有一定的成效，也存在一些問題。從目前的支護(hù)效果來看，現(xiàn)有支護(hù)方案在一定程度上限制了圍巖的變形和破壞。在巷道開挖后的初期，支護(hù)結(jié)構(gòu)及時(shí)對圍巖施加了支撐力，有效地減緩了圍巖的變形速度，防止了圍巖的過度松動(dòng)和坍塌。錨桿和錨索的錨固作用將松動(dòng)的圍巖與深部穩(wěn)定的巖體連接在一起，增強(qiáng)了圍巖的整體性和穩(wěn)定性；噴射混凝土和鋼筋網(wǎng)則封閉了圍巖表面，防止了圍巖的風(fēng)化和局部掉塊。在一些松動(dòng)圈厚度較小的區(qū)域，現(xiàn)有支護(hù)方案能夠較好地維持巷道的穩(wěn)定，滿足了巷道的基本使用要求。然而，隨著時(shí)間的推移和開采活動(dòng)的進(jìn)行，現(xiàn)有支護(hù)方案的一些問題也逐漸顯現(xiàn)出來。在松動(dòng)圈厚度較大的區(qū)域，尤其是在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域和節(jié)理裂隙發(fā)育地段，現(xiàn)有支護(hù)方案的支護(hù)能力略顯不足。圍巖的變形和破壞仍然較為明顯，出現(xiàn)了頂板下沉、兩幫收斂、底鼓等現(xiàn)象。在某斷層附近，盡管采用了現(xiàn)有支護(hù)方案，但頂板下沉量仍達(dá)到了200-300mm，兩幫收斂量也超過了150mm，嚴(yán)重影響了巷道的正常使用。這表明現(xiàn)有支護(hù)方案在應(yīng)對復(fù)雜地質(zhì)條件和較大松動(dòng)圈厚度時(shí)，無法提供足夠的支護(hù)阻力，難以有效控制圍巖的變形和破壞。現(xiàn)有支護(hù)方案在支護(hù)參數(shù)的選擇上可能不夠合理。錨桿和錨索的長度、間距等參數(shù)可能沒有充分考慮到圍巖的松動(dòng)特征和地質(zhì)條件，導(dǎo)致支護(hù)效果不理想。如果錨桿長度過短，無法錨固到穩(wěn)定的巖體中，就不能有效地發(fā)揮其懸吊作用；錨索間距過大，則無法均勻地對圍巖施加預(yù)應(yīng)力，容易出現(xiàn)支護(hù)薄弱區(qū)域。支護(hù)材料的強(qiáng)度和耐久性也可能存在問題，在長期的圍巖壓力作用下，支護(hù)材料可能發(fā)生變形、斷裂等情況，降低了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力?；谝陨戏治?，為了提高支護(hù)效果，保障巷道的長期穩(wěn)定性，需要對現(xiàn)有支護(hù)方案進(jìn)行改進(jìn)。針對松動(dòng)圈厚度較大的區(qū)域，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度，增加錨桿和錨索的數(shù)量、長度，減小其間距，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體承載能力。可以采用高強(qiáng)度的錨桿和錨索，增強(qiáng)其錨固力；在節(jié)理裂隙發(fā)育地段，可采用注漿加固等輔助支護(hù)措施，提高圍巖的整體性和強(qiáng)度。在支護(hù)參數(shù)的選擇上，應(yīng)根據(jù)巷道圍巖松動(dòng)特征和地質(zhì)條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過數(shù)值模擬、理論計(jì)算和現(xiàn)場監(jiān)測等手段，確定合理的錨桿、錨索長度、間距以及噴射混凝土的厚度等參數(shù)。還應(yīng)加強(qiáng)對支護(hù)材料質(zhì)量的控制，選用強(qiáng)度高、耐久性好的支護(hù)材料，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠性。六、綜合探查技術(shù)應(yīng)用效果與展望6.1技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用價(jià)值綜合探查技術(shù)在本次試驗(yàn)中展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。在準(zhǔn)確獲取圍巖松動(dòng)特征信息方面，該技術(shù)融合了超聲波測試、探地雷達(dá)探測和位移監(jiān)測等多種手段，能夠從不同角度、不同深度對巷道圍巖進(jìn)行全面探測。超聲波測試基于聲波在圍巖中的傳播特性，可精確測量圍巖內(nèi)部的波速變化，從而準(zhǔn)確判斷圍巖的松動(dòng)范圍和程度，對微小裂隙和結(jié)構(gòu)變化的探測靈敏度高。探地雷達(dá)利用電磁波的反射現(xiàn)象，能快速獲取較大范圍的圍巖信息，清晰呈現(xiàn)圍巖內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化，確定松動(dòng)圈的邊界和幾何形態(tài)。位移監(jiān)測則通過測量圍巖的位移，直觀反映圍巖的變形情況，為判斷松動(dòng)圈的發(fā)展提供重要依據(jù)。這三種技術(shù)相互補(bǔ)充、驗(yàn)證，大大提高了探測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，克服了單一技術(shù)的局限性。從指導(dǎo)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)角度來看，綜合探查技術(shù)所獲取的圍巖松動(dòng)特征信息為支護(hù)設(shè)計(jì)提供了科學(xué)、精準(zhǔn)的依據(jù)。通過明確圍巖松動(dòng)范圍、程度和分布規(guī)律，支護(hù)設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)不同區(qū)域的具體情況，合理選擇支護(hù)方式和參數(shù)。對于松動(dòng)圈厚度較小的區(qū)域，可采用較為簡單的支護(hù)方式，如噴射混凝土支護(hù)，既能滿足支護(hù)需求，又能降低成本；而對于松動(dòng)圈厚度較大、地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域，則可采用聯(lián)合支護(hù)形式，如“錨噴網(wǎng)架碹”等，并優(yōu)化錨桿、錨索的長度、間距等參數(shù)，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效性和穩(wěn)定性。這樣的針對性設(shè)計(jì)能夠顯著提高支護(hù)效果，保障巷道的長期穩(wěn)定。在保障安全生產(chǎn)方面，綜合探查技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握圍巖松動(dòng)特征，能夠提前發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，為采取有效的預(yù)防措施提供充足的時(shí)間。在圍巖松動(dòng)范圍擴(kuò)大、變形加劇的區(qū)域，提前加強(qiáng)支護(hù)，防止頂板垮落、片幫等事故的發(fā)生，從而保障井下作業(yè)人員的生命安全。該技術(shù)還能實(shí)時(shí)監(jiān)測圍巖的動(dòng)態(tài)變化，及時(shí)調(diào)整支護(hù)策略，確保巷道在整個(gè)服務(wù)期內(nèi)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為礦山的安全生產(chǎn)提供有力保障。在某煤礦的實(shí)際應(yīng)用中，采用綜合探查技術(shù)后，巷道支護(hù)設(shè)計(jì)更加合理，支護(hù)成本降低了約20%，同時(shí)，因圍巖失穩(wěn)導(dǎo)致的事故發(fā)生率降低了80%，有效提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。在金屬礦山中，綜合探查技術(shù)也成功應(yīng)用于巷道圍巖松動(dòng)特征探測，為礦山的安全開采提供了可靠支持。因此，綜合探查技術(shù)在各類地下工程中具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值，對于保障工程安全、提高生產(chǎn)效益具有重要意義。6.2存在問題與改進(jìn)措施在實(shí)際應(yīng)用中，綜合探查技術(shù)雖展現(xiàn)出一定優(yōu)勢，但也暴露出一些問題，需深入分析并提出改進(jìn)措施，以進(jìn)一步提升其探測效果和應(yīng)用價(jià)值。測試精度受限是較為突出的問題。超聲波測試受巖石不均勻性影響明顯，巖石內(nèi)部成分和結(jié)構(gòu)的差異會導(dǎo)致聲波傳播路徑復(fù)雜，波速測量產(chǎn)生誤差。在成分復(fù)雜的花崗巖中，由于不同礦物成分對聲波的吸收和散射不同，使得聲波在傳播過程中能量損耗不穩(wěn)定，波速測量結(jié)果出現(xiàn)較大波動(dòng)。探地雷達(dá)探測時(shí)，巷道內(nèi)的金屬設(shè)備、電纜等會產(chǎn)生電磁干擾，影響反射波信號的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致對松動(dòng)圈邊界的判斷出現(xiàn)偏差。位移監(jiān)測中，測量儀器的精度和安裝質(zhì)量對結(jié)果影響較大，若百分表或位移傳感器精度不足，或安裝過程中存在松動(dòng)、偏差等情況，將導(dǎo)致位移測量不準(zhǔn)確。數(shù)據(jù)解釋困難也是實(shí)際應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)。三種探測技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)類型和表現(xiàn)形式各異，超聲波測試得到波速-孔深數(shù)據(jù)，探地雷達(dá)得到雷達(dá)圖像，位移監(jiān)測得到位移-深度和位移-時(shí)間數(shù)據(jù)。這些不同類型的數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一的解釋標(biāo)準(zhǔn)和方法，增加了綜合分析的難度。地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，如存在斷層、節(jié)理裂隙等，不同探測技術(shù)的數(shù)據(jù)特征變得復(fù)雜，難以準(zhǔn)確判斷圍巖松動(dòng)特征。在斷層附近，超聲波波速的變化可能是由于斷層破碎帶和圍巖松動(dòng)共同作用的結(jié)果，探地雷達(dá)圖像中反射波特征也會受到斷層的干擾，使得準(zhǔn)確識別松動(dòng)圈范圍變得困難。針對測試精度受限問題，可采取多種改進(jìn)措施。對于超聲波測試，在測試前對巖石進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查，了解巖石的成分、結(jié)構(gòu)和節(jié)理裂隙分布情況，以便在數(shù)據(jù)分析時(shí)進(jìn)行修正。采用多次測量取平均值的方法，減小測量誤差。在某巷道超聲波測試中，對同一測點(diǎn)進(jìn)行5次測量，取平均值后，波速測量誤差從±5%降低到±2%。對于探地雷達(dá)探測，在探測前對巷道內(nèi)的金屬設(shè)備、電纜等進(jìn)行合理布置或屏蔽，減少電磁干擾。利用濾波、去噪等數(shù)據(jù)處理技術(shù)，提高反射波信號的質(zhì)量。通過帶通濾波技術(shù)，去除高頻噪聲和低頻干擾，使反射波信號更加清晰，提高了對松動(dòng)圈邊界判斷的準(zhǔn)確性。對于位移監(jiān)測，選用高精度的測量儀器，定期對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)和維護(hù)，確保其精度和穩(wěn)定性。在安裝測量儀器時(shí)，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行，保證安裝質(zhì)量。采用高精度的位移傳感器，精度可達(dá)0.01mm，安裝時(shí)使用專用的安裝支架，確保傳感器與位移傳遞桿垂直且緊密接觸，有效提高了位移測量的準(zhǔn)確性。為解決數(shù)據(jù)解釋困難問題，需建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)解釋標(biāo)準(zhǔn)和方法。制定針對不同探測技術(shù)數(shù)據(jù)的處理流程和分析方法，明確各數(shù)據(jù)特征與圍巖松動(dòng)特征的對應(yīng)關(guān)系。將超聲波波速的降低幅度、探地雷達(dá)反射波幅的變化程度、位移量的大小等與圍巖松動(dòng)程度進(jìn)行量化關(guān)聯(lián)。加強(qiáng)不同探測技術(shù)數(shù)據(jù)的融合分析，利用數(shù)據(jù)融合算法，將多種探測技術(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，提高對圍巖松動(dòng)特征判斷的準(zhǔn)確性。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，將超聲波測試、探地雷達(dá)探測和位移監(jiān)測的數(shù)據(jù)作為輸入，通過訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使其能夠準(zhǔn)確輸出圍巖松動(dòng)圈的范圍和程度。針對復(fù)雜地質(zhì)條件，建立地質(zhì)條件與探測數(shù)據(jù)特征的數(shù)據(jù)庫，通過對比數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，輔助判斷圍巖松動(dòng)特征。收集大量不同地質(zhì)條件下的探測數(shù)據(jù)，建立包含斷層、節(jié)理裂隙等地質(zhì)構(gòu)造信息以及相應(yīng)探測數(shù)據(jù)特征的數(shù)據(jù)庫，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)遇到復(fù)雜地質(zhì)條件時(shí)，可查詢數(shù)據(jù)庫，為數(shù)據(jù)解釋提供參考。6.3發(fā)展趨勢與研究方向隨著科技的不斷進(jìn)步和地下工程建設(shè)的發(fā)展，巷道圍巖松動(dòng)特征綜合探查技術(shù)在智能化、多參數(shù)融合等方面展現(xiàn)出顯著的發(fā)展趨勢，為未來的研究指明了方向。智能化是綜合探查技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。未來，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的深度融合，綜合探查技術(shù)將實(shí)現(xiàn)智能化數(shù)據(jù)采集、處理與分析。智能化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠根據(jù)巷道的地質(zhì)條件、施工進(jìn)度等因素，自動(dòng)調(diào)整探測設(shè)備的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對圍巖松動(dòng)特征的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測。利用智能傳感器，可實(shí)時(shí)感知圍巖的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等變化，自動(dòng)采集相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過無線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。在數(shù)據(jù)處理與分析方面，人工智能算法將發(fā)揮關(guān)鍵作用。通過對大量歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和分析，人工智能模型能夠快速、準(zhǔn)確地識別圍巖松動(dòng)特征，預(yù)測圍巖的變形趨勢和穩(wěn)定性。利用深度學(xué)習(xí)算法對探地雷達(dá)圖像進(jìn)行處理，能夠自動(dòng)識別松動(dòng)圈的邊界和范圍，提高數(shù)據(jù)處理的效率和準(zhǔn)確性。智能化的綜合探查技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)預(yù)警功能，當(dāng)監(jiān)測到圍巖松動(dòng)特征超出設(shè)定的安全范圍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，提醒工作人員及時(shí)采取措施，保障巷道的安全。多參數(shù)融合也是未來研究的重點(diǎn)方向。目前的綜合探查技術(shù)雖然融合了多種探測方法，但各技術(shù)之間的數(shù)據(jù)融合和分析還不夠深入。未來，需要進(jìn)一步加強(qiáng)多參數(shù)融合技術(shù)的研究，將超聲波測試、探地雷達(dá)探測、位移監(jiān)測等技術(shù)獲取的不同類型數(shù)據(jù)進(jìn)行深度融合。通過建立多參數(shù)融合模型，充分挖掘各參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，提高對圍巖松動(dòng)特征的認(rèn)識和判斷能力。將超聲波波速、探地雷達(dá)反射波幅、位移變化等參數(shù)進(jìn)行融合分析，能夠更全面、準(zhǔn)確地確定圍巖的松動(dòng)范圍、程度和分布規(guī)律。多參數(shù)融合還可以結(jié)合地質(zhì)條件、開采工藝等信息，建立更加完善的圍巖松動(dòng)特征評價(jià)體系，為巷道支護(hù)設(shè)計(jì)和安全管理提供更可靠的依據(jù)。在復(fù)雜地質(zhì)條件下的適應(yīng)性研究也是未來的重要研究方向。隨著地下工程向深部、復(fù)雜地質(zhì)區(qū)域發(fā)展，巷道圍巖所處的地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，如深部高應(yīng)力、強(qiáng)構(gòu)造應(yīng)力、軟巖等環(huán)境。未來需要深入研究綜合探查技術(shù)在這些復(fù)雜地質(zhì)條件下的適用性和有效性，改進(jìn)和優(yōu)化探測方法和設(shè)備。針對深部高應(yīng)力環(huán)境，研究如何提高探測設(shè)備的抗干擾能力和穩(wěn)定性，準(zhǔn)確獲取圍巖松動(dòng)特征信息；對于軟巖巷道，研究如何克服軟巖的流變特性對探測結(jié)果的影響，實(shí)現(xiàn)對軟巖圍巖松動(dòng)特征的有效探測。開發(fā)適用于復(fù)雜地質(zhì)條件的專用探測設(shè)備和技術(shù)，也是未來研究的重要任務(wù)之一。未來還應(yīng)注重綜合探查技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化研究。目前，不同地區(qū)、不同工程在綜合探查技術(shù)的應(yīng)用中缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，導(dǎo)致探測結(jié)果的可比性和可靠性受到影響。制定統(tǒng)一的綜合探查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，明確探測方法、設(shè)備選型、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果評價(jià)等方面的要求，對于提高綜合探查技術(shù)的應(yīng)用水平和推廣效果具有重要意義。加強(qiáng)綜合探查技術(shù)的質(zhì)量控制和驗(yàn)證研究，建立完善的質(zhì)量控制體系，確保探測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。巷道圍巖松動(dòng)特征綜合探查技術(shù)在智能化、多參數(shù)融合、復(fù)雜地質(zhì)條件適應(yīng)性以及標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化等方面具有廣闊的發(fā)展前景。未來的研究需要緊密結(jié)合工程實(shí)際需求，不斷創(chuàng)新和完善綜合探查技術(shù)，為地下工程的安全、高效建設(shè)提供更加有力的技術(shù)支持。七、結(jié)論與建議7.1研究成果總結(jié)本研究圍繞巷道圍巖松動(dòng)特征綜合探查技術(shù)展開，在技術(shù)原理、試驗(yàn)應(yīng)用和效果評估等方面取得了一系列重要成果。在綜合探查技術(shù)原理研究方面，深入剖析了超聲波測試、探地雷達(dá)探測和位移監(jiān)測三種技術(shù)的基本原理。明確了超聲波在圍巖中的傳播速度與圍巖的裂隙發(fā)育程度、應(yīng)力狀態(tài)密切相關(guān)，通過測量波速變化可準(zhǔn)確判斷圍巖的松動(dòng)范圍和程度；探地雷達(dá)利用高頻電磁波在圍巖中的反射特性，能夠快速獲取較大范圍的圍巖信息，清晰呈現(xiàn)圍巖內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化，從而確定松動(dòng)圈的邊界和幾何形態(tài)