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摘要：在深部巷道围岩中，随着矿产资源的开发，出现了完整区与破裂相间分区破裂化的现象，这是新发现的一种特殊地质现象，国内外岩石力学学者对此高度重视，本文以某矿区为案例对该现象的现场监测进行了简要分析。
关键词：分区破裂化；深部巷道；监测；围岩；岩石力学
中图分类号：TD263 文献标识码：A 文章编号：
一、工程概述
为了进一步对围岩分区破裂范围与巷道断面尺寸的关系，以某矿区为研究对象，分别选取不同断面尺寸的巷道进行监测。该矿区的地面高程大约在45米左右，所以巷道埋深为955米左右。
（1）地质条件
水仓内仓与轨道大巷位于煤底板11-2，巷道所在岩层近乎水平，岩性为中砂岩、粉细砂岩以及砂质泥岩，根据对附近的钻孔资料进行分析，得出，11-2煤厚在2.2-3.1米，平均厚度为2.6米。
（2）支护设计以及巷道断面
水仓内仓与轨道大巷的断面形状都是半圆拱形，都是采用锚索支护+锚网喷，间排距全部为800 mm×800 mm，φ 20 mm×2 200 mm 的高强度螺纹钢规格的锚杆；断面的尺寸分别是2 800 mm×2 400 mm以及5 000 mm×3 880 mm；喷层采用厚度为150 mm的C20混凝土；φ6 mm为钢筋网的规格；φ 15.24mm×6 200 mm为锚索规格，排、间距是2.4米。见图1。
（3）断面位置监测
共布置了三个轨道大巷断面，监测断面A和B之间相距60米，水仓距离监测断面A80米，监测断面D布置在水仓内仓，监测断面B和C之间相距95米，起坡处为D的位置。如图2所示。
二、监测方案以及监测仪器
（1）检测原理与检测仪器
采用KDVJ–400由中矿华泰生产的矿井钻孔电视成像仪作为巷道围岩内破坏的监测仪器。其可以将钻孔内壁构造在液晶显示屏幕上显示，监测采用彩色高分辨率电视摄像头，具有防爆功能，可录像，颜色逼真，图像清晰，孔内的整体情况都能进行监测，并且由于其重量轻，体积小，所以非常便于操作。矿井钻孔电视成像仪的主要组成部分包括：系统控制器、彩色监视器、井下全景摄像探头以及专用电视电缆等。
（2）监测方案
采用锚索机对监测断面A钻孔，钻孔深度10 米，直径φ32mm。由于在钻水平孔时锚索钻机存在一定的困难，所以，分别在左右两拱肩和顶板共钻三个钻孔。采用地质钻机对监测断面B-D钻孔，钻孔10 m，直径φ73 mm。分别在左右两帮、顶板左右两拱肩共钻五个钻孔，如图3所示。
对围岩内部的破坏情况利用钻孔电视进行监测时，采用一边推进摄像头，一边对围岩的破坏情况进行记录的形式，一直到钻孔的底部为止。孔内围岩当监测到裂隙或破坏时，将围岩的破坏程度、破裂的深度以及录像的时间进行记录，并将围岩的破坏程度、破坏的深度以及录像进行相互对应。
三、分析监测结果
（1）钻孔图像
对每个断面的所有钻孔采用钻孔电视进行监测录像，图4为部分孔内的视频截图。通过图4我们可以看出，完整岩石、破坏的情况以及不同的岩层，钻孔电视视频都能够清晰地进行分辨，可根据破坏的程度分为，破碎、裂缝、严重破碎以及裂隙，白色的气体突出可以在裂隙处监测到。
（2）监测结果
根据所监测到的围岩内部的相关破坏资料，沿钻孔将每一个钻孔内围岩的破坏由内向外依次在图上进行描绘，并用多义线将不同孔内岩破裂区间隔超过0.5 m的围岩连接起来，并用十字网格对其进行填充，由此可形成深度不同的破裂区，间隔的完整区在各破裂区之间。
A-C监测断面围岩分区破裂的具体分布情况如图5-7。监测断面 C的1#，由于钻孔5#塌孔，只分别监测到了6.8与6.3米，预测的破裂带在图7中已绘出。
通过上图我们可以看出，破坏最为严重的巷道表面1.5-3.0 米范围内围岩，以破碎及严重破碎为主，在大断面巷道围岩的内部一共有四个破裂区，可以将这个区域认为是巷道围岩的传统意义松动圈。完整区在表面破坏区之外，再往外进入平均深度3.5-4.0米的第二破裂圈，该分区一裂隙及破碎为主，该分区的破坏相对也比较大。之后是完整区和平均深度为5-6 米的第三破裂区，该区以裂缝为主，破坏相对较小，然后进入平均深度为7-8 米的第四破裂区，该区的主要破裂为裂隙。图8为围岩分区破裂D监测断面的分布。
巷道围岩内部通过图8我们可以看出，可大致分为四个破裂区，围岩破坏最为严重的是道表面1.0-2.0米范围以内，其中围岩破坏也比较大的是2#钻孔2.6米范围，所以可以认为这个区域是巷道围岩传统意义上的松动圈。分区破裂化现象在五个钻孔内的围岩中都有存在，此外，巷道表面距破裂区的深度大致上是相同的，到每个破裂分区的范围通过将处于同一破裂圈的五个钻孔的深度平均后得出：
0.0-1.5 米为第一个破裂区范围；
2.1-2.6 米为第二个破裂区范围；
3.2-3.4 米为第三个破裂区范围；
3.8-4.1 米为第四个破裂区范围。
在5.00-5.75米范围内1#钻孔存在一个破裂区，裂隙在6.4米处存有一处；在5.8米处4#钻孔也存在一处裂隙。小断面巷道与大断面巷道相比，从破坏的深度来看要小一些。我们可以知道，巷道断面在相同的地质条件下缩小时，每个巷道围岩内的分区破裂半径也会随之相应的缩小。
（3）分析及讨论
1）分析裂隙的产生原因
根据图1，对断面A进行监测，巷道顶板 10 m钻孔穿越1.9 米厚的中砂岩、7.5 米厚的砂质泥岩层以及0.8 米厚的泥岩，从最大监测钻孔内的破坏深度来看，都在7.5米范围内，所以天然岩层分层是不存在的。也在砂质泥岩层对断面 D的破坏范围进行监测。
虽然距离煤层巷道顶板监测断面B和C比较近，所穿过的岩层也比较多，不过天然的岩层之间有较好的胶结，有不少加工好的岩样都是两种岩层交界处。岩层由于近乎水平，同一种岩层被两个水平孔穿过，天然人岩层分层不会存在。
如果钻孔内裂隙为椭圆形态，那么天然裂隙则两侧倾斜，与钻孔轴向不会垂直，但是所有的孔内裂隙形态都和钻孔轴向垂直，这就说明了是由于开挖巷道造成的岩层裂隙。而左右两帮也存在着近似圆形的水平孔内的裂隙，并且与钻孔轴向垂直，这就更进一步说明了是由于开挖巷道所引起的监测到的裂隙。
2）各破裂分区的具体范围
表1为对所监测的每个巷道围岩的各个钻孔的破裂分区范围的平均值。在表1中外径与内经分别表示的是远离巷道的一侧以及靠近巷道的一側；而表中的数值则分别加上了半径1.4米以及半径2.5米的监测断面。
(2) 各个破裂分区的范围
将巷道每个监测断面围岩各钻孔破裂分区的范围平均后的值列于表 2。表中数值分别加上半径 2.5和 1.4 m 的监测断面；内径和外径分别表示靠近巷道的一侧和远离巷道的一侧。
根据表1绘制了如图9所示的两个不同的断面分区破裂分布图。根据表1所给出的数据显示，10.80 米为比较大的断面破裂分区的最大外径，8.30米为其破坏的深度；5.5米为比较小的断面破裂分区的最大外径，4.4米为其破坏深度。对于同一个破裂的分区来说，各个小断面的破裂分区的半径都大概在大断面破裂分区半径的53%-62%之间，平均值为57%，而0.56为两者的半径比，两者之间相差并不大。所以，我们可以认为巷道的直径和巷道分区的破裂半径是成正比的。
总结：目前深部巷道的围岩分区破裂化现象，引起了越来越多的关注，为了进一步对该现象进行分析和研究，特别选择了断面尺寸不同的巷道，对巷道围岩内部的破裂情况采用矿井钻孔电视成像仪进行了监测，清晰监测到了分区的破裂化现象。
参考文献：
[1] 钱七虎. 深部岩体工程响应的特征科学现象及“深部”的界定[J].东华理工学院学报，2004，27(1)：1–5.
[2] 周宏伟，谢和平，左建平. 深部高地应力下岩石力学行为研究进展[J]. 力学进展，2005，35(1)：91–99.
[3] 李全生. 我国井下煤矿开采技术现状和发展展望[J]. 煤矿开采，2002，7(3)：1–5.
[4] 何满潮，谢和平，彭苏萍，等. 深部开采岩体力学研究[J]. 岩石力学与工程学报，2005，24(16)：2 803–2 813.
关键词：分区破裂化；深部巷道；监测；围岩；岩石力学
中图分类号：TD263 文献标识码：A 文章编号：
一、工程概述
为了进一步对围岩分区破裂范围与巷道断面尺寸的关系，以某矿区为研究对象，分别选取不同断面尺寸的巷道进行监测。该矿区的地面高程大约在45米左右，所以巷道埋深为955米左右。
（1）地质条件
水仓内仓与轨道大巷位于煤底板11-2，巷道所在岩层近乎水平，岩性为中砂岩、粉细砂岩以及砂质泥岩，根据对附近的钻孔资料进行分析，得出，11-2煤厚在2.2-3.1米，平均厚度为2.6米。
（2）支护设计以及巷道断面
水仓内仓与轨道大巷的断面形状都是半圆拱形，都是采用锚索支护+锚网喷，间排距全部为800 mm×800 mm，φ 20 mm×2 200 mm 的高强度螺纹钢规格的锚杆；断面的尺寸分别是2 800 mm×2 400 mm以及5 000 mm×3 880 mm；喷层采用厚度为150 mm的C20混凝土；φ6 mm为钢筋网的规格；φ 15.24mm×6 200 mm为锚索规格，排、间距是2.4米。见图1。
（3）断面位置监测
共布置了三个轨道大巷断面，监测断面A和B之间相距60米，水仓距离监测断面A80米，监测断面D布置在水仓内仓，监测断面B和C之间相距95米，起坡处为D的位置。如图2所示。
二、监测方案以及监测仪器
（1）检测原理与检测仪器
采用KDVJ–400由中矿华泰生产的矿井钻孔电视成像仪作为巷道围岩内破坏的监测仪器。其可以将钻孔内壁构造在液晶显示屏幕上显示，监测采用彩色高分辨率电视摄像头，具有防爆功能，可录像，颜色逼真，图像清晰，孔内的整体情况都能进行监测，并且由于其重量轻，体积小，所以非常便于操作。矿井钻孔电视成像仪的主要组成部分包括：系统控制器、彩色监视器、井下全景摄像探头以及专用电视电缆等。
（2）监测方案
采用锚索机对监测断面A钻孔，钻孔深度10 米，直径φ32mm。由于在钻水平孔时锚索钻机存在一定的困难，所以，分别在左右两拱肩和顶板共钻三个钻孔。采用地质钻机对监测断面B-D钻孔，钻孔10 m，直径φ73 mm。分别在左右两帮、顶板左右两拱肩共钻五个钻孔，如图3所示。
对围岩内部的破坏情况利用钻孔电视进行监测时，采用一边推进摄像头，一边对围岩的破坏情况进行记录的形式，一直到钻孔的底部为止。孔内围岩当监测到裂隙或破坏时，将围岩的破坏程度、破裂的深度以及录像的时间进行记录，并将围岩的破坏程度、破坏的深度以及录像进行相互对应。
三、分析监测结果
（1）钻孔图像
对每个断面的所有钻孔采用钻孔电视进行监测录像，图4为部分孔内的视频截图。通过图4我们可以看出，完整岩石、破坏的情况以及不同的岩层，钻孔电视视频都能够清晰地进行分辨，可根据破坏的程度分为，破碎、裂缝、严重破碎以及裂隙，白色的气体突出可以在裂隙处监测到。
（2）监测结果
根据所监测到的围岩内部的相关破坏资料，沿钻孔将每一个钻孔内围岩的破坏由内向外依次在图上进行描绘，并用多义线将不同孔内岩破裂区间隔超过0.5 m的围岩连接起来，并用十字网格对其进行填充，由此可形成深度不同的破裂区，间隔的完整区在各破裂区之间。
A-C监测断面围岩分区破裂的具体分布情况如图5-7。监测断面 C的1#，由于钻孔5#塌孔，只分别监测到了6.8与6.3米，预测的破裂带在图7中已绘出。
通过上图我们可以看出，破坏最为严重的巷道表面1.5-3.0 米范围内围岩，以破碎及严重破碎为主，在大断面巷道围岩的内部一共有四个破裂区，可以将这个区域认为是巷道围岩的传统意义松动圈。完整区在表面破坏区之外，再往外进入平均深度3.5-4.0米的第二破裂圈，该分区一裂隙及破碎为主，该分区的破坏相对也比较大。之后是完整区和平均深度为5-6 米的第三破裂区，该区以裂缝为主，破坏相对较小，然后进入平均深度为7-8 米的第四破裂区，该区的主要破裂为裂隙。图8为围岩分区破裂D监测断面的分布。
巷道围岩内部通过图8我们可以看出，可大致分为四个破裂区，围岩破坏最为严重的是道表面1.0-2.0米范围以内，其中围岩破坏也比较大的是2#钻孔2.6米范围，所以可以认为这个区域是巷道围岩传统意义上的松动圈。分区破裂化现象在五个钻孔内的围岩中都有存在，此外，巷道表面距破裂区的深度大致上是相同的，到每个破裂分区的范围通过将处于同一破裂圈的五个钻孔的深度平均后得出：
0.0-1.5 米为第一个破裂区范围；
2.1-2.6 米为第二个破裂区范围；
3.2-3.4 米为第三个破裂区范围；
3.8-4.1 米为第四个破裂区范围。
在5.00-5.75米范围内1#钻孔存在一个破裂区，裂隙在6.4米处存有一处；在5.8米处4#钻孔也存在一处裂隙。小断面巷道与大断面巷道相比，从破坏的深度来看要小一些。我们可以知道，巷道断面在相同的地质条件下缩小时，每个巷道围岩内的分区破裂半径也会随之相应的缩小。
（3）分析及讨论
1）分析裂隙的产生原因
根据图1，对断面A进行监测，巷道顶板 10 m钻孔穿越1.9 米厚的中砂岩、7.5 米厚的砂质泥岩层以及0.8 米厚的泥岩，从最大监测钻孔内的破坏深度来看，都在7.5米范围内，所以天然岩层分层是不存在的。也在砂质泥岩层对断面 D的破坏范围进行监测。
虽然距离煤层巷道顶板监测断面B和C比较近，所穿过的岩层也比较多，不过天然的岩层之间有较好的胶结，有不少加工好的岩样都是两种岩层交界处。岩层由于近乎水平，同一种岩层被两个水平孔穿过，天然人岩层分层不会存在。
如果钻孔内裂隙为椭圆形态，那么天然裂隙则两侧倾斜，与钻孔轴向不会垂直，但是所有的孔内裂隙形态都和钻孔轴向垂直，这就说明了是由于开挖巷道造成的岩层裂隙。而左右两帮也存在着近似圆形的水平孔内的裂隙，并且与钻孔轴向垂直，这就更进一步说明了是由于开挖巷道所引起的监测到的裂隙。
2）各破裂分区的具体范围
表1为对所监测的每个巷道围岩的各个钻孔的破裂分区范围的平均值。在表1中外径与内经分别表示的是远离巷道的一侧以及靠近巷道的一側；而表中的数值则分别加上了半径1.4米以及半径2.5米的监测断面。
(2) 各个破裂分区的范围
将巷道每个监测断面围岩各钻孔破裂分区的范围平均后的值列于表 2。表中数值分别加上半径 2.5和 1.4 m 的监测断面；内径和外径分别表示靠近巷道的一侧和远离巷道的一侧。
根据表1绘制了如图9所示的两个不同的断面分区破裂分布图。根据表1所给出的数据显示，10.80 米为比较大的断面破裂分区的最大外径，8.30米为其破坏的深度；5.5米为比较小的断面破裂分区的最大外径，4.4米为其破坏深度。对于同一个破裂的分区来说，各个小断面的破裂分区的半径都大概在大断面破裂分区半径的53%-62%之间，平均值为57%，而0.56为两者的半径比，两者之间相差并不大。所以，我们可以认为巷道的直径和巷道分区的破裂半径是成正比的。
总结：目前深部巷道的围岩分区破裂化现象，引起了越来越多的关注，为了进一步对该现象进行分析和研究，特别选择了断面尺寸不同的巷道，对巷道围岩内部的破裂情况采用矿井钻孔电视成像仪进行了监测，清晰监测到了分区的破裂化现象。
参考文献：
[1] 钱七虎. 深部岩体工程响应的特征科学现象及“深部”的界定[J].东华理工学院学报，2004，27(1)：1–5.
[2] 周宏伟，谢和平，左建平. 深部高地应力下岩石力学行为研究进展[J]. 力学进展，2005，35(1)：91–99.
[3] 李全生. 我国井下煤矿开采技术现状和发展展望[J]. 煤矿开采，2002，7(3)：1–5.
[4] 何满潮，谢和平，彭苏萍，等. 深部开采岩体力学研究[J]. 岩石力学与工程学报，2005，24(16)：2 803–2 813.