[发明专利]基于氡气析出浓度的围岩松动圈测量方法

说明书

本发明公开的基于氡气析出浓度的围岩松动圈测量方法，涉及围岩松动圈监测技术领域。该方法包括以下步骤：首先，于实验室内测量试件加载破坏时的氡气析出浓度，并计算氡气浓度阈值；然后，现场测量巷道内多个测点的氡气析出浓度值；最后，将测点的氡气析出浓度值与氡气浓度阈值相比较，确定围岩松动圈。本发明公开的基于氡气析出浓度的围岩松动圈测量方法，通过实验获取试件在破坏过程中的氡气析出浓度值，确定试件破坏时的氡气浓度阈值，并将现场实测的氡气析出浓度值与阈值相比较，确定巷道围岩松动圈发育深度，测量方法简单，实用性强，成本低。

技术领域

本发明涉及围岩松动圈监测技术领域，具体涉及一种基于氡气析出浓度的围岩松动圈测量方法。

背景技术

氡是一种化学元素，其常见的单质形态是氡气，是人类所接触到的放射性最重的惰性气体。氡在常态下无色、无味、无臭，易溶于水和有机质，化学性质较为稳定。氡的活动性很强，具有较好的迁移能力，其在地质环境中除以气态方式迁移外，还能以溶解态伴随地下水迁移。氡气具有惰性气体的地球物理化学性质，在微孔隙或微裂隙中可传输和积聚，一般可通过扩散作用、对流作用或两者组合的方式在覆岩层中运移。目前，氡气探测多用于寻找地下矿产资源、探测地下隐伏构造以及预测、预报地质灾害等，在煤矿井下的应用较少。

巷道围岩松动圈是指巷道掘出后，煤岩体受到扰动，巷道周围应力重新分布，巷道围岩应力由三向受力状态变为二向受力状态，从而导致巷道围岩强度降低，直至巷道周围形成一定范围的破碎区。围岩松动圈内煤岩体应力和承载能力会下降，裂隙较发育，围岩稳定性较差，围岩松动圈范围的确定是巷道支护设计重要依据。因此，如何准确有效地掌握巷道围岩松动圈的范围，是保证巷道支护参数合理性的重要前提。

现有的巷道围岩松动圈测量方法主要有钻孔窥视法、超声波成像法、电磁辐射法、地质雷达探测法等，但已有测量方法大多存在工程量大、操作繁琐、使用成本高、数据处理复杂等缺点。因此，迫切需要一种能够不依赖于巷道围岩性质、灵活适应现场情况且简单易行的围岩松动圈测量方法。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种基于氡气析出浓度的围岩松动圈测量方法，将实验数据与现场实测相结合，对比分析巷道围岩氡气析出浓度和试件氡气析出浓度曲线，确定巷道围岩松动圈发育深度，可靠性高、适应性强、实用性好，极大提高了数据可靠性。

根据本发明的目的提出的基于氡气析出浓度的围岩松动圈测量方法，包括以下步骤：

步骤一：在待测巷道内，选取代表性煤岩体钻取岩芯，制成煤岩试件，送至实验室。

步骤二：使用试件氡气析出测量装置对试件进行加载，获得试件应力-应变曲线；并于试件加载过程中，实时记录试件氡气析出浓度，获得氡气浓度-加载时间曲线。

步骤三：根据试件应力-应变曲线和氡气浓度-加载时间曲线，得出试件破坏时氡气析出浓度值，记为v；并根据该浓度值计算出现场松动圈氡气浓度阈值V。

步骤四：沿待测巷道布置多个测站，并根据待测巷道所属地质条件确定测站间距。

步骤五：在测站向两侧煤岩体施工探测钻孔，并于每一钻孔内由里向外布置多个测点，分别编号为D₁～D_n。

步骤六：使用巷道围岩氡气析出测量装置测量钻孔内所设测点的氡气析出浓度值，记为S₁、S₂、S₃...S_n。

步骤七：重复步骤六，完成全部探测钻孔内氡气析出浓度测量。

步骤八：将步骤六、七中所获得的测点氡气析出浓度值S与步骤三中所获得的现场松动圈氡气浓度阈值V相比较，当SV时，围岩未发生破环；当S≥V时，测点位于围岩松动圈范围内，从而确定围岩松动圈。