西細莊煤礦地應力測量實踐研究

蔡世忠 王振剛 張朝武

摘 要：西細莊煤礦地應力測量工作選取在1125軌道巷內進行應力實測，分析研究1#煤頂板地應力場狀態及對巷道掘進開拓影響。采用鉆孔套芯應力解除法進行應力測量，并對應力解除數據、現場率定測試參數及其他有關資料進行了計算和分析。

關鍵詞：地應力 觀測 影響分析 措施

中圖分類號：TD325 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0144-02

地應力研究是當前國際上的一個前緣性課題，對礦山開采而言，地應力是引起采礦工程圍巖、支護變形和破壞、產生礦井動力現象的根本作用力，在諸多影響采礦工程穩定性的因素中，地應力是最主要和最根本的因素之一，準確的地應力資料是確定工程巖體力學屬性，進行圍巖穩定性分析和計算、礦井動力現象區域預測，實現采礦決策和設計科學化的必要前提條件。

1 西細莊煤礦地應力測點布置

根據西細莊煤礦1#煤開拓水平現有采掘和地質條件，選擇在1125軌道巷2#躲避硐內作為施工位置，地應力測點布置參見圖1。

地應力測點位于1125軌道巷頂板內。根據地應力實測時鉆孔巖心巖性觀察，巷道頂板上為1.5 m煤，較為破碎，其上依次為2 m泥巖和泥質粉砂巖。地應力傳感器即安裝在頂板老頂泥質粉砂巖內。地應力測量導孔鉆孔以仰角20.5°，方位角75°施工，導孔的直徑為110 mm，鉆進長度為9.8 m，地應力傳感器安裝孔直徑38 mm，長度為0.5 m。應力傳感器安裝深度10.1 m，測點埋深320 m。測點的安裝參見圖2。

2 西細莊煤礦1125軌道巷地應力實測結果

巖體類型：灰色泥質粉砂巖；埋深：320 m；方位：NE40°；傾角：20°；雙軸彈性模量：18.40 GPa；泊松比：0.24。如圖3所示

3 地應力實測結果分析

經過綜合分析可以看出西細莊煤礦1125軌道巷區域地應力的主要特征如下。

（1）西細莊煤礦1125軌道巷區域地應力場的第一主應力б1為最大水平主應力。地應力分量第一主應力б1量值最大，傾角為-12.6°，傾角較小，接近水平方向；方位角為82.7°，方向為近東西向。即第一主應力б1應該為最大水平主應力。

（2）西細莊煤礦1125軌道巷地應力場的第三主應力б3為最小水平主應力。根據西細莊煤礦地應力測量結果，地應力分量第三主應力б3量值最小，傾角為8.2°，傾角較小，接近水平方向；方位角為171.6°，方向為近南北向。即第三主應力б3為最小水平主應力。

（3）中間主應力б2的傾角較大，為75.4°，接近垂直方向，且與實測垂直應力值бv接近。

（4）西細莊煤礦1125軌道巷地應力場中最大水平主應力б1與最小水平主應力б3在方位上基本垂直。從地應力測量結果中可以看出，第一主應力б1與第三主應力б3的方位差值88.9°，在方位上大致垂直。圖4可以更直觀的體現出來。

（5）影響西細莊煤礦1125軌道巷井下巷道穩定性的首要因素是最大水平主應力б1。從地應力測量結果看，地應力場各應力分量呈現б1>б2>б3的特點，最大水平主應力б1值在各應力分量中最大，且最大主應力與垂直應力比值б1/бv為1.22，說明西細莊煤礦井田地應力場中水平應力占優勢地位，水平應力比垂直應力對西細莊煤礦井田開拓的影響要大。

（6）地應力場中的垂直應力與按上覆巖層容重和埋深計算的垂直應力理論值接近。1125軌道巷測點埋深為320 m，按照上覆巖層容重計算垂直應力為8.00 MPa，其垂直應力實測值為7.64，兩者較為接近。

（7）西細莊井田巷道受水平應力方向性影響非常明顯。根據地應力測量結果，最大水平主應力與最小水平主應力比值б1/б3為1.98，說明井田內地應力場對巷道掘進影響具有明顯的方向性。在同一水平面的最大水平主應力與最小水平主應力之間差值越大，水平應力對巷道頂底板穩定性的影響越大。

4 結論

采用鉆孔套芯應力解除法獲得了西細莊煤礦地應力場的主要特征，通過地應力的分布特征較好地解釋了西細莊煤礦巷道變形差異性的原因，測量結果為西細莊煤礦巷道變形機理和支護理論研究以及巷道布置提供了依據。

參考文獻

[1] 蔡美峰.地應力測量原理與技術[M].北京：科學出版社，2000.

[2] 陳強，朱寶龍，胡厚田.巖石Kaiser效應測定地應力場的試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2006.