桃園煤礦二水平地應(yīng)力分布規(guī)律及對巷道圍巖穩(wěn)定性影響研究

苗長青 周學(xué)斌 馮國海

（淮北礦業(yè)集團公司 桃園煤礦，安徽 宿州 234116）

桃園煤礦以前在巷道支護設(shè)計中很少考慮水平應(yīng)力對巷道圍巖穩(wěn)定性的影響，造成巷道變形嚴(yán)重，形成前修后補的局面。因此，在桃園煤礦二水平設(shè)計和生產(chǎn)過程中，要根據(jù)采礦工程所處的不同的工程地質(zhì)條件，掌握其所處的地應(yīng)力狀態(tài)、類型和作用特征，才能合理地確定采場布局和回采順序，保證巷道圍巖的相對穩(wěn)定，同時，對采取合理有效的預(yù)防礦井動力災(zāi)害的技術(shù)措施，保證礦井的安全生產(chǎn)都具有十分重要意義。

1 地應(yīng)力測試的目的與意義

大量的礦井生產(chǎn)實踐證明，生產(chǎn)過程中遇到的重大技術(shù)研究問題如巷道圍巖穩(wěn)定性、沖擊危險預(yù)測及防治、上覆巖層變形破壞等都與地應(yīng)力有關(guān)，因此礦井地應(yīng)力場研究受到普遍的關(guān)注，生產(chǎn)實踐中對地應(yīng)力及圍巖力學(xué)參數(shù)等基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)的需要已越來越迫切。地應(yīng)力測試可對桃園煤礦巷道支護設(shè)計、進行礦井動力災(zāi)害預(yù)測及防治等工作最基本的數(shù)據(jù)。

2 桃園礦地應(yīng)力實測方法

2.1 測量方法采用鉆孔應(yīng)力解除法

2.2 地應(yīng)力測量步驟

地應(yīng)力測量采用應(yīng)力解除技術(shù)測試，如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場地應(yīng)力測量步驟

打大孔 （如圖2所示）→做錐形孔底→打小孔→清潔小孔→包體安裝→接通應(yīng)變儀→套芯解除→讀數(shù)。

圖2 鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖

3 原巖應(yīng)力實測結(jié)果及分析

桃園煤礦原巖應(yīng)力現(xiàn)場測量工作自2011年5月初開始，2011年5月底結(jié)束，歷時25天，完成原巖應(yīng)力4個測孔的4個測點的測量工作。

3.1 測點選擇

根據(jù)測試原則，結(jié)合桃園煤礦的地質(zhì)開采條件，確定了地應(yīng)力測點的位置

表1 桃園煤礦地應(yīng)力測孔技術(shù)特征表

3.2 測量結(jié)果

表2 桃園煤礦地應(yīng)力測試結(jié)果

3.3 測量結(jié)果分析

根據(jù)地應(yīng)力測量結(jié)果繪制桃園煤礦二水平應(yīng)力示意圖如圖3所示。

據(jù)此分析，我們可以清晰的得到桃園煤礦二水平原巖應(yīng)力分布規(guī)律如下:

1）桃園煤礦一號軌運聯(lián)巷1號地應(yīng)力測點（埋深823m）最大主應(yīng)力為28.73MPa，方位角為84.45°，最小主應(yīng)力大小為16.60MPa，方位角為174.85°，側(cè)壓系數(shù)約為1.39；軌道大巷2號地應(yīng)力測點 （埋深824m）最大主應(yīng)力為29.89MPa，方位角為80.67°，最小主應(yīng)力為16.26MPa，方位角為171.80°，側(cè)壓系數(shù)約為1.45；軌道大巷3號地應(yīng)力測點（埋深822m）最大主應(yīng)力為29.16MPa，方位角為78.15°，最小主應(yīng)力為17.59MPa，方位角為167.69°，側(cè)壓系數(shù)約為1.42；皮帶大巷4號地應(yīng)力測點（埋深807m）最大主應(yīng)力為28.36MPa，方位角為82.89°，最小主應(yīng)力為17.92MPa，方位角為171.43°，側(cè)壓系數(shù)約為1.41。最大主應(yīng)力方位角平均81.54°，方向為在北東—南西向；最小主應(yīng)力方位角平均171.44°，方向為在北西—南東向。

2）最大主應(yīng)力傾角均值為5.19°小于10°，表明桃園煤礦二水平最大主應(yīng)力為水平應(yīng)力；最小主應(yīng)力傾角均值為9.76°小于10°，表明最小主應(yīng)力亦為水平應(yīng)力。

圖3 桃園煤礦二水平區(qū)域巖體地應(yīng)力示意圖

3）最大主應(yīng)力是最小主應(yīng)力的1.58～1.84倍，這說明桃園煤礦二水平水平應(yīng)力具有較強的方向性。

4）隨埋深的增加垂直應(yīng)力也隨著增大，中間主應(yīng)力與垂直應(yīng)力較為接近。

4 結(jié)束語

4.1 由彈性力學(xué)解析模型得知影響巷道穩(wěn)定性的應(yīng)力與位移，隨sin2α變化而變化，主要隨α角增大而增大，在α=0～15°時為影響輕微區(qū)；在 α=15°～75°時為影響增長區(qū)；在 α=75°～90°時為影響劇烈區(qū)。

4.2 統(tǒng)計所有大巷及回采巷道，巷道受最大水平主應(yīng)力3級影響的巷道中占統(tǒng)計巷道的46.8%，大巷布置較為理想，兩采區(qū)巷道受最大水平主應(yīng)力影響分布3級所占比例達66.7%，兩采區(qū)巷道礦壓顯現(xiàn)劇烈，巷道布置還有很大的優(yōu)化空間。對已經(jīng)成巷的礦井，因為礦井生產(chǎn)系統(tǒng)已基本正常運作，巷道的走向布置是無法更改的，這時應(yīng)根據(jù)巷道軸向與最大水平主應(yīng)力方向的傾斜程度盡早的對巷道原始支護方案進行合理性評價，對巷道特殊地段進行全方位、全時段的圍巖深、淺部礦壓及變形監(jiān)控，制定有針對性巷道后期補強支護措施，并盡快對巷道支護設(shè)計加強，并制定合理的控制底臌措施。