西細莊煤礦地應(yīng)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(yīng)力測量工作選取在1125軌道巷內(nèi)進行應(yīng)力實測，分析研究1#煤頂板地應(yīng)力場狀態(tài)及對巷道掘進開拓影響。采用鉆孔套芯應(yīng)力解除法進行應(yīng)力測量，并對應(yīng)力解除數(shù)據(jù)、現(xiàn)場率定測試參數(shù)及其他有關(guān)資料進行了計算和分析。

關(guān)鍵詞：地應(yīng)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(yīng)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(yīng)力是引起采礦工程圍巖、支護變形和破壞、產(chǎn)生礦井動力現(xiàn)象的根本作用力，在諸多影響采礦工程穩(wěn)定性的因素中，地應(yīng)力是最主要和最根本的因素之一，準確的地應(yīng)力資料是確定工程巖體力學(xué)屬性，進行圍巖穩(wěn)定性分析和計算、礦井動力現(xiàn)象區(qū)域預(yù)測，實現(xiàn)采礦決策和設(shè)計科學(xué)化的必要前提條件。

1 西細莊煤礦地應(yīng)力測點布置

根據(jù)西細莊煤礦1#煤開拓水平現(xiàn)有采掘和地質(zhì)條件，選擇在1125軌道巷2#躲避硐內(nèi)作為施工位置，地應(yīng)力測點布置參見圖1。

地應(yīng)力測點位于1125軌道巷頂板內(nèi)。根據(jù)地應(yīng)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(zhì)粉砂巖。地應(yīng)力傳感器即安裝在頂板老頂泥質(zhì)粉砂巖內(nèi)。地應(yīng)力測量導(dǎo)孔鉆孔以仰角20.5°，方位角75°施工，導(dǎo)孔的直徑為110 mm，鉆進長度為9.8 m，地應(yīng)力傳感器安裝孔直徑38 mm，長度為0.5 m。應(yīng)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(yīng)力實測結(jié)果

巖體類型：灰色泥質(zhì)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(yīng)力實測結(jié)果分析

經(jīng)過綜合分析可以看出西細莊煤礦1125軌道巷區(qū)域地應(yīng)力的主要特征如下。

（1）西細莊煤礦1125軌道巷區(qū)域地應(yīng)力場的第一主應(yīng)力б1為最大水平主應(yīng)力。地應(yīng)力分量第一主應(yīng)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(yīng)力б1應(yīng)該為最大水平主應(yīng)力。

（2）西細莊煤礦1125軌道巷地應(yīng)力場的第三主應(yīng)力б3為最小水平主應(yīng)力。根據(jù)西細莊煤礦地應(yīng)力測量結(jié)果，地應(yīng)力分量第三主應(yīng)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(yīng)力б3為最小水平主應(yīng)力。

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

（4）西細莊煤礦1125軌道巷地應(yīng)力場中最大水平主應(yīng)力б1與最小水平主應(yīng)力б3在方位上基本垂直。從地應(yīng)力測量結(jié)果中可以看出，第一主應(yīng)力б1與第三主應(yīng)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(xiàn)出來。

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

（6）地應(yīng)力場中的垂直應(yīng)力與按上覆巖層容重和埋深計算的垂直應(yīng)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(yīng)力為8.00 MPa，其垂直應(yīng)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(yīng)力方向性影響非常明顯。根據(jù)地應(yīng)力測量結(jié)果，最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力比值б1/б3為1.98，說明井田內(nèi)地應(yīng)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(yīng)力與最小水平主應(yīng)力之間差值越大，水平應(yīng)力對巷道頂?shù)装宸€(wěn)定性的影響越大。

4 結(jié)論

采用鉆孔套芯應(yīng)力解除法獲得了西細莊煤礦地應(yīng)力場的主要特征，通過地應(yīng)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(jié)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(jù)。

參考文獻

[1] 蔡美峰.地應(yīng)力測量原理與技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2000.

[2] 陳強，朱寶龍，胡厚田.巖石Kaiser效應(yīng)測定地應(yīng)力場的試驗研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006.