桃园煤矿二水平地应力分布规律及对巷道围岩稳定性影响研究

苗长青 周学斌 冯国海

（淮北矿业集团公司 桃园煤矿，安徽 宿州 234116）

桃园煤矿以前在巷道支护设计中很少考虑水平应力对巷道围岩稳定性的影响，造成巷道变形严重，形成前修后补的局面。因此，在桃园煤矿二水平设计和生产过程中，要根据采矿工程所处的不同的工程地质条件，掌握其所处的地应力状态、类型和作用特征，才能合理地确定采场布局和回采顺序，保证巷道围岩的相对稳定，同时，对采取合理有效的预防矿井动力灾害的技术措施，保证矿井的安全生产都具有十分重要意义。

1 地应力测试的目的与意义

大量的矿井生产实践证明，生产过程中遇到的重大技术研究问题如巷道围岩稳定性、冲击危险预测及防治、上覆岩层变形破坏等都与地应力有关，因此矿井地应力场研究受到普遍的关注，生产实践中对地应力及围岩力学参数等基础技术数据的需要已越来越迫切。地应力测试可对桃园煤矿巷道支护设计、进行矿井动力灾害预测及防治等工作最基本的数据。

2 桃园矿地应力实测方法

2.1 测量方法采用钻孔应力解除法

2.2 地应力测量步骤

地应力测量采用应力解除技术测试，如图1所示。

图1 现场地应力测量步骤

打大孔 （如图2所示）→做锥形孔底→打小孔→清洁小孔→包体安装→接通应变仪→套芯解除→读数。

图2 钻孔结构示意图

3 原岩应力实测结果及分析

桃园煤矿原岩应力现场测量工作自2011年5月初开始，2011年5月底结束，历时25天，完成原岩应力4个测孔的4个测点的测量工作。

3.1 测点选择

根据测试原则，结合桃园煤矿的地质开采条件，确定了地应力测点的位置

表1 桃园煤矿地应力测孔技术特征表

3.2 测量结果

表2 桃园煤矿地应力测试结果

3.3 测量结果分析

根据地应力测量结果绘制桃园煤矿二水平应力示意图如图3所示。

据此分析，我们可以清晰的得到桃园煤矿二水平原岩应力分布规律如下:

1）桃园煤矿一号轨运联巷1号地应力测点（埋深823m）最大主应力为28.73MPa，方位角为84.45°，最小主应力大小为16.60MPa，方位角为174.85°，侧压系数约为1.39；轨道大巷2号地应力测点 （埋深824m）最大主应力为29.89MPa，方位角为80.67°，最小主应力为16.26MPa，方位角为171.80°，侧压系数约为1.45；轨道大巷3号地应力测点（埋深822m）最大主应力为29.16MPa，方位角为78.15°，最小主应力为17.59MPa，方位角为167.69°，侧压系数约为1.42；皮带大巷4号地应力测点（埋深807m）最大主应力为28.36MPa，方位角为82.89°，最小主应力为17.92MPa，方位角为171.43°，侧压系数约为1.41。最大主应力方位角平均81.54°，方向为在北东—南西向；最小主应力方位角平均171.44°，方向为在北西—南东向。

2）最大主应力倾角均值为5.19°小于10°，表明桃园煤矿二水平最大主应力为水平应力；最小主应力倾角均值为9.76°小于10°，表明最小主应力亦为水平应力。

图3 桃园煤矿二水平区域岩体地应力示意图

3）最大主应力是最小主应力的1.58～1.84倍，这说明桃园煤矿二水平水平应力具有较强的方向性。

4）随埋深的增加垂直应力也随着增大，中间主应力与垂直应力较为接近。

4 结束语

4.1 由弹性力学解析模型得知影响巷道稳定性的应力与位移，随sin2α变化而变化，主要随α角增大而增大，在α=0～15°时为影响轻微区；在 α=15°～75°时为影响增长区；在 α=75°～90°时为影响剧烈区。

4.2 统计所有大巷及回采巷道，巷道受最大水平主应力3级影响的巷道中占统计巷道的46.8%，大巷布置较为理想，两采区巷道受最大水平主应力影响分布3级所占比例达66.7%，两采区巷道矿压显现剧烈，巷道布置还有很大的优化空间。对已经成巷的矿井，因为矿井生产系统已基本正常运作，巷道的走向布置是无法更改的，这时应根据巷道轴向与最大水平主应力方向的倾斜程度尽早的对巷道原始支护方案进行合理性评价，对巷道特殊地段进行全方位、全时段的围岩深、浅部矿压及变形监控，制定有针对性巷道后期补强支护措施，并尽快对巷道支护设计加强，并制定合理的控制底臌措施。