西细庄煤矿地应力测量实践研究

蔡世忠 王振刚 张朝武

摘 要：西细庄煤矿地应力测量工作选取在1125轨道巷内进行应力实测，分析研究1#煤顶板地应力场状态及对巷道掘进开拓影响。采用钻孔套芯应力解除法进行应力测量，并对应力解除数据、现场率定测试参数及其他有关资料进行了计算和分析。

关键词：地应力 观测 影响分析 措施

中图分类号：TD325 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0144-02

地应力研究是当前国际上的一个前缘性课题，对矿山开采而言，地应力是引起采矿工程围岩、支护变形和破坏、产生矿井动力现象的根本作用力，在诸多影响采矿工程稳定性的因素中，地应力是最主要和最根本的因素之一，准确的地应力资料是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析和计算、矿井动力现象区域预测，实现采矿决策和设计科学化的必要前提条件。

1 西细庄煤矿地应力测点布置

根据西细庄煤矿1#煤开拓水平现有采掘和地质条件，选择在1125轨道巷2#躲避硐内作为施工位置，地应力测点布置参见图1。

地应力测点位于1125轨道巷顶板内。根据地应力实测时钻孔岩心岩性观察，巷道顶板上为1.5 m煤，较为破碎，其上依次为2 m泥岩和泥质粉砂岩。地应力传感器即安装在顶板老顶泥质粉砂岩内。地应力测量导孔钻孔以仰角20.5°，方位角75°施工，导孔的直径为110 mm，钻进长度为9.8 m，地应力传感器安装孔直径38 mm，长度为0.5 m。应力传感器安装深度10.1 m，测点埋深320 m。测点的安装参见图2。

2 西细庄煤矿1125轨道巷地应力实测结果

岩体类型：灰色泥质粉砂岩；埋深：320 m；方位：NE40°；倾角：20°；双轴弹性模量：18.40 GPa；泊松比：0.24。如图3所示

3 地应力实测结果分析

经过综合分析可以看出西细庄煤矿1125轨道巷区域地应力的主要特征如下。

（1）西细庄煤矿1125轨道巷区域地应力场的第一主应力б1为最大水平主应力。地应力分量第一主应力б1量值最大，倾角为-12.6°，倾角较小，接近水平方向；方位角为82.7°，方向为近东西向。即第一主应力б1应该为最大水平主应力。

（2）西细庄煤矿1125轨道巷地应力场的第三主应力б3为最小水平主应力。根据西细庄煤矿地应力测量结果，地应力分量第三主应力б3量值最小，倾角为8.2°，倾角较小，接近水平方向；方位角为171.6°，方向为近南北向。即第三主应力б3为最小水平主应力。

（3）中间主应力б2的倾角较大，为75.4°，接近垂直方向，且与实测垂直应力值бv接近。

（4）西细庄煤矿1125轨道巷地应力场中最大水平主应力б1与最小水平主应力б3在方位上基本垂直。从地应力测量结果中可以看出，第一主应力б1与第三主应力б3的方位差值88.9°，在方位上大致垂直。图4可以更直观的体现出来。

（5）影响西细庄煤矿1125轨道巷井下巷道稳定性的首要因素是最大水平主应力б1。从地应力测量结果看，地应力场各应力分量呈现б1>б2>б3的特点，最大水平主应力б1值在各应力分量中最大，且最大主应力与垂直应力比值б1/бv为1.22，说明西细庄煤矿井田地应力场中水平应力占优势地位，水平应力比垂直应力对西细庄煤矿井田开拓的影响要大。

（6）地应力场中的垂直应力与按上覆岩层容重和埋深计算的垂直应力理论值接近。1125轨道巷测点埋深为320 m，按照上覆岩层容重计算垂直应力为8.00 MPa，其垂直应力实测值为7.64，两者较为接近。

（7）西细庄井田巷道受水平应力方向性影响非常明显。根据地应力测量结果，最大水平主应力与最小水平主应力比值б1/б3为1.98，说明井田内地应力场对巷道掘进影响具有明显的方向性。在同一水平面的最大水平主应力与最小水平主应力之间差值越大，水平应力对巷道顶底板稳定性的影响越大。

4 结论

采用钻孔套芯应力解除法获得了西细庄煤矿地应力场的主要特征，通过地应力的分布特征较好地解释了西细庄煤矿巷道变形差异性的原因，测量结果为西细庄煤矿巷道变形机理和支护理论研究以及巷道布置提供了依据。

参考文献

[1] 蔡美峰.地应力测量原理与技术[M].北京：科学出版社，2000.

[2] 陈强，朱宝龙，胡厚田.岩石Kaiser效应测定地应力场的试验研究[J].岩石力学与工程学报，2006.