巨野煤田龍固礦地應力測量與分析.pdf

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1、18能源技術與管理2011年第2期doi：10．3969／j．issn．1672-9943．2011．02．007巨野煤田忿固礦地應力測量與分析馬杰，張治高，常金源，尚榮(1．中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院，江蘇徐州221008；2．山東新巨龍能源有限責任公司，山東巨野274918)[摘要]為了掌握巨野煤田龍固礦區(qū)地應力狀態(tài)，采用套芯應力解除法和室內(nèi)聲發(fā)射法(AE法)對山東巨野煤田龍固礦進行了8個點的地應力測量。通過實測與分析，對地應力狀態(tài)隨深度的變化取得了一定規(guī)律性認識。兩種測量方法相互印證，其結果顯示地應力狀態(tài)變化

2、的一致性，證實地應力場以水平構造應力為主，最大水平主應力方向為近北西一南東向。分析結果可指導深部巷道圍巖穩(wěn)定性分析、預測礦井動力現(xiàn)象及支護形式、支護參數(shù)的確定。[關鍵詞]地應力；聲發(fā)射法；套芯應力解除法；巨野煤田龍固礦[中圖分類號]P623．3[文獻標識碼]B[文章編號]1672_9943(2011)02-()0183該方向上的最大應力，則很少有聲發(fā)射現(xiàn)象，當加0引言載應力達到或超過所施加最大應力后，才會產(chǎn)生地應力狀態(tài)的研究不僅在地殼構造動力學有大量的聲發(fā)射。通過試驗發(fā)現(xiàn)，巖石同樣具有這種重要意義，在邊坡、隧道、井巷等

3、穩(wěn)定性分析，突水記憶最大應力的能力。同時，諸多學者對影響巖石評價與預測也起到動力控制作用[]。隨著各種地聲發(fā)射測量地應力的實驗條件和影響因素做了一下巖石工程向縱深方向迅速發(fā)展，特別是煤礦，沖系列的研究m]，現(xiàn)已發(fā)展成一種比較實用的地應擊地壓、巖爆、煤與瓦斯突出、突水等各種地質(zhì)動力測量方法。力災害日趨嚴重[引。因此，地應力作為工程地質(zhì)條1．2試樣加工與實驗裝置件，在工程設計、施工中發(fā)揮的作用也是不容小覷巖樣加工成50mmX25mmX25mm長方體，的。深部井巷巖石力學行為發(fā)生轉(zhuǎn)變，在高地應力試樣的平行度、垂直度、光滑度均

4、滿足力學試驗規(guī)環(huán)境下，巖石的脆一延轉(zhuǎn)化特性、流變特性、強度程和聲發(fā)射測試技術標準試樣要求。在試樣垂向特征、破壞特征與淺部不同]?，F(xiàn)地應力測量常用上任意一側面中部涂上耦合劑，并用膠帶將聲發(fā)方法是水壓致裂和應力解除法

5、6_7]，由于這兩種方射探頭固定在涂有耦合劑面的中間。法測量原理清晰、裝置完善，我國的大型工程多趨試驗裝置有兩個系統(tǒng)組成，試驗加載儀器和向于使用這兩種方法進行地應力實測。而聲發(fā)射聲發(fā)射的波形采集。試驗加載儀器為MTS815電法測量地應力由于其試驗簡單、工時短、經(jīng)濟，現(xiàn)液伺服巖石試驗系統(tǒng)，對試樣進行單軸加載，加

6、載已逐漸成為一種測量地應力的實用方法。本文采速率控制為0．5MPa／s。聲發(fā)射的波形采集為用鉆孔套芯應力解除法和室內(nèi)聲發(fā)射法對巨野煤AE21C聲發(fā)射檢測系統(tǒng)，傳感器靈敏度不低于田龍固礦進行了8個點的地應力測量，得到了地60dB，頻率為140kHz，前置放大器為40dB，門應力狀態(tài)隨深度變化的一些規(guī)律性認識：礦區(qū)應檻為40dB。聲發(fā)射信號經(jīng)放大后被送至聲發(fā)射力場以水平構造應力為主，水平最大主應力隨深儀進行記錄和處理，聲發(fā)射儀可記錄和繪出振鈴度有遞增趨勢，其方向大致為近北西一南東方向。計數(shù)、能量計數(shù)隨時間變化的數(shù)據(jù)和曲線。

7、分析結果可指導深部巷道圍巖穩(wěn)定性分析、預測1．3測試結果礦井動力現(xiàn)象及支護形式、支護參數(shù)的確定。AE法地應力測量點埋深分布在750～900m之間。在巷道中以一定仰角鉆進圍巖頂板30m，1地應力AE法測量取樣測試深度大于巷道跨度的2倍，所取巖芯試1．1測試原理樣處于原巖應力區(qū)。取出的巖芯巖性中有硬質(zhì)砂室內(nèi)巖石AE法地應力測量是基于Kaiser效巖，其符合試驗的聲發(fā)射測試要求。在室內(nèi)將標定應原理，即材料在重復加載過程中，如果沒有超過的試樣采用聲發(fā)射法實測4個點夾角互為45。2011年第2期馬杰，等巨野煤田龍固礦地應力測量與

8、分析19方向上的應力值，再根據(jù)彈性力學公式換算得出重換算得出。其主應力值和方向如表1所示。水平方向主應力值[“]。垂直應力是根據(jù)松散層容表1AE法地應力測量結果一709m和一810m水平各施工兩個地應力測量2地應力套芯應力解除法測量孔。其水平主應力值和方向如表2所示。測試工序2．1測量原理如下：①打一直徑118mm的大孔，仰角為l5。一套芯應力解除法的基本原理為，當巖石從原20。，以便使孔內(nèi)的水流出?？咨畛^巷道寬度2巖應力的巖體中取出后，由于巖石發(fā)生彈性膨脹倍以上，并用118mm合金鉆頭磨平孑L底。②用直變形，測量出

9、應力解除后的三維膨脹變形，并通過徑118mm的錐形鉆頭打一喇叭口，其作用是?，F(xiàn)場彈模率定確定其彈性模量，再由線彈性力學證小孔與大孔同軸。③沿喇叭口鉆一直徑為38mm的線力學即可計算出應力解除前的應力狀態(tài)。小孔。打好后放水沖洗，保證小孔中沒有巖屑和其Ⅲ，2．2測量工序他雜物。④用一套專用裝置將測量探頭安裝到小OOO0舯龍固礦鉆孔套芯