千米深井地應(yīng)力測量技術(shù)研究與分析.pdf

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1、千米深井地應(yīng)力測量技術(shù)研究與分析IN,宜順，張金松(安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽淮南232001)摘要：為查明朱集西煤礦礦區(qū)地應(yīng)力分布特點(diǎn)，并對(duì)以后的支護(hù)設(shè)計(jì)提供有力的參數(shù)，采用空心包體法測量朱集西典型巷道。結(jié)果表明：經(jīng)過試驗(yàn)測量可得在朱集西礦區(qū)近乎垂直方向分布著中間主應(yīng)力，而在近水平方向分布的是最大和最小主應(yīng)力；測量得到高應(yīng)力區(qū)的最大水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力比值是1．55；同時(shí)根據(jù)理論估算深約950m的水平和垂直應(yīng)力，通過比較發(fā)現(xiàn)理論數(shù)值小于現(xiàn)場實(shí)測數(shù)值．通過分析該處以水平構(gòu)造力為主屬于大地動(dòng)力場一種。關(guān)鍵詞：千米深井；地應(yīng)力測量；數(shù)值分

2、析中圖分類號(hào)：TU452文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1672—4011(2017)06—0183—02DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2017．06．095O前言在礦山開采過程中，地應(yīng)力是引起圍巖松動(dòng)、支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞以及礦井發(fā)生動(dòng)力現(xiàn)象的最主要原因之一。地應(yīng)力對(duì)工程影響較為明顯，因此，掌握地應(yīng)力相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)分析深井巖性和巖體的穩(wěn)定、礦山動(dòng)力現(xiàn)象具有很大意義。為后期回采提供了科學(xué)化的理論依據(jù)。以前的礦山開采過程中對(duì)地應(yīng)力的考慮并不是作為主要問題，但是由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要以及對(duì)能源的需要，各地區(qū)不同程度地在擴(kuò)大采礦規(guī)模以及向

3、深部巖層發(fā)展，伴隨著問題就是地應(yīng)力影響日趨復(fù)雜，不得不對(duì)地應(yīng)力影響進(jìn)行考慮，防止在向深部發(fā)展過程中出現(xiàn)地下巷道圍巖大變形、沖擊地壓等動(dòng)力現(xiàn)象的出現(xiàn)，為了保證工程如期完工以及施工安全，對(duì)于那些千米深井以及采深較大的礦井，要結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w地質(zhì)情況以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)支持掌握地應(yīng)力數(shù)據(jù)，及時(shí)采取預(yù)防技術(shù)措施，同時(shí)給采礦施工人員合理地確定采場布局和回采順序提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)。皖北煤電集團(tuán)朱集西煤礦開采深度大，屬于千米深井，選取朱集西典型巷道進(jìn)行地應(yīng)力測量，得出數(shù)據(jù)為深井巷道地應(yīng)力分布提供重要參數(shù)。1采用空心包體法三維應(yīng)力測量裝置和原理對(duì)澳大利亞CSIRO應(yīng)

4、力計(jì)進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)而成的裝置(詳細(xì)情況見圖1～2)，改裝后的裝置更加能適應(yīng)于裂隙較多、性質(zhì)不好的巖體，實(shí)際操作簡單，而且測試完成效果好。改進(jìn)后應(yīng)力計(jì)將12個(gè)電阻應(yīng)變片嵌入環(huán)氧樹脂筒中。分別將4個(gè)電阻應(yīng)變片組成的應(yīng)變叢沿環(huán)氧樹脂薄壁筒圓周相隔120。粘貼，然后為了使應(yīng)變片達(dá)到更好效果再用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑澆筑外層。主要技術(shù)參數(shù)與尺寸如下：內(nèi)徑30．5mm±0．1mm；外徑34．5mm±0．1mm；總長度415mm；有效長度>200mm：應(yīng)變片位置直徑32．5mm-t-O．1mm；450應(yīng)變花收稿日期：2017—03—13作者簡介：r宜順(19

5、95一)，男，安徽舒城人，在讀本科生?；痦?xiàng)目：2015年度礦山地下工程教育部工程研究中心開放基金課題：千米深井巷道局部弱支護(hù)對(duì)圍巖的影響及控制技術(shù)研究(2015KF05)；安徽省博士后基金：深井巷道圍巖破裂演化規(guī)律及網(wǎng)殼錨噴支護(hù)機(jī)理研究(20168116)加入3組直角中，之間夾角為120。；彈模2600～3200MPa；泊松比0．4～0．42。l23456789101112131415注：1．安裝桿；2．定向器導(dǎo)線；3．定向器；4．讀數(shù)電纜；5．定向銷；6．密封圈；7．環(huán)氧樹脂筒；8．空腔；內(nèi)裝粘膠劑；9．固定銷；10．定力計(jì)與孔壁之

6、間的空隙；11．柱塞；12．巖石鉆孔；13．出膠孔；14．密封圈；15．導(dǎo)向頭；16．應(yīng)變花圖1應(yīng)力計(jì)結(jié)構(gòu)圖A圖2應(yīng)變花分布示意圖實(shí)現(xiàn)地應(yīng)力擾動(dòng)、開展實(shí)測最通用辦法是應(yīng)力解除技術(shù)?，F(xiàn)在結(jié)合數(shù)據(jù)研究實(shí)際應(yīng)力解除采用的是空心包體類環(huán)氧樹脂三軸應(yīng)變法，解除過程簡述如下。將包含應(yīng)力計(jì)的巖石通過套芯技術(shù)取芯，把它和周圍巖體產(chǎn)生的應(yīng)力場分開，這就是鉆孔應(yīng)力解除技術(shù)。通過觀測數(shù)據(jù)所得的應(yīng)變和位移建立數(shù)學(xué)方程和力學(xué)模型，最后得到三個(gè)主應(yīng)力大小和方向以及地應(yīng)力的多個(gè)分量。2地應(yīng)力測量及分析2．1測點(diǎn)布置情況對(duì)測量地區(qū)的要求一般包括以下幾個(gè)方面。1)為了根

7、據(jù)局部了解總體情況，要合理選擇構(gòu)造地位具有代表性。2)實(shí)驗(yàn)測斷區(qū)巖性單一完整。3)同時(shí)測區(qū)要避開那些不良構(gòu)造，應(yīng)該使周圍構(gòu)造一致。4)同時(shí)實(shí)驗(yàn)在布置測孔時(shí)應(yīng)置于開挖硐室跨度的2．5倍以上或者巷道以內(nèi)，保證測點(diǎn)位于沒有受開挖影響的原巖區(qū)。但是有時(shí)綜合考慮，選擇跨度小的巷道完成實(shí)驗(yàn)。5)考慮綜合效益，巷道施工等因素地應(yīng)力測量一般選在巷道附近。綜合考慮之后，本次測試地點(diǎn)在項(xiàng)目的一個(gè)回風(fēng)巷。這一地區(qū)適合施工而且地質(zhì)條件穩(wěn)定，選擇測點(diǎn)合理，最后分析測量比較成功。(判斷測量成功標(biāo)準(zhǔn)：取芯之后實(shí)物完整情況，以及層理、節(jié)理的發(fā)育程度，巖石與傳感器之間粘

8、接是否緊密、測孔半徑是不是達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求)。測點(diǎn)選擇如表1所示?！ぁ?3·V01．43，No．6于I。J遣材第43卷第6期June．2017SichuanB仇ild贏Mme污以s2017年6其表1地應(yīng)力測量鉆