深埋采区巷道围岩地应力测试研究_李红友.pdf
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1、0引言煤炭是自然界中一种基础能源,储量大、分布广、可利用率高,同时又作为国家能源安全和经济安全的基础,在中国能源发展史上有着举足轻重的位置1。随着煤炭开采的深度加大,对巷道安全的要求就越来越高。地应力作为造成矿山巷道及地下工程变形、破坏的主要因素,其大小、方向等会对巷道的稳定性产生严重影响2。作为原岩应力的重要组成部分,地应力的变化与巷道的稳定息息相关。因此,对地应力进行准确地测量,分析其特征,对于巷道的支护和矿井安全十分必要3。空心包体法因其操作简单,准确度高4-6等特点,受到了国内外学者的广泛欢迎。高峰7采用应力解除法针对曹庄煤矿现场进行地应力测试,优化巷道支护参数,针对高应力软岩巷道围岩
2、变形提出相应解决方深埋采区巷道围岩地应力测试研究李红友1,姚方兴2(1.临沂矿业集团菏泽煤电有限公司 郭屯煤矿,山东 菏泽 274000;2.安徽理工大学 土木建筑学院,安徽 淮南 232001)摘要:地应力与围岩强度之间的关系是影响煤巷围岩变形的主要因素,而地应力的大小和方向对煤巷围岩的稳定起着决定性的作用。因此,加强巷道围岩地应力试验和分析具有重要的现实意义。本文采用空心包体法对郭屯矿采区的地应力进行了测量,结果表明:该矿最大水平主应力均值为 15.7 MPa,为最小水平主应力值的 0.600.62 倍,二者差值较小,有利于巷道稳定。基于常用应力量级判断标准,该煤矿井下地应力整体处于低、中
3、地应力值区域,揭示了该矿采区巷道围岩周围地应力的三维分布规律。关键词:巷道围岩;地应力;测试系统中图分类号:TD322文献标识码:A文章编号:2095-5979(2023)05-0001-03Study on in-situ stress measurement of roadwaysurrounding rock in deep mining areaLi Hongyou1,YaoFangxing2(1.Guotun Mine,Linyi Mining Group Heze Coal and Electricity Co.,Ltd.,Heze 274000,China;2.School of
4、 CivilEngineering and Architecture,Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001,China)Abstract:The relationship between in-situ stress and surrounding rock strength is the main factor affecting thesurrounding rock deformation of coal roadway,and the magnitude and direction of in-situ st
5、ress play a decisive role in thestability of surrounding rock of coal roadway.Therefore,it is of great practical significance to strengthen the in-situ stresstest and analysis of roadway surrounding rock.The hollowinclusion method was used to measure the in-situ stress in deepmining area,and the res
6、ults showed that the average value of the maximum horizontal principal stress of the mine was15.7MPa,which was 0.60-0.62 times ofthe minimum horizontal principal stress.The difference between the two was small,which was conducive to roadway stability.Based on the common stress level judgment standar
7、d,the underground groundstress of the coal mine was generally in the low and medium ground stress value area,and the three-dimensionaldistribution lawofground stress around the roadwaysurroundingrock in the miningarea was revealed.Key words:roadwaysurroundingrock;in-situ stress;test system责任编辑:任伟DOI
8、:10.19286/ki.cci.2023.05.001作者简介:李红友(1983),男,山东菏泽人,高级工程师。通讯作者:姚方兴(1997),男,安徽池州人,硕士研究生在读。引用格式:李红友,姚方兴.深埋采区巷道围岩地应力测试研究J.煤炭与化工,2023,46(5):1-3,8.Coal and Chemical Industry煤 炭 与 化 工Coal and Chemical Industry第 46 卷 第 5 期2023 年 5 月Vol.46 No.5May 2023采 矿 与 井 巷 工 程1煤炭与化工2023 年第 5 期第 46 卷法;高会春8将三维套孔应力解除地应力测试技
9、术和空心包体应变计相结合,对东周窑矿东翼采区进行地应力现场实测以及围压率定实验,对空心包体应力解除法测试地应力的原理、仪器构造、测试过程等方面做了详细介绍的同时,对该矿区地应力分布规律做出详尽介绍;李晓鹏9测定软岩巷道围岩的物理力学参数,为软岩巷道控制方案提供数据支撑;康红普10对晋城矿区进行地应力场测试和研究,收集煤矿地应力数据,在建立“中国煤矿井下地应力数据库”的同时,绘制了中国煤矿矿区地应力分布图。本文以郭屯煤矿采区为研究背景,利用空心包体类三维应力测量法,在测得郭屯煤矿巷道围岩地应力的同时对巷道围岩稳定性进行研究,为类似矿井的开采和支护提供一定参考价值。1概况郭屯煤矿地层自下而上分为奥
10、陶系、石炭系、二叠系、新近系和第四系,区域内含煤地层主要赋存于二叠系山西组和石炭-二叠系太原组。矿区东起田桥断层,西界为煤系地层隐伏露头,总体为向东倾斜的单斜构造,地层倾角约为 6,属简单型构造。2地应力测量方法2.1空心包体法三维地应力测量元件本研究项目用空心包体类三维应力测量法进行测量,应力计结构如图 1、图 2 所示。该应力计由 12 个电阻应变片分别埋入环氧树脂筒中制成。制作过程中将 3 个应变花沿环氧树脂薄壁筒圆周相隔 120粘贴。然后在外层注入环氧树脂粘结剂,并将其嵌入到环氧树脂管内11。2.2空心包体法三维地应力测量原理本文采用空心包体类环氧树脂三轴应变法,其应力解除过程详如图
11、3 所示。2.3测点布置原则(1)应在尽量完整、层理不发育或胶结较好的岩体中布置测点。(2)侧孔深度应大于巷道或已开挖峒室跨度的 2.5 倍。在煤矿副井四叉门处布置地应力测试点,钻孔数据见表 1。2.4地应力测试步骤(1)用工程地质钻,钻孔直径 133 mm,并进行湿法钻井,将岩粉水等排出,再用 36 mm 钻头同心钻进测量孔,深度约 33 cm。(2)先将质量比为 4.21 的粘结剂填充到空心包体应力计圆筒内,柱塞插入内腔,用铝丝将其固定,再用定位器接送棒把空心包体送入钻孔中预定位置,继而推动安装杆,剪断铝丝,使粘结剂流入应力计与测量孔孔壁之间的间隙。15 h 后,粘结剂发生固化,记录应力计
12、相应偏角。1-安装杆;2-定向器导线;3-定向器;4-读数电缆;5-定向销;6-密封圈;7-环氧树脂筒;8-空腔:内装粘胶剂;9-固定销;10-应力计与孔壁间空隙;11-柱塞;12-岩石钻孔;13-出胶孔;14-密封圈;15-导向头;16-应变花图 1空心包体应力计结构Fig.1 Structure ofhollowinclusion stress meter图 2空心包体应变分布示意Fig.2 Hollowinclusion strain distribution diagram图 3测点应力解除过程Fig.3 Stress relievingprocess ofmeasuringpoint
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