套孔应力解除法在某矿区的实际应用.pdf

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1、86能源技术与管理2012年第1期doi：10．3969／j．issn．1672—9943．2012．O1．034套孔应力解除法在某矿区的实际应用王空前，雷东升(1．中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏徐州221008；2．中铁十局二公司西久项目部，青海海南州813000)[摘要]地应力是地下工程结构岩体设计、施工和围岩安全稳定性支护与科学化决策的必要前提和基础，对矿山开采、地震预报、水工建设、煤和瓦斯突出、岩爆、油田的稳定性等的研究具有重要意义。某矿区开展的三维地应力测量工作，在介绍了地应力测量的原理和方法的基础上，根据基于前人的地应力测量原始数据，通过分析

2、，得出了该矿区的地应力场分布特征。结果表明：该矿区一240m标高处构造应力场以近南北向的构造应力为主；达到一367m处，近东北西南方向水平构造应力为主；垂直应力与上覆岩层自重较一致。[关键词]地应力；空心包体；应力解除法[中图分类号]TD311[文献标识码]B[文章编号]1672_9943(2012)O1-0086-030引言1地应力测量原理与方法地应力分析方法常用来解决采矿、工程地质、1．1地应力测量仪器巷道围岩支护等各种地下工程变形和破坏的问目前国内外最普遍的地应力测量方法是应力题。其大小和方向不仅对地壳运动和地质构造的解除测量法中的空心包体应变计测量方法

3、。该测研究具有重要意义，而且对巷道的维护、采矿、隧量方法操作方便、定位精确，受岩体不均匀性影响道等地下工程的合理设计和施工及安全生产也具较小，而且能防水、线弹性好、模量低，是地应力测有重要的实际意义。通过对采区地应力测量获得量中首选的方法]。开采范围内三维地应力的分布状况，然后进行合中国矿业大学吴振业教授自行研制的理的巷道布置和设计，既能显著改善巷道维护情YH3B一4型应变计，可以通过单孔测得三维应力，况，避免发生灾害，而且还能节约大量维修和支护该型应变计感测灵敏度和精度均较高，曾在“微山费用，大大提高了矿井的经济效益。湖下断层煤柱的合理留设”中得到成功应用l

4、4]，如图1所示活塞应变花定向槽插头环氰液储罐环氧树脂筒图1YH3B一4型应变计结构该应变计采用互成120。的三组应变花组成，成0、45o、90。，YH3B一4型应变计应变花布置示意每组应变花由3个应变片组成，分别与轴向夹角图如图2所示。ZXA一图2YH3B一4型应变计应变花布置示意图2012年第1期王空前，等套孔应力解除法在某矿区的实际应用871．2地应力测量实施步骤中国矿业大学吴振业教授等曾利用YH3B一4应力解除法的测量实质是首先在待测区域岩型应变计，在某矿区选择多个测站，开展了三维地体中选定测点，并安装测量元件，然后对岩芯进行应力测量工作。套孔或掏槽解

5、除原岩应力，同时采集岩芯弹性恢该矿区位于太行山的东麓，区域构造上位于复变形或应变数据，然后根据已知的公式，计算出山西台隆东南边缘到华北段拗的过渡带上，受“新地应力主值的大小、方向和倾角值]。其施工步华夏系构造”控制，最大构造压应力基本上以北东骤如图3所示：钻取基础孔，以靠近待测点，消除向至北东东向为主。因受太行山山前大断裂的控外界影响；钻取应变计安装孔；洗孔，安装应变计；制，在大断裂两侧发育着与之斜交的次一级构造实施应力解除，并记录应变数据。线，在其凹陷或边缘地带，残留着部分断陷含煤构造，即断陷井田，该矿区就是由这其中的一些断陷井田组成的，区内可采煤层均为石炭

6、二迭系。2．2测站选择结合空心包体测量技术的要求，其地应力测站的选择，在充分考虑地质条件的基础上，主要遵循了以下原则：①测站避开断层、褶曲破碎带，一～以保证地应力测值具有一定的代表性，能确切反一*～映该区域地应力的一般水平；②测站位置尽量选—择在较完整、均质且层厚合适的岩石层位中，以保()安装应变计探头证测量成功率；③选择测量地点避开正在施工的其他硐室或巷道的影响，同时选择接电接水方便》》蹦《夸敞辱(d)套孔岩，实施应力解除的地方，确保地应力测试结果的真实性。图3应力解除法实施步骤示意图经过对矿区地质构造等资料的分析和地下实1．3地应力计算原理际考察，最终分别

7、确定了各地应力测站的位置，这在无穷远处三维应力场作用下，应变测值与些地点岩石条件和施工条件均较好，并且没有较原岩的应力关系为_6¨：大的地质构造，适合测站布置，如表l所示。=1(o-x+O-y)K+2(1-v)[(一o-x)c。s20—表1测站状况2Tsin20]K2--v~K4}y=[一(+)](c础sinO)K=(+±y)注：方位角从测点正北方向开始，以顺时针取向为正，其范围为0～360。，倾角以水平向上为正。式中，、、、丁、，为钻孔直角坐标2．3测量结果及分析系0-xyz下作用在距离钻孔无限远处岩体的正应实验所测岩心弹性模量和泊松比等力学参力及剪应力；、

8、分别为岩石的弹性模量和泊松数，如表2所