大地精浅埋深矿井地应力测试及应用

以大地精浅埋深矿井为测试对象,采用自主研发的地应力测量装置进行原岩应力测量,分析矿井地应力场分布特征,得出大地精浅埋煤层形成σH型原岩应力场,最大主应力方向在N40.3°E～N52.1°E。根据地应力测试成果,优化采区巷道布置,把采区大巷与工作面回采巷道布置方位作出调整,回采巷道走向与最大主应力方向近似平行,解决了回采过程两煤帮片帮问题;基于地应力测试数据,采用FLAC3D数值软件,分析不同支护方案对巷道围岩稳定的影响,提出综采工作面巷道优化设计,现场应用表明既保证了巷道安全,又节约了支护成本,提高了掘进进尺,取得了良好的技术经济效果。     

汤丹铜矿深部三维地应力分布规律及矿区结构面特征

汤丹铜矿1 218m中段探矿工程出现地应力集中现象,巷道大变形、岩层移动加剧。为采空区稳定性数值模拟提供原岩应力场,采用单孔3段套孔应力解除法对3个中段进行三维地应力测试,获取了垂直方向9组地应力数据,将解除的试件进行围压率定试验,判定12个应力片的工作状态。三维地应力测量结果表明:最大主应力、中间主应力和最小主应力随深度基本呈线性增长;当深度达1 130m时,最大主应力值为41.29MPa,与水平面夹角为-1.15°,方位角179.37°,水平主应力与自重应力比值为1.35～1.47,反映出矿区存在较大的构造应力场。将测量结果与区域构造和结构面产状结合分析发现,主应力方向与断层和结构面走向一致,与巷道工程布置垂直或大角度斜交,研究成果对深部回采和井巷工程布置具有重大意义。     

汤丹铜矿深部三维地应力分布规律及矿区结构面特征研究

摘要：汤丹铜矿1218m中段探矿工程出现地应力集中现象,巷道大变形、岩层移动加剧。为采空区稳定性数值模拟提供原岩应力场,采用单孔3段套孔应力解除法对3个中段进行三维地应力测试,获取了垂直方向9组地应力数据,将解除的试件进行围压率定试验,判定12个应力片的工作状态。三维地应力测量结果表明：最大主应力、中间主应力和最小主应力随深度基本呈线性增长;当深度达1130m时,最大主应力值为41.29MPa,与水平面夹角为-1.15°,方位角179.37°,水平主应力与自重应力比值为1.35-1.47,说明矿区存在较大的构造应力场。将测量结果与区域构造和结构面产状结合分析发现,主应力方向与断层和结构面走向一致,与巷道工程布置垂直或大角度斜交,研究成果对深部回采和井巷工程布置具有重大意义。     

某金属矿深部原岩应力测量及地应力场分布规律研究

为了探明某金属矿深部矿体开采区域的地应力状态,准确测量其开采矿体的地应力大小和方向,采用应力解除法,在矿区各中段的巷道内进行地应力现场测试.通过现场实测,得到了矿区5个水平各测点的原岩应力大小和方向,揭示了矿区原岩应力的分布规律.研究结果表明:矿区原岩应力场以水平构造应力为主,各方向应力值随深度增加而增加,岩性的变化对结果影响较小;最大主应力、最小主应力、中间主应力均随深度相对均匀地增长,侧应力系数随深度增加略有减少.     

王庄煤矿740水平地应力测试研究

针对王庄煤矿地质构造情况,采用小孔径水压致裂地应力测量装置,对740水平进行地应力测试。结合矿井区域地质构造和煤岩层赋存条件,分析了该水平地应力的特点。研究表明,该研究区域的地应力基本上是由自重应力和水平构造应力构成,构造应力在地应力中所占比重大于自重应力;最大主应力在近水平方向,最大水平主应力方向主要集中在N42.0°W～N59.2°W之间,最大水平主应力与巷道的夹角近似超过45°。     

基于地应力实测的某矿区应力场分布特征

地应力是影响矿井工程设计施工的重要因素,以某矿区为例,选取4个具有代表性的原岩应力测点,采用应力解除法进行了三维地应力测量,分析了该矿区的地应力分布特征。结果表明:各测点最大水平主应力都大于垂直应力,矿区最大主应力方向基本为NW—SE向,与实测主要构造的应力场方向基本一致,即矿区主控地应力为构造应力。现场实测地应力表明:目前主要巷道与最大主应力方向的夹角较大,对巷道围岩稳定与维护产生不利影响,需根据实际采矿地质条件、施工因素、最大主应力方向,综合确定巷道的最佳轴线方向及合理的断面形状。     

基于围岩变形破坏特征的煤矿地应力场主应力方向预测方法

地应力场是煤层渗透性优势发育方位重要影响因素,准确获取地应力场主应力方向信息可以为煤矿瓦斯抽采工程设计与煤层气井网布置提供理论指导。系统总结了巷道变形破坏特征与地应力场类型、井下应力痕迹特征与地应力场最大水平主应力方向之间关系,提出了利用围岩变形破坏特征预测煤矿区地应力场主应力方向的方法。在焦作古汉山矿进行了现场应用,预测矿井地应力场为σH>σv>σh型、地应力场最大主应力方向应为NE向,预测结果与地应力实测结果基本吻合,证明了该方法有效性。     

潘三煤矿13号煤层地应力分布规律研究

利用空心包体应力计法在潘三煤矿二水平东翼13-1煤采区、西三C组中部采区共计6个测点进行了地应力测量工作，分析得出了潘三煤矿深部地应力分布规律:最大主应力接近水平，且明显大于垂直应力，地应力场中水平主应力占主导优势地位，水平主应力接近于南北向，采区巷道受水平主应力方向性影响显著。深部地应力场中最小主应力σ₃略小于垂直应力σ_v，中间主应力σ₂略大于垂直应力σ_v，地应力场呈现σ₁>σ₂>σ_v>σ₃的应力关系，测试结果可为潘三煤矿开采过程中的巷道支护和煤炭安全高效开采提供科学依据。     

寺河煤矿三维地应力场分布和巷道布置优化

采用井下现场测量和理论分析相结合的方法,研究了晋城煤业集团寺河煤矿东采区3号煤层的三维地应力场分布和最优巷道布置方向,确定了该区域的地应力场形式为σHV型,属于典型的构造应力场。分析了在该类型的地应力场中,最优巷道布置方向与最大主应力方向的关系。研究结果表明:最优巷道布置方向不是沿着最大主应力的方向,而是与其成一定夹角,夹角大小取决于3个主应力的比值;当夹角不大于30°时,构造应力对巷道围岩稳定程度的影响较小。     

千米深井深部地应力测量与分布规律探索

为得到云南某千米深井深部地应力分布规律,采用空心包体地应力测量方法,对矿山深部开采区域进行三维地应力测量。基于实测数据,分析矿区深部地应力分布,得出深部原岩应力以水平应力为主,最大主应力为64.17MPa,地应力整体属于高应力水平。最大水平主应力方向在NNW方向,与矿区所在的区域构造应力场方向呈现高度的一致性。地应力测量结果为矿山深部高应力巷道支护以及高应力灾害防控提供重要基础数据。     

深部水平主应力方向对煤巷围岩稳定性影响规律研究

为了保证深部巷道掘进过程中围岩稳定，深入分析巷道布置方向和深部水平主地应力分布之间的关系，以首山一矿为工程背景，利用理论计算方法求出最优角度，使用数值模拟方法分析煤巷布置轴向与最大水平主地应力σH不同夹角时模型的塑性区分布，最大主应力差变化和围岩变形特征。结果表明：煤巷掘进后从煤巷壁面到围岩深部围岩的最大主应力差大致可以分成“增长-降低-稳定”三区|当作用在煤巷两帮的水平法向应力σn与垂直主地应力近似相等时水平地应力对煤巷布置掘进稳定性影响最小，根据对现场数据的理论计算和模拟结果的分析，巷道轴向与σH夹角大小为30°左右时巷道较为稳定。     

白音呼布矿区三维地应力测量及巷道布置优化研究

白音呼布矿区进入深部开采后,巷道岩爆、变形等地压灾害变得愈发严重。为保障生产安全,现场采用空心包体应力解除法测量了对矿区7个测点三维地应力,基于测量结果及地应力场构建对矿区深部巷道布置优化进行了研究。首先根据等应力轴比理论优化了巷道布置方向,给出了100m中段巷道轴向与最大水平主应力方向最优夹角为26°;然后采用数值模拟方法研究不同夹角时巷道围岩的应力、位移变化特征,并指导了新中段的巷道布置。结果表明:实测最大水平主应力是自重应力的1.57～1.89倍,矿区深部以水平构造应力为主导;夹角为26°时,巷道围岩变形最小,数值模拟与理论计算结果相符;新中段巷道优化布置后,围岩变形、位移明显变小,地压灾害得到有效控制。     

巷道围岩渗流场和应力场各向异性特征分析及应用

依托范各庄煤矿12号煤层底板的砂岩巷道工程实际,应用岩体结构面非接触测量（ShapeMetriX3D）系统,对巷道开挖面进行岩体结构面数字摄影测量及识别,得到岩体结构面的几何分布参数;在此基础上,利用Mont-Carlo方法生成裂隙网络,分别利用离散介质渗流方法和几何损伤理论计算岩体的渗透张量和弹性张量,研究了岩体力学参数各向异性和尺度效应;最后,建立了平面应变情况下的巷道围岩各向异性渗流力学模型,采用COMSOL Multiphysics多物理场分析软件,计算得到了可以考虑节理分布特征的巷道围岩应力场和渗流场,并讨论了岩体力学性质主方向对围岩应力场、渗流场及损伤区的影响。研究表明,岩体的各向异性对数值模拟结果影响显著,等效连续介质的各向异性模型能考虑岩体结构面的影响,更符合工程实际。     

宣东二号煤矿地应力测量及分布规律研究

 采用应力解除法,对宣东二号煤矿砂岩和辉绿岩两个岩层中进行三维地应力测试,并对获得的含有应变计的套孔岩芯进行了室内围压率定试验。结果表明：各个主应力均为压应力,没有出现拉应力的现象;矿区以水平构造应力为主,最大水平主应力的值在64.93～73.61MPa范围内变化,方向基本上为SW-NE,竖向主应力接近上覆岩体的自重应力;各测点的最大剪应力较大,其值均大于20MPa。测量结果为矿井采场合理布局、巷道布置选择和锚杆支护设计提供可靠依据。     

六苴铜矿深部岩体地应力特征分析与研究

六苴铜矿深部开采过程中面临着较大的高应力灾害问题,在综合对比分析目前国内外主要地应力测量方法的基础上,确定采用空心包体应力解除法进行矿区地应力测量。本次地应力测试工作共布置了4个测点,每个测点进行了两次应力解除测量,大大的提高了测试结果的精度。测试分析得到了岩体最大主应力值、应力方向以及深部岩体的应力分布规律,可为后续深部巷道布置、支护设计优化等工作提供可靠的基础参数。     

巷道围岩应力壳力学特征与工程实践

综合采用数值模拟、理论分析和现场观测,深入研究了巷道围岩力学特征及其对围岩稳定性的影响规律。研究发现,巷道开挖后围岩存在连续包络的高应力束组成的应力壳,巷道处于应力壳内的低应力区,巷道围岩矿压显现受控于应力壳的存在及其空间演化;巷道围岩应力壳的空间分布对巷道围岩稳定性有关键性影响,且存在"稳定"和"非稳定"两种形态,维护巷道围岩稳定性的实质是保证巷道围岩应力壳形态的稳定;通过科学的巷道布置和有效的支护手段"控制围岩最小变形",优化围岩应力壳形态是保证巷道围岩稳定性的关键所在。研究和工程实践均表明:巷道轴向与最大水平主应力方向平行时易维护,在于巷道围岩中易形成稳定态应力壳;两者垂直时巷道难于维护,在于巷道围岩中易形成非稳定态应力壳。揭示了最大水平主应力方向对巷道围岩稳定性影响的内在力学本质。     

考虑流变和中间主应力的巷道围岩变形分区

考虑流变特性,将巷道围岩分为弹性区、塑性硬化区、塑性软化区和塑性流动区,并考虑围岩峰前应变硬化、峰后应变软化、扩容特性及中间主应力的影响;基于Drucker-Prager准则推导了各分区应力、位移和半径的封闭解析解,然后以实例为基础分析了围岩变形的影响因素。研究结果表明:中间主应力和围岩流变特性对巷道围岩位移和塑性区的大小均具有重要影响且中间主应力表现出强烈的区间性,在一定范围内提高中间主应力能够有效的控制巷道变形和塑性区的扩展。理论研究及工程实际中,若忽视围岩流变特性则无形中"高估"了围岩岩性,不利于巷道长期稳定性评估及支护设计参数的确定;合理运用中间主应力的Drucker-Prager准则,较Mohr-Coulumb准则更能保证工程实践的安全性。研究结果可为巷道围岩相关理论研究和工程设计提供借鉴。     

兴安矿区深部地应力测试及支护方案研究

针对兴安矿区矿井深部高地应力巷道的围岩控制问题,采用“点-面结合”分析法,即地质力学理论分析和现场原位测量相结合的方法,对矿区地应力场方向及地应力大小进行分析,分析结果表明,兴安矿深部地应力最大主应力方向为近东西方向,最大主应力达到30.10~30.18 MPa,最大主应力与垂直应力之比为1.27~2.18倍,因此该矿区以水平构造应力为主导。针对兴安矿深部高地应力的情况,采用高强度锚喷支护体系对巷道围岩进行支护。通过数值模拟对现有锚喷支护方案进行分析,巷道断面收缩率在可控范围内,巷道内整体变形控制效果较好。同时数值模拟结果与实际观测结果大致相同,这不仅证明了锚喷支护在兴安矿深部巷道支护应用的可行性,也从侧面证明了地应力测试的准确性。     

六苴铜矿深部岩体地应力特征分析与研究

六苴铜矿深部开采过程中面临着较大的高应力灾害问题,在综合对比分析目前国内外主要地应力测量方法的基础上,确定采用空心包体应力解除法进行矿区地应力测量。本次地应力测量工作共布置4个测点,对每个测点进行2次应力解除测量,大幅度提高了测试结果精度。测试分析结果得到了岩体最大主应力值、应力方向以及深部岩体的应力分布规律,可为后续深部巷道布置、支护设计优化等工作提供可靠的基础参数。     

矿井深部三维地应力场测量与特征分析

针对姚桥煤矿-800m水平深部巷道破坏严重,采用岩石Kaiser效应测量方法,对该矿进行了地应力场测量。通过在定向岩心6个特殊方向取样,经声发射试验得到了各方向的单个应力,经计算得出了原岩主应力的大小及方向等参数。结果表明：-800m水平最大主应力为19．00MPa,属中高应力区,存在一定的构造应力。经-650m水平与-850m水平测量结果比较,得到了姚桥煤矿以-800m为界,上部岩层主要受构造应力控制,-800m以下以自重应力为主。