徐州矿区深部地应力测量及区域构造作用分析

为了指导徐州矿区深部巷道维护及开采安全,在5个埋深超过800 m的深井采用空心包体三维应力解除法进行了原岩地应力测量。实测数据表明：所有测点的最大水平主应力均略大于垂直主应力,方向呈NW-SE向, 近水平方向;由于受区域地质构造作用,地应力存在东西差异,西部和西北部矿井,近似呈静水压力型,东部矿井水平应力是垂向应力的1.19～1.23倍;分析了深井地应力量级、主应力与侧向系数随深度的分布规律;分析了区域郯—庐大断裂左旋平移的基础上形成的北东向徐—宿弧形推覆构造作用影响,确立了矿区实测地应力场与区域地质构造的一致性关系,为深部开采提供可靠的地应力基础数据。     

玲珑金矿深部地应力测量及矿区地应力场分布规律

 介绍玲珑金矿主矿区深部和浅部两期地应力测量的过程和结果。为提高测量结果的可靠性和准确性,采用完全温度补偿技术和实现完全温度补偿的空心包体应变计等一系列新的技术和方法,对传统的应力解除法进行重大改进。通过实测,获得矿区7个水平,18个测点的三维地应力大小和方向。根据实测结果,对玲珑金矿主矿区地应力场的分布规律进行定量的综合分析与研究。研究结果表明：(1) 玲珑金矿主矿区地应力场以水平构造应力为主导,最大水平主应力平均为自重应力的2.26倍;(2) 最大水平主应力的走向为NW向,基本与区域构造应力场最大主应力的方向相一致;(3) 垂直主应力值基本上等于或略大于自重应力值;(4) 深部与浅部相比,尽管岩性有较明显变化,但地应力场分布规律并没有显著改变;(5) 最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力值均随深度呈几乎线性增长关系。     

V型河谷区原地应力测量研究

为研究V型河谷区岩体应力的大小、方向及其分布,采用水压致裂法对河床和山体内的平面和三维地应力进行现场测量。实测最大水平主应力方向为NW40°～60°,最大水平主应力值最高近40MPa,最小水平主应力值为20MPa;在河床谷底浅部80m以上,受河谷卸荷影响地应力有所释放,形成卸荷带;孔深90～130m产生应力集中,形成V型峡谷典型的“应力包”分布特征;在山体内PD27#平硐不同硐深处的3个测点进行三维地应力测量。测量结果表明:三维主应力值随硐深的增加而增大,从1#～3#测点测得的最大主应力和最小主应力的数值增加近1倍;3个测点主应力的方位和倾向大体一致,随硐深的增加,最大主应力倾角逐渐变陡,反映出重力的贡献越为显著。对原地应力实测结果进行解析,得到隧道横截面的最大主压应力和最小主压应力及相关的应力参量,结合岩爆判据对隧道发生岩爆的可能性进行分析,隧道横截面内最大差应力的大小是控制岩爆发生的主要因素。     

北岭煤矿地应力测量及其特征分析

为弄清北岭煤矿浅部应力状态及分布特征,采用空心包体应力解除法进行地应力测量。结果表明:该区的地应力以水平构造应力为主,且均为压应力;最大主应力位于近水平方向,为近东西向;各测点均有两个主应力接近水平方向,另一个主应力接近垂直方向,垂直主应力值基本等于自重应力;位于近水平面内的两个主应力值相差较大,三个测点近水平面内的两个主应力的比值分别为1.83、1.88、1.84;在同一平面内,地应力的大小和方向没有出现突变现象,说明矿区的地应力场比较均匀。此次地应力测量为矿区进行围岩稳定性分析及开挖设计科学化提供了理论依据。     

基于三向应力监测装置的地应力测量方法研究

地应力的大小和方向决定着地下煤岩体的形变及稳定性,研究地应力实时测量技术对于煤岩动力灾害监测具有重要意义。基于此,研发基于静水压原理的三向应力传感装置,对该装置的应力传感性能进行测试分析,并分析了三维地应力解算公式;在平顶山首山煤矿安装两套应力传感器,测量并求解测点的三维地应力大小及方向。研究结果表明:装置感应应力与实际加载应力呈线性对应关系,相关系数R=0.989 57,并且三向应力感应相互独立;首山一矿最大主应力为22.86 MPa,方位角为140°,倾角2°,地应力以水平应力为主,侧压系数为1.22,属于典型的构造应力场,实测结果与前人研究结果相吻合。研究表明该装置和方法能够较为准确的测量地应力大小及方向,测量方法简单便捷,具有工程应用前景。     

千米深井地应力测量技术研究与分析

为查明朱集西煤矿矿区地应力分布特点,并对以后的支护设计提供有力的参数,采用空心包体法测量朱集西典型巷道。结果表明:经过试验测量可得在朱集西矿区近乎垂直方向分布着中间主应力,而在近水平方向分布的是最大和最小主应力;测量得到高应力区的最大水平应力和垂直应力比值是1.55;同时根据理论估算深约950 m的水平和垂直应力,通过比较发现理论数值小于现场实测数值,通过分析该处以水平构造力为主属于大地动力场一种。     

金川二矿深部1 000 m中段地应力测量 及应力状态研究

 金川镍矿是我国最大的硫化铜镍矿,而二矿又是金川镍矿的主力矿山。目前二矿已进入深部开采阶段,由于矿岩破碎、剧烈开采扰动以及巷道采场结构越来越复杂,加之应力状态的改变,围岩稳定性问题更加突出。为此在二矿深部1 000 m中段进行了系统的地应力测量,以了解深部应力分布特征及其变化规律。现场测试采用空心包体应力解除法,共获得7个测点的三维应力数据。地应力测量成果表明,在井下700～800 m深度范围内,最大主应力量值基本为20～30 MPa,大部分测点最大主应力方位为NNE～NE向,最大主应力倾角在40°以上,以水平应力为主导的应力作用特征发生改变。     

华北地区构造应力场非均匀特征与煤田深部应力状态

 将华北地区分成11个应力小区,依据华北地区近期1 111条中小地震震源机制解数据,利用格点尝试法分析华北地区主应力方向的分布特征,结果显示,华北地区现今构造应力场以水平作用为主,其中,唐山和晋南地区最大主应力方向为近EW向,其他地区最大主应力方向均为NEE向,方位为NE60°～80°。鲁西南万福煤矿深部水压致裂原地应力测试结果显示,水平最大主应力方向的为NE40°～80°,与鲁西南地区中小地震震源机制解的分析结果十分接近。通过构造类比,认为万福煤矿深部应力状态受控于鲁西南地区区域构造应力场。     

深孔空心包体法地应力测量仪及其应用实例

 介绍用于深孔地应力测量的深孔空心包体法地应力测量仪的组成结构及辅助工具,并给出该仪器的应用实例。传统的应力解除仪器只适用于浅孔,不适用于深孔。深孔空心包体地应力测量仪将原来井上应变仪、井下空心包体应变计、电子罗盘等集成于一体,制成无电缆微型探头,测量时将微型探头安装到孔内预定位置进行测量。用该仪器在上海市浦东地震监测中心张江观测孔进行实际应用,获得365和385 m深处的三维地应力实测数据,测量结果显示张江观测孔最大主应力近水平,方向为近EW向,最大主应力值为8. 5～9.0 MPa,最小主应力近于铅直,大小与上覆岩层压力相近。实测表明深孔空心包体地应力测量仪适用于深孔三维地应力测量。     

深埋洞室地应力状态与岩爆相关性研究

为了研究锦屏二级水电站探涧开挖过程中发生岩爆与地应力的相关性，在电站探洞不同水平埋深处进行了水压致裂和应力解除三维应力测量。测量结果表明：（1）在探洞浅部，受局部地形影响，测点的应力分布主要受自重和区域及地形地貌控制。形成特有的“V”型河谷岸坡内的局部应力状态，最大主应力11．0MPa左右，作用方向NNW基本近水平；（2）在探洞深部地应力值较高，最大主应力40．0MPa左右，作用方向近直立；（3）随水平埋深的增大最大主应力由近水平状态转变为近直立状态，说明在洞深部自重应力起主导作用。对原地应力实测结果进行解析，得到了隧道横截面的最大主压应力和最小主压应力及相关的应力参量，结合岩爆判据对隧道发生岩爆的可能性进行了分析，提出了岩爆的发生主要受控于隧道横截面内的最大差应力的大小。     

深部矿井地应力测量方法研究与应用

目前地应力测量方法有很多种,可分为力学法、地球物理法及地质构造信息法等。在分析各种测量方法特点的基础上,介绍适用于深部煤矿巷道的地应力快速测量方法——小孔径水压致裂地应力测量法,包括小孔径水压致裂地应力测量原理、测量装置的组成部分和技术特征。在我国煤矿典型的深部矿区——新汶矿区井下巷道中,完成9个测点的地应力测量。其中5个测点的埋深超过1000m,最深达1220m。测量结果表明,7个测点的最大水平主应力大于垂直主应力;最大水平主应力高达42.1 MPa;最大水平主应力与垂直主应力的比值为1.004～1.550;新汶矿区超过1 000 m深井地应力以水平应力为主,最大水平主应力方向主要集中在N3°E～N43.5°W。通过井下实测,确定出所测区域地应力状态及其分布规律。同时证明,小孔径水压致裂地应力测量法可为深部矿井提供有效、快速的地应力测量手段,为深部巷道布置和支护设计优化提供可靠的基础参数。     

深部岩体地应力场分异特性研究

以华北平原某深部资源勘探工程为背景,根据井工设施、开采及地面工业场地设计要求,在断层附近不同位置布置勘测钻孔,进行超千米深部岩体水压致裂法地应力测量,通过对断层附近6个钻孔的试验与分析,揭示断层附近地应力场的分异特性及其变化规律。研究表明,断层附近的最大水平主应力σ_H∈[26.35 MPa,55.47 MPa],应力集中系数为1.05～1.44;σ_H/σ_h∈[1.22,1.65],平均为1.56,σ_H/σ_h比值与远场应力的相当;σ_H/σ_h∈[5.90,22.80],平均为16.42,高于远场应力的差值。在断层附近应力方向将发生偏转,范围为0.60°～30.83°,平均偏转24.2°。地应力在断层之间、断层的交汇处及断层下盘发生显著的变化,表现为应力集中、水平主应力差值增大、方向重大偏转及百米地应力增量增大,且位置不同,地应力存在明显的分异性。     

空心包体应变计地应力计算方法的探讨

为进一步改进和完善空心包体应变计的地应力计算方法,基于空心包体应变计所测应变值和原岩应力分量之间的关系,采用曲线拟合的最小二乘法,建立求解应力分量的正规方程组,推导出原岩应力分量的表达式;利用盛金公式求解应力状态方程,得到判断测点处地应力状态的总判别式及不同情况下主应力的计算公式;根据主应力方向余弦之间的几何关系,给出确定主应力所在卦限的方法,推导出主应力方位角和倾角的计算公式。据此利用LabVIEW编制地应力计算程序,对新城金矿三维地应力状态进行分析。结果显示:新城金矿地应力场以水平构造应力为主,最大水平主应力总体上为南东–北西向到近东西向。     

官地水电站地下厂房区地应力测试与应用分析

为了确定雅砻江官地水电站地下厂房区初始地应力场,并为厂房及洞室系统的优化布置提供依据,在地下厂房区6个部位各布置了一个钻孔,采用空心包体式钻孔应变解除法进行了三维地应力测量。测试结果表明:最大主应力量值为20~22MPa,属中高应力区,最大水平主应力方向在NW~NNW之间。最大水平主应力与地下洞室初期布置方向夹角近90,°不利于洞室围岩的稳定性。为此,从综合考虑地应力和地质构造条件的角度,提出了调整地下厂房布置方向的优化建议。     

香港排污隧道工程水压致裂法地应力测量研究

初始地应力状态是岩石地下工程设计中的重要参数，而水压致裂法是深部岩体应力测量的理想方法。文章介绍了水压致裂法地应力测量原理及其在香港本岛排污工程隧道沿线11个钻孔（深度130—430m）中的测量实例。测量结果分析表明，隧道高程的最大水平主应力5～20MPa，侧压力系数0．6～1．5，对于工程所处的结晶硬岩而言，属于中等地应力水平；最大水平主应力方向与隧道走向的夹角一般较小，即地应力对隧道稳定性比较有利。另外从地应力场的角度对工程施工提出了建议。     

乌鞘岭隧道三维地应力场多元有限元 回归拓展分析

 采用三维有限元多元回归分析方法,基于有限测点的地应力量测结果,拓展分析隧道区原始宏观地应力场。建立隧道区两个大规模三维计算模型,通过有限元分析软件ANSYS对重力、水平挤压和剪切等4种工况的构造应力场分别进行计算。编制三维地应力场多元回归分析计算机软件MEBA以及与ANSYS的接口程序MEBAC,实现地应力场的多元回归拓展分析,着重分析乌鞘岭隧道岭脊地段的复杂应力状况、应力值的宏观大小和规律,特别是F4,F5,F6,F7断层及其附近的应力状况。宏观地应力场的分析结果表明,乌鞘岭隧道宏观地应力场的主应力方向为N21.2°E,与隧道轴线的夹角为38.2°,断层区隧道衬砌具有纵向挤压和横向受力不对称的特点。区段地应力值高,在隧道轴线位置,最大垂直地应力为32.10 MPa,垂直于隧道轴线方向最大水平地应力为21.72 MPa。宏观地应力场的分析结果对工程的动态设计与施工具有重要参考价值。     

ASR和DITF法综合确定塔里木盆地7km深部地应力状态

针对塔里木盆地致密气勘探开发中地应力测试需求,利用非弹性应变恢复(ASR)和钻井诱发裂缝(DITF)地应力测试方法,分析塔里木盆地7 km深部的地应力状态。研究表明:(1)SN-X井6 293~6 955 m深度范围内最大主应力近垂直,中间和最小主应力近水平,最大水平主应力方向在N E 51°~79°范围。(2)在区域挤压构造环境下,塔里木盆地内部存在与碰撞造山后应力松弛或构造旋转逃逸引起的正断层应力环境。(3)通过与DITF法地应力测量结果的对比分析,验证了ASR法用于7 km深部地应力测量的有效性,预期ASR法以其成本低、效率高且不受钻井深度和温度限制的优点,在深部科学钻探、非常规油气开发及地热资源开发等领域具有广阔的应用前景。     

晋城矿区地应力场研究及应用

 随着矿井开采深度与强度的不断增加,地应力对围岩变形与破坏的影响更加突出,在煤矿矿区进行地应力测量,并分析地应力场分布特征具有重要意义。在晋城矿区,采用小孔径水压致裂地应力测量装置,进行10个煤矿、62个测点的二维与三维地应力测量。实测数据表明：晋城矿区原岩应力以水平应力为主,构造应力占绝对优势,属于典型的构造应力场类型;地应力值属于中等水平;矿区东部与西部水平主应力方向变化较大,主要原因是受晋获褶断带的影响。基于实测数据,绘制晋城矿区地应力分布图;采用回归方法分析地应力随埋藏深度的变化规律;论述水平主应力与垂直主应力的比值同埋藏深度的关系,并与霍克–布朗包线进行比较。选择典型矿井,将地应力测量结果应用于巷道布置与支护设计,根据地应力场分布特征提出合理的巷道轴线布置方向,并在井下应用中得到验证。井下地应力测量为晋城矿区提供了可靠的基础数据,对指导矿区井田开拓、巷道布置与支护设计、采煤方法的选择等工程实践具有重要参考价值。     

赵楼煤矿1 000 m深孔水压致裂地应力测量及其应力场研究

 赵楼煤矿是目前国内开采最深的非金属矿山之一,处于曹县-郓城活动断裂带上,区内地质构造较为复杂。为了掌握矿区原岩应力场分布规律,应用深孔水压致裂地应力测量技术开展地应力测量工作,获得该矿区2个钻孔中16个测段的应力状态。测量结果表明：矿区最大主应力随深度增加基本呈线性增大,且在800 m深度处应力值有所变化,最大水平主应力为28.45～45.75 MPa,方向NEE,反映出矿区地应力场以水平应力为主导的特点,测量结果可为矿山建设和开采设计提供科学依据。     

引汉济渭工程黄三隧洞地应力测试研究

通过地应力现场测试,研究引汉济渭工程黄三隧洞地应力场特征。首先介绍水压致裂法基本原理,然后分析现场测试结果得到了水平主应力量值和最大水平主应力方向,讨论了地应力场特征及地应力对隧洞轴向选择的影响。测试区域内,地应力属于中低应力水平,σ_Hσ_hσ_Z;地应力方向在浅部符合河谷区应力分布一般规律,深部主要受区域构造应力场影响。从地应力角度分析,隧洞轴线选择方向对围岩稳定较为有利。