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。     

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。     

煤矿井下地质构造对地应力分布的影响

采用小孔径水压致裂地应力测量装置,在典型的急倾斜、特厚煤层矿区——甘肃华亭矿区的大型向斜构造附近进行14个测站地应力测量,以分析向斜构造不同部位的地应力变化。实测数据表明:华亭煤矿、砚北煤矿井下构造应力占绝对优势;在向斜翼部,水平应力较小;在向斜轴部,水平应力急剧增加,增加幅度远大于垂直应力;向斜构造对矿区地应力分布产生严重影响。基于山西晋城矿区的地应力实测数据,分析断层对地应力值与方向的影响。断层附近某些区域水平应力有所减小,大型断层会引起最大水平主应力方向的扭转。在实测数据基础上,采用FLAC3D数值计算软件,分析华亭矿区大型向斜构造周围地应力场分布,并与地应力实测数据进行对比。将地应力实测与数值模拟有机结合,是全面了解煤矿井下地应力场分布特征的有效途径。     

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。     

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。     

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。     

高应力矿区工作面的合理布置

利用数值试验方法,探讨了采空区长度方向与最大水平主应力方向的空间关系对采空区围岩应力分布特征、位移变化特征的影响规律,为高应力矿区制定合理工作面提供科学的依据。     

红透山铜矿地应力测量及其分布规律研究

红透山铜矿是国内最深的金属矿山之一，岩爆灾害具有典型性。为了解矿区应力状态及分布特征，开展了应力实测工作，应用空心包体应力解除法进行应力测量。通过现场实测获得该矿区5个中段8个测点的三维应力状态，最大主应力方向为NNW-NW，最大主应力值随深度基本呈线形增大，且-767m中段不同部位应力值有所变化，最大主应力值可达50MPa左右。     

中国大陆浅层地壳实测地应力分布规律研究

通过收集中国大陆地区450多个钻孔的地应力实测资料,筛选出受局部因素影响小的450组数据,建立我国垂直应力、最大和最小水平主应力随埋深的分布变化图,研究其变化趋势,并与全球的回归结果进行对比;建立我国最大水平主应力与最小水平主应力之比随埋深的散点分布图,分析水平应力的差异性以及其沿埋深的变化规律;鉴于最大和最小水平主应力的差异大,尤其是在浅部,用最大水平主应力与垂直应力之比更能反映水平构造应力的作用,改进Hoek和Brown用平均水平应力与垂直应力之比进行统计分析的方法和形式,建立我国最大水平主应力与垂直应力之比、最小水平主应力与垂直应力之比随埋深的散点分布图,并进行相应的回归分析.上述统计分析系统总结我国大陆地区地应力场的分布规律,部分统计形式为新的尝试,可为中国地应力场的宏观分布特征研究及相关行业的工程建设提供参考.     

车集矿深部三维初始地应力测量研究

岩体的初始地应力是地壳地层力学状态最基础的原始数据,是采矿工程围岩稳定性分析、开采与支护设计的一个基本参数。与其它地应力测量方法相比,空心包体应力解除法测量精度高且能一次测得三维应力,论述了其地应力测量原理,并采用改进的KX-81型空心包体式应力计实测了车集矿区深部4个测点的三维地应力大小和方向。通过结果分析获得车集矿地应力场的基本分布规律如下:各个主应力均为压应力,没有出现拉应力的现象,最大主应力倾角均小于6°,方位角介于SE10°—SW11°,为近水平南北方向,说明车集矿区域地应力以水平构造应力为主,根据应力回归公式可知,垂直应力基本上等于或略小于单位面积上覆盖岩层的重量,最大主应力随深度的增加而增加。测量结果对深部采矿设计和安全生产具有重要的指导意义。     

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。     

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。     

平顶山矿区构造应力场演化规律及分布特征

为探讨平顶山矿区构造应力场演化规律及分布特征,采集共轭剪节理、断层擦痕、矿区构造等数据,运用赤平极射投影法恢复研究区古构造应力的方向,分析矿区古构造应力场及演化规律;基于地应力和震源机制解资料,运用构造物理学和岩石力学方法解析现今构造应力的大小和方向,获得矿区现今构造应力场分布特征及分区图。古构造应力场重构表明,该矿区主要经历了印支、燕山、喜山三期构造应力场作用,印支期最大主应力方向近NS向,优选产状3°∠6°;早燕山期最大主应力方向NW向,优选产状313°∠13°;晚燕山期最大主应力方向NE向,优选产状54°∠9°;喜山期最大主应力方向NNE向,优选产状18°∠15°;在多期构造应力场作用下,矿区形成了李口向斜控制下的一系列NWW～NW向褶曲和断裂,并伴生NNE～NE向次级断裂构造。现今构造应力场解析显示,该矿区现今构造应力场具有分区特征,矿区整体为大地动力场型,西部矿区以正断层应力场型占主导,中部矿区以走滑断层应力场型占主导,东部矿区以逆断层应力场型和走滑断层应力场型占主导;矿区总体为高应力值区,从西向东应力值呈现升高趋势,应力场稳定性处于相对稳定与临界状态之间;矿区最大水平主应力...     

万福煤矿深部水压致裂地应力测量

为了克服煤田上覆冲击层厚度高达700m所造成的困难，保证超千米深部地应力测量的成功，对传统水压致裂法测量方法和设备进行改进，增加测量系统的耐压能力和测试系统的精度。在完成的7个钻孔、37个测点的现场实测中，6个钻孔的深度接近和超过1100m，最大测点深度为1105m，创造了我国水压致裂法测量地应力钻孔深度的新记录。通过实测，确定了矿区的地应力状态及其分布规律。研究结果表明，37个测点的最大水平主应力与垂直主应力的比值为1．441～3．224，平均为1．97，反映了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的依据。     

水压致裂过程的三维数值模拟研究

基于RFPA数值分析方法和并行计算技术,建立了反映岩石细观损伤演化过程的三维渗流–应力–损伤耦合模型。对具有120万单元的方形岩石材料模型,进行了4组不同应力状态下水压致裂过程的三维大规模科学计算分析。计算结果分析表明：起裂压力与失稳压力并不重合,起始裂纹均为张性,裂纹扩展形式、表面平整度、走向、扩展失稳过程以及裂纹的空间分布形态受应力状态影响。当竖直方向为最大主应力方向时裂纹呈空间竖片分布,当水平应力差较大时裂纹表面形态平整,失稳到来较快;当竖直方向为最小主应力方向时裂纹的空间分布呈水平片状;不等的主应力情况下裂纹总是分布在最小主应力面内;当三向主应力相等时,裂纹起裂位置和扩展方向具有竞争趋势,空间分布不具规律,裂缝分支较多。数值模拟结果与物理实验结果有着较好的吻合,该研究对水压致裂工程设计有一定参考价值。     

在地应力测量中准确求解最大、最小水平应力问题 的探讨

目前,在地应力测量和应用中,人们常常用近于水平的两个主应力或其在水平面上的投影来代替或估计最大和最小水平应力,这在一般情况下误差不大,但是当应力结构比较特殊时这种代替或近似将带来较大的误差,甚至给工程实践带来危害。以投影近似为例按 3 种三维应力状态分别讨论了方位误差随应力形因子 <> R 与主应力轴倾角的变化和量值误差随 <> R 、主应力轴倾角和最大、最小主应力量值之差的变化。并用原地应力测量资料求得了方位和量值误差。理论分析和实例都证明了用近于水平的两个主应力的投影代替两个水平应力的误差可能很大。建议在研究与水平应力相关的问题或与水平方向相关的物理参量时采用本文的计算方法求出准确值。     

西石门铁矿地应力量测与应力场的反分析

本文通过西石门铁矿的地应力量测和应力场的反分析,对该矿区地应力场首次进行了系统的研究,提出了西石门铁矿的应力场是以水平应力为主的旋转压应力场,从南到北,其水平主应力方向为北东→北南→北西向;揭示了水平主应力随深度变化的规律以及平均水平主应力与垂直主应力之比“K”值随深度变化的规律;并从力学角度探讨了应力场与井下巷道稳定、采矿工程设计之间的关系,为地下采矿科学化提供了理论依据。     

砚北煤矿地应力测量及其特征分析

为了弄清华亭矿区砚北煤矿矿井动力现象和巷道剧烈变形破坏的机制与特征，采用空心包体应力解除法，对砚北煤矿进行了地应力测量。结果表明，该区地应力以水平压应力为主，具有明显的构造应力特征，实测最大主应力为14．49～16．88MPa，方向与测点处构造形态基本一致，即基本与煤岩层走向垂直；从应力的绝对值看，该区地应力场属正常偏高情况，而不属于高应力区域，但最大与最小主应力的差值较大(差值为9．85-10．51MPa)。地应力场表现出明显的不均匀性，其大小和方向有较大差异，这是该地区地质环境及演化、地质构造特征和煤岩特征等共同影响的结果。     

深部开采水平应力场与地表远区移动分析

 官庄铁矿是我国东部地下矿之一,埋深500～1 000 m,采用无底柱分段崩落法回采。通过应力测量得知,矿区最大水平应力为垂直应力的1.14倍。针对北采区510～550 m水平开采引起的远区水平移动问题,在大量实测资料分析基础上,采用数值方法和随机介质理论对水平移动进行预测,同时对实测水平移动进行分析。通过分析发现,距当前采区边界500 m处的水平移动达到50 mm,而此处并未观测到垂直移动。分析结果表明,由于存在较高的水平应力,导致水平移动较大,而这种现象就是由于官庄铁矿区砂岩和泥岩地层中所存在的高水平应力场引起的。     

我国大陆实测深部地应力分布规律研究

深埋地下工程往往面临着高地应力的环境,在研究"深部"及"深部工程"概念的基础上,通过搜集我国大陆地区600多组深部岩体地应力实测资料,绘制出我国大陆地区埋深大于500 m的实测垂直主应力、最大水平主应力、最小水平主应力以及侧压力系数随埋深分布图,参照Hoek-Brown方法对深部岩体地应力特征进行初步分析,回归分析深部岩体垂直应力与埋深的关系、最大和最小水平主应力随埋深的分布规律以及侧压力系数随埋深的分布规律;采用分段函数的形式拟合侧压力系数分布图的包络线。