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。     

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。     

梅山铁矿地应力测量结果及其分析

梅山铁矿地应力测量采用应力解除法和改进型空心包体应力计，测量获得矿区３个水平８个测点的三维地应力大小和方向，并通过统计分析得出矿区地应力场分布的基本规律。实测结果与依据构造线推测的矿区构造应力场状态基本一致。     

霍州矿区地应力分布规律实测研究

地应力是漫长地质时期形成的岩体内生应力,成因复杂、影响因素众多,是影响深井巷道围岩稳定性的重要因素之一.应用空心包体式三轴应变计,采用钻孔应力解除法系统地对霍州矿区现有主采煤层进行地应力现场实测,得到不同位置和埋深的实测地应力数据.通过对实测数据的系统分析,得出矿区范围内地应力场的分布规律,验证霍州矿区地壳浅部地应力场仍以水平应力为主.基于地应力实测数据和具体工程地质条件,采用FLAC3D对不同轴向煤矿巷道进行围岩稳定性数值分析.应用上述研究成果,对团柏矿八采区巷道顶板稳定性受最大水平地应力的影响程度进行分析.研究结果为霍州矿区采场合理布置及煤矿巷道支护设计强度提供计算参数,对于井巷布置和矿山安全高效生产具有重要指导意义.     

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。     

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。     

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。     

基于实测数据及数值模拟断层对地应力 的影响

 以松辽盆地北部某油区为背景,采用差应变及波速各向异性法对4口井两主力油层进行地应力测量,结果表明：对于同一区块相距仅2 000 m左右的4口井,其地应力状态存在较大的差异,尤其是地应力方向更是如此,影响因素分析进一步表明,地应力状态的差异是由于断层影响所致。为此,基于有限元软件ANSYS进行二次开发,利用三维有限元数值模拟方法,结合优化反演技术,对研究区地应力场进行反演,研究表明：由于断层影响以及复合断层的叠加扰动,研究区地应力状态表现出复杂的非均匀分布特征,断层附近应力方向发生转向,其中断层端部应力方向偏转超过40°,因此,离散“实测点”不能反映断块区地应力场全貌,三维数值模拟是定量分析地应力场的有效方法。     

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。     

新疆某高放废物预选处置库区地应力测量研究

 为了获得预选处置库区现今地应力的赋存特征,在该区花岗岩体内的4个深钻孔中采用水压致裂方法进行地应力测量。基于钻孔岩芯编录结果,在0～700 m深度范围内,成功取得地应力量值和最大水平主应力方向数据。依据获取的地应力实测资料,结合拜尔利定律和断层摩擦库伦准则,对预选区的地应力状态及断层活动性进行分析。结果表明：(1) 3个主应力随深度呈现出较好的线性关系;(2) 测试深度范围内,水平应力普遍高于垂向应力,预选区构造应力占主导地位,且随深度的增加逐渐减弱,岩体北部的水平力作用强于中部及南部,南部最弱;(3) 最大水平应力优势方位为NEE,与区域构造应力场方向基本吻合,自青藏高原内部及边缘到东天山地区,现今最大主应力的作用方向表现为由NE～NEE的变化规律;(4) 预选区地应力量值未达到断层摩擦滑动临界值,断层活动性较弱;(5) 研究成果为处置库的开挖设计和稳定性评价提供科学的指导,实测资料填补了该区域地应力数据的空白,为我国西部地区地应力场分布规律研究提供重要参考资料。     

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。     

大型金属矿体开采地应力场变化及其对采区岩体移动范围的影响分析

根据金属矿地下开采引起的地应力场变化对岩体移动变形范围影响的工程实际，采用现场实测和数值分析方法，对深埋破碎金属矿体开采引起的地应力场变化及其对地质环境影响并导致岩体移动变形范围不断扩大这一客观现象进行了具体计算分析。结果表明，矿体开采后，随着采深的增加地应力明显增大，岩体移动变形的影响范围也随之而增大。另一方面，地应力场变化，尤其是水平方向的构造应力场变化和影响是不可忽视的。     

川西北跨度23 a的原地应力实测数据特征及其地壳动力学意义分析

 研究区位于龙门山断裂带北段的中央断裂带和前山断裂带之间,该区地质结构主要为准原地体系和逆冲推覆体系,岩性以志留系下统的泥岩、粉砂泥岩分布最广,遍及全区。为了满足该区一工程建设的需要,在研究范围内开展了4个钻孔的水压致裂原地应力测量工作,测试时间跨度达23 a。测试数据显示,虽然测试时间跨度达23 a,但是原地应力状态基本没有变化,研究区最大水平主应力方向的优势方向为N24.4°W,最大、最小水平主应力随深度线性增加的梯度分别为0.036和0.025。基于实测数据计算的特征参数kH max,kh min,?m和R在23 a内没有变化。该区域位于龙门山断裂带中央断裂的下盘,为被动盘,断层活动性和地震活动性都极其微弱,这种特殊的区域地壳动力学条件决定了研究区稳定的区域应力场特征。通过与以往研究成果的对比分析可知,?m较好地反映了该区域地壳的应力积累能力,即从应力积累的角度反映了区域断层的强度,这一研究与以往研究成果十分吻合。在未来的研究中,或许可以利用实测应力资料计算的?m值,再结合区域断层和地震活动性的比较分析来评价特定区域的地震危险性。     

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。     

开滦矿区深部开采中巷道围岩稳定性研究

在对开滦矿区赵各庄矿、唐山矿深部开采过程中巷道围岩变形、破坏特征和矿井动力显现观测的基础上,结合数值模拟研究发现:(1)开滦矿区在千米深开采时水平构造应力远大于自重应力,原岩应力值远大于巷道围岩强度值,巷道将不可避免地要遭受破坏并表现为大变形强流变和严重底鼓;(2)随着开采深度增大,软弱煤岩层发生冲击地压的危险性随之增大,通常以煤层的整体突出为特征,其发生机理和高应力状态下硬岩(煤)中的岩爆有区别;(3)原岩应力状态对巷道围岩的变形破坏有着重要影响,而巷道形状对巷道围岩的破坏形式影响不大。     

深孔水压致裂地应力测量及应力场反演分析

 万福煤矿是一座拟建特大型矿井,上覆冲积层厚度高达700 m,主煤层平均埋深达1 004.12 m。选择7个勘探钻孔、37个试验段进行深孔水压致裂地应力测量。为保证超千米深孔地应力测量的成功,对传统水压致裂法的测试技术和设备进行改进,提高系统的耐压能力和测试精度。测孔最大水平主应力与垂直主应力的比值较大,平均为1.97,说明勘探区现今应力场以水平应力为主导。测得的21个印模中有18个点位于NEE-SWW向,3个点位于NW-SE向,符合本区震源机制解得出的挤压应力场方向,且与新构造活动所反映的区域构造应力场方向一致。结合实际的地质条件和地层参数,在实测地应力结果的基础上,提出基于有限元三维地应力拟合分析法反演勘探区现今地应力场,给出煤层顶板主应力分布曲线并分析井下可能出现的各类不良地质现象。     

深部岩盐矿地应力的确定及特征分析

针对深部岩盐矿溶腔稳定性分析及地应力场分析的要求和深部岩盐矿钻孔水溶开采的条件，结合长山岩盐矿深部地应力研究的实际情况，确定了矿区地应力测试方法、地应力测点和试样选择的一些要求：按照声发射Kaiser效应测地应力的基本原理，提出了沉积岩层非定向钻孔岩芯坐标方向建立的方法和多方向取样及地应力椭球回归分析的声发射Kaiser效应地应力测试方法。该方法根据三维空间多方向试样的Kaiser效应实验结果，采用多元非线性拟合方法确定测点地应力椭球的一般方法，再由二次正交变换确定测点地应力椭球的标准方程，以求得地应力的大小和方向。此方法能避免实验误差的较大影响。长山岩盐矿实验矿井深部地应力测试结果及分析表明，长山岩盐矿深部存在水平构造应力，最大主应力方向在离地表800m深左右由水平方向转为垂直方向；距离地表1000m左右深的岩盐层中，最大主应力一般为30MPa左右。     

基于震源机制解的矿井采动应力场反演与应用

 为反演采动应力场,以老虎台矿井为研究背景,应用地震学的岩体破裂震源机制解答方法,求解出矿井范围81个强矿震的震源机制,结合现场调查和地应力测量,分析矿井尺度岩体采动应力场的规律。研究发现：由于不同性质断层的切割和不同的采动方式,导致采动过程矿井范围岩体主应力性质并非一致,表现出分区特征;一个共性特征是,相对于原岩应力场,采动应力场最小主应力轴由近水平转变为近垂直;进入深部开采,正断层不只是流体的存储空间和运移通道,其在采动应力作用下可活化异变为逆冲断层运动,并可灾变为强矿震能量释放;震源机制解对矿柱失稳、顶板大规模垮落、正断层逆冲灾变、逆断层活化等具有明确指示意义。矿井布设工程度微震监测系统,跟踪、反演分析采动过程岩体破裂机制,可以超前发现采动断层活化与异变成灾趋向,及时采取防范措施。