五里堠煤业地质力学测试及其特征研究.doc

五里堠煤业地质力学测试及其特征研究摘 要：煤岩体地质力学参数是一切工程研究、设计及施工的基础，采用小孔径多参数耦合地质力学快速测试系统对五里堠煤业进行了测试。测试表明测试区域应力场类型为σHσhσv型，即水平应力控制型，量级上属于中等偏低应力区；顶板岩层结构及强度存在差异，第一测点顶板较为坚硬，第二测点相对软弱；顶板结构相对稳定，部分层位存在破碎段及裂隙。 关键词：地质力学参数；小孔径多参数耦合快速测试；五里堠煤业；水平应力控制型 中图分类号：TU 文献标识码：A文章编号：1672?3198（2012）10?0057?03 1 前言 煤岩体地质力学参数可分为应力参数、变形与强度参数及结构参数，是一切与岩体力学有关的理论研究、工程设计及施工的基础，准确了解煤岩体地质力学参数是岩体力学最基本的一项工作，是认识研究对象必不可少的环节，具有不可替代的重要作用。 煤岩体地质力学参数测试可分为实验室试验和现场测试。实验室试验的岩块已经脱离岩体，在进行试验时很难比较准确地模拟和反映煤岩体在井下的实际状态，如应力环境、结构面分布及其他井下环境因素。因此实验室岩石力学数据往往与井下煤岩体的实际情况出入很大。现场测试在井下煤岩体中进行，在实际的井下环境中测试，测试数据更接近实际。 五里堠煤业为潞安集团整合矿井，之前未进行过系统的地质力学测试，各种基础力学数据缺乏，工程设计随意性较大，不利于矿井的高产高效。为解决这一问题，五里堠煤业采用新开发的小孔径多参数耦合地质力学快速测试系统进行了系统的地质力学测试。 2 测试方法与测试系统 2.1 地应力测试 相比较应力解除法、应力恢复法等测试方法，水压致裂法有以下优点：（1）能测量较深处的绝对应力状态；（2）它是最直接的测量方法，无需了解和测定岩石的弹性模量，甚至连岩石的抗张强度也可以用水压曲线求出；（3）水压致裂测量应力的空间范围较大，受局部因素的影响较小；（4）不需要套芯工序，可利用其它工程的勘探孔进行压裂；（5）井下测量速度快，成功率较高。 鉴于水压致裂法的上述优点，选择水压致裂法为地质力学快速测试系统的地应力测量方法。水压致裂法地应力测量在现场巷道围岩钻孔中进行。在打好的钻孔中用一对橡胶封隔器封闭选定的钻孔段，然后对封隔器之间的岩孔进行高压注水，直到将围岩压裂。根据压裂曲线和裂纹方向确定最大水平主应力、最小水平主应力及最大水平主应力的方向。垂直主应力由上覆岩层重量求得。 2.2 巷道围岩强度测试 岩体强度原位测量方法有大尺寸压剪试验、冲击锤法、声波探测法、钻孔钻进法及钻孔触探法等。钻孔触探法是一种比较适合煤矿井下巷道围岩强度的测量方法。它具有以下优点：（1）测定结果比较接近岩体；（2）能够测出井下不能取样的软弱破碎煤岩体的强度；（3）能够测出钻孔不同深度、不同层位煤岩体的强度及分布；（4）仪器操作比较简单，可实现快速测量；（5）与现场原位大尺寸压剪试验相比经济得多。 通过比较分析，确定钻孔触探法为地质力学快速测试系统的围岩强度测量方法。钻孔触探法测量钻孔内表面岩壁的强度。在需要测试的煤岩体中打钻孔，利用钻孔触探仪对钻孔孔壁加压进行测试。钻孔触探仪的一个最重要部件是探头，在液压系统液体压力作用下，从探头壳体伸出一个平头探针，压紧钻孔孔壁。继续加压，直到孔壁被压裂，同时记录临界压力值。通过简单的换算，即可得到煤岩体的单轴抗压强度。大量的现场实测表明，该方法可快速、准确地测定煤岩体的单轴抗压强度。 2.3 巷道围岩结构测量 岩体结构观察与测量的方法有很多。在岩体被揭露的地方，岩体的结构暴露出来，可以通过肉眼直接进行观察和描述。对于没有被工程揭露的岩体，要想了解岩体结构，就必须在岩体中打钻孔。 钻孔法有钻孔裂缝压印法、完整岩芯采取法、钻孔壁观察法等。其中，钻孔壁观察法利用钻孔窥视仪观测钻孔壁上的不连续面分布情况。采用钻孔窥视仪，可借助锚杆、锚索孔进行观察，方便、快速、成本低，适用于煤矿井下巷道围岩结构大面积、快速观察。因此，确定钻孔窥视仪孔壁观察法为地质力学快速测试系统的围岩结构测量方法。 3 测试结果及分析 3.1 地应力 共布置两个测点，第一测站位于030210回采面的运输巷中，距离老切眼28m，埋深约为247m。第二测站位于集中回风下山巷道，距2#轨回联巷70m，埋深约为229m。 孔壁岩石的压裂曲线如图1和2所示，测量结果如表1所示。 结果表明，两测站地应力场形式为σHh，即σHσhσv。在二个测站中，第一测站σH较大，为14.03MPa；第二测站σH较小，为11.18MPa。二个测站侧压系数σH/σV分别为2.84、2.44。二个测站最大水平主应力方向分别为N41.3