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山西忻州神达栖凤煤业有限公司
矿井地应力特征分析研究
测试报告
华北科技学院
山西忻州神达栖凤煤业有限公司
二〇二〇年九月
项目委托单位:山西忻州神达栖凤煤业有限公司
项目研究单位:华北科技学院
研究单位负责人:高林生讲师
参加人员:
姓名
职务/职称
项目分工
单位
朱权洁
副教授
报告编写
华北科技
李学彬
副教授
报告编写
华北科技
张震
硕士研究生
现场实施
华北科技
张尔辉
硕士研究生
现场实施
华北科技
报告编写:朱权洁、李学彬
审查:高林生
山西忻州神达栖凤煤业有限公司矿井地应力特征分析研究
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目录TOC\o1-3\h\z\u
目录 1
1绪论 3
1.1地应力测试研究现状 3
1.2煤矿地应力测试必要性 4
1.2地应力成因及影响因素 5
1.2.1地应力成因 5
1.2.2地应力的影响因素 7
1.3研究内容 8
2矿井概况 9
2.1矿井位置 9
2.2矿井建设概况 11
2.2.1煤矿建设情况 11
2.2.2矿井生产情况 15
2.2.3未来5年的采掘计划 15
2.3地层 15
2.3.1区域地层 15
2.3.2井田地层 17
2.4构造 18
2.4.1区域构造 18
2.4.2井田构造 19
2.4.3地质构造复杂程度评价 20
2.5煤层 21
2.5.1含煤性 21
2.5.2可采煤层特征 22
3.地应力测试方法简介与选择 23
3.1应力解除法 24
3.2水压致裂法 25
3.3声发射法 26
3.4栖凤煤业地应力测试方法的选择 28
3.4.1测量方法的适用条件对比 28
3.4.2两类测试方法优劣性比较 28
3.4.3栖凤煤业地应力测量方法的确定 30
4.套孔应力解除法测试原理 31
4.1套孔应力解除法测试系统简介 31
4.2套孔应力解除法现场测试地应力所需仪器 36
4.3套孔应力解除法地测试地应力现场施工过程介绍 36
4.3.1测点选取的原则 36
4.3.2打孔取芯 37
4.3.3安装空心包体 38
4.3.4取安装杆 39
4.3.5应力解除 40
5.地应力现场测试及计算分析 41
5.1地应力测试位置的确定 41
5.2地应力计算原理 43
5.3地应力计算结果 46
5.4地应力特征分析 51
6结论 54
1绪论
地应力是地层中的未受工程扰动的天然应力,也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力,是由于岩体自重和地壳构造运动引起并残留至今的构造应力等因素在岩体中形成的天然应力。
1.1地应力测试研究现状
中国地应力测量的试验和研究开始于20世纪60年代。60年代初,在矿山巷道、硐室表面利用扁千斤顶法测得围岩表面应力状态。1964年,在陈宗基教授的带领下,中国科学院武汉岩土力学研究所在湖北大冶铁矿进行了国内首次应力解除测量,测量深度为-80m,当时采用的方法是在岩石表面贴上应变片,然后在应变片周围开圆形槽,实现应力解除。
20世纪70年代,地壳应力研究所研制成功轻型水压致裂测量设备,并用于实地测量。80年代,长江科学院开展深钻孔套心应力解除法地应力研究,并在三峡等水电工程进行实测,保证了设计的可靠性。应力解除法是目前应用最广泛的地应力测量方法,全世界范围内80%以上地应力资料是通过该法获得的。
1981年,华北科技学院研制了YN3B型应变计,在旗山矿进行了首次现场实测。随后又研制出YH3B-4型应变计,并成功运用于殷庄矿“微山湖下断层煤柱合理留设”研究中。对于矿山而言,由于有一系列开拓和采准巷道、硐室可以利用,能够非常方便地接近地下所需测定的各点。在矿井应用应力解除法进行测量不但能提供最准确的可靠的原岩应力数据,而且在经济上是最合理的。
应力恢复法是基于均匀地应力场假设,但实际上岩石常常不是均质和各向同性的,对井下测量而言,靠近井巷工程表面的应力场可能与理论预计的没有什么相似性,切槽过程中岩石的蠕变使得对实测结果的解释复杂化,切槽周围的岩石可能发生破裂,弹性应力已经损失导致测试失败。1999年,靳晓光通过试验求出应力等效系数,并用数值模拟检验,提出了改进的应力恢复法。
水压致裂法基于岩石为连续、均质和各向同性假设,认为初始开裂发生在钻孔壁切向应力最小的部位,即平行于最大主应力的方向。若孔壁有天然裂隙存在,开裂很可能
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