桃園煤礦二水平地應力分布規律及對巷道圍巖穩定性影響研究

苗長青 周學斌 馮國海

（淮北礦業集團公司 桃園煤礦，安徽 宿州 234116）

桃園煤礦以前在巷道支護設計中很少考慮水平應力對巷道圍巖穩定性的影響，造成巷道變形嚴重，形成前修后補的局面。因此，在桃園煤礦二水平設計和生產過程中，要根據采礦工程所處的不同的工程地質條件，掌握其所處的地應力狀態、類型和作用特征，才能合理地確定采場布局和回采順序，保證巷道圍巖的相對穩定，同時，對采取合理有效的預防礦井動力災害的技術措施，保證礦井的安全生產都具有十分重要意義。

1 地應力測試的目的與意義

大量的礦井生產實踐證明，生產過程中遇到的重大技術研究問題如巷道圍巖穩定性、沖擊危險預測及防治、上覆巖層變形破壞等都與地應力有關，因此礦井地應力場研究受到普遍的關注，生產實踐中對地應力及圍巖力學參數等基礎技術數據的需要已越來越迫切。地應力測試可對桃園煤礦巷道支護設計、進行礦井動力災害預測及防治等工作最基本的數據。

2 桃園礦地應力實測方法

2.1 測量方法采用鉆孔應力解除法

2.2 地應力測量步驟

地應力測量采用應力解除技術測試，如圖1所示。

圖1 現場地應力測量步驟

打大孔 （如圖2所示）→做錐形孔底→打小孔→清潔小孔→包體安裝→接通應變儀→套芯解除→讀數。

圖2 鉆孔結構示意圖

3 原巖應力實測結果及分析

桃園煤礦原巖應力現場測量工作自2011年5月初開始，2011年5月底結束，歷時25天，完成原巖應力4個測孔的4個測點的測量工作。

3.1 測點選擇

根據測試原則，結合桃園煤礦的地質開采條件，確定了地應力測點的位置

表1 桃園煤礦地應力測孔技術特征表

3.2 測量結果

表2 桃園煤礦地應力測試結果

3.3 測量結果分析

根據地應力測量結果繪制桃園煤礦二水平應力示意圖如圖3所示。

據此分析，我們可以清晰的得到桃園煤礦二水平原巖應力分布規律如下:

1）桃園煤礦一號軌運聯巷1號地應力測點（埋深823m）最大主應力為28.73MPa，方位角為84.45°，最小主應力大小為16.60MPa，方位角為174.85°，側壓系數約為1.39；軌道大巷2號地應力測點 （埋深824m）最大主應力為29.89MPa，方位角為80.67°，最小主應力為16.26MPa，方位角為171.80°，側壓系數約為1.45；軌道大巷3號地應力測點（埋深822m）最大主應力為29.16MPa，方位角為78.15°，最小主應力為17.59MPa，方位角為167.69°，側壓系數約為1.42；皮帶大巷4號地應力測點（埋深807m）最大主應力為28.36MPa，方位角為82.89°，最小主應力為17.92MPa，方位角為171.43°，側壓系數約為1.41。最大主應力方位角平均81.54°，方向為在北東—南西向；最小主應力方位角平均171.44°，方向為在北西—南東向。

2）最大主應力傾角均值為5.19°小于10°，表明桃園煤礦二水平最大主應力為水平應力；最小主應力傾角均值為9.76°小于10°，表明最小主應力亦為水平應力。

圖3 桃園煤礦二水平區域巖體地應力示意圖

3）最大主應力是最小主應力的1.58～1.84倍，這說明桃園煤礦二水平水平應力具有較強的方向性。

4）隨埋深的增加垂直應力也隨著增大，中間主應力與垂直應力較為接近。

4 結束語

4.1 由彈性力學解析模型得知影響巷道穩定性的應力與位移，隨sin2α變化而變化，主要隨α角增大而增大，在α=0～15°時為影響輕微區；在 α=15°～75°時為影響增長區；在 α=75°～90°時為影響劇烈區。

4.2 統計所有大巷及回采巷道，巷道受最大水平主應力3級影響的巷道中占統計巷道的46.8%，大巷布置較為理想，兩采區巷道受最大水平主應力影響分布3級所占比例達66.7%，兩采區巷道礦壓顯現劇烈，巷道布置還有很大的優化空間。對已經成巷的礦井，因為礦井生產系統已基本正常運作，巷道的走向布置是無法更改的，這時應根據巷道軸向與最大水平主應力方向的傾斜程度盡早的對巷道原始支護方案進行合理性評價，對巷道特殊地段進行全方位、全時段的圍巖深、淺部礦壓及變形監控，制定有針對性巷道后期補強支護措施，并盡快對巷道支護設計加強，并制定合理的控制底臌措施。