In-situ Stress Test in Liuqiao No.1 Coal Mine and Its Reverse Calculation Analysis by FLAC3D
WANG Xiang-qian1, LIU Qing-Lin2
(1.School of Economics and Management, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China; 2.Hefei Design Research Institute for Coal Industry, Hefei Anhui 230041, China)
Abstract: In order to analyze distribution of strata stress in deeper level of Liuqiao No.1 Coal Mine, in-situ stress is tested by method of stress relief in No.6 Panel of the coal mine. On the basis of in-situ test, stress field of the panel was analyzed by FLAC3D. Combined the two results from test and computation, the characteristics of strata stress distribution was obtained, providing an valuable reference to roadway layout and support in the panel.
Key words:strata stress; test; stress relief;FLAC3D 南粤论文中心(WWW.NYLW.NET)
对矿山开采而言,地应力是引起采矿工程围岩、支护变形和破坏等矿井动力现象的根本作用力。准确的地应力资料是确定工程岩体力学属性,进行围岩稳定性分析和计算,矿井动力现象区域预测,实现采矿决策和设计科学化的必要前提条件[1-2]。目前,确定地应力方向和量值最直接和最有效的手段是地应力测量。
刘桥一矿地处安徽省淮北市濉溪县刘桥镇,东距淮北市约7 km,西接河南省永复矿区。井田南北长7 km ,东西宽1.5～2 km ,面积4.26km2。刘桥一矿设计生产能力60万吨/年,现矿井生产能力达到140万吨/年。矿井一水平-330米,二水平南翼-400米,北翼-540米至-700米,主采二迭系下石盒子组的4煤层和山西组的6煤层。随着开采深度不断延深,刘桥一矿所遇到的岩体条件也越来越复杂。为了更合理选择巷道布置方式及支护参数,在二水平南翼的6采区进行地应力现场实测试验(地质综合柱状图见如1)。
1 地应力测量
采用目前国内外普遍采用的套孔应力解除法[3]和改进型空心包体应变计测量技术。通过地应力场分析,将点应力转化为场应力。为研究地下采矿活动对围岩应力分布规律的影响奠定坚实的基础。在测量过程中采用完全温度补偿技术,应变计采用电阻应变计作为敏感组件,并根据惠斯通电桥原理,将应变变化转换成电阻变化再转化成电压变化测量并记录下来,自动数据采集记录系统等一系列新技术,有效地保证了测量结果的可靠度和精度。
图1 6采区地质综合柱状图
1.1 试验步骤
1.1.1 测点选择
合理布置测点位置,对保证所测应力能够较准确地从空间上反映整个矿区的地应力分布规律,南粤论文中心(WWW.NYLW.NET)具有十分重要的意义,测点选择应遵循下列原则:
(1) 地层具代表性的区域;
(2) 完整或尽量完整的岩体内,节理裂隙不发育或胶结较好。在构造部位的选择上,除特殊要求外,一般要远离断层,避开岩石破碎带、断裂发育带;
(3) 远离或尽量远离较大开挖体,如大的采空区,大硐室等;
(4) 避开巷道和采场的弯、叉、拐、顶部等应力集中区,保证应力测点必须位于原岩应力区,即应力状态未受工程扰动的地区;
根据上述原则,并结合工程的实际情况,在6采区进风下山标高-360 m处选择了一钻机窝内作为测试地点,这样一方面可以减少对生产的影响,保证生产的安全有序进行,另一方面,此处的位于采区的边缘,所测参数对于工程的应用价值较高。
1.1.2 现场应力解除法测量
应力解除法测量分为5个步骤(见图2)。
图2 地应力测量示意图
(1) 钻大孔 用直径为130～150mm钻头在所测巷道壁上垂直岩体表面打130～150 mm的水平钻孔,深度一般为巷道跨度的3～5倍,以保证应变计安装位置位于原岩应力区。具体解除位置由钻孔岩芯的情况决定,钻孔稍向上倾斜(约3～5度)以便排水并易于清洗钻孔。
(2) 钻锥形孔 用平钻头将孔底磨平,并用锥形钻头打出喇叭口。以利于下一步钻同心小孔、清洗钻孔和探头顺利进入小孔。
(3) 钻小孔 从孔底打直径为36 mm的同心孔,小孔深32～40 cm。小孔打完后用水冲洗干净,并将用丙酮浸泡过的擦拭头送入小孔来回擦洗,以彻底清除小孔中的油污和其它赃物。并进行晾干。 南粤论文中心(WWW.NYLW.NET)
(4) 应力计定向与安装 将应力计圆筒内腔装满联结剂,然后将柱塞插入内腔约2 cm 深处,用铝丝穿过固定销小孔将其固定,柱塞的另一端有一木质导向棒,以便应力计顺利的安装在所需要的位置上。将应力计送入钻孔中预订位置后。用力推动安装杆。可使铝丝切断,继续推进可使联接剂经柱南粤论文中心(WWW.NYLW.NET)塞小孔流出。进入应力计和小孔孔壁之间的间隙。经过一定的时间联接剂固化。此时,记下钻孔的方位与倾角,并记下应力计的偏角(应力计的标记与钻方向的夹角)和各应变计的读数。现场应力计偏角2.4°。
(5) 应力解除 用第一步打大孔用的薄壁钻头继续延深大孔,从而使小孔周围岩芯实现应力解除。由于应力解除引起的小孔变形或应变由包括测试探头在内的量测系统测定并通过记录仪器记录下来。根据测得的小孔变形或应变通过有关公式即可求出小孔周围的地应力状态。1.2实测结果分析
1.2.1 应力解除曲线
应力解除的目的是获得测点岩芯在解除应力作用后恢复的应变。以此为基础计算该点的应力大小和方向。获得完全解除的稳定应变是正确计算地应力的前提。应力解除完成后,通过计算机将数据采集贮存的应变数据打印出来,并据此绘制出应力解除曲线,即各应变计的应变值随应力解除深度变化的曲线。应力解除曲线对检查各应变计的工作状态,并且确定所测应变是否受到除应力解除以外其它因素如岩石条件的影响等,是非常有帮助的,如果各应变计工作状态正常,岩石条件良好,应力解除曲线应呈现有规律的、可预测的形状。此次地应力测量应力解除曲线如图3所示。应力解除深度/cm
图3 应力解除曲线
1.2.2 地应力计算结果
由应变值和由围压率定试验测得的各测点的岩石弹性模量和泊松比如表1所示,使用三维地应力计算程序分别计算出各测点的地应力分量值、主应力的大小和方向,计算结果如表2所示。 (责任编辑：南欧)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(南粤论文中心__代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网）
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刘桥一矿地应力现场实测及反演分析
来源：南粤论文中心(WWW.NYLW.NET) 作者：王向前 发表于：2010-11-30 15:54 点击：次
【关健词】地应力;测试;应力解除法;FLAC3D
摘 要:为了分析刘桥一矿深部水平的地应力分布情况,采用套孔应力解除法和改进型空心包体应变计测量技术,对刘桥一矿6采区地应力进行了现场测试。在测试结果的基础上,运用FLAC3D计算软件对该区域的应力场进行了反演计算,最后综合二者结果得出了该区域的地应力分布规律。为
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