【正文】 孔壁的應(yīng)變變化，計算應(yīng)力。作為輔助方法概略的了解地應(yīng)力狀態(tài)。儀器有地質(zhì)羅盤、皮尺等。宏觀變形巷道壁變形測量測量巷道的徑向變形和巷道壁的表面變形。在地面和井下均可實用，是目前進(jìn)行深部地應(yīng)力測量的唯一方法。參照各種測量方法的工作特點，把地應(yīng)力測量的方法分為五大類，分別為：宏觀類、微觀類、地震類、電磁類和放射性類。巖體原始應(yīng)力狀態(tài)的定量數(shù)據(jù)，是礦山開采和地下建筑工程所必需的資料。（4）沖擊地壓防治方案制定①掘進(jìn)支護(hù)參數(shù)；②標(biāo)準(zhǔn)鉆屑量確定；③應(yīng)力異常監(jiān)測方案；④應(yīng)力異常區(qū)域解危方案；⑤解危效果的鉆屑指標(biāo)檢驗。（3）臨時超前支護(hù)方式不適應(yīng)突發(fā)的異常動力現(xiàn)象目前掘進(jìn)迎頭采用的是前探梁臨時超前支護(hù)，這種支護(hù)方式在此次事故中既沒有控制迎頭的煤體噴出，也沒有控制住已支護(hù)頂板（迎頭后兩排）的冒落，用于固定前探梁的錨桿一同垮落，前探梁失去支護(hù)作用，造成頂煤沒有支撐，瞬間垮落，無法保護(hù)作業(yè)人員安全，需要進(jìn)一步的改進(jìn)。m。在煤體拋出的同時，已承受水平構(gòu)造應(yīng)力及超前支承壓力等靜載的掘進(jìn)頭前方頂板在該動載作用下，產(chǎn)生煤巖拋出的動力現(xiàn)象。另外（45)04 工作面掘進(jìn)期間共揭露 9 條斷層，斷層為 FD15～FD23，斷層均為逆斷層（由水平應(yīng)力擠壓形成的），落差 ～。2022 年進(jìn)行了+860m、+796m 水平地應(yīng)力測試，垂直應(yīng)力大于最大水平應(yīng)力，為 ～ 倍，最大水平應(yīng)力為最小水平應(yīng)力 ～ 倍。4圖 13 為本次災(zāi)害頂板冒落斷面素描。209。187。161。184。210。201。171。209。176。223。208。214。176。170。187。180。163。209。7195。227。208。247。210。219。223。177。207。201。188。214。209。227。161。195。161。205。176。210。249。178。189。172。176。164。178。206。163。188。227。208。171。243。246。200。172。209。178。205。181。195。213。170。915195。206。163。209。J2X151617819202122324252645195。189。179。181。170。246。227。200。198。186。198。200。186。253。180。186。214。188。195。180。180。181。181。179。227。煤層頂?shù)装逯鶢钊鐖D 12。各采掘工作面位置如圖 11 所示。詳見斷層統(tǒng)計情況見表11。屬于低灰、特低硫、低磷、中高發(fā)熱量富油煤層，是良好的動力煉油用煤和民用煤。不含可采煤層。煤層間由細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主組成，其次局部夾薄層炭質(zhì)泥巖，具旋回結(jié)構(gòu)，其層間接觸均為整合接觸。 地質(zhì)概況硫磺溝煤礦位于準(zhǔn)南煤田頭屯河區(qū)阿克德向斜南翼，地層分別劃歸中侏羅統(tǒng)西山窯組與頭屯河組，其上被第四系沖洪積、坡積物等覆蓋。井田東距烏魯木齊約 40km，東北距烏魯木齊火車西站 24km，北距昌吉市 50km，向南可達(dá)廟爾溝、天山林場等地，均有瀝青公路相通，交通便利。含煤 3～7 層，主要可采 3 層，即45，7，915 號煤層,可采煤層總厚 ～。巖石組合為灰灰綠色砂礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖及少量炭質(zhì)泥巖與薄煤組成。礦井目前開采煤層為 45 煤層，煤質(zhì)為 41 號長焰煤，為黑色，條痕為黑褐～褐黑色，光澤一般為油脂光澤，少部分為瀝青光澤，比重和硬度中等，性脆，節(jié)理裂隙比較發(fā)育，斷口以參差狀斷口為主，結(jié)構(gòu)多成條帶狀結(jié)構(gòu)。其中落差≥50m的斷層2條，落差20m≤H＜50m的斷層2條，落差10m≤H＜20m的斷層2條，落差5m≤H＜10m的斷層4條。此外，還有三條下山巷道在向深部延伸，包括集中回風(fēng)上山延伸、主暗斜井延伸和副暗斜井延伸，其中集中回風(fēng)上山延伸和副暗斜井延伸布置在 45煤層中，主暗斜井延伸布置在 915 煤層中。掘進(jìn)期間共揭露 9 條斷層，斷層為 FD15～FD23，斷層均為逆斷層，落差 ～，對工3作面回采具有一定影響。178。205。207。233。227。197。227。227。234。224。249。192。1163。182。167。249。188。182。178。202。201。217。207。205。201。233。164。186。207。168。210。187。225。172。186。188。164。163。206。189。191。182。211。178。241。161。227。241。179。201。163。214。190。192。199。201。186。177。176。223。176。224。170。172。219。205。176。207。.209。214。188。178。161。164。186。185。184。161。206。201。190。188。207。187。170。176。201。176。209。207。210。238。224。煤炮發(fā)生時，該段巷道頂板、底板和兩幫圍巖的震動顯著。完 好 錨 桿 失 效 錨 索完 好 錨 索 錨 網(wǎng) 梁冒 頂 區(qū) 域 冒 落 錨 桿圖例巖 石冒 落 區(qū)(a)(b)5迎頭 （ 45） 0皮 帶 順 槽冒 落 范 圍 綜 掘 機(jī)冒 落 巖 石(c)圖 13 “”動力災(zāi)害頂板冒落斷面素描(a)平面圖(b)橫剖面圖(c)走向剖面圖 災(zāi)害原因分析根據(jù)調(diào)查組專家意見，造成本次災(zāi)害的主要原因有：（1）對硫磺溝煤礦地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力認(rèn)知不足，在生產(chǎn)實踐中，對地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力危害程度評估、存在發(fā)生機(jī)理、超前預(yù)控方案研究不夠、不深。根據(jù)本次專家組分析：礦井地質(zhì)報告說明了井田位于北天山強(qiáng)震斷裂帶上，地震活動以強(qiáng)度大、頻率高、小震較多為特征，屬Ⅷ級地震烈度區(qū)。6本次煤體在掘進(jìn)暴露后，煤體由原先的高水平構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)向二維垂直應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)化時，積聚在煤體及巷道頂板巖層內(nèi)的彈性變形能突然釋放，且左幫片幫處煤壁豎向煤體節(jié)理、劈理十分發(fā)育，使煤體破碎并沿滑移面拋出。此次事故現(xiàn)場錨桿拉拔力大于150kN，錨桿螺帽扭矩大于 300N已掘巷道出現(xiàn)的網(wǎng)兜現(xiàn)象，就說明支護(hù)剛度不足，其結(jié)果是造成巷道圍巖體松散破碎，支護(hù)失效，應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移和集中，造成更大的隱患。（3）各采掘工作面沖擊地壓危險評價①（45）02 回采工作面沖擊地壓危險評價；②（45）04 掘進(jìn)工作面沖擊地壓危險評價；③回風(fēng)上山掘進(jìn)工作面沖擊地壓危險評價；④副暗斜井掘進(jìn)工作面沖擊地壓危險評價。 空芯包體測量方法簡介 地應(yīng)力測量方法分類巖體地應(yīng)力測量，主要是指對處于地下原始狀態(tài)的巖(礦)中的某點的應(yīng)力或應(yīng)變的測量。目前，地應(yīng)力測定方法很多，各種型號的地應(yīng)力測量儀器也應(yīng)運而生，型號達(dá) 200 種以上。儀器有液壓傳感器，壓力計等。適合區(qū)域性現(xiàn)今構(gòu)造的概略分析。構(gòu)造形跡法研究褶皺、斷裂方向、節(jié)理、小褶皺組合分析等。儀器有地質(zhì)羅盤等。作為輔助方法概略的了解地應(yīng)力狀態(tài)。做大優(yōu)點是單孔一次可測得三維應(yīng)力。國際上曾廣泛使用，目前很少使用。測量三維應(yīng)力必須在正交的三個孔中進(jìn)行。測量三維應(yīng)力必須在正交的三個孔中進(jìn)行?？衫蒙a(chǎn)鉆孔進(jìn)行測量。應(yīng)力礦物定向研究法礦物顆粒內(nèi)部受應(yīng)力作用的遺跡方面的測量定性統(tǒng)計。超聲波發(fā)射法 測量巖體中彈性超聲波的速度和幅度。儀器又超聲波傳感器。 是求解震源應(yīng)力狀態(tài)的方法。變形電阻法用電位計定點，重復(fù)測定巖石電阻率的變化，推算應(yīng)力。應(yīng)用范圍尚未確定。它是通過測量解除槽開出前后鉆孔孔徑的變化來測量地應(yīng)力的。（3）鉆孔應(yīng)力法該法是將剛性的鉆孔變形計置于鉆孔內(nèi)，利用測量解除前、后變形計上的壓力變化來測量地應(yīng)力。 應(yīng)力解除法常用的測試儀器地應(yīng)力的測試儀器很多，這里只介紹幾種常用的儀器。這種測試儀在我國得到廣泛的應(yīng)用。它具有良好的防水性能，并能與訊號電纜分離。變形計中有 4 個鋼環(huán)，每個鋼環(huán)上貼有應(yīng)變片，可量測互成 45176。（5）CSIR 三向應(yīng)變計CSIR 三向應(yīng)變計與 KX2022 型空芯包體三軸地應(yīng)變計的原理相同，也是用來進(jìn)行孔壁應(yīng)變測量的。使用該應(yīng)變計需磨平孔底，將應(yīng)變計貼在孔底上，通過套芯測量孔底上的應(yīng)變，從而計算平面應(yīng)力。利用鉆孔的應(yīng)變和變形，按照彈性理論推導(dǎo)出的公式，計算出地應(yīng)力的大小和方向。柱坐標(biāo)系的 z 軸的方向和直角坐標(biāo)系的 z 軸相一致。z??將式(21)、(22)、(23)、(25)代入式(27)、(28)、(29)，可以得出孔壁應(yīng)變 ， ， 與原巖應(yīng)力分量 之間的關(guān)系，即公式??z45?,xyzxyzx??(210)～(213)： (210)??????211cos2sinxyyxxyzE???????????????? (211)zzyE?????? (212)??4csizyzzx??? (213)?4512z???????每組應(yīng)變花的測量結(jié)果可得到 4 個方程，三組應(yīng)變花共可得到 12 個方程，其中至少有 6 個獨立方程，因此可求解出原巖應(yīng)力的 6 個分量。其使用方便、安裝操作簡單、成本低、效率高。Walton(1976 年)設(shè)計。在應(yīng)變計的頂部有一個補(bǔ)償應(yīng)變片(圖 23)。柱塞的另一端有一導(dǎo)向定位頭，以便將應(yīng)變計順利地安裝在小孔中所需要的位置上。它由顯示器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。當(dāng)電位器電阻膜片隨著外殼旋轉(zhuǎn)時，滑動臂與電阻膜片上的參考點之間的夾角將發(fā)生變化。儀器按安全型電路設(shè)計，密封便攜，可應(yīng)用于野外及煤礦井下，是現(xiàn)場進(jìn)行鉆孔應(yīng)力解除中可靠的測量工具。率定機(jī)主要由圍壓器和油泵組成，設(shè)備如圖 26，原理結(jié)構(gòu)如圖 27。在計算主應(yīng)力時，需要巖石彈性模量 E 和泊松比 μ 這兩個參數(shù)，現(xiàn)場地應(yīng)力測量時是通過圍壓率定機(jī)來測量的。圖 28 施工流程圖1－ 鉆 直 徑 130mm 大 孔 ； 2－ 磨 平 孔 底 ； 3－ 鉆 喇 叭 口 ；4－ 鉆 直 徑 36mm 小 孔 ； 5－ 安 裝 應(yīng) 力 計 ； 6－ 套 芯 解 除 應(yīng) 力 ； 7－ 折 斷 巖 芯 并 取 出在選定測點先鉆一直徑 130mm 的鉆孔達(dá)預(yù)定深度，(選定地點要避開巷道周圍應(yīng)力集中區(qū)，對于水平孔，鉆孔要上傾 5～8176。打測量孔應(yīng)該要求孔壁圓滑，孔徑一致；小孔深度為 35～40cm，小孔鉆進(jìn)過程中，加壓必須均勻，并保證足夠的水量，以使巖粉排出；要根據(jù)空芯包體外徑和巖性情況，挑選合適外徑的小孔鉆頭；打測量小孔過程中，最好不要中途停鉆，保持均勻速度鉆進(jìn)，直至所需深度，以保證元件安裝部位孔徑一致，孔壁光滑。（3）應(yīng)變計的安裝：清洗和擦凈鉆孔后，準(zhǔn)備安裝應(yīng)變計。（5）解除過程：用直徑 130mm 的套芯鉆頭在原鉆孔內(nèi)延深鉆進(jìn)，即是與小孔同心鉆取巖芯，這一過程稱為開挖應(yīng)力解除槽，隨著應(yīng)力解除槽的加深，巖芯逐漸脫離周圍應(yīng)力場作用，于是巖芯發(fā)生彈性恢復(fù)，安裝于小孔中應(yīng)變計上的荷載隨之變化，因而，儀器讀數(shù)也發(fā)生變化。圖 29 應(yīng)力解除后的巖芯 硫磺溝煤礦地應(yīng)力測量方案 測量地點的選取原則地應(yīng)力測量地點及設(shè)備的選擇要滿足以下要求：（1）測量礦井原始地應(yīng)力就是確定未受開采擾動的三維應(yīng)力狀態(tài)，這種測量是通過逐點測量來完成的。同時由于人工采掘活動產(chǎn)生的采動應(yīng)力，也會對原巖應(yīng)力產(chǎn)生擾動。如果沒有19條件完全合適的巖層，首先考慮的是巖石的硬度和水解性，以堅硬、遇水不溶解不膨脹的巖石為好，裂隙的發(fā)育程度可以作為次要因素考慮。（6）選擇測量地點時還必須注意避免地應(yīng)力測量期間與巷道施工或其他生產(chǎn)工序的相互影響，同時選擇接水、電方便的地點。應(yīng)力解除的目的是獲得測點巖芯在解除應(yīng)力作用后恢復(fù)的應(yīng)變，并以此為基礎(chǔ)計算該點的應(yīng)力大小和方向。從應(yīng)變變化曲線判斷各個應(yīng)變片(每個通道代表一個應(yīng)變片)的工作情況。各測點的率定結(jié)果如表 22。 安裝角/176。 ）表 25 硫磺溝煤礦主應(yīng)力測量計算結(jié)果測點編號 主應(yīng)力類別 主應(yīng)力值/MPa 方位角/176。按公式(4)計算該礦原巖應(yīng)力理論值 ： (217)其中： 為上覆巖層的容重。表 26 硫磺溝煤礦垂直應(yīng)力理論值測點編號 鉆孔深度/m 垂直應(yīng)力理論值/MPa垂直應(yīng)力 實測值/MPa1 2 3 圖 213 為地應(yīng)力測點水平主應(yīng)力方向示意圖。13176。與集中回風(fēng)上山、主暗斜井、副暗斜井的夾角大于 51176。硫磺溝煤礦+777～+665 水平最大主應(yīng)力在 ～ 之間，屬于中低應(yīng)力區(qū)。雖然 2測點位于+719m 水平，3測點位于+668m 水平，從空間上看 3測點位于 2測點的下部，但是受到地表起伏變化的影響，2測點的地應(yīng)力值反而大于 3測點。由回歸分析得，側(cè)壓系數(shù)隨著深度的增大逐漸增加，表明水平主應(yīng)力的影響在逐漸增大。（3）由最小二乘法進(jìn)行回歸分析，得到主應(yīng)力的回歸方程。與集中回風(fēng)上山、主暗斜井、副暗斜井的軸向夾角大于 51176。該探測技術(shù)是源于反射地震波勘探中的自激自收方式（圖 31） ，故現(xiàn)場探測時要求檢波器和震源盡量的靠近，但不要接觸震源，即反射波中偏移距為零的垂直反射形式。反之，如果已知目的層距離或厚度，就可以解析煤巖層的速度。用錘擊激發(fā)產(chǎn)生地震波，形成震源 ，當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ趲r石中以球面波形式傳播遇到巖石物性界面(即波阻抗明顯差異界面，如斷層、采空區(qū)、巖石破碎帶和巖性變化等)時，一部分地震信號反射回來，一部分信號透射進(jìn)入前方介質(zhì)。對采集回來的數(shù)據(jù)運用濾波、道間平衡、疊加和偏移等技術(shù)進(jìn)行深度處理，處理后得到一張偏移地震剖面，從中識別反射波同相軸。儀器主機(jī)采用當(dāng)前非常先進(jìn)并且成熟的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、片上系統(tǒng) SOC 技術(shù)、圖形用戶界面技術(shù)（GUI） 、低功耗設(shè)計技術(shù)以及各種高分辨率淺層地震勘探方法與技術(shù)等。位于礦井西翼，布置在 45 煤層中， （45）02 工作面北部，與（45）02 工作面皮帶順槽水平距離 ，開切眼距礦區(qū)邊界150m。放置檢波器時，檢波器的指向要和煤層的傾角盡量保持一致，觀測系統(tǒng)如圖 33 所示。