【正文】 ，要比較準(zhǔn)確的反映整個(gè)礦井區(qū)域內(nèi)的地應(yīng)力分布情況，就必須在開(kāi)采區(qū)進(jìn)行一定數(shù)量的“點(diǎn)”測(cè)量，通常不少于兩個(gè)點(diǎn)。一般情況下，測(cè)點(diǎn)布置在不同采區(qū)、不同水平內(nèi)。（2）測(cè)量地點(diǎn)的地應(yīng)力值應(yīng)能確切反映該區(qū)域巖體應(yīng)力的一般水平，而地質(zhì)構(gòu)造往往是地應(yīng)力集中的區(qū)域，特別是構(gòu)造較復(fù)雜的階段。同時(shí)由于人工采掘活動(dòng)產(chǎn)生的采動(dòng)應(yīng)力，也會(huì)對(duì)原巖應(yīng)力產(chǎn)生擾動(dòng)。因此選擇的地點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)褶曲、斷層等地質(zhì)構(gòu)造帶，且無(wú)采動(dòng)影響。盡量將測(cè)點(diǎn)位置選在穩(wěn)定巖層中，如果需要穿層打孔，要保證在這個(gè)范圍內(nèi)巖石符合要求。（3）測(cè)量中使用空芯包體應(yīng)變計(jì)，測(cè)量地點(diǎn)要盡量選在層厚合適的穩(wěn)定巖層中，巖石越致密、堅(jiān)硬、所含有的裂隙越少，測(cè)量的準(zhǔn)確率越高。如果沒(méi)有18 / 128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(jiān)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。（4）空芯包體應(yīng)力解除法必須使用全液壓坑道鉆機(jī)(如圖 210 所示)，為了能夠擺放鉆機(jī)且保證鉆孔工作的正常進(jìn)行，所選巷道的寬度至少要 。圖 210 地應(yīng)力測(cè)試用全液壓坑道鉆機(jī)（5）由于巷道周?chē)鷰r體中的應(yīng)力在掘進(jìn)期間已受到擾動(dòng)，在引起鉆孔應(yīng)力解除法測(cè)量時(shí)，安裝空芯包體的小孔必須位于此影響范圍以外。根據(jù)巖石力學(xué)分析，巷道側(cè)向應(yīng)力影響范圍一般為巷道寬度的 2 倍以上，鉆孔深度通常在10～12m 之間。（6）選擇測(cè)量地點(diǎn)時(shí)還必須注意避免地應(yīng)力測(cè)量期間與巷道施工或其他生產(chǎn)工序的相互影響，同時(shí)選擇接水、電方便的地點(diǎn)。打鉆使用的是金剛石鉆頭，鉆孔過(guò)程中需要大量的水用來(lái)潤(rùn)滑，因此要保證測(cè)量地點(diǎn)具備較高的水壓。 地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)選取硫磺溝煤礦地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置如圖 211 所示，測(cè)點(diǎn)情況如表 21 所示。圖 211 硫磺溝煤礦地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)位置表 21 硫磺溝煤礦地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)基本情況測(cè)點(diǎn)編號(hào) 測(cè)點(diǎn)位置巷道寬度(m)地面標(biāo)高(m)井下標(biāo)高(m)深 度(m) 巖性1 (45)04 軌道順槽甩車(chē)場(chǎng)導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)拐 2 前 +1123 + 2 (45)04 皮帶順槽導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn) P25前 54m +1201 + 3 集中回風(fēng)上山至+668m 水倉(cāng)開(kāi)口向里 + + 細(xì)砂巖 硫磺溝煤礦地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果及分析 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)量主要包括應(yīng)力解除過(guò)程中空芯包體周?chē)?12 枚應(yīng)變片的應(yīng)變量19 / 128監(jiān)測(cè)及鉆取巖芯的圍壓率定。應(yīng)力解除的目的是獲得測(cè)點(diǎn)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(jì)算該點(diǎn)的應(yīng)力大小和方向。圍壓率定是為了獲取巖芯在圍壓條件下各方向的彈性模量和泊松比。從 2022 年 2 月 25 日開(kāi)始進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量的準(zhǔn)備工作，到 3 月 14 日完成地應(yīng)力測(cè)量工作。應(yīng)力解除過(guò)程中，取芯鉆桿每前進(jìn) 2cm 采集一次，每孔采集 20～25 次。從應(yīng)變變化曲線(xiàn)判斷各個(gè)應(yīng)變片(每個(gè)通道代表一個(gè)應(yīng)變片)的工作情況。如果應(yīng)變片工作正常，最終各條曲線(xiàn)都將趨于平穩(wěn)，這個(gè)穩(wěn)定值即作為計(jì)算地應(yīng)力的數(shù)據(jù)。裝有包體的巖芯取出后，使用圍壓率定儀將其率定，以計(jì)算出各測(cè)點(diǎn)巖芯的彈性模量及泊松比。以 3測(cè)點(diǎn)為例，率定曲線(xiàn)如圖 212 所示。各測(cè)點(diǎn)的率定結(jié)果如表 22。圖 212 3測(cè)點(diǎn)巖芯圍壓率定曲線(xiàn)表 22 巖芯圍壓率定結(jié)果編號(hào) 彈模/MPa 泊松比1測(cè)點(diǎn)巖芯 17000 2測(cè)點(diǎn)巖芯 19000 3測(cè)點(diǎn)巖芯 19500 地應(yīng)力測(cè)量計(jì)算結(jié)果通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，采用 KX2022 型空芯包體應(yīng)力計(jì)算程序?qū)α蚧菧厦旱V地應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)信息詳見(jiàn)表 23，各應(yīng)力分量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 24，各測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力測(cè)試結(jié)果匯總，如表 25 所示。表 23 硫磺溝煤礦地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)的鉆孔信息測(cè)點(diǎn)編號(hào)孔深/m方位角/176。仰角/176。安裝角/176。測(cè)量日期計(jì)算日期 1 3315 0 2013228201331212 325 10 0 201336202237 310 3285 0 20223132013314 (注：安裝角是包體完成安裝后，以垂直向應(yīng)力分量 量值/MPa應(yīng)力分量量值/MPa20 / 128上為起點(diǎn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到0176。應(yīng)變花的角度，即圖21中的θ 角。)表 24 硫磺溝煤礦各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力分量測(cè)點(diǎn)編號(hào) 21 / 128 （注：表中 為 x 方向水平應(yīng)力； 為 y 方向水平應(yīng)力；為垂直方向正應(yīng)力； ， ， 分別為 xy，yz，xz 平面的剪應(yīng)力。 ）22 / 128表 25 硫磺溝煤礦主應(yīng)力測(cè)量計(jì)算結(jié)果測(cè)點(diǎn)編號(hào) 主應(yīng)力類(lèi)別 主應(yīng)力值/MPa 方位角/176。 傾角/176。 193 257 3 23 / 128 地應(yīng)力場(chǎng)特征分析對(duì)實(shí)測(cè)結(jié)果的初步分析得：硫磺溝煤礦+777～+665m 水平內(nèi)，最大水平主應(yīng)力 與最小水平主應(yīng)力 的比值介于 ～ 之間，在量值上相差較大，這使得水平應(yīng)力的影響具有明顯的方向性。并且垂直主應(yīng)力 量值上約為最大水平主應(yīng)力 的 ～ 倍，應(yīng)力場(chǎng)特征為 ，硫磺溝煤礦地應(yīng)力場(chǎng)目前以垂直應(yīng)力為主。按公式(4)計(jì)算該礦原巖應(yīng)力理論值 ：24 / 128 (217)其中： 為上覆巖層的容重。通常 ， H 為深度。由表 26 可知，垂直方向主應(yīng)力略大于單位面積上覆巖層的重量，相差在2～6%，理論與實(shí)際吻合較好。差異的存在與該區(qū)地層的傾向及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)。表 26 硫磺溝煤礦垂直應(yīng)力理論值測(cè)點(diǎn)編號(hào) 鉆孔深度/m 垂直應(yīng)力理論值/MPa垂直應(yīng)力 實(shí)測(cè)值/MPa1 2 3 圖 213 為地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)水平主應(yīng)力方向示意圖。圖 213 各測(cè)點(diǎn)水平主應(yīng)力方向通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)地應(yīng)力結(jié)果進(jìn)一步分析，可得到如下規(guī)律：（1）地應(yīng)力場(chǎng)類(lèi)型硫磺溝煤礦+777～+665m 水平內(nèi)，最大水平主應(yīng)力 與最小水25 / 128平主應(yīng)力 的比值介于 ～ 之間，在量值上相差較大，這使得水平應(yīng)力對(duì)巷道頂、底板的影響表現(xiàn)出較明顯的方向性。垂直主應(yīng)力量值上約為最大水平主應(yīng)力 的 ～ 倍，應(yīng)力場(chǎng)特征為 ，說(shuō)明硫磺溝煤礦地應(yīng)力場(chǎng)目前仍以垂直應(yīng)力為主。（2）水平主應(yīng)力方向的分布特征每個(gè)測(cè)點(diǎn)有兩個(gè)主應(yīng)力方向接近水平方向，其傾角在177。13176。之間；每個(gè)測(cè)點(diǎn)的最大主應(yīng)力均接近垂直方向，與垂直方向偏角小于 20176。測(cè)點(diǎn)最大水平主應(yīng)力方位角集中在 ～176。之間，與硫磺溝煤礦多數(shù)工作面順槽軸向夾角均小于 35176。，與集中回風(fēng)上山、主暗斜井、副暗斜井的夾角大于 51176。，因此水平主應(yīng)力對(duì)回風(fēng)上山、主暗斜井、副暗斜井等上山巷道的影響較大。由“最大主應(yīng)力原理”可知，當(dāng)這些巷道向深部掘進(jìn)時(shí)，受最大水平主應(yīng)力的影響最大，對(duì)巷道頂?shù)装宓姆€(wěn)定最為不利。（3）地應(yīng)力量級(jí)根據(jù)康紅普等對(duì)煤礦地應(yīng)力研究成果：最大主應(yīng)力 屬于0～10MPa 為低應(yīng)力區(qū)；10～18MPa 為中等應(yīng)力區(qū)；18～30MPa 為高應(yīng)力區(qū)；大于 30MPa 為超高應(yīng)力區(qū)。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)。（4）主應(yīng)力隨深度的變化規(guī)律26 / 128硫磺溝煤礦主應(yīng)力值隨埋深的變化曲線(xiàn)如圖 214 所示。由最小二乘法進(jìn)行回歸分析，得到主應(yīng)力的回歸方程如下，通過(guò)方程(218)、(219)、(220)可以估算+600m 水平以上區(qū)域的地應(yīng)力值，其中 x 表示深度， y 為對(duì)應(yīng)的主應(yīng)力值。a 垂直主應(yīng)力： (218)b 最大水平主應(yīng)力： (219)c 最小水平主應(yīng)力： (220)圖 214 主應(yīng)力隨深度的變化規(guī)律由回歸方程可以得出，礦區(qū)的垂直主應(yīng)力、最大水平主應(yīng)力，最小水平主應(yīng)力的大小均隨測(cè)點(diǎn)深度的增加而線(xiàn)性增加，如圖 214。雖然 2測(cè)點(diǎn)位于+719m 水平，3測(cè)點(diǎn)位于+668m 水平，從空間上看 3測(cè)點(diǎn)位于 2測(cè)點(diǎn)的下部，但是受到地表起伏變化的影響，2測(cè)點(diǎn)的地應(yīng)力值反而大于 3測(cè)點(diǎn)。因此，考察硫磺溝煤礦井下地應(yīng)力值，只根據(jù)井下標(biāo)高是不夠的，要綜合井上、下標(biāo)高計(jì)算測(cè)點(diǎn)的埋深，從而獲得地應(yīng)力值。（5）側(cè)壓系數(shù)隨深度的變化規(guī)律側(cè)壓系數(shù)是描述地應(yīng)力場(chǎng)的物理量之一，指的是水平主應(yīng)力的平均值和垂直主應(yīng)力的比值，公式如下：27 / 128 （221）其中， 表示側(cè)壓系數(shù)。硫磺溝煤礦+777～+665m 水平的側(cè)壓系數(shù)為 ～，如圖 215。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。圖 215 側(cè)壓系數(shù)隨深度的變化規(guī)律需要說(shuō)明的是，由于測(cè)量方法、實(shí)測(cè)過(guò)程和計(jì)算程序等方面的原因，實(shí)測(cè)獲得的地應(yīng)力值及其方位或與實(shí)際有所偏差，但這種偏差對(duì)主應(yīng)力的分布規(guī)律和變化趨勢(shì)來(lái)說(shuō)是允許的。 測(cè)試結(jié)論（1）硫磺溝煤礦+777～+665m 水平的地應(yīng)力場(chǎng)目前仍以垂直應(yīng)力為主，屬于垂直應(yīng)力場(chǎng)類(lèi)型；但最大水平主應(yīng)力已跟垂直應(yīng)力接近，水平主應(yīng)力的影響隨深度增加而逐漸增大。（2）硫磺溝煤礦+777～+665m 水平屬于中低地應(yīng)力區(qū)，水平、垂直主應(yīng)力值隨著埋深的增加而增大。（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。通過(guò)回歸方程可以估算+600m 水平以上區(qū)域的主應(yīng)力值。（4）硫磺溝煤礦最大水平主應(yīng)力方位角集中在 ～176。之間，與工作面順槽軸向夾角均小于 35176。，與集中回風(fēng)上山、主暗斜井、副暗斜井的軸向夾角大于 51176。，因此回風(fēng)上山、主暗斜井、副暗斜井易受最大水平主應(yīng)力的影響，巷道變形較大。當(dāng)這些巷道向深部掘進(jìn)時(shí)，受最大水平主應(yīng)力的影響會(huì)更28 / 128大。29 / 1283 （45）04 工作面掘進(jìn)地質(zhì)構(gòu)造探測(cè) 巷道側(cè)向地質(zhì)構(gòu)造反射共偏移探測(cè) 基本原理及探測(cè)設(shè)備 單點(diǎn)探測(cè)原理單點(diǎn)探測(cè)是利用聲波在波阻抗不同的介質(zhì)界面反射原理來(lái)探測(cè)介質(zhì)中聲波的傳播速度和介質(zhì)厚度的。該探測(cè)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(chǎng)探測(cè)時(shí)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。它是通過(guò)接收巖、煤層界面的地震波垂直反射信號(hào)，來(lái)解析計(jì)算目的層距離或厚度的。反射波時(shí)距曲線(xiàn)方程： （31）令 ，則 。式中時(shí)間 ｔ 可由波形記錄上判讀，波速 須是一已知數(shù)，其取值準(zhǔn)確與否，直接影響到目的層距離或厚度探測(cè)的精度。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。一般來(lái)說(shuō)，在一定的探測(cè)區(qū)域內(nèi)，巖、煤層的垂向波速都較穩(wěn)定，探測(cè)時(shí)可作波速調(diào)查，弄清各層波速分布狀況，為探測(cè)解析提供依據(jù)。30 / 128圖 31 單道觀(guān)測(cè)系統(tǒng)波路圖 反射共偏移探測(cè)原理反射共偏移探測(cè)技術(shù)是依據(jù)反射波勘探原理，在單邊排列分析基礎(chǔ)上選定最佳偏移距，采用多次覆蓋觀(guān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。如圖 32 所示，依據(jù)巷道特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了單邊激發(fā)、多道接收的觀(guān)測(cè)系統(tǒng)。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(shí)，一部分地震信號(hào)反射回來(lái)，一部分信號(hào)透射進(jìn)入前方介質(zhì)。反射回來(lái)的地震信號(hào)被一端的檢波器 Ri接收形成地震記錄?，F(xiàn)場(chǎng)探測(cè)時(shí)在最佳窗口內(nèi)選擇一個(gè)公共偏移距，采用小步長(zhǎng)，保持激發(fā)點(diǎn)和和接收點(diǎn)位置不變，同步移動(dòng)震源和檢波器。每激發(fā)一次接收一組波形，最后得到一張多道地震記錄。對(duì)采集回來(lái)的數(shù)據(jù)運(yùn)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(shí)別反射波同相軸。工程中通過(guò)分析反射波同相軸位置及特征，并結(jié)合探區(qū)周?chē)刭|(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)環(huán)境來(lái)對(duì)斷層、陷落柱、巖石破碎等不良地質(zhì)體的位置、規(guī)模、產(chǎn)狀進(jìn)行探測(cè)。這種方法施工簡(jiǎn)便易行，適用于礦井煤巖巷道或工作面構(gòu)造及異常地質(zhì)體的調(diào)查。圖 31 共偏移多次覆蓋示意圖 探測(cè)設(shè)備KDZ11146A30 礦井地質(zhì)探測(cè)儀是新一代的便攜式多功能的智能礦井地質(zhì)探測(cè)儀器，主要用于解決井下采掘工作面前方及周?chē)刺矫鞯牟涣嫉刭|(zhì)構(gòu)造（斷層、陷落柱等）和影響范圍及巷道余煤（巖）厚度等的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，為礦井工程、隧道工程施工提供技術(shù)保障。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(hù)界面技術(shù)（GUI） 、低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)以及各種高分辨率淺層地震勘探方法與技術(shù)等。31 / 128本次反射共偏移探測(cè)采用 KDZ11146A30 型便攜式礦井地質(zhì)探測(cè)儀和 TZBS系列（主頻為 100Hz）傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。探測(cè)工作主要使用的儀器設(shè)備有：①KDZ11146A30 型礦井地質(zhì)探測(cè)儀一臺(tái)及附屬配置線(xiàn)；②HDQS 系列(主頻為 100Hz)高阻尼傳感器 3 組；③啟動(dòng)芯片若干；采集系統(tǒng)主要硬件技術(shù)參數(shù)：通道數(shù)：3 道；A/D 轉(zhuǎn)換：24 位；觸發(fā)方式：外觸發(fā)；采樣間隔：160μs；采樣頻帶：2500Hz 低通；固定增益：24～48dB；采樣長(zhǎng)度：2048 點(diǎn)。 探測(cè)方案設(shè)計(jì)（45）04 工作面為硫磺溝煤礦（45）02 工作面的接續(xù)工作面，走向長(zhǎng)度2750m，工作面長(zhǎng)度 180m。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(kāi)切眼距礦區(qū)邊界150m。目前正在進(jìn)行（45）04 工作面皮帶順槽掘進(jìn)。（1）單點(diǎn)探測(cè)方案設(shè)計(jì)此方案的目的是為了測(cè)試出該工作面煤層的速度，為后面的反