【正文】 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(如圖 210 所示)，為了能夠擺放鉆機且保證鉆孔工作的正常進行，所選巷道的寬度至少要 。圖 210 地應(yīng)力測試用全液壓坑道鉆機（5）由于巷道周圍巖體中的應(yīng)力在掘進期間已受到擾動，在引起鉆孔應(yīng)力解除法測量時，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。打鉆使用的是金剛石鉆頭，鉆孔過程中需要大量的水用來潤滑，因此要保證測量地點具備較高的水壓。 地應(yīng)力測點選取硫磺溝煤礦地應(yīng)力測點布置如圖 211 所示，測點情況如表 21 所示。圖 211 硫磺溝煤礦地應(yīng)力測點位置表 21 硫磺溝煤礦地應(yīng)力測點基本情況測點編號 測點位置巷道寬度(m)地面標(biāo)高(m)井下標(biāo)高(m)深 度(m) 巖性1 (45)04 軌道順槽甩車場導(dǎo)線點拐 2 前 +1123 + 2 (45)04 皮帶順槽導(dǎo)線點 P25前 54m +1201 + 3 集中回風(fēng)上山至+668m 水倉開口向里 + + 細砂巖 硫磺溝煤礦地應(yīng)力測量結(jié)果及分析 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測量主要包括應(yīng)力解除過程中空芯包體周圍 12 枚應(yīng)變片的應(yīng)變量20監(jiān)測及鉆取巖芯的圍壓率定。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。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 日開始進行地應(yīng)力測量的準(zhǔn)備工作，到 3 月 14 日完成地應(yīng)力測量工作。應(yīng)力解除過程中，取芯鉆桿每前進 2cm 采集一次，每孔采集 20～25 次。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。如果應(yīng)變片工作正常，最終各條曲線都將趨于平穩(wěn)，這個穩(wěn)定值即作為計算地應(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，以計算出各測點巖芯的彈性模量及泊松比。以 3測點為例，率定曲線如圖 212 所示。各測點的率定結(jié)果如表 22。圖 212 3測點巖芯圍壓率定曲線表 22 巖芯圍壓率定結(jié)果編號 彈模/MPa 泊松比1測點巖芯 17000 2測點巖芯 19000 3測點巖芯 19500 地應(yīng)力測量計算結(jié)果通過對現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)進行整理和室內(nèi)實驗室測定，采用 KX2022 型空芯包體應(yīng)力計算程序?qū)α蚧菧厦旱V地應(yīng)力進行計算，地應(yīng)力測點信息詳見表 23，各應(yīng)力分量計算結(jié)果見表 24，各測點主應(yīng)力測試結(jié)果匯總，如表 25 所示。表 23 硫磺溝煤礦地應(yīng)力測點的鉆孔信息測點編號 孔深/m 方位角/176。 仰角/176。 安裝角/176。測量日期計算日期112.83315 0 2022228201331212 325 10 0 202236 201337310 3285 0 20133132013314 (注：安裝角是包體完應(yīng)力分量 量值/MPa應(yīng)力分量量值/MPa21成安裝后，以垂直向上為起點，逆時針旋轉(zhuǎn)到0176。應(yīng)變花的角度，即圖21中的θ角。)表24 硫磺溝煤礦各測點22應(yīng)力分量測點編號 3 23 （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。 ）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。 傾角/176。 193 2 24 257 地應(yīng)力場特征分析對實測結(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25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)力場特征為 ，硫磺溝煤礦地應(yīng)力場目前以垂直應(yīng)力為主。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。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%，理論與實際吻合較好。差異的存在與該區(qū)地層的傾向及構(gòu)造運動有關(guān)。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。26圖 213 各測點水平主應(yīng)力方向通過對實測地應(yīng)力結(jié)果進一步分析，可得到如下規(guī)律：（1）地應(yīng)力場類型硫磺溝煤礦+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)力對巷道頂、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)力場特征為 ，說明硫磺溝煤礦地應(yīng)力場目前仍以垂直應(yīng)力為主。（2）水平主應(yīng)力方向的分布特征每個測點有兩個主應(yīng)力方向接近水平方向，其傾角在177。13176。之間；每個測點的最大主應(yīng)力均接近垂直方向，與垂直方向偏角小于 20176。測點最大水平主應(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時，受最大水平主應(yīng)力的影響最大，對巷道頂?shù)装宓姆€(wěn)定最為不利。27（3）地應(yīng)力量級根據(jù)康紅普等對煤礦地應(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)律硫磺溝煤礦主應(yīng)力值隨埋深的變化曲線如圖 214 所示。由最小二乘法進行回歸分析，得到主應(yīng)力的回歸方程如下，通過方程(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28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)力的大小均隨測點深度的增加而線性增加，如圖 214。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。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)高計算測點的埋深，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： （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)律需要說明的是，由于測量方法、實測過程和計算程序等方面的原因，實測獲得的地應(yīng)力值及其方位或與實際有所偏差，但這種偏差對主應(yīng)力的分布規(guī)律和變化趨勢來說是允許的。 測試結(jié)論（1）硫磺溝煤礦+777～+665m 水平的地應(yīng)力場目前仍以垂直應(yīng)力為主，屬于垂直應(yīng)力場類型；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29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）由最小二乘法進行回歸分析，得到主應(yīng)力的回歸方程。通過回歸方程可以估算+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時，受最大水平主應(yīng)力的影響會更大。303 （45）04 工作面掘進地質(zhì)構(gòu)造探測 巷道側(cè)向地質(zhì)構(gòu)造反射共偏移探測 基本原理及探測設(shè)備 單點探測原理單點探測是利用聲波在波阻抗不同的介質(zhì)界面反射原理來探測介質(zhì)中聲波的傳播速度和介質(zhì)厚度的。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。它是通過接收巖、煤層界面的地震波垂直反射信號，來解析計算目的層距離或厚度的。反射波時距曲線方程： （31）令 ，則 。式中時間 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。一般來說，在一定的探測區(qū)域內(nèi)，巖、煤層的垂向波速都較穩(wěn)定，探測時可作波速調(diào)查，弄清各層波速分布狀況，為探測解析提供依據(jù)。31圖 31 單道觀測系統(tǒng)波路圖 反射共偏移探測原理反射共偏移探測技術(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，采用多次覆蓋觀測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集。如圖 32 所示，依據(jù)巷道特點，設(shè)計了單邊激發(fā)、多道接收的觀測系統(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，一部分地震信號反射回來，一部分信號透射進入前方介質(zhì)。反射回來的地震信號被一端的檢波器 Ri接收形成地震記錄?，F(xiàn)場探測時在最佳窗口內(nèi)選擇一個公共偏移距，采用小步長，保持激發(fā)點和和接收點位置不變，同步移動震源和檢波器。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。工程中通過分析反射波同相軸位置及特征，并結(jié)合探區(qū)周圍地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)環(huán)境來對斷層、陷落柱、巖石破碎等不良地質(zhì)體的位置、規(guī)模、產(chǎn)狀進行探測。這種方法施工簡便易行，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 探測設(shè)備KDZ11146A30 礦井地質(zhì)探測儀是新一代的便攜式多功能的智能礦井地質(zhì)探測儀器，主要用于解決井下采掘工作面前方及周圍未探明的不良地質(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)測預(yù)報，為礦井工程、隧道工程施工提供技術(shù)保障。儀器主機采用當(dāng)前非常先進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。32本次反射共偏移探測采用 KDZ11146A30 型便攜式礦井地質(zhì)探測儀和 TZBS系列（主頻為 100Hz）傳感器進行數(shù)據(jù)采集。探測工作主要使用的儀器設(shè)備有：①KDZ11146A30 型礦井地質(zhì)探測儀一臺及附屬配置線；②HDQS 系列(主頻為 100Hz)高阻尼傳感器 3 組；③啟動芯片若干；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；采樣長度：2048 點。 探測方案設(shè)計（45）04 工作面為硫磺溝煤礦（45）02 工作面的接續(xù)工作面，走向長度2750m，工作面長度 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 ，開切眼距礦區(qū)邊界150m。目前正在進行（45）04 工作面皮帶順槽掘進。（1）單點探測方案設(shè)計此方案的目的是為了測試出該工作面煤層的速度，為后面的反射共偏移探測提供合適的偏移速度。測試點位于（45）04 軌道順槽上幫（以掘進方向為基準(zhǔn)）結(jié)實且完整區(qū)域，現(xiàn)場測試時采用錘擊震源，三個檢波器均勻分布在以錘擊點為中心 ～1m 為半徑的圓上，試驗時采用與儀器配套的 100Hz 的HDQS100 動圈振動速度檢波器。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。圖 33 （45）04 軌道順槽上幫單點速度測試觀測系統(tǒng)設(shè)計方案（2）反射共偏移探測方案設(shè)計（45）04 皮帶順槽掘至距聯(lián)絡(luò)巷 600m 位置時，掘進范圍內(nèi)礦壓顯現(xiàn)比較明顯，推測掘進范圍內(nèi)可能有不良構(gòu)造的影響。探測期間，巷道迎頭后方3315～25m 范圍內(nèi)頂煤及兩幫較為破碎，錨網(wǎng)變形嚴(yán)重。為探明掘進范圍內(nèi)可能遇到伴生斷層或其它地質(zhì)異常的賦存狀況，決定在（45）04 皮帶順槽開展反射共偏移探測。