煤矿地质应力测量及应力分布特征研究
李 江，杨 靖
(河南能源化工集团 永煤公司地测部，河南 永城 476600)
煤矿开采涉及到的技术包括在采煤中的工作面=保护、巷道布置与保护、采煤方法与技术、岩体工作面特征、岩体破坏规律，岩层控制、机理及防治土层冲击压力、煤气排放、煤矸石利用、土层荷载等，找出煤矿井下应力分布规律对安全有效运行具有重要意义。我国西北部的煤炭储量广阔，包括小规模煤矿，其中一些煤矿的开采深度只有几十米。虽然浅层矿体有不同的定义，例如，一些科学家认为埋藏深度不超过150 m，岩石与荷载层厚度的比值小于1，以压入具有明显荷载运动的浅埋层为小规模煤矿。本文针对浅层矿体，确定了埋藏深度不超过200 m[1]，采用上层岩体重量计算的垂直应力不超过5 MPa的煤矿地质应力进行研究。本文根据浅井煤矿的地应力测量数据，对浅井煤矿井下应力分布特点及规律分析，得出地应力的主要影响因素，并与矿井深度地下应力测量结果进行比较，揭示矿井深处地表应力和地下应力分布的差异。最后，通过分析实例，介绍了煤矿井下应力在煤柱尺寸优化和支护设计中的测量结果。研究成果为煤矿地质应力测量提供了依据。
1.1 数据常规来源渠道
矿井地质应力数据库来自两个来源：主要是全国煤炭生产研究院856个点的水力压裂测量数据，占到数据总量的55%。同时包括从高等院校和研究机构研究生的科学著作、地质试验报告中收集的数据，国家有关领域的重要期刊，共计412个矿井应力测量数据和156个地面钻井水力压裂测量数据。地面钻井水力压裂数据占到总数据的12%。数据包括测点深度、井眼倾角和方位角、三主应力、倾角和方位角，部分测点有力学参数[2]，如岩石弹性模量、泊松系数和抗压强度.根据本文建立的矿山井下应力数据库包含265多个矿井的实际工程数据，覆盖全国主要煤炭地区。矿井分布的范围为地理纬度为27.55°N”49.25°N，地理经度84.24°E”131.34°E。煤矿地质应力测试点的最小深度为8 m，最大为1 283 m，包含多个深度的矿井开采数据。
1.2 数据处理
传统的数据测量是通过竖井内布置传感器得到平面应力，可测量水平面上的2个主应力水平和最大应力方向，垂直应力按测量点上的数据估算。用于测量点上的三维应力，可以测量煤岩全应力断裂时单井三维应力，包括3个主应力值、方位角和倾角。本文采用弹性力学应力变换公式将三维应力数据转换为水平和垂直应力数据并通过两个数据的统计分析平面应力。局部地...
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