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-矿山地应力测试工作方案湖北省XXXXXX勘察院2023年4月目录1 前言............................... 错误!未定义书签。
2 地应力旳基本原理........................ 错误!未定义书签。
2.1 地应力旳基本概念...................... 错误!未定义书签。
2.2 地应力旳构成部分和影响原因............ 错误!未定义书签。
2.3 地应力场旳变化规律.................... 错误!未定义书签。
2.4 我国地应力场旳区域划分................ 错误!未定义书签。
3 水压致裂法试验简介...................... 错误!未定义书签。
3.1 水压致裂法基本原理.................... 错误!未定义书签。
3.2 水压致裂法地应力测量旳重要设备 ......... 错误!未定义书签。
3.3 水压致裂法测试环节..................... 错误!未定义书签。
4 测试成果................................ 错误!未定义书签。
4.1 参数确定.............................. 错误!未定义书签。
4.2 现场实测.............................. 错误!未定义书签。
5 测试成果综合分析........................ 错误!未定义书签。
5.1 试验成果旳可靠性分析.................. 错误!未定义书签。
5.2 最大水平主应力旳量级.................. 错误!未定义书签。
5.3 最大水平主应力旳方向.................. 错误!未定义书签。
5.4 侧压系数及应力构成分析................ 错误!未定义书签。
3.1 地球及其构造的一般概念地球的绝对年龄估计在50～55亿年。
在45～47亿年以前开始形成地壳，就是说地球诞生在47亿年以前。
整个太阳系也是在不到50亿年前由尘埃和大气形成。
我们目前所熟知的地球，具有适于人类生存的大气和丰富的资源，这颗行星的内部仍在活动。
这点已由地震、火山、张开和闭合的大洋及漂移开来的大陆所证实。
根据对深部地带进行地震研究而得到的现代概念，地球可分为地壳、上地幔、下地幔、外地核和内地核。
地壳的平均厚度为32km ，而且在大陆上的变化范围是20～70km ，在海洋中其变化为5~15km 。
地壳是以莫霍面为分界面，是1909年由南斯拉夫的莫霍洛维奇契首先发现了M 面。
在该面以下，弹性纵波的速度p v 突然增长，达到8km/s ，而在地壳中通常是6～7km/s （最大值为7.4km/s ）。
上部地幔物质密度：33～37kN/m 3；地壳物质密度：27～30kN/m 3。
在地壳范围内，可按地震波特征分为三个主要分层：现在，采矿工作主要是在小于1000~1800m 的深度内进行。
在欧洲，有些矿速增层）地球内部结构示意图弹性纵波速度p v ＝2.0~5.0km/s ，厚度10～15kmp v ＝5.5~6.0km/s ，最大厚度30～40km p v ＝6.5~7.4km/s ，其厚度为10～20km井的开采深度约达2000m；在南非及印度，个别金属矿井的开采深度已超过3000～3500m。
开采石油和天然气的深度达到6000~7000m。
最深的构造钻孔和勘探钻孔已超过12000m，并开始实现钻孔深度达15000m的计划。
上述数字提供了有关地球开发深度的概念及其人类当今已经直接达到和可能近期达到的深度。
显然这些深度属于地壳上部的范围内，其厚度与地球直径相比微不足道。
然而浅部地壳的组成结构及其应力状态是矿山岩石力学和矿压理论关注的重点问题之一。
3.2 原岩应力天然状态下地壳中存在地应力，通常在地学中称之为地应力。
矿山压力与岩层控制一．名词解释矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护物上的力定义为矿山压力。
原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力，也称为岩体初始应力、绝对应力或地应力。
充填开采：就是用充填材料来充填已采空间，借以支撑围岩，防止或减少围岩垮落和变形的顶板管理技术，采用此方法管理顶板的采煤方法称为充填开采。
关键层：对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层。
锚固力：锚杆对围岩所产生的约束力称为锚固力。
根据约束方式分为：托锚力，黏锚力，切向锚固力；根据锚固阶段分为：初锚力，工作锚固力，残余锚固力。
沿空留巷：在上区段工作面采过后，通过加强支护或采用其他有效方法，将上区段工作面运输平巷保留下来，作为下区段工作面的回采时的回风平巷称为沿空留巷。
沿空掘巷：在上一区段工作面运输平巷废弃后，待采空区上覆岩层移动基本稳定后，沿被废弃的巷道边缘，掘进下一工作面的区段回风平巷称为沿空掘巷。
冲击矿压：是压力超过煤岩体强度极限，聚积在采掘工程周围煤岩体之中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，产生的动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤岩体振动和破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分巷道垮落破坏等。
充分开采：当采空区尺寸相当大时，地表最大下沉值不再随采空区尺寸增大而增大的开采状态称为充分采动。
二．简答题1.原岩应力概念组成部分以及场规律特点：（☆）答：天然存在于原岩内与人为因素无关的应力场称为原岩应力场。
其主要组成部分是自重应力场和构造应力场。
其规律特点：（1）实测铅直应力基本上等于上覆岩层重量。
（2）水平应力普遍大于铅直应力。
（3）平均水平应力与铅直应力的比随深度增加而减小。
（4）最大水平主应力和最小水平主应力一般相差较大。
2.构造应力场的特点：答：由于地质构造运动而引起的应力场称为构造应力场。
其特点：（1）构造应力以水平应力为主，具有明显的区域性和方向性。
煤矿井下矿山压力监测与控制煤矿井下矿山压力监测与控制是煤矿安全管理的重要环节，它对保障矿工安全、预防矿井灾害具有重要意义。
在煤矿生产过程中，地质构造、开挖和采掘等因素会导致煤矿压力的不断变化，从而增加了矿山的危险性。
因此，对煤矿井下的矿山压力进行监测和控制，能够及早发现问题，采取相应的安全措施，有效防范矿井灾害的发生。
一、煤矿井下矿山压力监测原理在煤矿井下进行矿山压力监测，通常采用传感器对压力进行实时监测。
常见的矿山压力监测传感器包括应变片传感器、压力传感器、位移传感器等。
这些传感器通过与监测点连接，能够对井下地质构造和巷道的压力进行测量和反馈。
煤矿井下矿山压力监测的原理基于物理学中的力学原理，通过传感器对应力进行测量，进而推算出地质构造和巷道壁面的压力大小。
传感器接收到的信号会传输到监测终端，通过数据分析与处理，可以实时了解矿山的压力状态。
二、煤矿井下矿山压力控制方法煤矿井下矿山压力的控制，是通过采取一系列的工程措施来实现的。
具体方法如下：1. 支护措施：针对高压巷道和变形地层，采用合理的支护方式，如钢支架、锚杆等，以增强巷道的稳定性，减轻矿山的压力。
2. 防治煤与瓦斯突出措施：针对产状不良的煤层，采取钻孔抽放、水封止水等措施，以减少煤与瓦斯的压力，避免矿山突出事故的发生。
3. 巷道围岩控制措施：加强对巷道围岩的支护和加固，预防岩体滑动和冒顶等事故的发生，维护矿山的稳定。
4. 矿山通风控制：通过合理的矿井通风系统设计与管理，调节瓦斯和煤尘的浓度，降低井下瓦斯爆炸和煤尘爆炸的风险，保障矿工的生命安全。
5. 建立安全监测系统：在煤矿井下建立完善的安全监测系统，如矿山监控系统、瓦斯抽放监测系统等，能够对矿山压力、瓦斯浓度等关键参数进行实时监测和分析，提高灾害预警与应急处置能力。
三、案例分析：某煤矿井下矿山压力监测与控制实践某煤矿针对井下压力问题开展了矿山压力监测与控制工作。
通过对矿山中巷道围岩和煤体的压力进行实时监测，能够及时发现地质构造变形和巷道围岩压力增大的情况。
1岩体的基本特征：岩体的非均质性、岩体的各向异性、岩体的非连续性。
2岩体应力应变曲线分析：四个阶段：压密阶段、弹性阶段、塑性阶段、破坏阶段。
（作图）3采动空间：采动后，在煤岩层中形成的空间称为采动空间。
采动：在煤层或岩层中开掘巷道和进行开采工作称为对煤岩层的采动。
矿山压力：采动后作用于围岩中和支护物上促使围岩向采动空间移动的力。
矿山压力显现：煤岩体采动后，在矿山压力作用下，通过围岩运动与支架受力等形式所表现出来的矿山压力现象。
4构造应力：由于地质构造运动而在岩体内积存的应力称为构造应力。
5围岩运动的形式：两帮运动、顶板运动、底板运动6影响矿山压力显现的因素：a深度影响b岩层性质的影响c 地质构造的影响d巷道尺寸和形状的影响e时间影响f其他采掘工程的影响。
7直接顶和老顶相互转化的原因：a地质条件的变化b采动条件的变化c改变采空区顶板处理方法e改变开采顺序。
8衡量矿山压力显现程度的指标：（1）顶板下沉量：一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶板移近量。
（2）顶板下沉速度：指单位时间内的顶板移近量，mm/h，可以表征顶板活动的剧烈程度。
（3）支柱变形与折损（4）顶板破碎情况：常以单位面积顶板中冒落面积所占的百分数来表示，衡量顶板控制好坏的质量标准。
（5）局部冒顶：指采煤工作面顶板形成的局部坍塌（6）大面积冒顶：工作面由于顶板来压导致顶板沿工作面切落。
煤壁片帮、支柱钻底、底板鼓起也是矿压显现指标。
9支承压力：煤层开采后，在围岩应力重新分布的范围内，作用在煤层、岩层和矸石上的垂直压力称为支承压力。
10直接顶的完整程度取决于：一是岩石的力学性质，二是直接顶岩层内各种原因造成的层理和裂隙的发育情况。
11采高与控顶距的关系：在一定条件下，采高是影响上覆岩层破坏状况的重要因素。
采高越大，采出的空间越大，工作面上覆岩层破坏也越严重。
在同样位置的老顶岩层取得平衡的机会就越小，而且在分、支承压力的作用下，工作面煤壁也越不稳定，易于片帮。
课程编号：012102《矿山压力及岩层控制》（Ground Pressure and Strata Control）课程教学大纲48学时 3学分一、课程的性质、目的及任务《矿山压力与岩层控制》课程是采矿工程专业必修的专业核心课程和主干课程。
该课程全面反映了我国矿山压力与岩层控制研究方面所取得的科研成果和生产实践经验，适当介绍了可借鉴的国外相关理论和技术。
本课程的任务是使学生掌握：煤矿回采工作面和采区巷道矿山压力及其控制的基本理论和基础知识，采掘空间周围岩体内的应力重新分布规律，回采工作面围岩结构及其移动、破坏规律，支架－围岩相互作用关系以及矿山压力的控制方法等。
通过课程学习，使学生能够针对矿山生产地质条件，合理布置巷道和回采工作面，合理设计回采工作面顶板和巷道围岩的控制方法，掌握防治顶板事故和冲击地压预测、预防技术。
了解矿山压力研究的基本方法，具备分析和解决矿山压力问题的能力。
二、适用专业采矿工程。
三、先修课程材料力学、岩石力学。
四、课程的基本要求1．掌握矿山压力、矿山压力显现、矿山压力控制等基本概念，了解研究矿山压力的目的、意义。
2．掌握开采空间围岩应力重新分布规律，原岩应力、构造应力、支承压力、极限平衡状态、超前支承压力、残余支承压力等概念，岩体内的弹性变形能。
3．掌握回采工作面及其采空区上覆岩层所形成的“竖三带”与“横三区”；掌握直接顶的稳定性，老顶岩层“梁”与“板”模型，老顶岩层破断块体形成的“砌体梁”结构及其稳定性；了解“关键层”理论、采场岩层移动与控制以及底板岩层破坏规律。
4．掌握回采工作面老顶初次来压、周期来压及其来压步距；掌握矿山压力显现的影响因素，顶板压力的构成及其估算，老顶来压预报方法。
5．掌握直接顶分类与老顶分级。
掌握工作面支架与围岩相互作用关系，工作面支架的基本类型和性能，支架合理工作阻力的构成及其估算；支撑式、掩护式、支撑掩护式支架的特点及其适应条件。
掌握综采工作面端面顶板稳定性影响因素；综放工作面顶板稳定性影响因素。
第三章 原岩应力及其量测3.1 地球及其构造的一般概念地球的绝对年龄估计在50～55亿年。
在45～47亿年以前开始形成地壳，就是说地球诞生在47亿年以前。
整个太阳系也是在不到50亿年前由尘埃和大气形成。
我们目前所熟知的地球，具有适于人类生存的大气和丰富的资源，这颗行星的内部仍在活动。
这点已由地震、火山、张开和闭合的大洋及漂移开来的大陆所证实。
根据对深部地带进行地震研究而得到的现代概念，地球可分为地壳、上地幔、下地幔、外地核和内地核。
地壳的平均厚度为32km ，而且在大陆上的变化范围是20～70km ，在海洋中其变化为5~15km 。
地壳是以莫霍面为分界面，是1909年由南斯拉夫的莫霍洛维奇契首先发现了M 面。
在该面以下，弹性纵波的速度p v 突然增长，达到8km/s ，而在地壳中通常是6～7km/s （最大值为7.4km/s ）。
上部地幔物质密度：33～37kN/m 3；地壳物质密度：27～30kN/m 3。
在地壳范围内，可按地震波特征分为三个主要分层：速增层）地球内部结构示意图弹性纵波速度p v ＝2.0~5.0km/s ，厚度10～15kmp v ＝5.5~6.0km/s ，最大厚度30～40km p v ＝6.5~7.4km/s ，其厚度为10～20km现在，采矿工作主要是在小于1000~1800m的深度内进行。
在欧洲，有些矿井的开采深度约达2000m；在南非及印度，个别金属矿井的开采深度已超过3000～3500m。
开采石油和天然气的深度达到6000~7000m。
最深的构造钻孔和勘探钻孔已超过12000m，并开始实现钻孔深度达15000m的计划。
上述数字提供了有关地球开发深度的概念及其人类当今已经直接达到和可能近期达到的深度。
显然这些深度属于地壳上部的范围内，其厚度与地球直径相比微不足道。
然而浅部地壳的组成结构及其应力状态是矿山岩石力学和矿压理论关注的重点问题之一。
3.2 原岩应力天然状态下地壳中存在地应力，通常在地学中称之为地应力。
张集煤矿北区原岩应力实测与分析王传兵;丁晨曦;张继兵【摘要】采用应力解除法,对张集煤矿北区测点的原岩应力进行实测和分析,得到了各测点原岩应力的大小和方向.结果表明,张集煤矿北区的最大水平主应力分别约为最小水平主应力的1.65~2.79倍和垂直应力的2.58~2.66倍,原岩应力的分布对深部煤矿岩层的变形破坏形式和矿压显现规律均有较大的影响.根据实测发现原岩应力的最大水平应力方向为NWW-SEE方向,为减小原岩应力对巷道围岩稳定性的影响,巷道走向宜布置为NWW-SEE方向.张集煤矿原岩应力的实测和分析对揭示矿压显现规律具有重要意义,对巷道走向布置具有参考价值.【期刊名称】《中国煤炭》【年(卷),期】2017(043)005【总页数】4页(P43-46)【关键词】应力解除法;原岩应力;深部开采;矿压显现【作者】王传兵;丁晨曦;张继兵【作者单位】淮南矿业(集团)有限责任公司,安徽省淮南市,232001;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京市海淀区,100083;淮南矿业(集团)有限责任公司张集煤矿,安徽省淮南市,232001【正文语种】中文【中图分类】P554原岩应力是存在于地层中的天然应力，是导致工程变形破坏和地质灾难的动力因素，也是工程稳定性分析所必须考虑的要素之一。
原岩应力的准确测量对各种岩土工程的开挖设计和地质运动规律的研究均具有重要意义。
原岩应力的现场实测是获得原岩应力数据的重要手段，并在实测的基础上进行统计回归分析，能够得到所研究的地质体的主应力大小和方向。
原岩应力的测量方法有多种，就应用范围而言，最常用的方法有应力解除法和水压致裂法。
本文采用应力解除法对淮南矿业集团张集煤矿北区原岩应力进行实测和分析，进一步揭示原岩应力与矿井巷道布置、巷道围岩稳定性之间的关系，为深部矿井的岩石力学计算和岩体力学模型建立提供可靠的原岩应力参数。
张集煤矿东南部为陈桥背斜构造，西部的地层走向为北偏西约75°，北部向正北方向延伸。
