口孜东矿地应力测量报告(最新)

1、口孜东矿地应力测试报告安徽理工大学能源与安全学院二一二年四月22目 录1 前言12 口孜东矿工程地质条件33口孜东矿地应力现场测量10 1 前 言地应力是存在于地壳中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力，广义上也指地球体内的应力。它包括由地热重力地球自转速度变化及其他因素产生的应力地应力通常也称为原岩应力，是指岩土体内一点固有的应力状态。地应力是引起矿山、水利水电、土木建筑、铁路、公路和各种地下或露天岩土开挖工程变形和破坏的根本作用力。地应力是地壳地层力学状态最基础的原始数据，是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定分析、岩土工程开挖设计和决策所必须的原始资料。就采矿工程

2、而言，地应力的大小和方向对井巷断面形态优化、方位的合理选择及巷道支护、岩爆、煤和瓦斯突出的研究等都是重要的科学依据。1.1 地应力测量的重要意义地下岩体工程的稳定性，主要取决于围岩的强度、岩体的应力状态和支护体的支护能力。为了保障地下岩体工程的稳定性，就必须对影响工程稳定性的各种因素进行充分的调查研究。只有详细了解了这些工程影响因素，并通过定量计算和分析，才能做出既经济又安全的工程设计。在诸多影响因素中，岩体的地应力状态是重要因素之一。对矿山井巷工程而言，只有掌握了具体工程区域的地应力条件，才能合理确定巷道的方向、最佳断面形状、尺寸、开挖步骤、支护形式和支护参数等。1.1.1地应力是地下巷道稳

3、定性设计与评价提供依据地应力状态和岩石力学条件是控制地下工程稳定性的重要因素。在矿山工程稳定性设计中，地应力测量要与工程地质调查、岩石力学实验和应力场数值模拟结合起来，为工程稳定性设计与评价提供依据。地应力测量主要应用于以下几个方面：选择巷道布置方向；选择采场推进方向；选择巷道断面形状；选择支护形式和支护参数；选择开采顺序；选择顶板管理方法。1.1.2地应力预测煤与瓦斯突出在煤与瓦斯突出的发生过程中，地应力与瓦斯是发生和发展突出的动力，煤的强度是阻碍突出发生的因素，它们存在于同一体系之中（突出煤层及围岩），既互相依存，又互相制约。在承受强烈挤压的构造带，围岩及煤层中存在不均匀的、 较高的构造应

4、力，煤层瓦斯压力随之增高，煤结构遭受破坏，机械强度降低，为发生突出创造有利条件，并决定了煤和瓦斯突出的区域性分布。1.1.3地应力为防治巷道冲击动力破坏提供依据当前，随着矿井开采深度的逐步增加，矿山压力显现越来越严重，我国许多矿井都出现了巷道冲击动力破坏的现象，对安全生产造成了一定的威胁。而发生这些冲击动力破坏的根本原因都是因为随采深增大而使得原岩应力增加，以及由于开采影响而引起的次生应力叠加而产生煤柱应力集中区，所以研究地应力分布规律对防治巷道冲击动力破坏意义重大。1.1.4 地应力是巷道围岩稳定性数值分析的基础数据由于各种岩体开挖的复杂性和多样性，利用解析理论方法进行工程稳定性分析和计算是

5、十分困难的。近几十年来发展起来的各种数值分析方法，使岩体工程稳定性定量分析成为现实。岩石工程的定量设计计算比其他工程要复杂得多，其根本原因在于工程地质条件和岩体性质的不确定性以及岩石材料的非线性。所有的计算和分析都应该在地应力已知的前提下进行。如果对工程区域内的原始地应力状态不了解，数值分析的实用价值和可靠性就会降低。1.2 口孜东矿地应力测量工作为了掌握口孜东矿深部地应力分布规律，同时为深部巷道合理支护和煤层安全开采提供科学依据，受国投新集集团的委托，安徽理工大学能源与安全学院于2012年3月4月在口孜东矿深部区域进行了地应力测量。在为期1个月的现场测试工作中，安徽理工大学能源与安全学院的科

6、研工作人员和国投新集集团口孜东矿的工程技术人员密切合作，克服了深部地质结构复杂、钻孔成孔困难等工程技术难题，顺利完成了测试工作，并于4月撰写了研究报告。2 口孜东矿工程地质条件 口孜东井田位于安徽省阜阳市颍东区，井田东西走向长7.4km，倾斜宽3.07.3km，面积约33.6km2。2.2 口孜东煤矿工程地质条件口孜东井田位于淮南煤田西部，安徽省阜阳市颖东区与颖上县交界处，行政区划隶属阜阳市，西距阜阳市约30km。矿井设计生产能力为5.0Mt/a以上。采用立井、主要石门及分组集中大巷的开拓方式。设计推荐一水平标高为-967m，二水平标高暂定为-1200m。本次地应力测量的选点位置在-967外水

7、仓口、矸石三叉口以及西翼轨道大巷。2.2.1 地层岩性2.2.1.1 地层淮南煤田在地层区划上属华北地层区淮河地层分区淮南地层小区。在地层层序中，除部分缺失外，一般均发育比较齐全。煤系地层全部被第三、四系覆盖，唯有煤田南北两翼边缘的低山残丘，出露有震旦、寒武、奥陶系等古老地层，见表2.1。本区为全隐蔽区，据钻探揭露，地层层序与淮南煤田各勘查区相同，由老至新简述如下：一、上太古界厚度不详，区内(88-3孔)揭露厚度269m，见于阜凤推覆构造上盘。主要由灰灰绿色片麻岩、角闪片岩、角闪斜长片麻岩，浅肉红色浅紫色混合岩，花岗片麻岩组成。二、上元古界厚度不详，区内未揭露，主要由灰白色微粒厚层状石英岩、黄

8、色石英砂岩、紫红灰色薄层状硅化灰岩、泥质灰岩、深灰色浅灰色粉砂岩、泥岩组成。与下伏地层不整合接触。三、古生界1、寒武系（）区内(23-9孔)揭露厚度约270m，见于F1推覆构造上盘。岩性为灰深灰色，细晶质灰岩、泥质灰岩、鲕状灰岩、白云质灰岩、生物碎屑灰岩，夹有紫红色泥岩、石英砂岩、细砂岩、粉砂岩，产三叶虫化石。与下伏地层假整合接触。2、奥陶系中、下统（O1+2）区域厚度400m，区内未揭露，根据邻区资料，岩性以灰色隐晶质及细晶、厚层状白云质灰岩为主，局部夹角砾状灰岩或夹紫红色、灰绿色泥质条带。与下伏地层假整合接触。3、石炭系上、中统（C2+3）（1）本溪组（C2b）区域厚度010m，区内未揭露

9、, 据邻区资料，岩性为浅灰色、紫红色含铝质泥岩。与下伏地层呈假整合接触。表2-1区 域 地 层 简 表界系统组厚度(m)主 要 岩 性新生界第四系全新统40130浅黄、灰黄色粘土夹砂层。更新统第三系上上新统01528灰绿色、浅棕黄色，固结粘土夹砂层。中新统下渐新统02057浅灰色、棕褐色砂泥岩及其互层，夹砂砾岩。始新统中生界白垩系上 统647紫红色粉、细砂岩，砂砾岩。下 统1844棕红色泥岩、粉砂岩，细中粒砂岩。侏罗系上 统637凝灰质砂砾岩，凝灰岩和安山岩。三叠系下 统316446紫红色砂、泥岩。古生界二叠系上 统石千峰组114260紫红、灰绿、杂色泥岩，细粗砂岩，夹石英砂岩、砂砾岩。上石盒

10、子组316566深灰色泥岩，灰绿色、浅灰色砂岩，底含石英砂岩，含煤层。下 统下石盒子组106265灰色砂泥岩及其互层，底含粗砂岩，含煤层。山西组5288上部细至粗砂岩，下部深灰色泥岩，含煤层。石炭系上 统太原组102148灰岩为主，夹泥岩和砂岩，含薄煤层。中 统本溪组010主要为浅灰绿色铝铁质泥岩及泥岩，含较多黄铁矿奥陶系中下统400中厚层白云岩，白云质灰岩，夹灰岩。寒武系上 统土坝组170220白云岩，硅质结核白云岩，产Heleionellasp.化石。固山组978白云岩，竹叶状灰岩，鲕状灰岩。中 统张夏组146鲕状灰岩，白云岩。产Dameselluasp.化石。徐庄组190棕黄色砂岩，夹页

11、岩及石灰岩。产Manchuriellasp.化石。毛庄组152砾状灰岩，鲕状灰岩，页岩。下 统馒头组215紫色页岩夹灰岩。产Redlichasp.化石。猴家山组100150鲕状灰岩、白云岩、砂灰岩、孔洞灰岩。凤台组10100页岩、砾岩。上元古界震旦系徐淮群九顶山组117白云岩，底部夹竹叶状灰岩。倪园组92上部含泥白云岩,夹黄绿色钙质页岩,下部硅质条带白云岩。四顶山组137厚层白云岩为主。产蠕形动物化石。九里桥组119泥灰岩、砂灰岩。四十里长山组93石英岩及钙质砂岩。青白口系八公山群刘老碑组1050页岩、泥灰岩、石英砂岩、底部铁质砂砾岩。含藻及疑源类化石。伍山组张店组下元古界凤阳群1171千枚岩

12、，白云岩，大理岩，白云质石英片岩，石英岩，含藻化石。上太古界五河群6422片麻岩、浅粒岩、变粒岩、斜长角闪岩韵律互层，夹少量大理岩及磁铁矿层，岩石混合岩化。（2）太原组（C3t）区域厚度102148m，区内揭露厚度约35m，根据邻区资料由1113层灰岩与细砂岩、泥岩相间组成，含薄煤层14层，极不稳定，多不可采。与下伏本溪组为整合接触。灰岩中多产海百合茎、珊瑚、腕足类等化石，所含蜓科化石特别丰富，主要有：Quasifusulina SP. (似纺缍蜓)Schwagerina SP. （希瓦格蜓）Pseudoschwagerna SP. （假希瓦格蜓）等。4、二叠系（P）区内揭露厚度873.20m

13、，划分为下统山西组、下石盒子组，上统上石盒子组、石千峰组。以砂岩、粉砂岩、泥岩为主。山西组及下、上石盒子组可分为7个含煤段，为本区主要勘探对象。（1）山西组（P1s）即第一含煤段。底界为石炭系太原组第一层灰岩之顶，上界至4-1煤下铝质泥岩下砂岩之底，厚5073.50m，平均64.80m。其岩性，底部为灰黑色、致密泥岩，富含腕足类化石，其上为灰黑深灰色砂、泥岩互层，混浊层理发育，具虫孔构造，夹有菱铁结核，含煤12层，总厚6.78m，1煤层为稳定可采煤层。本段中上部为中厚层石英砂岩及细-中粒砂岩为主夹泥岩，植物化石有延羊齿，栉羊齿等。Alethopteris SP.（延羊齿） Pecopteris

14、 SP. （栉羊齿）Cordaites SP. （科达迪）等。（2）下石盒子组（P1xs）即第二含煤段。底界为铝质泥岩下砂岩之底，上界至9煤层顶砂岩之底或9煤顶板，厚102140m，平均120.70m。为主要含煤段，含煤48层（49煤），总厚13.08m，其中5煤层为稳定可采煤层，8、4-2煤层为较稳定可采煤层，9煤层为不稳定的大部可采煤层。本段底部为砂岩夹泥岩或石英砂岩夹泥岩，并发育一层花斑状泥岩、铝质泥岩，中部为细砂岩、粉砂岩夹泥岩，上部以灰色、深灰色泥岩、粉砂岩为主，8煤、5煤顶板产有较多的植物化石，主要有：Taeniopteris SP. （带羊齿）Plagiozamites oblo

15、ngifolius. （椭圆斜羽叶）Lepidodendron oculus-felis. （猫眼鳞木）Lobatannularia sinensis. （瓣轮叶）Pecopteris SP. （栉羊齿）Cordaites SP. （科达迪）Gigantonoclea SP. （单网羊齿）Sphenophyllum SP. （脊楔叶）等 （3）上石盒子组（P2ss）底界为9煤层顶板砂岩之底或9煤顶，上界至石千峰组底界，厚度约578.40m。第三含煤段：厚93.5125m，平均108.70m，以灰色泥岩、砂质泥岩及粉砂岩为主，夹灰白色细中粒砂岩，局部见粗粒砂岩，含煤58层(1011-3煤)，总厚

16、6.01m，其中11-2、11-1煤为较稳定可采煤层，11-2煤顶板富含植物化石主要有：Gigantonoclea SP. （单网羊齿）Lobatannularia ensifolia.（剑形瓣轮叶）Cordaites SP. （科达迪）Pecopteris SP. （栉羊齿）Taeniopteris SP. （带羊齿）Sphenophyllum sino-coreannm Neuropteris SP.（脉羊齿）等。第四含煤段：厚68103m，平均84.60m，以灰色泥岩、砂质泥岩为主，底部常见中粒砂岩、石英砂岩，含煤24层，总厚5.42m，其中，13-1煤层为稳定可采煤层。13-1煤层下发

17、育花斑状泥岩，顶板常见植物化石有：Gigantonoclea SP. （单网羊齿）Taeniopteris SP. （带羊齿）Pecopteris SP. （栉羊齿）Neurprteris SP. （脉羊齿）Lingula SP. 等。 （舌形贝）第五含煤段：厚76105m，平均91.20m，以灰绿色、青灰色为主要特征，以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩为主组成，夹有薄层细中砂岩。含煤24层（1617煤），总厚3.82m，其中16-2、17-1煤层为较稳定的次要可采煤层。植物化石有：Gigantonoclea SP(单网羊齿)、Pecopteris SP(栉羊齿)，在1617煤层附近常见个体较大的Lin

18、gula SP(舌形贝)。第六含煤段：厚71107m，平均厚93.90m，以灰色、深灰色、灰绿色泥岩、砂质泥岩为主，夹有浅灰灰白色粉砂岩中砂岩，含煤14层（1821煤），总厚1.81m，均为不稳定、不可采煤层。18煤底板常有一层铝质泥岩,1920煤层附近常有薄层燧石层，富含海绵骨针（海绵岩）化石。第七含煤段：厚187219m，平均厚200m，上部以灰色、青灰、绿灰色泥岩为主，夹粉砂粗砂岩，下部以灰白、灰绿色粉粗砂岩为主夹泥岩、砂质泥岩，底部多为灰白色中粗粒砂岩，偶见夹一层薄层花斑状泥岩。含煤47层（2225煤），总厚4.22m，均为不稳定、不可采煤层。（4）石千峰组（P2sh）厚度106116

19、m，平均厚109.30m。上部以浅灰、绿灰、紫红等杂色细中粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩组成，下部为灰白色细中粒砂岩（局部粗粒）、夹绿灰色泥岩、砂质泥岩，底部多为灰白色细粗粒砂岩，与下伏地层呈整合接触。四、中生界三叠系下统（T1）区内揭露厚度132m，其岩性为紫红色中粗粒砂岩为主组成，间夹紫红色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩。与下伏石千峰组地层呈整合接触。五、新生界1、上第三系（N）（1）上第三系中新统下段（N 1 1）厚087.10m，平均32.07m，以棕红色、褐黄色砾石、粘土粒石、细中砂，夹多层粘土及砂质粘土，属残坡相沉积。与下伏地层呈不整合接触。（2）上第三系中新统上段（N 2 1）厚61.8

20、5200.10m，平均169.37m，以灰绿、棕红色半固结粘土为主，间夹多层细砂，局部夹砂层透镜体。属湖相沉积为主。（3）上第三系上新统（N2）厚268.50343.50m，以灰绿、土黄色、灰白色中砂、细砂、粘土质砂，砂质粘土及粘土为主，局部夹粉砂薄层。属河湖相沉积。2、第四系（Q）厚79.4593.45m，平均86.63m，以灰黄色、土黄色中砂、细、粉砂、砂质粘土为主，次为粘土间夹粘土质砂。属河流相及河漫滩相沉积。2.2.1.2 含煤地层本井田煤系地层为石炭系和二叠系，其中二叠系的山西组和上、下石盒子组为主要含煤层段。井田内主要含煤层段总厚约763.90m，含煤30余层，煤层平均总厚41.1

21、4m，含煤系数为5.39%。其中可采煤层有10层，分别为17-1、16-1、13-1、11-2、11-1、9、8、5、42和1，平均总厚27.66m，约占煤层平均总厚的67.23%；13-1、11-2、8、5和1等5层为主要可采煤层，平均总厚21.79m，约占可采煤层平均总厚的78.78%。2.2.2 水文条件新生界松散层含水层、二叠纪煤系砂岩裂隙含水层和石炭系太灰岩溶裂隙含水层是本矿井开采的主要充水因素。本井田开采513-1煤层时，矿床水文地质条件为简单类型，开采1煤层时水文地质条件复杂。2.2.3 地质构造本井田位于淮南煤田西部陈桥背斜的南翼西段，总体为一不完整向斜构造，南翼被F1断层切割

22、。向斜总体轴向为北西向，向斜南翼地层平缓，一般510°，向斜北翼地层倾角稍陡，一般为1018°左右。全井田钻探期间共发现30条断层，其中26条为正断层，4条逆断层。按断层落差分：最大落差大于等于100m的6条，小于100m而大于等于50m的4条，小于50m大于等于30m的4条，小于30m的断层16条。断层的延展方向以北东向为主，少数为北西向和近东西向。井田总体构造特征为一不完整的向斜构造, 沿地层倾向略有较小起伏，南翼被阜凤逆冲断层切割。向斜总体轴向为北西向，向斜南翼地层倾角平缓, 一般为510°，北翼地层倾角稍陡，一般为20°左右。井田内共查出落差10

23、m的断层54条，其中正断层36条，逆断层18条，断层的展布方向以北东向的斜切断层为主，北西和近南北方向为辅，见图2.1。图2.1 口孜东井田构造纲要示意图3 口孜东矿区地应力场现场测量研究 运动地质力学的方法分析区域的地质构造，只能定性的分析该区域的构造应力的方向，不能得到准确的量值，还不能给工程设计带来可靠的依据。而要确定一个地区地应力的量值，最好的方法就是进行现场原位测量。这样不仅可以给之前的力学分析提供验证，对工程建设也具有更重要的意义。进行原岩应力测量可以帮助正确认识岩石的力学性能，从而可以充分利用和发挥围岩的自承能力，合理利用岩体应力状态中有利的方面，克服不利方面，使工程设计可以更加

24、安全、经济和合理。3.1 空心包体地应力测量原理与方法近五十年来，地应力测量得到了大力发展，测量方法足有二十多种，测量仪器上百种。其中，最具有代表性、比较成熟的五种方法由国际岩石力学学会（ISRM）试验专业委员会于1987年通过规范规定为岩石应力测定的建议方法。它们是扁平千斤顶法、孔径变形法、水压致裂法、孔壁应变法和空心包体应变法。后两种方法都可以在钻孔中一次测得六个应力分量，属于三维应力测量方法。3.1.1 空心包体应力计结构本次地应力测量是空心包体类三维应力测量。该方法使用的应变计最早于1976年由澳大利亚联邦科学与工业研究院（CSIRO）首先研制，简记为（CSIRO）型空心包体。本次测试

25、采用了中国地质科学院地质力学研究所研制的KX-81型空心包体三轴地应力计，如图4.1所示。空心包体应变计的主体是一个用环氧树脂制成的壁厚3mm的空心圆筒，其外径为36mm，内径为30mm。在其中间部位，即直径35mm处沿同一圆周等间距（120o）嵌埋着三组电阻应变花。每组应变花由四支应变片组成，相互间隔45 o。制作时，该空心圆筒是分两步浇注出来的。第一步，浇注直径为35mm的空心圆筒，在规定位置贴好电阻应变花后，再浇注外面一层，使其外径达到36mm。在应力计的顶部有一个补偿应变片，以消除温度变化对测量结果的影响。图3.1空心包体应变计空心包体应变计使用时，首先将其内部注满胶结剂，并将一个带有

26、锥头的柱塞用铝销钉固定在其口部以防胶结剂流出。使用定位器将应变计推入安装小孔中，当锥形头碰到小孔底后，用力推应变计，剪断固定销，柱塞便慢慢进入内腔，将胶结剂压出，使之沿柱塞中心孔和圆筒端部的小孔流入应变计和孔壁之间的环状槽内。空心包体应变计两端的橡胶密封圈阻止胶结剂从该环状槽中流出。当柱塞完全被推入内腔后胶结剂全部流入环状槽内，并将环状槽充满。待胶结剂固化后，应变计即和孔壁牢固地胶结在一起，该空心包体应力计通过单孔就可以比较准确地测定一点的三维原岩应力状态。这种以环氧树脂为基质的空心包体应变计的突出优点是安装简便迅速，且成功率和可靠性高。应变计和孔壁在相当大的一个面积上胶结在一起，因此胶结质量

27、好，而且胶结剂还可以注入应变计周围岩体中的裂隙、缺陷，使岩石整体化，且有较好的防水性能。因此，空心包体应变计已成为世界上最广泛采用的一种地应力解除测量仪器。3.1.2空心包体应力计地应力测量原理与方法现场测量原始地应力，就是通过现场测试确定岩体的三维应力状态。岩体中一点的应力状态可由选定坐标系中的六个分量来表示，如图4.2所示。一般情况下，地应力的六个应力分量是非零的，处于相对静止的平衡状态，无法直接得知。因此，任何一种实测方法都是通过扰动（通常的方法是打钻孔），打破原有状态，在从一种平衡状态到新的平衡状态的过程中，通过对应力效应的间接测量来实现。图3.2 一点的应力状态（六个应力分量）力或应

28、力最直观的物理效应是产生应变和位移。可以通过应变和位移传感器将岩体应变和位移的变化记录下来，取得测量数据。根据岩石的本构关系即应力-应变关系，建立相应的力学计算模型，由观测到的应变或位移，就能计算出地应力的六个分量或者三个主应力的大小和方向。由此可见，现场地应力测量过程，本质上是应变或位移的测量过程。只要具备精巧、完备和先进的测量仪器和测试技术，就可保障应变和位移的精确获得，这是第一步。而地应力结果的准确获得不仅要靠实测应变数据的可靠，还有赖于力学模型，以及由此推演的地应力分量的解算公式是否正确。因为地应力值最终要根据实测应变值，通过岩石的本构关系计算求得。应力解除技术，是改变岩体应力状态，使

29、岩体产生应变响应的简捷方法。所谓钻孔应力解除技术，就是将一段岩石通过取芯（套芯技术）从周围岩体施加给它的应力场内隔离开来的方法，空心包体应变法应力解除钻孔结构如图3.3所示。1300.2m8m36图3.3 地应力测量钻孔结构示意图空心包体环氧树脂三轴应变法的应力解除过程如下（如图3.4）：打大孔：在井下巷道或峒室内，用钻机向围岩钻进应力解除孔，钻孔深度以巷道围岩应力场的范围为准，终孔点应不受巷道围岩应力场的影响（一般大于巷道跨度的35倍）。钻头直径取130mm，钻孔上倾3°5°，便于渗水流出并易于清洗钻孔。磨平钻孔孔底。换锥形钻头做锥形孔底：以保证后面的小孔与大孔同轴心。打

30、小孔：换上36mm的小钻头，打20cm深的一段小钻孔。小孔打好后，用细铁丝将干毛巾绑在特制的擦孔器上，第一次用酒精浸湿毛巾，反复擦洗小孔油污。再换上干毛巾，反复擦小孔。这样能够保证粘结剂将包体与小孔壁粘牢。空心包体安装：用砂纸将空心包体外侧圆柱面打毛；按比例配制好粘结剂（A，B两种液态材料按1:3），在空心包体的空腔内倒入适量的粘结剂，固定好销钉，将包体安装在定向器上。慢慢地将其送入大孔中，不断地接长推杆，并记下长度，在送入总长度为11m左右时要特别注意慢推，以保证包体能够完好地进到小孔中。前端近入小孔20cm 左右，应注意包体筒体部分缓慢推入。再向前推进时应注意固定销的剪断，固定销剪断后向前

31、推进8cm（活塞工作长度），包体成功地安装于小孔中。图3.4 空心包体应变法应力解除过程示意图读取应变仪初始数据：一般在安装包体20小时左右，环氧树脂固化。将推杆和定向器小心地从钻孔中拔出，记下定向器所显示的应力计的偏角，并用罗盘测量出钻孔的方位和倾角。用10#铁丝将包体的电缆线从130mm的钻头和岩芯套筒、钻杆穿出，将钻头、岩芯套筒和钻杆送入孔中，并记录推进的深度，以便检验钻头是否到达孔底。接通应变仪，每隔10分读数一次，连续三次读数相差不超过5时，即认为稳定，并将此读数作为初始值。 套芯地应力解除与应变测试：按预定分级深度钻进，进行套芯解除，每级深度为3cm。每解除一级深度，停钻

32、读数，连续读取两次。套芯解除至一定深度后，应变计读数趋于稳定。每隔10min读数一次，连续三次读数之差不超过5，可认为读数稳定，不再解除。将包含包体的岩芯折断并取出，并对岩芯的岩性进行描述。每个测孔第一测点完成后，在孔底重新锥形孔底，再打小孔，重复以上步骤，进行第二测点的测试。现场测试中，所用应变仪为北京泰瑞金星仪器有限公司研制的KBJ型智能数字应变仪，该应变仪是14通道空心包体应变计专用仪器，测试精度达到0.1%，是目前国内应变检测仪器中精度较高的产品。安装空心包体探头的定位器、测试岩芯弹模和泊松比的率定器均为中国地质科学院地质力学研究所研制，如图3.5和图3.6。图3.5 安装空心包体探头

33、的定位器图3.7 KJ327-F型矿山压力监测系统分站地应力现场量测的准备工程量一般并不大，需要一个能容纳钻机以及便于操作和观测的普通峒室即可。所需设备也比较简单，一台普通的地质钻机加上必需的专用钻具，如锥形钻头、变径接头、取芯管等。但是，地应力测量又是一项要求十分精细的工作，任何的失误都可能导致观测的失败。除需要精确的传感器及数据采集系统外，对钻孔的平直度、孔径偏差、大小孔的同心度都有很高的要求，对井下各个环节的操作要求甚高，如钻机运行的平稳性、钻进速度等，最主要的还是对测试地点的选择确定。3.1.3 地应力分量与方向的计算设地下某一点的应力为，主应力大小为，与大地坐标系XYZ关系用9个方向

34、余弦或9个夹角值可以完全确定。但在实测中，钻孔与岩层、与大地坐标总会呈某一角度（仰角或俯角）。设xyz为钻孔坐标系，在该坐标系下的地应力是实测地应力。由此，只要有了两套坐标系的相对关系和实测地应力的的全部分量，通过坐标变换就可得到XYZ坐标下的应力分量，并由此求得主应力的大小和方向。由空心包体应变计所测量应力解除过程中应变数据计算地应力的公式为： (1) (2) (3)式中：分别是空心包体应变计所测周向应变、轴向应变和剪切应变值。 K系数计算公式 (4) (5) (6) (7)式中： (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16)式中：为空心包体内半径；为

35、安装小孔半径；分别为空心包体材料环氧树脂和岩石的剪切模量；分别为空心包体材料环氧树脂和岩石的泊松比；为电阻应变片在空心包体中的径向距离。以上公式均已由中国地质科学院地质力学研究所编制成计算机软件。3.2地应力现场测量3.2.1 测点的选择地应力测量是一项必须十分认真细致的工作，任何工作环节的失误都会给测量结果带来误差。地应力测量包含多个技术环节：一是需要精确可靠的传感器及数据采集系统；二是要科学合理地选择地应力测量地点；三是对钻孔平直度、孔径偏差、大小孔同心度和钻机操作等有很高的要求。地应力测点必须满足以下三个方面的要求：（1）测试地点的地应力状态应能反映该区域的一般情况，所选地点应具有代表性；（2）根据地应力测试方法的要求，应尽可能地在较完整、均质、层厚合适的煤层顶底板稳定岩层中进行；（3）应避免地应力观测期间与巷道施工或其他生产工序的相互影响。根据以上原则，结合口孜东矿的地质开采条件，确定了地应力测点的位置、钻孔参数见图3.8、图3.9、图3.10以及表3.1所示。表3.1 口孜东矿区地应力测点技