潘三煤矿13号煤层地应力分布规律研究.pdf

第 ４ ２卷第 ８期能 源 与 环 保 Ｖ ｏ ｌ  ４ ２ Ｎ ｏ  ８ ２ ０ ２ ０年８月 Ｃ ｈ ｉ ｎ ａＥ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙａ ｎ ｄＥ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎＡ ｕ ｇ ． ２ ０ ２ ０ 收稿日期 ２ ０ ２ ０－ ０ ３－ ２ ３ ； 责任编辑 刘欢欢 Ｄ Ｏ Ｉ １ ０ ． １ ９ ３ ８ ９ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ ０ ３－ ０ ５ ０ ６ ． ２ ０ ２ ０ ． ０ ８ ． ０ ２ １ 基金项目 国家重点研发计划资助项目（ ２ ０ １ ８ Ｙ Ｆ Ｃ ０ ８ ０ ８ ０ ０ ０ ） ； 安徽省重点研究和开发计划项目（ １ ８ ０ ４ ａ ０ ８ ０ ２ ２ １ ４ ） 作者简介 韩云春（ １ ９ ８ ５ ） ， 男， 安徽定远人， 高级工程师， 硕士， ２ ０ １ １年毕业于安徽理工大学， 现从事煤矿安全方面科研工作。 引用格式 韩云春， 陈建， 罗勇， 等． 潘三煤矿 １ ３号煤层地应力分布规律研究［ Ｊ ］ ． 能源与环保， ２ ０ ２ ０ ， ４ ２ （ ８ ） ９ ２  ９ ７ ． Ｈ ａ ｎＹ ｕ ｎ ｃ ｈ ｕ ｎ ， Ｃ ｈ ｅ ｎＪ ｉ ａ ｎ ， Ｌ ｕ ｏ Ｙ ｏ ｎ ｇ ， ｅ ｔ ａ ｌ ． Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎｇ ｅ ｏ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ Ｎ ｏ ． １ ３ｃ ｏ ａ ｌ ｓ ｅ ａ ｍｉ ｎＰ ａ ｎ ｓ ａ ｎＣ ｏ ａ ｌ Ｍ ｉ ｎ ｅ ［ Ｊ ］ ． Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ａ ｎ ｄＥ ｎ  ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ２ ０ ２ ０ ， ４ ２ （ ８ ） ９ ２  ９ ７ ． 潘三煤矿 １ ３号煤层地应力分布规律研究 韩云春１ ， ２， 陈 建３， 罗 勇１ ， ２， 杨立新３， 余国锋１ ， ２， 邓东生１ ， ２， 段昌瑞１ ， ２， 任 波１ ， ２ （ １ ． 深部煤炭开采与环境保护国家重点实验室， 安徽 淮南 ２ ３ ２ ０ ０ １ ； ２ ． 平安煤炭开采工程技术研究院有限公司， 安徽 淮南 ２ ３ ２ ０ ０ １ ； ３ ． 淮河能源（ 集团） 股份有限公司 潘三煤矿， 安徽 淮南 ２ ３ ２ ０ ０ １ ） 摘要 利用空心包体应力计法在潘三煤矿二水平东翼 １ ３  １煤采区、 西三 Ｃ组中部采区共计 ６个测点 进行了地应力测量工作， 分析得出了潘三煤矿深部地应力分布规律 最大主应力接近水平， 且明显大 于垂直应力， 地应力场中水平主应力占主导优势地位， 水平主应力接近于南北向， 采区巷道受水平主 应力方向性影响显著。深部地应力场中最小主应力 σ ３略小于垂直应力 σｖ， 中间主应力 σ２略大于垂 直应力 σ ｖ， 地应力场呈现 σ１＞ σ２＞ σｖ＞ σ３的应力关系， 测试结果可为潘三煤矿开采过程中的巷道支 护和煤炭安全高效开采提供科学依据。 关键词 地应力测试； 空心包体应力计法； 地应力分布规律； 潘三煤矿 中图分类号 Ｔ Ｄ ３ １ １ 文献标志码 Ａ 文章编号 １ ０ ０ ３－ ０ ５ ０ ６ （ ２ ０ ２ ０ ） ０ ８－ ０ ０ ９ ２－ ０ ６ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙｏ ｎｇ ｅ ｏ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ Ｎ ｏ ． １ ３ｃ ｏ ａ ｌ ｓ ｅ ａ ｍｉ ｎＰ ａ ｎ ｓ ａ ｎＣ ｏ ａ ｌ Ｍｉ ｎ ｅ Ｈ ａ ｎＹ ｕ ｎ ｃ ｈ ｕ ｎ １ ， ２， Ｃ ｈ ｅ ｎＪ ｉ ａ ｎ３， Ｌ ｕ ｏＹ ｏ ｎ ｇ１ ， ２， Ｙ ａ ｎ ｇＬ ｉ ｘ ｉ ｎ３， Ｙ ｕＧ ｕ ｏ ｆ ｅ ｎ ｇ１ ， ２， Ｄ ｅ ｎ ｇＤ ｏ ｎ ｇ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ１ ， ２， Ｄ ｕ ａ ｎＣ ｈ ａ ｎ ｇ ｒ ｕ ｉ １ ， ２， Ｒ ｅ ｎＢ ｏ１ ， ２ （ １ ． Ｄ ｅ ｅ ｐＣ ｏ ａ ｌ Ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇａ ｎ ｄＳ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋ ｅ ｙＬ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙｏ ｆ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｈ ｕ ａ ｉ ｎ ａ ｎ ２ ３ ２ ０ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇＳ ａ ｆ ｅ ｔ ｙＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙＥ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇＣ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｈ ｕ ａ ｉ ｎ ａ ｎ ２ ３ ２ ０ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ３ ． Ｐ ａ ｎ ｓ ａ ｎＣ ｏ ａ ｌ Ｍ ｉ ｎ ｅ ｏ ｆ Ｈ ｕ ａ ｉ ｈ ｅ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ （ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ ）Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｈ ｕ ａ ｉ ｎ ａ ｎ ２ ３ ２ ０ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｇ ｅ ｏ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｗ ａ ｓ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ｅ ｄａ ｔ ｓ ｉ ｘｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎＮ ｏ ． １ ３  １ｃ ｏ ａ ｌ ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇａ ｒ ｅ ａｏ ｆ ｅ ａ ｓ ｔ ｗ ｉ ｎ ｇｏ ｆ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｆ Ｐ ａ ｎ ｓ ａ ｎＣ ｏ ａ ｌ Ｍ ｉ ｎ ｅ ａ ｎ ｄｔ ｈ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｒ ｅ ａ ｏ ｆ ｗ ｅ ｓ ｔ ｔ ｈ ｉ ｒ ｄｇ ｒ ｏ ｕ ｐＣｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｈ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ｗｏ ｆ ｇ ｅ ｏ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｔ ｈ ｅｄ ｅ ｅ ｐｏ ｆ Ｐ ａ ｎ ｓ ａ ｎＣ ｏ ａ ｌ Ｍ ｉ ｎ ｅｗ ａ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅｍ ａ ｘ ｉ ｍ ｕ ｍｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｗ ａ ｓ ｃ ｌ ｏ ｓ ｅｔ ｏｈ ｏ ｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ａ ｎ ｄｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｎ ｔ ｌ ｙ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎｔ ｈ ｅｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ． Ｔ ｈ ｅｈ ｏ ｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓｗ ａ ｓｄ ｏ ｍ ｉ ｎ ａ ｎ ｔ ｉ ｎｔ ｈ ｅｇ ｅ ｏ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ． Ｔ ｈ ｅｈ ｏ ｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ａ ｌ ｓ ｔ 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地应力的影响愈发显著， 往往会 造成巷道失稳变形， 采场的垮塌， 甚至更加严重的动 力灾害， 从而引发严重的安全事故， 造成人员伤亡和 财产损失［ ４  ７ ］。 随着潘三煤矿采深的增加、 巷道断面的加大， 巷 ２９ ２ ０ ２ ０年第 ８期韩云春， 等 潘三煤矿 １ ３号煤层地应力分布规律研究 第 ４ ２卷 道锚杆支护的一些深层次的问题暴露出来， 主要表 现在 ①在支护设计上缺乏科学依据， 对煤矿地应 力、 围岩的性质和巷道变形破坏的规律以及支护受 力等缺乏系统性观测研究， 支护设计主要以经验类 比法为主， 缺乏针对性。②锚杆支护巷道监测信息 的获取、 解释和反馈缺乏准确性和及时性。为了应 用好锚杆支护技术， 在潘三煤矿新采区进行地应力 及岩石力学参数测试， 进一步了解矿井的地应力水 平和应力分布状况， 为矿井支护设计、 巷道稳定性分 析提供可靠依据。 本文针对潘三煤矿二水平东翼 １ ３  １煤采区、 西 三 Ｃ组中部采区地应力， 为 ２ １ ２ １ （ ３ ） 、 １ ６ ５ ２ （ ３ ） 以及 后续 １ ３煤工作面巷道支护设计提供地质力学评估 资料， 并研究潘三煤矿深部地应力分布规律， 可为潘 三煤矿开采过程中的巷道支护和煤炭安全高效开采 提供科学依据。 １ 空心包体地应力测试原理与方法 本次地应力实测工作采用原位测量的应力解除 法， 就是在岩体内施工钻孔， 将传感器埋入孔底， 待 应力恢复后， 再用取心钻头套取孔底岩心及传感器， 使得原有应力得以解除。在此过程中， 测量岩心因 应力解除而产生的应变， 通过其应力应变效应， 间 接测定原岩应力［ ８  １ ０ ］。基本原理就是， 当岩心从受 力作用的岩体中取出后， 由于其周围应力释放而发 生膨胀变形， 测量出其三维膨胀变形， 然后用率定仪 测量其弹性模量和泊松比， 根据虎克定律即可计算 出原岩应力的大小和方向［ １ １  １ ２ ］。 具体方法 在巷道围岩中先打深度超过 ２倍巷 道宽的测孔， 在孔底再施工 １个小孔， 将空心包体安 装在小孔中， 并测量钻孔方位角、 倾角、 应变花旋转 角等参数， 待空心包体内部外溢的浆液凝固 １ ６ｈ以 上后， 再用同心取心套钻缓慢钻取岩心； 与此同时， 使用矿用本安型应变仪在井下记录解除过程中的应 变曲线， 上井后利用专用软件绘出地应力测试中应 力解除过程中各应变片应变数值随解除距离的关系 曲线。然后， 对应力解除套取出来含有空心包体应 变计的岩心进行弹模率定， 测量解除岩心的弹性模 量和泊松比力学参数。最后将数据导入专业处理软 件， 即可分析得出应力结果［ １ ３  １ ６ ］。应力解除法测量 地应力的原理如图 １所示。 本次测试采用的是 Ｈ Ｉ Ｇ  ３ ６空心包体三轴地应 力计， 如图 ２所示， 安装效果如图 ３所示。 图 １ 应力解除法测量地应力的原理 Ｆ ｉ ｇ  １ Ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅｏ ｆ ｇ ｅ ｏ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｂ ｙ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｒ ｅ ｌ ｉ ｅ ｆ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ 图 ２ Ｈ Ｉ Ｇ ３ ６空心包体三轴地应力计 Ｆ ｉ ｇ  ２ Ｈ Ｉ Ｇ ３ ６ｈ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎｔ ｒ ｉ ａ ｘ ｉ ａ ｌ ｇ ｅ ｏ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｇ ａ ｕ ｇ ｅ 图 ３ 地应力测试装置安装效果 Ｆ ｉ ｇ  ３ Ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｇ ｅ ｏ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ２ 潘三煤矿地应力测点位置的选择 原岩应力测量一般在岩体还没有受到开采扰动 的影响的阶段进行。有时受限于矿井生产实际条 件， 地应力测试在准备阶段进行， 此时的测试结果就 有可能就受到邻近采掘情况的影响。地应力测点位 置的选取应该具有代表性， 尽量选择能够较为真实 地反映原岩应力状态的场所。 根据该原则， 结合潘三煤矿的实际生产需求， 并 考虑到地质开采条件和施工条件， 此次潘三煤矿地 应力测试共布置 ６个测点 ①在 ２ １ ２ １ （ １ ） 运输巷瓦 斯综合治理巷东段和西段共布置 ４个地应力测点， 其中东段 ３ ０号钻场、 １ ７号钻场各 １个， 西段 ６号钻 场、 ２号钻场各 １个； ②在 １ ６ ５ ２ （ ３ ） 轨道巷提料巷左 ３９ ２ ０ ２ ０年第 ８期 能 源 与 环 保第 ４ ２卷 帮钻场 １个测点； ③在 １ ６ ５ ２ （ ３ ） 运输巷提料巷 １个 测点。 ３ 潘三煤矿地应力测试结果 按照前述地应力测试方法， 完成各测点空心包 体应力计的安装、 测点基础参数测量、 岩心解除及应 变测试。各测点的位置和钻孔参数见表 １ 。套取的 各测点的应力解除岩心如图 ４所示。 表 １ 潘三煤矿地应力测点技术特征 Ｔ ａ ｂ  １ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｇ ｅ ｏ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎＰ ａ ｎ ｓ ａ ｎＣ ｏ ａ ｌ Ｍｉ ｎ ｅ 测点埋深／ ｍ开孔位置解除岩性 导孔深／ ｍ 倾角／ （ ）方位角／ （ ） Ａ组应变片 旋转角／ （ ） 测点 １７ ８ ７２ １ ２ １ （ １ ） 运输巷瓦斯综合治理巷东段 ３ ０号钻场 砂质泥岩１ ２－ ２ ０ ． ４ １３ ２ ． ３ ３－ ２ ０ ． １ ５ 测点 ２８ ０ ３２ １ ２ １ （ １ ） 运输巷瓦斯综合治理巷东段 １ ７号钻场 粉细砂岩１ ０－ １ ９ ． ７ ５２ ９ ． ８ ７－ １ ４ ９ ． ６ ２ 测点 ３８ ０ ８ ２ １ ２ １ （ １ ） 运输巷瓦斯综合治理巷西段 ６号钻场砂质泥岩１ ０－ １ ６ ． ６ ３５ ８ ． ２ ４ － １ １ ． ４ ３ 测点 ４８ ２ ５２ １ ２ １ （ １ ） 运输巷瓦斯综合治理巷西段 ２ ２号钻场 砂质泥岩１ ２－ ３ ９ ． ６ ６５ ７ ． ７ １－ １ ５ ． ２ １ 测点 ５６ ８ １ １ ６ ５ ２ （ ３ ） 轨道巷提料巷左帮钻场砂质泥岩１ ４ － ３ １ ． ２ ５２ ３ ４ ． ６ ４２ ７ ． ２ ８ 测点 ６７ ３ ８１ ６ ５ ２ （ ３ ） 运输巷瓦斯综合治理巷道 １ ７组钻孔对面 粉砂岩１ ０－ ３ ０ ． ２ ６３ ５ ３ ． ６ ３－ ３ ５ ． ２ ７ 注 Ａ组应变片旋转角度， 逆时针为“＋ ” 、 反之为“－ ” ； 倾角是指钻孔下俯或上仰， 俯为“＋ ” 、 仰为“－ ” 。 图 ４ 应力解除岩心 Ｆ ｉ ｇ  ４ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｒ ｅ ｌ ｉ ｅ ｆ ｃ ｏ ｒ ｅ 现以测点 １为代表来阐明套取岩心过程中应力 解除特征。测点 １位于潘三煤矿 ２ １ ２ １ （ １ ） 运输巷瓦 斯综合治理巷东段 ３ ０号钻场。采用取心管对包含 有 Ｈ Ｉ Ｇ  ３ ６的空心包体应变计的岩体进行了套心应 力解除。 １ ６型矿用本安型应变仪在井下记录解除过程 中的应变曲线， 上井后利用专用软件绘出地应力测 试中应力解除过程中各应变片应变数值随解除距离 的关系曲线， 如图 ５所示。 由图 ５可以看出， 用取芯钻头套取岩心实施应 力解除过程大致可以划分为 ３个阶段。 图 ５ 测点 １应力解除过程曲线 Ｆ ｉ ｇ  ５ Ｃ ｕ ｒ ｖ ｅｏ ｆ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｒ ｅ ｌ ｉ ｅ ｆ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｔ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇｐ ｏ ｉ ｎ ｔ １ ４９ ２ ０ ２ ０年第 ８期韩云春， 等 潘三煤矿 １ ３号煤层地应力分布规律研究 第 ４ ２卷 第 １阶段， 无解除扰动影响区 解除开始至解除 距离 ０～ ９ｃ ｍ距离阶段， 应变曲线变化很小。 第 ２阶段， 应力弹性释放区 １ ０～ １ ９ｃ ｍ 。当应 力解除 １ ０ｃ ｍ开始， 各应变片的应变值随解除距离 的增加迅速增大， 表明此时取心钻头正快速穿过应 变片所在的空心包体应力计附近， 并将其从完整的 岩石上剥离开来， 由于应力计外围的岩心边界约束 得到撤除， 所以空心包体应力计会随着这个岩心进 行适当回弹膨胀， 表现在各应变片上就是受拉。 第 ３阶段， 应变稳定区 当解除距离超过 ２ ０ｃ ｍ 时， 各应变片的应变值总体趋于平缓， 标志着应力解 除完成。 对应力解除套取出来含有 Ｈ Ｉ Ｇ  ３ ６的空心包体 应变计的岩心进行弹模率定， 测量解除岩心的弹性 模量和泊松比力学参数， 弹模率定曲线如图 ６所示。 应用专用数据处理软件对测量数据进行处理， 计算 得出地应力结果见表 ２ （ 岩体类型为灰色砂质泥岩； 弹性模量为１ ４ ． ８ ２Ｇ Ｐ ａ ； 泊松比０ ． ３ ５ ２ ； 测点埋深７ ８ ７ ｍ ） 。 图 ６ 测点 １岩心弹模率定曲线 Ｆ ｉ ｇ  ６ Ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｃ ｕ ｒ ｖ ｅｏ ｆ ｃ ｏ ｒ ｅｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃｍｏ ｄ ｕ ｌ ｕ ｓ ｏ ｆ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ １ 表 ２ 测点 １的计算结果 Ｔ ａ ｂ  ２ Ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ １ 主应力应力值／ Ｍ Ｐ ａ倾角／ （ ）方位角／ （ ） σ１２ ６ ． ９ ５＋ １ ． １３ ４ ０ ． ０ σ２２ ０ ． ２ ７＋ ７ ９ ． ５１ ２ ６ ． １ σ３１ ５ ． ４ ６＋ １ ０ ． ４７ ０ ． ０ 注 倾角向下为正。 ３ ． １ 二水平东翼 １ ３  １煤采区地应力测试结果 根据前文的计算结果， 潘三煤矿二水平东翼 １ ３  １煤采区 ４个测点地应力见表 ３ 。从表 ３可以看 出， 潘三煤矿二水平东翼 １ ３  １煤采区地应力场分布 状态 ①地应力场中主应力 σ １为最大主应力， 优势 方向为近南北向， 量值为 ２ ６  ３ ３～ ２ ８  ５ ３Ｍ Ｐ ａ ， 平均 为 ２ ７  ５ ３Ｍ Ｐ ａ 。根据地应力测量结果， 地应力主应 力 σ １的倾角量值为 １  １ ～ ６  ３ ， 最大值 ６  ３ ， 接近 水平方向； 方位量值为 ３ ４ ０  ０ ～３ ５ ２  ３ ， 平均为 ３ ４ ４  ８ ５ ， 接近于南北向。②地应力场中主应力 σ ３ 为最小主应力， 优势方向为近东西向， 量值 １ ５  ２ ６～ １ ８  １ ２Ｍ Ｐ ａ ， 平均为 １ ６  ４ ７Ｍ Ｐ ａ 。根据地应力测量结 果， 地应力主应力 σ ３的倾角量值为 １ ０  ４ ～ １ ５  ６ ， 最大值为 １ ５  ６ ， 可视为水平方向； 方位角量值为 ７ ０  ０ ～ ８ ２  ３ ， 平均为 ７ ４  ８ ５ ， 接近于东西向， 与主 应力 σ １在方位上呈正交关系。③地应力场中间主 应力 σ ２量值 ２ ０  ２ ７～２ ３  ２ ６Ｍ Ｐ ａ ， 平均为 ２ １  ６ ４ Ｍ Ｐ ａ ， 稍大于垂直应力 σ ｖ。根据地应力测量结果， 地 应力主应力 σ ２的倾角量值为７ ２  ７ ～ ８ ３  ２ ， 最小值 为 ７ ２  ７ ， 接近于垂直方向。④影响潘三煤矿巷道 稳定性的主导应力是最大水平主应力 σ １， 且对巷道 掘进左侧具有明显方向性影响。 表 ３ 潘三煤矿二水平东翼 １ ３  １煤采区地应力测试结果 Ｔ ａ ｂ  ３ Ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｙｏ ｆ ｉ ｎ  ｓ ｉ ｔ ｕｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｆ ｏ ｒ １ ３  １ｃ ｏ ａ ｌ ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇａ ｒ ｅ ａｏ ｆ ｔ ｈ ｅｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ  ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｅ ａ ｓ ｔ ｗ ｉ ｎ ｇｏ ｆ Ｐ ａ ｎ ｓ ａ ｎＣ ｏ ａ ｌ Ｍｉ ｎ ｅ 测点 主应力 应力值／ Ｍ Ｐ ａ 倾角／ （ ） 方位角／ （ ） 备注 １ σ１ σ２ σ３ ２ ６ ． ９ ５ ２ ０ ． ２ ７ １ ５ ． ４ ６ ＋ １ ． １ ＋ ７ ９ ． ５ ＋ １ ０ ． ４ ３ ４ ０ ． ０ １ ２ ６ ． １ ７ ０ ． ０ 测点埋深 ７ ８ ７ｍ ； 垂直应力 １ ７ ． ７ １Ｍ Ｐ ａ ２ σ１ σ２ σ３ ２ ８ ． ３ ２ ２ ２ ． ７ １ １ ７ ． ０ ４ ＋ １ ． ７ ＋ ８ ２ ． ３ ＋ １ ２ ． ６ ３ ４ ４ ． ６ １ ２ ３ ． ５ ７ ４ ． ６ 测点埋深 ８ ０ ３ｍ ； 垂直应力 １ ８ ． ０ ７Ｍ Ｐ ａ ３ σ１ σ２ σ３ ２ ６ ． ３ ３ ２ ０ ． ３ ４ １ ５ ． ２ ６ ＋ ６ ． ３ ＋ ７ ２ ． ７ ＋ １ ５ ． ６ ３ ４ ２ ． ５ １ １ ７ ． ４ ７ ２ ． ５ 测点埋深 ８ ０ ８ｍ 垂直应力 １ ８ ． １ ８Ｍ Ｐ ａ ４ σ１ σ２ σ３ ２ ８ ． ５ ３ ２ ３ ． ２ ６ １ ８ ． １ ２ ＋ ２ ． ８ ＋ ８ ３ ． ２ ＋ １ １ ． ５ ３ ５ ２ ． ３ １ ２ ２ ． ６ ８ ２ ． ３ 测点埋深 ８ ２ ５ｍ ； 垂直应力 １ ８ ． ５ ６Ｍ Ｐ ａ 注 倾角向下为正。 对潘三煤矿二水平东翼 １ ３  １煤采区地应力实 测结果中最大主应力、 最小主应力、 垂直应力及其比 值进行汇总， 见表 ４ 。 根据表４可以看出 ①潘三煤矿二水平东翼１ ３  １煤采区地应力场中最大主应力 σ １接近水平， 且明 显大于垂直应力 σ ｖ， 侧压系数 σ１ ／ σ ｖ＝ １ ． ４ ５～ １ ． ５ ７ ， 说明在此处， 水平应力比垂直应力对巷道稳定性的 影响要大， 地应力场中水平主应力占主导优势地位。 ② 潘三矿二水平东翼１ ３  １ 煤采区巷道受水平主应 ５９ ２ ０ ２ ０年第 ８期 能 源 与 环 保第 ４ ２卷 表 ４ 潘三煤矿二水平东翼 １ ３  １煤采区主应力及其比值 Ｔ ａ ｂ  ４ Ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄｉ ｔ ｓ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｉ ｎ１ ３  １ｃ ｏ ａ ｌ ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｒ ｅ ａｏ ｆ ｅ １ ３ ａ ｓ ｔ ｗ ｉ ｎ ｇｏ ｆ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｉ ｎＰ ａ ｎ ｓ ａ ｎＣ ｏ ａ ｌ Ｍｉ ｎ ｅ 测点 σ１／ Ｍ Ｐ ａ σ３／ Ｍ Ｐ ａ σｖ／ Ｍ Ｐ ａ σ１ ／ σ ｖ σ１ ／ σ ３ １２ ６ ． ９ ５１ ５ ． ４ ６１ ７ ． ７ １１ ． ５ ２１ ． ７ ４ ２２ ８ ． ３ ２１ ７ ． ０ ４１ ８ ． ０ ７１ ． ５ ７１ ． ６ ６ ３２ ６ ． ３ ３１ ５ ． ２ ６１ ８ ． １ ８１ ． ４ ５１ ． ７ ２ ４２ ８ ． ５ ３１ ８ ． ９ ２１ ８ ． ５ ６１ ． ５ ４１ ． ５ １ 力方向性影响显著。根据地应力测量结果， 最大主 应力 σ １与最小主应力 σｖ的比值系数 Ｋ＝σ１ ／ σ ｖ＝ １ ． ５ １～ １ ． ７ ４ ， 说明井田内地应力场对巷道掘进影响 具有明显的方向性。最大主应力 σ １方位量值为 ３ ４ ０ ． ０ ～ ３ ５ ２ ． ３ ， 平均为 ３ ４ ４ ． ８ ５ ， 接近于南北向。 ③潘三煤矿二水平东翼 １ ３  １煤采区地应力场中最 小主应力 σ ３略小于垂直应力 σｖ， 中间主应力 σ２略 大于垂直应力 σ ｖ。根据地应力测量结果， 地应力场 呈现 σ １＞ σ２＞ σｖ＞ σ３的应力关系。 ３ ． ２ 西三 Ｃ组中部采区地应力测试结果 采用同样的计算方法得出潘三煤矿西三 Ｃ组 中部采区 ２个测点地应力见表 ５ 。 表 ５ 潘三煤矿西三 Ｃ组中部采区地应力测试结果 Ｔ ａ ｂ  ５ Ｇ ｅ ｏ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇａ ｒ ｅ ａｏ ｆ ｗ ｅ ｓ ｔ ｔ ｈ ｉ ｒ ｄｇ ｒ ｏ ｕ ｐＣｉ ｎＰ ａ ｎ ｓ ａ ｎＣ ｏ ａ ｌ Ｍｉ ｎ ｅ 测点 主应力 应力值／ Ｍ Ｐ ａ 倾角／ （ ） 方位角／ （ ） 备注 ５ σ１ σ２ σ３ ２ ５ ． ４ ４ １ ６ ． ７ ２ １ ５ ． ２ １ ７ ． ７ ８ １ ． ４ ６ ． ２ ３ ４ １ ． ７ ２ １ ９ ． ３ ７ １ ． ７ 测点埋深 ６ ８ １ｍ ； 垂直应力 １ ５ ． ３ ２Ｍ Ｐ ａ ６ σ１ σ２ σ３ ２ ６ ． ８ ２ １ ７ ． ６ ４ １ ６ ． ０ ７ ８ ． ３ ７ ９ ． ６ ７ ． ４ ３ ４ ３ ． ２ ２ ２ １ ． ４ ７ ３ ． ２ 测点埋深 ７ ４ ３ｍ ； 垂直应力 １ ６ ． ７ １Ｍ Ｐ ａ 注 倾角向下为正。 从表 ５可以看出， 潘三煤矿西三 Ｃ组中部采区 地应力场分布状态 ①地应力场中主应力为最大主 应力 σ １， 优势方向为近南北向， 量值为 ２ ５  ４ ４～ ２ ６  ８ ２Ｍ Ｐ ａ ， 平均为 ２ ６  １ ３Ｍ Ｐ ａ 。根据地应力测量结 果， 地应力主应力 σ １的倾角量值为 ７  ７ ～ ８  ３ ， 最 大值 ８  ３ ， 接近水平方向； 方位量值为 ３ ４ １  ７ ～ ３ ４ ３  ２ ， 平均为 ３ ４ ２  ４ ５ ， 接近于南北向。②地应力 场中主应力 σ ３为最小主应力， 优势方向为近东西 向， 量值 １ ５  ２ １～ １ ６  ０ ７Ｍ Ｐ ａ ， 平均为１ ５  ６ ４Ｍ Ｐ ａ 。根 据地应力测量结果， 地应力主应力 σ ３的倾角量值为 ６  ２ ～ ７  ４ ， 最大值为 ７  ４ ， 可视为水平方向； 方位 角量值为 ７ １  ７ ～ ７ ３  ２ ， 平均为 ７ ２  ４ ５ ， 接近于东 西向， 与主应力 σ １在方位上呈正交关系。③地应力 场中间主应力 σ ２的量值为 １ ６  ７ ２～ １ ７  ６ ４Ｍ Ｐ ａ ， 平 均为 １ ７  １ ８Ｍ Ｐ ａ ， 稍大于垂直应力。根据地应力测 量结果， 地应力主应力 σ ２的倾角量值为 ７ ９  ６ ～ ８ １  ４ ， 最小值为 ７ ９  ６ ， 接近于垂直方向。④影响 潘三煤矿巷道稳定性的主导应力是最大水平主应力 σ １， 且对巷道掘进左侧具有明显方向性影响。 对潘三煤矿西三 Ｃ组中部采区地应力实测结 果中最大主应力、 最小主应力、 垂直应力及其比值进 行汇总见表 ６ 。 表 ６ 潘三煤矿西三 Ｃ组中部采区地应力主应力及其比值 Ｔ ａ ｂ  ６ Ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄｉ ｔ ｓ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｏ ｆ ｇ ｅ ｏ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｍｉ ｄ ｄ ｌ ｅ ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇａ ｒ ｅ ａｏ ｆ ｗ ｅ ｓ ｔ ｔ ｈ ｉ ｒ ｄｇ ｒ ｏ ｕ ｐＣｉ ｎＰ ａ ｎ ｓ ａ ｎＣ ｏ ａ ｌ Ｍｉ ｎ ｅ 测点 σ１／ Ｍ Ｐ ａ σ３／ Ｍ Ｐ ａ σｖ／ Ｍ Ｐ ａ σ１ ／ σ ｖ σ１ ／ σ ３ ５２ ５ ． ４ ４１ ５ ． ２ １１ ５ ． ３ ２１ ． ６ ６１ ． ６ ７ ６２ ６ ． ８ ２１ ７ ． ０ ７１ ６ ． ７ １１ ． ６ １１ ． ５ ７ 从表 ６可以看出 ①潘三煤矿西三 Ｃ组中部采 区地应力场中最大主应力接近水平， 且明显大于垂 直应力， 侧压系数 σ １ ／ σ ｖ＝ １ ． ６ １～ １ ． ６ ７ ， 同样表示此 处的水平应力比垂直应力对巷道稳定性的影响要 大， 地应力场中水平主应力占主导优势地位。②潘 三煤矿西三 Ｃ组中部采区巷道受水平主应力方向 性影响显著。根据地应力测量结果， 最大主应力与 最小主应力的比值系数 Ｋ＝ σ １ ／ σ ３＝ １ ． ５ ７～ １ ． ６ ７ ， 表 示此处的地应力场对巷道掘进影响具有明显的方向 性。根据地应力测量结果， 最大主应力方位量值为 ３ ４ １ ． ７ ～ ３ ４ ３ ． ２ ， 平均为 ３ ４ ２ ． ４ ５ ， 接近于南北向。 ③潘三煤矿西三 Ｃ组中部采区地应力场中最小主 应力 σ ３略小于垂直应力 σｖ， 中间主应力 σ２略大于 垂直应力 σ ｖ。根据地应力测量结果， 地应力场呈现 σ １＞ σ２＞ σｖ＞ σ３的应力关系。 ４ 结论 （ １ ） 潘三煤矿深部最大主应力接近水平， 且明 显大于垂直应力， 地应力场中水平主应力占主导优 势地位， 水平主应力接近于南北向， 采区巷道受水平 主应力方向性影响显著。 （ ２ ） 深部地应力场中最小主应力 σ ３略小于垂 直应力 σ ｖ， 中间主应力 σ２略大于垂直应力 σｖ， 地应 力场呈现 σ １＞ σ２＞ σｖ＞ σ３的应力关系。 测试结果可以为潘三煤矿深部采区巷道支护和 ６９ ２ ０ ２ ０年第 ８期韩云春， 等 潘三煤矿 １ ３号煤层地应力分布规律研究 第 ４ ２卷 煤炭安全高效开采提供科学依据。 参考文献（ Ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ） ［ １ ］ 伊丙鼎． 煤矿井下地应力数据库及地应力影响因素研究［ Ｄ ］ ． 北京 煤炭科学研究总院， ２ ０ １ ７ ． ［ 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Ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ Ｍ ｏ ｎ ｇ ｏ ｌ ｉ ａ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｅ ｃ ｏ ｎ ｏ ｍ ｙ ， ２ ０ １ ７ （ ２ ０ ） １ ２ ７  １ ３ １ ． ［ ５ ］ 韩昌瑞， 白世伟， 王玉朋， 等． 层状岩体深埋长隧道锚杆支护优 化设计［ Ｊ ］ ． 岩土力学， ２ ０ １ ６ ， ３ ７ （ Ｓ １ ） ４ ０ ９  ４ １ ４ ． Ｈ ａ ｎＣ ｈ ａ ｎ ｇ ｒ ｕ ｉ ， Ｂ ａ ｉ Ｓ ｈ ｉ ｗ ｅ ｉ ， Ｗａ ｎ ｇ Ｙ ｕ ｐ ｅ ｎ ｇ ， ｅ ｔ ａ ｌ ． Ｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｕ ｍｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ