CN103076119B - 一种巷道底鼓主控应力测量的方法 - Google Patents
一种巷道底鼓主控应力测量的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103076119B CN103076119B CN201210582194.1A CN201210582194A CN103076119B CN 103076119 B CN103076119 B CN 103076119B CN 201210582194 A CN201210582194 A CN 201210582194A CN 103076119 B CN103076119 B CN 103076119B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stress
- roadway
- primary load
- base plate
- mining
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Abstract
本发明公开了一种巷道底鼓主控应力测量的方法，通过在巷道底板主受力层内并排同向安装两个空芯包体应力计，采用套孔应力解除法对巷道底板主受力层所在位置原岩应力的大小及方向进行测定，在测点附近底板及巷帮底脚处分别安装钻孔应力计，记录工作面回采前后应力计的相对应力值变化，待工作面推过后，完成对采动影响后巷道底板主受力层的地应力测量，通过对比钻孔应力计及巷道底板主受力层回采前后应力的变化得出造成巷道底鼓的主控应力大小及方向。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种巷道底鼓主控应力测量的方法。
背景技术
随着水利水电、公路隧道及地下资源开采等岩土工程施工规模和作业深度的不断扩大，其所面临的各种工程问题也日益严重。其中以各种硐室及巷道开挖过程中因巷道严重变形对工程进度及人员安全的影响最为严重。以煤矿为例，我国煤矿开采深度正以每8～12m的速度增加，东部矿井开采深度正以每年10～25m的速度发展，可以预计在未来20a内我国很多煤矿将进入到1000～1500m的深度。随着开采深度的增加，巷道围岩变形量大(一般在500mm以上，有些巷道的位移高达3000mm以上，如淮南、铁法小康等矿区，金川镍铂矿区)，巷道维护普遍比较困难。据统计在底板不支护的深部开采中，巷道顶底板移近量的2/3～3/4是底鼓引起的，底鼓造成的巷道维修量占维修总量的 50%。浅部资源的枯竭，转入深部开采势在必行。巷道围岩控制巷道底鼓的有效控制是深部资源开采中的首要问题和关键问题。而弄清造成巷道底鼓的主控应力是优化设计及控制技术选择的前提和基础。
然而，由于深部复杂的地质条件和应力环境，不仅岩体的力学性质较浅部地下工程发生变化，其原岩应力的状态也将发生较大变化。为此，需要对巷道底板主受力层的应力大小及方向进行实测，明确巷道底鼓的类型和主要影响因素，进而开展有针对性的防治措施。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种适用于回采工作面巷道受采动应力影响所造成底鼓评估，为巷道底鼓原因分析、开采设计及防治措施的选择提供依据的巷道底鼓主控应力测量的方法。
为实现上述目的，本发明一种巷道底鼓主控应力测量的方法，具体为：
1）通过地质综合柱状图弄清底板的主受力层，在采掘平面图上选取受采掘活动较小的待测区域；
2）采用钻机在巷道底板上同一钻孔先后钻取不同孔径的两个同心钻孔，钻孔深度达到底板主受力层，在钻孔内用定向仪同向安装内置三组应变花的改进型空芯包体应力计，采用套孔应力解除法完成对未采前巷道底板的主受力层的原始所受应力的大小及方向的测量；
3）在其附近的底板及巷帮围岩底脚处的围岩体内采用煤电钻钻取两个钻孔，钻孔内安装两个钻孔应力计，其中，垂直安装在底板上的钻孔应力计，深度要达到底板主受力层内，测量回采过程中巷帮岩体受采动应力影响而传递给底板端部应力的大小；水平安装在巷帮围岩底脚处的钻孔应力计深入围岩的距离为巷道宽度的1.2-1.5倍，测量回采过程中采动应力对底板主受力层的作用力大小；
通过对初始安装在巷道主受力层内的空芯包体应力计进行解除，获得采后底板主受力层所受应力的大小及方向；通过对比未采动前初始主受力层的应力状态，进而评估造成巷道底鼓的主控应力，确定巷道底鼓的类型。
进一步，所述步骤2）中两个同心钻孔的直径分别为130mm和28mm。
进一步，所述步骤3）中钻孔的直径为42mm。
进一步，所述步骤3）中通过手动液压泵使钻孔应力计上的钢枕与围岩接触，记录此时的初始应力值；随着工作面的回采，巷道围岩的应力会在采动应力影响下重新分布，待回采工作面推过钻孔应力计位置后，钻孔应力计停止记录。
进一步，待回采结束后，采用套孔应力解除法对最初并排同向安装在巷道底板主受力层内的所述空芯包体应力计进行解除，测得回采后巷道底板主受力层所受应力的变化，记录此时的应力大小及方向。
进一步，待采后巷道底板主受力层的应力状态测量完成后，分别对回采前后底板及巷帮围岩底脚处所述钻孔应力计随回采过程的应力变化进行对比，获得采动应力对巷道围岩底板的垂直应力增量及底板主受力层采动水平应力增量。
进一步，对回采前后经所述空芯包体应力计测得的底板主受力层应力大小及方向进行对比，分析其受力大小方向的变化；如果采动前后主受力层大小及方向不变，说明造成巷道底鼓的主控应力为初始所测的原岩应力，对于深部地下工程，为以水平应力为主的构造应力；如果测定结果仅大小变化较大而方向未变，则说明造成巷道底鼓的主控应力为采动应力；若大小及方向均发生变化，则说明造成巷道底鼓的主控应力为原岩应力与采动应力的耦合应力。
进一步，所述改进型空芯包体应力计包括用环氧树脂制成的空心圆筒及三个电阻应变花，在空心圆筒的中间部位沿同一圆周等间距嵌埋着三个电阻应变花，每个电阻应变花由四支应变片组成，相互间隔45°。
进一步，所述电阻应变花包括周向三支A90、B90、C90应变片，轴向三支A0、B0、C0应变片，与轴线成+45°方向三支A+45、B+45、C+45应变片，以及与轴线成-45°方向三支A-45、B-45、C-45应变片，其中，A0、B0、C0应变片是在孔周互成120°的三个位置独立测量轴向应变，A90、B90、C90应变片是在孔周互成120°的三个位置独立测量周向应变，A+45、B+45、C+45应变片是在孔周互成 120°的三个位置独立测量与轴线成+45°方向应变，A-45、B-45、C-45应变片是在孔周互成120°的三个位置独立测量与轴线成-45°方向应变。
进一步，所述钻孔应力计为KSE-Ⅱ-1 型钻孔应力计。
本发明解决了深部地下工程资源开采过程中，在“三高一扰动”环境下，巷道底鼓严重而影响因素复杂难以判断的的问题，不但可以实现对巷道底板地应力的测试，为矿井采掘布置和支护设计提供参考，测定了采动应力的大小，也可对工作面回采后，造成巷道底鼓的主控应力的大小及方向进行评估，确定底鼓类型。
附图说明
图1为改进型空心包体应变计结构图；
图2为改进型空心包体应变计电阻应变片排列图；
图3为空芯包体套孔应力解除过程示意图；
图4为KSE-Ⅱ-1型钻孔应力计结构示意图。
具体实施方式
下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。
为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。
本发明一种巷道底鼓主控应力测量的方法，借助于地质综合柱状图和相关地质力学资料，弄清巷道底板的主受力层。通过煤电钻机在底板上打孔至主受力层并用定向仪在巷道底板主受力层内并排同向安装两个内置三组应变花的改进型空芯包体应力计，通过套孔应力解除法对其中一个应力计进行解除，完成对巷道底板主受力层所在位置原岩应力的大小及方向进行测定。之后，在测点附近位置的底板及巷帮围岩底脚处分别安装钻孔应力计，采用油压泵撑起液压钢枕使其与孔壁接触，记录此时的初始相对应力值。随着工作面的推进所产生的采动应力将造成围岩应力重新分布，记录两个钻孔应力计的相对应力变化，待工作面推过后，完成对第二个空芯包体应力计的解除，测定采动影响后巷道底板主受力层的地应力大小和方向，通过对比钻孔应力计及巷道底板主受力层回采前后应力的变化得出造成巷道底鼓的主控应力大小及方向。
本发明的具体步骤为：首先借助地质综合柱状图弄清底板的主受力层，在采掘平面图上选取受采掘活动较小的待测区域。采用钻机在巷道底板上同一钻孔先后钻取直径分别为130mm和28mm的两个同心钻孔，钻孔深度达到底板主受力层。利用定向仪安装内置有三组应变片的改进型空芯包体应力计在底板主受力层内，采用套孔应力解除法完成对未采前巷道底板的主受力层的原始所受应力的大小及方向的测量，为工作面回采后底版主受力层在原岩应力与采动应力耦合作用下的受力评估提供对比所需原始数据。
通过套孔应力解除法获得未采动前巷道底板主受力层的初始应力大小及方向后，由于类似简支梁结构，巷道底板的主受力层端部也会因覆岩自重应力及采动应力叠加作用而发生屈曲变形，诱发底鼓。为此，在其附近的底板及巷帮围岩底脚处的围岩体内采用煤电钻钻取两个直径为42mm的钻孔，孔内安装两个钻孔应力计。（如果巷道一侧存在煤柱，在煤柱的底脚处也需安装一个钻孔应力计）其中，垂直安装在底板上的钻孔应力计，深度要达到底板主受力层内。水平安装在巷帮围岩底脚处的钻孔应力计深入围岩的距离为巷道宽度的1.2-1.5倍，并通过手动液压泵使钻孔应力计上的钢枕与围岩接触，记录此时的初始应力值。随着工作面的回采，巷道围岩的应力会在采动应力影响下重新分布，待回采工作面推过钻孔应力计位置后，钻孔应力计停止记录。
待回采结束后，采用套孔应力解除法对最初并排同向安装在巷道底板主受力层内的另一个空芯包体应力计进行解除，测得回采后巷道底板主受力层所受应力的变化，记录此时的应力大小及方向。
待采后巷道底板主受力层的应力状态测量完成后，分别对回采前后底板及巷帮围岩底脚处钻孔应力计随回采过程的应力变化进行对比，获得采动应力对巷道围岩底板的垂直应力增量及底板主受力层采动水平应力增量。对回采前后经空芯包体应力计测得的底板主受力层应力大小及方向进行对比，分析其受力大小方向的变化。如果采动前后主受力层大小及方向变化不大，说明造成巷道底鼓的主控应力为初始所测的原岩应力，对于深部地下工程，多为以水平应力为主的构造应力。如果测定结果仅大小变化较大而方向未变，则说明造成巷道底鼓的主控应力为采动应力。若大小及方向均发生变化，则说明造成巷道底鼓的主控应力为原岩应力与采动应力的耦合应力。根据不同的巷道底鼓主控应力类型进行底鼓防治措施的选择。
本发明的有益效果在于：
1、能够满足现代水利水电、隧道地铁以及深部地下资源开采过程中，复杂应力场下造成巷道底板地应力的大小及方向，为矿井采掘布置和支护设计提供参考。
2、能够对造成巷道底鼓的主控应力进行区分。由于造成巷道底鼓的应力基本可分为原岩应力及采动应力，通过对比回采前后底板主受力层应力状态的变化及回采前后钻孔应力计的变化，得出造成巷道底鼓的主控应力类型，为巷道底板受力分析及支护强度的设计提供依据。
3、通过对巷道底鼓主控应力的测量，不仅可以指导工作面布置及巷道支护强度设计，也可以对所测区域地应力的类型进行评估，对于提供资源采出率、节约支护成本及避免各种动力灾害具有重要意义。
实施例一：新疆四棵树煤矿二号斜井巷道底鼓主控应力测量（浅部巷道底鼓）
新疆乌苏四棵树煤矿始建于1952年，位于乌苏市西南41km处，行政区划属乌苏县白杨沟镇。2000年改制成立乌苏四棵树煤炭有限责任公司。二号斜井1992年投产，井田面积约1.1754km2， “十一五”期间改扩建现核定生产能力为60万t/年，井田构造简单，煤层倾角小，埋藏浅；水小，低瓦斯，开采技术条件较有利。现核定生产能力为60万t/年，是四棵树煤炭有限公司的主力生产矿井之一。二号斜井北区A504工作面采用走向长壁式回采方法，主采煤层A5煤层平均后5m，煤的单轴抗压强度为10.99MPa，抗拉强度为0.82MPa，属于中硬煤层。顶板的单轴抗压强度为13.99MPa，抗拉强度为0.92MPa，属于来压较为明显，顶板节理较为发育的复合型顶板，底板单轴抗压强度为21.27MPa，抗拉强度1.49MPa。巷道采用锚网索+工字钢棚支护。在回采过程中，工作面巷道矿压显现强烈，运输顺槽、轨道顺槽巷道变形量大，底鼓严重，巷道经常需要落地返修，极大的影响了煤矿的安全生产。然而，由于矿井正位于北天山脚下，构造较发育，导致区域应力影响复杂，很难确定造成巷道底鼓的主控应力，即是采动应力还是构造应力引起的。为此，采用本专利测试方法进行研究。
首先，在A504工作面轨道顺槽附近的卸压硐室内（受工程扰动影响相对较小的区域），在底板的厚硬砂质泥岩内安装两个空心包体，记录初始的安装方向，并通过套孔应力解除法对一个空芯包体进行应力解除，获得初始的应力大小及方向。分别为13.42MPa，方向为181.43°，倾角为-90.28°。同时，在卸压硐室对面的煤层巷帮腰线附近及底脚内安装两个钻孔应力计，压力枕方向与竖直方向垂直。随着工作面的推进，记录钻孔应力计的数据。分析测得二号斜井A504工作面运输顺槽超前支承应力影响范围为13-19m，煤体内的相对峰值应力值为9.4-16MPa，相对于初始应力，其应力集中系数为1.80-2.07。底板钻孔应力计的峰值应力为9.3-17.8MPa，应力集中系数为2.23-2.8。此时，对卸压硐室内的另一个空芯包体进行应力解除，获得解除其最大应力值为14.88MPa，方向为208.7°，倾角为-91.54°。见表1。
表1：二号斜井底鼓主控应力各测点实测值
通过对以上数据分析可知，A504工作面底板的实测初始最大水平应力较大，在采深234m的条件下，属于典型的高构造应力场，底板砂质泥岩内在两端水平应力的挤压作用下容易发生屈曲变形。同时，随着工作面的回采，巷帮煤体在采动应力和自重压力的作用下，巷道两端煤体承受的较高的垂直应力，相对于初始相对应力，最大应力增加系数为2.8，属于中等水平。而这种程度的采动应力作用在底板主关键层上相当于两端受压的简支梁，加剧了底板的屈曲变形。
综合分析可知，造成二号斜井巷道底鼓的主控应力为较高的水平构造应力。为此，巷道的底鼓控制应从优化巷道的布置方向和破坏底板连续传递应力的能力方面着手。建议巷道布置方向与底板主应力方向平行，即选择巷道轴向为190.095°，即北北东10.095°。同时，采用深孔断底爆破对底板的砂质泥岩进行爆破破断。
实施例二：义马矿区跃进煤矿巷道底鼓主控应力测量（深部复杂应力场下的底鼓型冲击）
义马煤业集团公司位于河南省西部，矿井分布在义马、陕渑、新安、宜洛和偃龙五个煤田，地跨郑州、洛阳和三门峡三市，东起郑州巩义市，西到三门峡市陕县，南起洛阳市宜阳县，北抵黄河南岸，东西长约100km，南北宽3～48km，面积790km2。跃进煤矿位于义马市南2km，隶属义马煤业集团股份公司，1958年建井，经多次改扩建， 2011年产量将近220万t。井田走向长3.8～6.8km，倾斜宽2.0～3.9km，面积约21.4km2。井田内含煤地层为侏罗系的义马组，可采煤层两层，即2-1煤层和2-3煤层。2-1煤层厚度变化较大，为0.85～8.55m，平均3.78m，可采性指数0.98，煤层厚度变异系数33.2%， 2-3煤层煤层厚度4.25～9.30m，平均6.60m，可采性指数为1，煤层厚度变异系数为16.3%。跃进井田位于渑池—义马向斜的轴部，区内地层为一宽缓的单斜，走向大致为275°～300°，倾向185°～210°,倾角4°～25°。井田内构造以断裂为主、褶曲次之。底板存在一层厚40.85m的细粉砂岩。
现在主采的23、25采区已经接近千米，在开采过程中发生多次冲击地压，从冲击发生后的巷道破坏情况可以看出，冲击处的煤层主要来自底板。然而，深部复杂的地质条件和应力环境，采用综放开采厚煤层所产生的采动应力较大，在有F16大断层影响的前提下，很难确定底板岩层的主控应力方向，进而也就无法指导冲击地压的有效防治。为此，采用本专利测试方法进行研究。
首先，在跃进煤矿25110工作面轨道顺槽附近的避难硐室（受工程扰动影响相对较小的区域），在底板的厚硬砂质泥岩内安装两个空心包体，记录初始的安装方向，并通过套孔应力解除法对一个空芯包体进行应力解除，获得初始的应力大小及方向。分别为15.27MPa，方向为N87°E，倾角为-87.38°。同时，在避难硐室对面的煤层巷帮腰线附近及底脚内安装两个钻孔应力计，压力枕方向与竖直方向垂直。随着工作面的推进，记录钻孔应力计的数据。分析测得25110工作面轨道顺槽超前支承应力影响范围为19-31m，煤体内的相对峰值应力值为35.4-58MPa，相对于初始应力，其应力集中系数为1.86-3.05。底板钻孔应力计的峰值应力为46-73MPa，应力集中系数为2.42-3.84。此时，对卸压硐室内的另一个空芯包体进行应力解除，获得解除其最大应力值为17.92MPa，方向为N96°E，倾角为-94.7°。见表2。
表2：跃进煤矿25110工作面底鼓主控应力各测点实测值
通过对以上数据分析可知，25110工作面底板的实测初始最大水平应力较大，在采深1080m的条件下，属于典型的中等构造应力场。然而，由于跃进煤矿已进入深部开采，煤层上覆岩层的自重应力较大，按上覆岩层容重为23MN/m3计算，25110工作面煤层自重应力为24.84MPa，大于最大水平构造应力17.92MPa，在采动影响下巷帮煤体的最大采动应力达到73MPa。
由此可见，25110工作面深部较高的水平构造应力对40m厚细粉砂岩层的挤压作用使其内部积聚了较高的弹性能量，而煤层内所承受的上覆岩层自重应力及采动应力叠加的高应力作用在底板是导致其巷道底鼓的主要原因。因此，跃进煤矿25110工作面底鼓的主控原因兼有上覆岩层自重应力和采动应力叠加的高应力与较高的构造应力两种因素，其中上覆岩层自重应力和采动应力叠加的高应力所起的作用相对更为主要些。
针对此底鼓主控应力类型，由于上覆岩层自重应力不可控，只能控制采动应力和协调水平构造应力。为此建议，采用煤层卸压爆破和大钻孔卸压降低巷帮煤体内的高应力，并通过断底爆破破坏底板细粉砂岩的连续性，使其不能积聚弹性能量。此外，对于工作面巷道的布置方式也应做出调整，巷道轴向最好与构造应力方向平行，方向为N91.5°E。
改进型空心包体应力计：
地应力测量设备应变计探头为改进型空心包体应变计。其主体是一个用环氧树脂制成的空心圆筒在其中间部位沿同一圆周等间距（120°）嵌埋着三个电阻应变花4，每个电阻应变花4由四支应变片组成，相互间隔45°。共计12支应变片，分别为周向三支（A90，B90，C90）、轴向三支（A0，B0，C0）、与轴线成+45°方向三支（A+45，B+45，C+45）以及与轴线成-45°方向三支（A-45，B-45，C-45）。其中，A0、B0、C0是在孔周互成120°的三个位置独立测量轴向应变，A90、B90、C90是在孔周互成120°的三个位置独立测量周向应变，A+45、B+45、C+45是在孔周互成 120°的三个位置独立测量与轴线成+45°方向应变，A-45、B-45、C-45是在孔周互成120°的三个位置独立测量与轴线成-45°方向应变。改进型空心包体应变计结构见图1，电阻应变片排列见图2。图1中附图标记为：1.封闭圈；2.环氧树脂壳体；3.空腔（内装胶结剂）；4.电阻应变片；5.固定销；6.活塞；7.胶结剂流出孔；8.封闭圈；9.导向头。
套孔应力解除法，具体现场测量试验步骤如下：
（1）在所选测点的巷道壁上打直径为130mm的水平钻孔，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至巷道跨度的3倍以上，以保证应变计安装位置位于原岩应力区，即未受工程开挖扰动的部位。钻孔上倾1°～3°，以便冷却水流出并易于清洗钻孔。
（2）用平钻头将孔底磨平，并用锥形钻头打出喇叭口，然后从孔底打直径为36mm的同心小孔，根据改进型空心包体应变计及安装部件长度计算，小孔深25- 30cm，并用绑有干毛巾的擦孔器反复擦小孔，以保证粘结剂将空心包体与小孔壁粘牢。
（3）用带有定向器的安装杆将空心包体应变计送入小孔中预定位置，并通过专门的胶结剂将其和小孔壁胶结在一起。此时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。
（4）一般在包体安装20 h 左右,环氧树脂固化，即可进行应力解除试验。应力解除时用直径为130mm 的薄壁钻头继续延深大孔，使应变计周围的岩石逐渐与围岩脱离，从而实现套孔岩芯的应力解除。首先接通应变仪，测得其初始值。然后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。应力解除过程中，小孔变形值经空心包体应变计探测并通过电桥转换装置和数据采集器记录在储存器内。
根据应力解除过程中由空心包体应变计测得的小孔变形值即可通过有关公式计算出测点的三维原岩应力状态。空芯包体环氧树脂三轴应变法的应力解除过程如图3所示。
钻孔应力计：
本实施例中，采用KSE-Ⅱ-1 型钻孔应力计，如图4所示，是一种高灵敏度，接收信号数显直观、准确的广泛应用于煤矿井下煤岩体内相对压力测量的装置。它由包裹体、压力枕、安装插头、导压管、压力－频率转换器、注油嘴、测量电缆组成。根据所需监测的应力方向，选择安装方位。如果需要监测水平应力，可在安装钻孔应力计时将压力枕水平平行装入钻孔内；如果需要监测垂直应力，可在安装钻孔应力计时将压力枕处于上下位置装入钻孔内。图4中的附图标记为：10.包裹体；11.应力枕；12.安装插头；13.油管；14.压力—频率转换器；15.注油嘴；16.测量电缆。
Claims (8)
1.一种巷道底鼓主控应力测量的方法，其特征在于，该方法具体为：
步骤1）通过地质综合柱状图弄清底板的主受力层，在采掘平面图上选取受采掘活动较小的待测区域；
步骤2）采用钻机在巷道底板上同一钻孔先后钻取不同孔径的两个同心钻孔，钻孔深度达到底板主受力层，在钻孔内用定向仪同向安装两个内置三组应变花的空芯包体应力计，采用套孔应力解除法对其中一个应力计进行解除，完成未采前巷道底板的主受力层的原始所受应力的大小及方向的测量；
步骤3）在测点位置的附近的底板及巷帮围岩底脚处的围岩体内采用煤电钻钻取两个钻孔，两个钻孔内分别安装一个钻孔应力计，其中，垂直安装在底板上的钻孔应力计，深度要达到底板主受力层内，测量回采过程中巷帮岩体受采动应力影响而传递给底板端部应力的大小；水平安装在巷帮围岩底脚处的钻孔应力计深入围岩的距离为巷道宽度的1.2-1.5倍，测量回采过程中采动应力对底板主受力层的作用力大小；
步骤4） 通过对初始安装在巷道主受力层内的第二个空芯包体应力计进行解除，获得采后底板主受力层所受应力的大小及方向；通过对比回采前后底板主受力层应力状态的变化及回采前后钻孔应力计的变化，进而评估造成巷道底鼓的主控应力的大小和方向，确定巷道底鼓的类型；
步骤5）如果采动前后主受力层所受应力大小及方向不变，说明造成巷道底鼓的主控应力为初始所测的原岩应力，对于深部地下工程，为以水平应力为主的构造应力；如果测定结果仅大小变化而方向未变，则说明造成巷道底鼓的主控应力为采动应力；若大小及方向均发生变化，则说明造成巷道底鼓的主控应力为原岩应力与采动应力的耦合应力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2）中两个同心钻孔的直径分别为130mm和28mm。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3）中钻孔的直径为42mm。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3）中通过手动液压泵使钻孔应力计上的钢枕与围岩接触，记录此时的初始应力值；随着工作面的回采，巷道围岩的应力会在采动应力影响下重新分布，待回采工作面推过钻孔应力计位置后，钻孔应力计停止记录。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，待采后巷道底板主受力层的应力状态测量完成后，分别对回采前后底板及巷帮围岩底脚处所述钻孔应力计随回采过程的应力变化进行对比，获得采动应力对巷道围岩底板的垂直应力增量及底板主受力层采动水平应力增量。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空芯包体应力计包括用环氧树脂制成的空心圆筒及三个电阻应变花，在空心圆筒的中间部位沿同一圆周等间距嵌埋着三个电阻应变花，每个电阻应变花由四支应变片组成，相互间隔45°。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电阻应变花包括周向三支A90、B90、C90应变片，轴向三支A0、B0、C0应变片，与轴线成+45°方向三支A+45、B+45、C+45应变片，以及与轴线成-45°方向三支A-45、B-45、C-45应变片，其中，A0、B0、C0应变片是在孔周互成120°的三个位置独立测量轴向应变，A90、B90、C90应变片是在孔周互成120°的三个位置独立测量周向应变，A+45、B+45、C+45应变片是在孔周互成 120°的三个位置独立测量与轴线成+45°方向应变，A-45、B-45、C-45应变片是在孔周互成120°的三个位置独立测量与轴线成-45°方向应变。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻孔应力计为KSE-Ⅱ-1 型钻孔应力计。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210582194.1A CN103076119B (zh) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | 一种巷道底鼓主控应力测量的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210582194.1A CN103076119B (zh) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | 一种巷道底鼓主控应力测量的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103076119A CN103076119A (zh) | 2013-05-01 |
| CN103076119B true CN103076119B (zh) | 2014-12-31 |
Family
ID=48152726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210582194.1A Expired - Fee Related CN103076119B (zh) | 2012-12-28 | 2012-12-28 | 一种巷道底鼓主控应力测量的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103076119B (zh) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103293560B (zh) * | 2013-05-17 | 2016-08-24 | 上海大屯能源股份有限公司 | 一种采动三向应力场的测试方法 |
| CN103513016B (zh) * | 2013-10-21 | 2015-11-11 | 武汉大学 | 采用传感柱的软岩多测点地应力测试方法 |
| CN104596673A (zh) * | 2013-10-31 | 2015-05-06 | 北京科技大学 | 一种岩体三维应力监测系统及测量装置 |
| CN103901180B (zh) * | 2014-03-25 | 2015-09-16 | 中冶集团武汉勘察研究院有限公司 | 一种间接得到地下巷道围岩受力和变形状态的方法 |
| CN104390734A (zh) * | 2014-12-02 | 2015-03-04 | 安徽恒源煤电股份有限公司 | 一种空心包体应力计 |
| CN104727851B (zh) * | 2015-02-01 | 2017-01-04 | 山东科技大学 | 煤矿采场围岩应力快速评估方法 |
| CN105092105B (zh) * | 2015-05-13 | 2017-09-19 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种深部地应力局部解除法测试装置 |
| CN105004460A (zh) * | 2015-07-29 | 2015-10-28 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种复合结构的空心包体应力计 |
| CN106768496B (zh) * | 2016-12-23 | 2019-03-01 | 北京科技大学 | 基于采场应力状态的岩体稳定性评价方法 |
| CN108593174B (zh) * | 2018-05-08 | 2024-01-02 | 安徽理工大学 | 一种煤岩体采动应力监测包体 |
| CN108917989B (zh) * | 2018-07-27 | 2024-01-26 | 中国矿业大学(北京) | 一种应力方向自动变换的刚性钻孔应力计与操作方法 |
| CN109211446A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-01-15 | 安徽理工大学 | 一种空心包体应力计及其测量方法 |
| CN110530255B (zh) * | 2019-09-04 | 2021-06-11 | 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 | 一种地应力测试用橡皮叉式三轴应变计线缆连接装置、三轴应变计及其使用方法 |
| CN110823426A (zh) * | 2019-11-13 | 2020-02-21 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种硬岩环境下采煤工作面采动应力动态监测装置及方法 |
| CN110925020A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-03-27 | 华北科技学院 | 一种煤矿大巷区域冲击地压多参量监测装置及方法 |
| CN110926665A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-03-27 | 龙口矿业集团有限公司 | 一种空心包体应变传感器 |
| CN111411942A (zh) * | 2020-03-26 | 2020-07-14 | 重庆大学 | 一种用于套孔应力解除法的地应力测试装置及其测试方法 |
| CN113090280B (zh) * | 2021-04-09 | 2022-03-04 | 中国矿业大学 | 一种双巷布置系统巷道底鼓机理的揭示方法 |
| CN115541075B (zh) * | 2022-11-25 | 2023-03-03 | 云南省交通发展投资有限责任公司 | 浅埋隧道围岩应力的测量探头、安装设备及使用方法 |
| CN116291410B (zh) * | 2023-02-24 | 2023-11-14 | 中国矿业大学 | 一种单点多次应力解除原岩应力测试方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4699547A (en) * | 1985-03-15 | 1987-10-13 | Seegmiller Ben L | Mine truss structures and method |
| US6129483A (en) * | 1999-01-26 | 2000-10-10 | Rag American Coal Company | Prefabricated metal overcast having a crushable lower section |
| CN101349155A (zh) * | 2007-07-20 | 2009-01-21 | 河南理工大学 | 一种控制巷道底臌的装置 |
| CN101509383A (zh) * | 2009-03-24 | 2009-08-19 | 徐州工程学院 | 巷道底脚锚注加固抗底臌的方法及施工工艺 |
| CN202119581U (zh) * | 2011-06-29 | 2012-01-18 | 西安科技大学 | 嵌入式巷道底鼓相似模拟实验装置 |
| CN102536282A (zh) * | 2012-02-27 | 2012-07-04 | 西安科技大学 | 一种矿山回采巷道底臌灾害防治方法 |
-
2012
- 2012-12-28 CN CN201210582194.1A patent/CN103076119B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4699547A (en) * | 1985-03-15 | 1987-10-13 | Seegmiller Ben L | Mine truss structures and method |
| US6129483A (en) * | 1999-01-26 | 2000-10-10 | Rag American Coal Company | Prefabricated metal overcast having a crushable lower section |
| CN101349155A (zh) * | 2007-07-20 | 2009-01-21 | 河南理工大学 | 一种控制巷道底臌的装置 |
| CN101509383A (zh) * | 2009-03-24 | 2009-08-19 | 徐州工程学院 | 巷道底脚锚注加固抗底臌的方法及施工工艺 |
| CN202119581U (zh) * | 2011-06-29 | 2012-01-18 | 西安科技大学 | 嵌入式巷道底鼓相似模拟实验装置 |
| CN102536282A (zh) * | 2012-02-27 | 2012-07-04 | 西安科技大学 | 一种矿山回采巷道底臌灾害防治方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 沙曲矿巷道底鼓原因与形成机理分析;武华太;《煤炭科学技术》;20100430;第38卷(第4期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103076119A (zh) | 2013-05-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103076119B (zh) | 一种巷道底鼓主控应力测量的方法 | |
| CN103293560B (zh) | 一种采动三向应力场的测试方法 | |
| CN107165676B (zh) | 岩层控制的三位一体监测方法 | |
| Li et al. | Model test study on surrounding rock deformation and failure mechanisms of deep roadways with thick top coal | |
| Haimson | The hydrofracturing stress measuring method and recent field results | |
| CN103512693B (zh) | 煤岩体应力定向监测方法及装置 | |
| CN109299578A (zh) | 基坑开挖引起下卧既有盾构隧道隆起变形的计算方法 | |
| CN203519230U (zh) | 煤岩体应力定向监测装置 | |
| Kang et al. | Safe mining technology of undersea metal mine | |
| CN113622913B (zh) | 一种全垮落法开采下井上下一体化隧道围岩变形控制方法 | |
| CN103063335B (zh) | 基于载荷监测数据的深部地应力三维地质勘察测试方法 | |
| Li et al. | Ground movements caused by deep underground mining in Guan-Zhuang iron mine, Luzhong, China | |
| CN102944906B (zh) | 煤矿顶板裂隙形态及其演化过程的精密搜索观测方法 | |
| Liang et al. | Field research: measuring water pressure resistance in a fault-induced fracture zone | |
| Meng et al. | In situ investigation and numerical simulation of the failure depth of an inclined coal seam floor: a case study | |
| Zhang et al. | Experimental study on floor failure of coal mining above confined water | |
| CN110836125B (zh) | 多层位关键层渐次破断超前作用范围测定方法 | |
| CN110528522B (zh) | 精准跟踪注浆施工方法 | |
| Huang et al. | Simulation research for the influence of mining sequence on coal pillar stability under highwall mining method | |
| Wang et al. | Ground stress and its impact on the stability of the surrounding rock in the Lüliang mining area | |
| CN113252002A (zh) | 金属矿开采地表岩移的全网式穿插小网度相结合监测方法 | |
| Watson et al. | Investigations and monitoring of rock slopes at Checkerboard Creek and Little Chief Slide | |
| Jia et al. | Research on the technology of plugging gushing water in the vertical shaft under complicated conditions | |
| CN218760029U (zh) | 一种被保护层膨胀变形量的测定装置 | |
| Song et al. | A method for determining the overburden failure height of coal mining based on the change of drilling speed and the leakage of sectional water injection in underground upward bolehole |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHINA COAL RESEARCH INSTITUTE CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: COAL GENERAL ACADEMY Effective date: 20140812 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20140812 Address after: 100013 Beijing, Hepingli Youth ditch East Road, No. 5, No. Applicant after: Co., Ltd of coal science and technology academy Address before: 100013 Chaoyang District, Hepingli Youth Ditch Road, No. 5, No. Applicant before: General Research Institute of Coal Science |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141231 Termination date: 20171228 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |