地应力分布
长平煤矿地应力分布规律研究及其应用
合为一体 ，然后实施应力解除。
［ 作者简介］ 张文彬 （９ ６ ） 男 ，山西山阴人 ，工程师 ，主要从事矿山采掘技术及管理工作。 １７ 一 ，
９ ６
张文彬 ：长平煤矿地应力分布 规律研究及其应用
２１ ０ ０年第 ３期
原 岩 应力 测 量 一般 在 煤矿 井 下 的巷道 中进行 ， 应 力钻孔 普遍 采用 在巷道 内以一定 的仰角 向巷道顶
部 分地 区受局 部构造 应力作 用变 得弯 曲 。
主采 ３号煤 层厚 ４ ６ ６ ３ ｍ，含泥 岩 、炭 质 ． ０～ ． ５
泥 岩夹矸 ０～２层 。顶 板 岩 性 一般 为粉 砂岩 、砂质
地应 力是煤 矿井 下采场 、巷道 稳定 性 的主要影
响因素 ，地 应力 的大小 、方 向直接 决定 围岩开挖 后 的变 形 和支 护 体 … 受 力 状 态 ；作用 于 围 岩 的 载 荷
除地 应力外 ，还有 采掘 活动 引起 的次 生应 力 ，这 是
分为 ３ 大类 ：以测定岩体 中的应变、变形为依据的 力 学法 ，如应 力恢 复法 、应力解 除法 及水压 致裂法 等 ；以测量岩体中声发射 、声波传播规律、电阻率
现场 测试 采 用 澳 大 利 亚 Ｃ ＩＯ Ｉ 应 力 传 感 ＳＲ Ｈ 型 器 ，如 图 １所示 ，Ｃ ＩＯ 应力计 是在 预制 的空心 ＳＲ ＨＩ 环氧树 脂柱 面上 粘贴 ３组 应变 花而 制成 的。在实 际
测量过 程 中 ，将 应力计 推 到安装应 力计 的预定位 置
次维修 支护 ，影响 回采工 作 的顺 利推 进 。为 了摸 清
应力解 除法 。 １ １ 地应 力测试 方 法及设备 ．
旗山煤矿深部地应力测量及地应力场分布规律
旗山煤矿深部地应力测量及地应力场分布规律王波;高延法;朱伟【摘要】With the increasing of coal mining depth and intensity,the geostress plays more important roles in the displacement and damage of surrounding rock. It is very important to take geostress measurements and ana-lyze the distribution characteristics of the geostress fields in coal mining area. The geostress measurements have been conducted within the depths of - 1000 and - 850 m in Qishan Coal Mine by using stress relief method. The analysis of the measurement data indicates that: The geostress field in Qishan Coal Mine, in which the tectonic stress takes absolute predominance, is dominated by horizontal stress and belongs to typical tectonic stress field;The magnitudes of the geostress are super high stress level. The orientations of the maxi-mum horizontal principal stresses mainly concentrate on NW - SE121° ~ 140°,the average is 130 . Finally, combined with the tectonic movement to further explore the relationship between mining deep geostress field and geological structure.%随着矿井开采深度的增加，地应力对围岩变形与破坏的影响更加突出，在煤矿矿区进行地应力测量，并分析地应力场分布规律具有重要意义。
深井巷道围岩地应力分布规律测试及控制技术
深井巷道围岩地应力分布规律测试及控制技术近年来，深井巷道围岩塌陷事故频发，给煤矿生产带来了极大的危害和损失。
为了保证井下工作人员的安全和煤矿的正常生产，对于深井巷道围岩的应力分布规律的测试和控制技术的研究变得十分重要。
本文将从测试方法和控制技术两方面探讨深井巷道围岩地应力分布规律测试及控制技术。
一、测试方法1、钻孔法钻孔法是最常用的测试深井巷道围岩地应力分布规律的方法。
通过在围岩中钻一定深度的孔洞，测定围岩中不同深度的应力值，从而得出围岩的应力分布规律。
钻孔法不仅测试精度高，而且速度快，对立即掌握围岩应力情况十分有利。
如果要求精度更高，还可以使用测微计、电测点等设备辅助测量。
2、红外线法红外线法是一种非接触式的测试方法。
通过使用红外线扫描仪和热像仪来记录巷道围岩的温度分布，进而测定围岩中的热应力分布，从而推导得出围岩地应力分布规律。
该方法测试过程不需要人员进入巷道，减少了工作人员的安全风险。
但是，由于围岩的温度变化受到许多因素（如气流、地温、水温等）的干扰，该方法的测试精度相对较低。
3、衬砌变形法衬砌变形法是一种通过测定巷道内衬砌的变形情况，推导出围岩地应力分布规律的方法。
该方法依靠衬砌的弹性形变来估计围岩的应力状态。
衬砌变形法能够实时监测巷道围岩变形，尤其在有活动性煤层的支护工程中有重要的应用价值。
二、控制技术1、钢丝网隧道衬砌支护技术钢丝网隧道衬砌支护技术首先在巷道壁上铺设钢筋网，然后注入混凝土，形成固定的隧道衬砌。
该技术能够承受较大的围岩应力，大幅度提高了巷道的承载能力。
2、岩石锚杆加固技术岩石锚杆加固技术是指将钢筋或钢板插入巷道围岩中，然后将锚杆和巷道围岩胶接固定。
该方法可承受恶劣环境下的巷道围岩应力，延长了巷道使用寿命。
3、压力释放技术压力释放技术是通过钻孔工程在巷道围岩中开凿孔洞，将压力释放到较低的地层，以实现围岩的松弛减压。
该方法在一定程度上缓解了巷道围岩应力，有效预防了围岩坍塌。
地应力及其分布规律分解
地应力及其分布规律1 、地应力的基本概念地应力是存在于地层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。
地应力是各种岩石开挖工程变形和破坏的根本作用力；是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析，实现开挖设计和决策科学化的必要前提条件。
此外地应力状态对地震预报、区域地壳稳定性评价、油田油井的稳定性、核废料储存、岩爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球动力学的研究等也具有重要意义。
2、地应力的成因产生地应力的原因是十分复杂的，地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆浸入和地壳非均匀扩容等。
另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学变化等也可引起相应的应力场。
其中，构造应力场和自重应力场为现今地应力场的主要组成部分。
当前的地应力状态主要由最近的一次构造运动所控制，但也与历史上的构造运动有关。
由于亿万年来，地球经历了无数次大大小小的构造运动，各次构造运动的应力场也经过多次的叠加、牵引和改造，另外，地应力场还受到其他多种因素的影响，造成地应力状态的复杂性和多变性，地应力成因之一：地幔热对流（图1、图2）地应力成因之一：板块边界受压（图3）地应力成因之一：岩浆浸入（图4）3、地应力的影响因素地壳深层岩体地应力分布复杂多变，造成这种现象的根本原因在于地应力的多来源性和多因素影响，但主要还是由岩体自重、地质构造运动和剥蚀决定。
1)岩体自重的影响岩体应力的大小等于其上覆岩体自重，研究表明：在地球深部的岩体的地应力分布基本一致。
但在初始地应力的研究中人们发现，岩体初始应力场的形成因素众多，剥蚀作用难以合理考虑，在常规的反演分析中，通常只考虑岩体自重和地质构造运动2)地形地貌和剥蚀作用对地应力的影响地形地貌对地应力的影响是复杂的，剥蚀作用对地应力也有显著的影响，剥蚀前，岩体内存在一定数量的垂直应力和水平应力，剥蚀后，垂直应力降低较多，但有一部分来不及释放，仍保留一部分应力数量，而水平应力却释放很少，基本上保留为原来的应力数量，这就导致了岩体内部存在着比现有地层厚度所引起的自重应力还要大很多的应力数值。
浅部煤矿井下地应力分布特征研究及应用
浅部煤矿井下地应力分布特征研究及应用摘要：根据地应力测量数据，分析了浅部煤矿井下地应力分布特征与变化趋势，并与深部煤矿进行了比较。
通过实例分析，介绍了地应力测量结果在浅部煤矿井下工程中的应用情况。
浅部煤矿井下地应力受多种因素影响，测量数据离散性很大，随测点埋深的变化规律不明显;水平应力占绝对优势。
将地应力测量数据应用于浅部煤矿煤柱尺寸优化、锚杆支护参数设计，在保证巷道安全与支护效果的前提下，提高了煤炭资源采出率，降低了巷道支护成本。
关键字：煤矿;浅部;地应力测量;水压致裂;应力分布特征煤炭开采中涉及的矿井开拓部署、巷道布置与支护设计，采煤方法与工艺，采场矿压显现特征、岩层运动与破坏规律及采场岩层控制，冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害的机理与防治，均与煤岩层中的地应力有密切关系。
弄清煤矿井下地应力分布规律对实现安全、高效开采具有重要意义。
1 浅部煤矿井下地应力测量1. 1 地应力测量方法与仪器在煤矿井下巷道中采用水压致裂法进行地应力测量。
钻孔在巷道顶板中部垂直向上布置，测量水平面上的最大与最小水平主应力。
垂直应力由上覆岩层自重估算得出。
为测得原岩应力，测点位置应避开采煤工作面周围采动应力影响和掘巷引起的巷道围岩应力重新分布区域。
地应力测量仪器采用煤炭科学研究总院开采研究分院开发的 SYY－56 型小孔径水压致裂地应力测量装置，如图 1 所示。
该测量装置由小孔径封隔器、印模器与定向仪、高压泵、储能器及数据采集分析装置等组成。
测量钻孔直径为56 mm，钻孔深度根据巷道具体条件确定，一般为 20 ～30 m。
2 浅部煤矿井下地应力测量结果分析2. 1 地应力场类型及大小88 个测点的地应力测量数据显示，最大水平主应力大于垂直主应力的测点有84 个，占总测点的95. 5%，水平应力占绝对优势，属于典型的构造应力场类型。
进一步细分，存在 3 种应力场: (1)σH＞σV＞σh 型，共 31 个测点，占总测点数的35. 2%。
地应力分布
地应力分布情况分析1. 地应力反演三维模型沿着引水隧洞方向建立三维模型，模型顺引水洞方向取10358.215m，垂直引水洞方向取2066.367m，根据地形，最大相对高度3750m，最小相对高度1850m。
该模型共有35119个节点，191102个单元。
如图6.1.1，单元体形状如图6.1.2。
由于模型庞大，故在模型中，远离厂房洞段风化层单元边长平均为200m；岩层单元体边长平均为300m；断层各单元体除最短边为18m外，其他平均边长为100m；靠近厂房洞段风化层各单元体边长平均为80m-110m；岩层各单元体边长平均为230m。
ZYX图6.1.1 引水隧洞软岩段三维模型图图6.1.2 单元体形状图根据提供的地应力测值资料，在模型中确定出对应实测地应力测点的位置，各测点位置分别如图6.3.1.YX（a）测点所在平面位置图（b） YK2所在y向剖面x=645m处的位置图（c） ZK2和ZK3所在y向x=1671m处的位置图图6.3.1 引水隧洞软岩段YK2、ZK2和ZK3实测点在模型中的位置图地应力场变化规律分析：采用重力加载法，可以从上表中测点的应力分量变化中得出：σx和σy的应力值呈线性变化，敏感性比较结果是：x向应力在重力加载法下敏感性稍低于y 向的。
但在σz达到实测值水平的同时，x向和y向应力分量几乎达到实测值水平，其变化规律也较符合地应力的发展趋势。
（下图为引水隧洞软岩段测点所在剖面的应力切片云图）：图6.5.1.7 X=645.4485切面（YK2所在面）在重力加速度为1.606g时垂直引水隧洞方向应力分布图图6.5.1.8 X=645.4485切面（YK2所在面）在重力加速度为1.606g时沿引水隧洞方向应力分布图图6.5.1.9 X=645.4485切面（YK2所在面）在重力加速度为1.606g时铅直方向的应力分布图YK2测点所在剖面的地应力分布如上图所示：随着埋深的增加，各向应力分量趋于递增的趋势，应力大小与埋深成正比例关系。
地应力分布规律
地应力分布规律咱们先从大的方面说呀，地应力在地球内部可不是乱分布的哦。
在浅部地层，地应力往往受到地形地貌的影响可大了。
比如说，在高山地区，就像咱们的喜马拉雅山附近，那地应力因为有高山的重量压着，就会比平原地区大好多呢。
就好像你在一个大胖子底下，肯定感觉压力更大呀。
而且呀，高山地区的地应力方向也很有特点，它会向着山体外侧有一个比较明显的分力，这就像山体要努力撑开一样，不过当然它不会真的就那么容易撑开啦。
再说说在地下深处的情况吧。
在很深的地方，地应力就和地球的构造运动有很大关系了。
地球板块之间的挤压、拉伸啥的，就会让地应力呈现出很复杂的分布。
你可以想象地球板块就像一群调皮的孩子在互相挤来挤去、拉来拉去。
在板块挤压的地方，地应力是朝着挤压的方向聚集的，这里的岩石就像被紧紧捏着的橡皮泥，压力超级大。
而在板块拉伸的地方呢，地应力又有了不同的情况，岩石好像被拉着要变长一样，这里的地应力就比较特殊啦。
还有哦，不同的岩石性质对地应力分布也有很大影响。
如果是坚硬的花岗岩地区，地应力可能就比较集中而且比较大。
因为花岗岩很坚固呀，就像一个倔强的小老头，不容易被压缩变形，所以地应力在它身上就会显得很明显。
而要是在比较松软的砂岩或者页岩地区呢，地应力就会相对分散一些，就像力量都被这些软软的岩石给“化解”了一部分似的。
另外呀，地应力在水平方向和垂直方向上也不一样。
一般来说，垂直方向的地应力和上面岩石的重量有很大关系，就像你叠罗汉，下面的人承受的重量就是上面所有人的重量之和。
而水平方向的地应力呢，就和周围的环境、构造等多种因素有关啦。
有时候水平方向的地应力还会比垂直方向的大呢，这是不是很神奇呀？总之呢，地应力分布规律是个很复杂又好玩的事儿，它就像地球内部的一个小秘密，等着咱们慢慢去揭开它的面纱呢。
简述地壳浅部地应力分布的基本规律。
简述地壳浅部地应力分布的基本规律。
地壳浅部地应力分布是衡量地质构造特征及变形活动状况的重要参数。
基本
规律是，垂直于大地测量线方向、自上层向下层逐渐减小，垂直于大地测量线方向
的水平应力沿垂直方向轴转弯，沿大地测量线方向呈放射状，水平应力在陆地上最
大、在海洋深层最小；在同一应力场中，地壳内部应力在垂直于大地测量方向的水
平方向，由地壳内层向地壳外层轴向加大；在综合应力场中，考虑到空间变异性，
地壳内地应力存在横向对称性，受活动断罵直接影响地应力最大，其次在环状大陆、
大断裂带及陆块边缘。
除了以上主要规律，地壳浅部地应力的特殊特征，是由地表
断层发生的构造、伸展、挤压及抬升等运动形成的，也是构成地质构造复杂性的根
本原因。
因此，地壳浅部地应力的定量分析和理论研究对深入了解地质构造及地球运动
变形的机理，及早预测、避免、阻止地质灾害，具有重要的现实意义。
故根据地壳
浅部地应力分布规律，不断深入研究了解地质构造及地震活动状况，分析各种综合
地质状况及地应力场，以期更好地把握大地构造特点，有助于更好地保护人民生命
安全，促进自然资源开发利用及科学研究。
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地应力分布情况分析
1. 地应力反演三维模型
沿着引水隧洞方向建立三维模型，模型顺引水洞方向取10358.215m，垂直引水洞方向取2066.367m，根据地形，最大相对高度3750m，最小相对高度1850m 。
该模型共有35119个节点，191102个单元。
如图6.1.1，单元体形状如图6.1.2。
由于模型庞大，故在模型中，远离厂房洞段风化层单元边长平均为200m；岩层单元体边长平均为300m；断层各单元体除最短边为18m外，其他平均边长为100m；靠近厂房洞段风化层各单元体边长平均为80m -110m；岩层各单元体边长平均为230m。
图6.1.1
引水隧洞软岩段三维模型图
图6.1.2 单元体形状图
根据提供的地应力测值资料，在模型中确定出对应实测地应力测点的位置，各测点位置分别如图6.3.1.
X Y Z
（a ） 测点所在平面位置图
（b ） YK2所在y 向剖面x=645m 处的位置图
（c ） ZK2和ZK3所在y 向x=1671m 处的位置图
图6.3.1 引水隧洞软岩段YK2、ZK2和ZK3实测点在模型中的位置图
地应力场变化规律分析：
采用重力加载法，可以从上表中测点的应力分量变化中得出：σx 和σy 的应力值呈线性变化，敏感性比较结果是：x向应力在重力加载法下敏感性稍低于y向的。
但在σz 达到实测值水平的同时，x向和y向应力分量几乎达到实测值水平，其变化规律也较符合地应力的发展趋势。
（下图为引水隧洞软岩段测点所在剖面的应力切片云图）：
0 Y
X
图6.5.1.7 X=645.4485切面（YK2所在面）在重力加速度为1.606g时垂直引水隧洞方向应力分布图
图6.5.1.8 X=645.4485切面（YK2所在面）在重力加速度为1.606g时沿引水隧洞方向应力分布图
图6.5.1.9 X=645.4485切面（YK2所在面）在重力加速度为1.606g时铅直方向的应力分布图
YK2测点所在剖面的地应力分布如上图所示：随着埋深的增加，各向应力分量趋于递增的趋势，应力大小与埋深成正比例关系。
在断层处，出现应力突变或不连续，这是由于材料强度差异造成的。
另外，x向和y向应力分量在该模型下最大值大于38Mpa；在竖直方向的应
力分量最大值大于120Mpa，最大值均出现在模型的底部。
图6.5.1.12 X=1671切面（ZK2，ZK3所在面）在重力加速度为1.606g时垂直引水隧洞方向应力图
图6.5.1.13 X=1671切面（ZK2，ZK3所在面）在重力加速度为1.606g时垂直引水隧洞方向应力图
图6.5.1.14 X=1671切面（ZK2，ZK3所在面）在重力加速度为1.606g时垂直引水隧洞方向应力图ZK2，ZK3测点所在剖面的地应力分布如上图所示：随着埋深的增加，各向应力分量趋于递增的趋势，应力大小与埋深成正比例关系。
在断层处，出现应力突变，这是由于材料强度差异造成的。
另外，x向应力分量在该模型下最大值大于36Mpa；y向应力分量在该模型下最大值大于38Mpa；在竖直方向的应力分量最大值大于120Mpa，最大值均出现在模型的底部。
（c）第一主应力图
（d）第三主应力图埋深600米
(c) 第一主应力图
(d) 第三主应力图埋深800米
(c) 第一主应力图
(d) 第三主应力图埋深1000米
(c) 第一主应力图
(d) 第三主应力图
埋深1200米。