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1、煤矿开采技术专业实习报告1 .实习目的对于各种地质工程而言，地应力往往是主要考虑因素之一，尤其 在地下工程中，由于地应力是直接作用于巷道围岩上的载荷，因此对 巷道稳定性影响更加明显和严重。对于煤矿而言，井下巷道围岩的变 形和稳定性、煤矿开采引起的地表下沉等显现均与地应力大小、方向 以及围岩的力学性质有关。根据笔者在杜儿坪煤矿实习经验进行总结，并根据矿山开采的生产 实践，经过多年来的采矿生产实践，验证了本文分析研究结果，为矿 井巷道支护以及矿井动力现象的防治提供了科学依据，如近年来完成 的杜儿坪煤矿的地应力实测和监测工程，对杜儿坪煤矿的巷道支护设 计提供了力学基础，合理地确定采场布局和回采顺序。
2、2 .实习内容由于笔者在杜儿坪煤矿中的工作性质，主要是完成杜儿坪煤矿的 地应力实测和监测工程，对杜儿坪煤矿的巷道支护设计提供了力学基 础，合理地确定采场布局和回采顺序。本次实训工作内容包括以下的 点：小 (1)通过现场对岩体结构面的测量及力学参数测定，进行岩体 的稳定性分级。(2)对地应力的分布规律进行剖析，进一步了解地应力的内部 状态，并对我国当前最常用的方法进行介绍，讲述工作中测量地应力 方法的基本原理、实践探索其优缺点。2.1 矿山开拓工程布置现状杜儿坪煤矿2号煤层平均厚度为2.88m,且煤层赋存稳定，底板 起伏不大，为近水平煤层，煤层厚度变化不大，且煤质硬度较大。由 于本矿井瓦斯涌出量
3、较大，在煤矿中一共布置有三条大巷。主运输大 巷，辅助运输大巷和回风大巷。其中主运输大巷位于井田中央，与其 他大巷之间保存有50m的保护煤柱，大巷两侧也留设50m的保护煤 柱，根据矿井实际情况可以在开采后期考虑回收大巷煤柱。初步设计 推荐的主要开拓工程如图4-1所示。截止目前,-560m运输水平、-540m 出矿水平和-455m阶段凿岩巷道，盘区溜矿井已局部形成。截止目前, 矿山3282米、3222米中段回采工作已经结束，生产中段现以3142 米、3062米、3002米、2942米中段为主，开拓掘进以2882米、2822 米中段为主，而且目前矿山三级矿量保证充足。矿山的开拓巷道及采 准、切割等大
4、量工程，对采场及矿区岩体的力学状态有一定的影响， 但它们的影响只是局部的。优化开拓方案以尽量压缩基建工程和投 资、优化开采顺序以尽快见到效益等。2.2 地应力测试方法世界各地在进行工程岩体稳定性测试中都会采取地应力测量，在 理想的情况之下，能够有效测量出岩体的地应力，其中水压致裂法与 套芯应力解除法就是其中常用的测量方法。除专门用于测量的地应力 的测量方法外，还有一些辅助测量的方法，这些方法并不直接与岩壁 进行交互，而是使用其他的方式采集地质或应力的相关现象进行分 析，通过估算确定地应力。这些测量方法并不精确，并且得到的数值 跨度较大，不过这些方法经济实惠，能够作为主要测量方法的补充。 在某些
5、特定情况下，这些辅助测量方法也能够起到非常好的效果，辅 助测量方法包括岩芯饼化法、钻孔崩裂法等。由于不同地质之间的差 别较大，使用的测量方法也会有很大差异，除使用水压致裂法之外， 非弹性应变恢复法和差应变曲线分析法等也能在特定岩层环境中取 得较好的测量效果。经典水压致裂法的地应力测量的原理是通过假设和近似比照后， 套用弹性力学的理论和方法来进行分析的，其中的一个假设就是构成 整个应力场体系的是哪个主地应力是两两相互垂直的，经过研究这个 假设基本和实际情况一致。但是在另一个方面，这种方法却没有注意 到在钻孔围岩的边缘还存在着轴向应力（5 Z和径向应力，他们同样可 以对钻孔的孔壁处某点造成不可忽视
6、的影响。由于，随着泵入的流体 越来越多，流体泵入所需要的压力也越大，而切向应力6 0和流体泵 入的压力呈线性增长的关系也不断增大，那么围岩出的压应力随着泵 入流体的量增加也会逐渐变成拉应力。最终到达测试段围岩的临界抗 拉应力的大小T,从而孔的边缘的岩体只能沿剪切方向产生破裂。因 此，钻孔的压裂段井壁上只会产生平行于井孔轴向的破裂缝。这时， 压裂段的泵入液压压力PW就到达了破裂压力Pbo另外，在实际生产中，利用经典水压致裂法测量地应力只能得到 钻孔横截面上的轴向和切向两个方向上的地应力状态，而关于第三个 主应力（垂直方向）的测量根本不涉及而仅仅用估算的方式求解并不能 令人信服。并且其假设的钻孔的
7、轴向即为某个主应力的方向也不是在 任何情况下都能成立的，经研究发现在实际测量中上述假设成立的情 况是很少的，基本多多少少都会有一些偏差。通过对杜儿坪煤矿的实地勘察，在煤矿深部的围岩孔壁中发现有 许多的天然节理裂隙，这些节理裂隙将导致孔壁破裂。这与常见的情 况有所区别，理论上孔壁破裂将会发生在应力最小部位，这种情况也 将会造成世界测量结果与具体情况不符。从另一方面来看，水压致裂 法对封隔器的要求非常高，需要高水压情况下仍然能够保持较好的水 密封性，正式由于这样的特点，在杜儿坪煤矿深部中所出现的节理裂 隙导致的软弱破碎岩体，将会严重影水压致裂法实施效果，一旦封隔 器没有方法做到有效密封，就必然造本
8、钱次测量失败。使用套芯应力解除法是就助须要确定岩体的各项物理力学性质 参数和与其相关的本构关系方程，不过这种测量方法仍然受到裂隙发 育的岩体影响。在杜J L坪煤矿中大量存在的孔壁裂隙所显示的物性参 数并不稳定。而套芯应力解除法所取得的数值与岩体所受应力状态和 岩体试件大小及形状密切相关，在这种测量方法中，各种不同的岩体 所表现出的不同应力状态的物性参数值相差较大，最高可能有十倍以 上的差距，这就代表着套芯应力解除法测量结果的离散性较大。在实 际测量过程中，煤矿测量的不断深入，深部地区的高地应力作用将会 对测量工作造成影响，将会产生钻孔变形严重的情况，并且所取得的 岩芯也有可能会破裂，导致取芯困
9、难。这些困难限制了测量的深度与 范围，这就导致在较深岩层中使用套芯应力解除法测量成功率较低。 在进行测量过程中，也会使用其他的测量方法，例如声发射法、非弹 性应变恢复法与地球物理方法等，不过这些测量方法难以获得定量的 测量结果，在工作中不会将其作为主要的测量手段。根据实习中的经 3佥进行总结，在工作中通常遇见的问题有以下几种：第一，由于我国各矿区的地形地貌差异很大，山地、丘陵等等， 在这样的地势地貌的条件下,根本很难保证钻孔的方向和其中的一个 主应力的方向一致，所以此时的测量值对实际中工程的指导意义并不 大。第二，近点水压致裂法的水平方向最大应力的测量值的计算过程中引入了大量的参数，当进行测量
10、的外部环境不便于我们测量时，每个参数的误差都会变大，最终导致不准确的参数相互叠加，是产生的结果和实际情况有很大差异。2.3 地应力测量结果分析根据在实习工作的测量结果，分析杜儿坪煤矿井下原岩应力的实 际状态，能够有效辅助后期的井下施工，在实际测量过程中笔者放置 了两个不同的原岩应力测点。在测量过程中就可以看出杜儿坪煤矿地 应力是很大的，不同测点中所显示出的最大主应力全部都要大于自重 作用下形成的水平应力。从测量结果来看，原岩应力所显示出的最大 主应力为水平应力，并且最大主应力中水平构造应力占主要局部，最 大水平应力的方向为NE75& -83。，水平应力大于垂直应力，整个 测量过程中呈现的结果，
11、最大水平应力、最小水平应力、垂直应力以及三者之间的关系整理见下表2.1。表2.1原岩应力测量局部结果经初步分析杜儿坪煤矿原岩应力的特点如下:测点Ohmax (Mpa)Ohmin (Mpa)(Tv (Mpa)G hmax / C vZL-134.7229.9823.271.47ZL-236.4025.1424.501.48(1)本次测量的杜儿坪煤矿原岩应力场所显示出的第一主应力 是水平应3 并且从表2-1中的数据可以看出，最大水平应力的方向 为 NE75& 839 ；(2)由于杜儿坪煤矿中的水平应力要比垂直应力大，根据表2-1 中的数据可以发现，最大水平主应力为垂直应力的倍，在 这种应力比下会对
12、井下岩层的变形破坏方式产生影响。(3)根据实际测量结藜示，杜儿坪煤矿中的最大水平主应力 是最小水平主应力的1.151.45倍，也就是说6 hmax=L15L45 6 hmin,这代表着水平应力能够对巷道掘进造成明显的方向性。3 .实习结果在实习工作中，使用流变应力恢复法地应力测量杜儿坪矿区的同 时也介绍了流变应力恢复法现场实测地应力所使用的一些装置及相 应的测试流程。从以上论文的研究结果可得到如下结论：(1)通过流变应力恢复法工作流程进行研究，说明流变应力恢 复法相较于应力解除法能够获取深孔位置的应力参数，对于复杂的煤 矿地质条件具有更好地实用性；(2)在实际操作中，套芯应力解除法不易实现，在
13、煤矿深部巷 道松软破碎的围岩体中，钻孔排渣不完全，取芯不完整，实施成功率 在50%以下。套芯应力解除法预先假定钻孔轴线方向就是一个主应力 方向，这在钻孔方向较为随意的情况下不合理的，而流变应力恢复法 不需要此假设，完全根据测试数据得到，更为可信。4 .实习总结或体会通过最近一段时间对的研究分析，虽然完整实现了采矿的分析设 计及实现工作，但是还存在一些问题需要在今后的工作及学习中不断 完善，需要在以后的工作在有待进一步完善，具体表达在以下几点：(1)将如岩性(弹性模型，各项异性)和仪器线路运用于采矿方法 选择，采用科学的数学理论和计算机理论实现采矿方法选择专家系 统，可以有效的提高采矿方法选择的效率和准确性，减少人工判断的 主观性，从而有效降低采矿过程中的生产经营本钱。(2)根据矿山实际采用的流变应力恢复法测量方案，建立的矿 山流变应力恢复法数值计算模型，可以为形成平安高效流变应力恢复 法技术体系提供优化、核算和调整技术平台。(3)将巷道布置于强度较高的砂岩，粉砂岩当中，而泥岩等软 岩的巷道必须加强支护，注意寻一找重点支护部位，选择好合适的洞 形，做好底板防水工作，减少底鼓量等；必须将重要巷道，使用年限 长的巷道布置方向为近东西方向，当方向不可防止的要选为南北向 时，那么必须加强对两帮的支护，进行一长时间的变形检测，及时调整 支护参数。