山西煤矿矿区井下地应力场分布特征研究.pdf

第 5 2卷 第 7 期 2 0 0 9年 7月 地球物理学报 CHI N f E S E J OURNAL OF GE OP HYS I C S Vo 1 ． 5 2 ，No ． 7 J u l y ，2 0 0 9 康 红普 ， 林 健 ， 颜 立新 等． 山西煤 矿矿 区井 下地应 力场 分布特 征研究． 地球 物理学 报 ， 2 0 0 9 ， 5 2 7 1 7 8 2 ～ 1 7 9 2 ， D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 0 0 0 1 5 7 3 3 ． 2 0 0 9 ． 0 7 ． 0 1 2 Ka n g H P，Li n J ，Ya n I X，e t a 1 ．S t u d y o n c h a r a c t e r i s t i c s o f u n d e r g r o u n d i n s i t u s t r e s s d i s t r i b u t i o n i n S h a n x i c o a l mi n i n g f i e l d s ．Ch i n e s e J．Ge o p h y s ． i n Ch i n e s e ，2 0 0 9 ，5 2 7 1 7 8 2 1 7 9 2 ， DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 0 0 0 1 5 7 3 3 ． 2 0 0 9 ． 0 7 ． 0 1 2 山西煤矿矿区井下地应 力场分布特征研究 康红普 ， 林 健 ， 颜 立新 ， 张 晓， 吴拥政 ， 司林坡 煤炭科学研究总院开采设计研究分院， 北京 1 0 0 0 1 3 摘要采用煤矿井下专用 的小孔径水压致裂地应力测量装置 ， 在山西省的晋城 、 潞安 、 汾西、 华晋 、 阳泉、 平朔 、 大 同等矿 区， 完成 了 1 6 0 个测点的地应力测量 ， 测点地 质条件涵盖 了山西省煤矿大部 分条件． 基 于实测数据 ， 分 析 了 地应力与测点埋深的关系 ， 不 同深度条件下煤矿矿 区井下地应力状态 ； 绘制 出山西省煤矿矿 区井下地应力分 布图， 并与震源机制解的分析结果进行了比较 ， 得出山西省煤矿 矿区井下地应力 场分布特征与变化 规律． 煤矿井 下水平 应力总体上随着埋深增加而增大 ， 但 由于各 矿区地质条件差异较大 ， 导致地应力测试数据离散性也较大 ； 埋深小于 2 5 0 m 的岩层应力状态主要为 型， 埋深处 于 2 5 0 ～5 0 0 m 的岩层 应力 状态 以 a v h 型为主 ， 埋深 较大的矿区主要 为 n型； 最大水平主应力与垂 直主应力 的比值绝 大部分集 中在 0 ． 5 ～2 ． 0 之间 ， 而且随着 埋深增加 ， 侧压比呈现减小 的趋势 ， 并向 1附近集 中； 最大水平 主应力 与最小 水平主应力的 比值主要集 中在 1 ． 5 ～ 2 ． 0 之 间； 平均水平主应力与垂直 主应力的 比值大多处于 0 ． 5 ～ 1 ． 5 ， 尤 以 0 ． 5 ～1 ． 0之间最多 ； 山西省煤矿矿 区从 北到南 ， 最大水平主应 力方 向发 生了较大变化． 北部最大水 平主应力 方向为 N E， 往南发 生偏转 到 N NW； 靠东部 与 西部偏 向 Nw； 靠东南部 出现 了多变的方 向． 井 下实测数据与震源机制解相 比在部分 区域 一致 性较好 ， 而在另一些 区域存在 明显的差异． 特别是在受较大地质构造影 响的区域 ， 水平主应力方 向往往发生明显的扭转和变化． 关键词 煤矿矿区 ， 地应力测量， 水压致裂 ， 应力场 ， 分布规律 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． is s n ． 0 0 0 1 5 7 3 3 ． 2 0 0 9 ． 0 7 ． 0 1 2 中图分类号P 3 1 3 收稿日期 2 0 0 8 0 8 - 1 3 ， 2 0 0 9 0 6 1 5收修定稿 S t u dy o n c ha r a c t e r i s t i c s o f u nd e r g r o u nd i n s i t u s t r e s s d i s t r i b ut i o n i n S ha n xi c o a l m i ni ng f i e l ds KANG Ho n g P u，L I N J i a n，YAN Li Xi n，Z HANG Xi a o，W U Yo n g Z h e n g ，S I Li n Po Co a l Mi n i n g a n d De s i gn Br a n c h， Ce n t r a l Co al Re s e a r c h I n s t i t u t e， Be iji n g 1 0 0 0 1 3 ， Ch i n a Ab s t r a c t By me a ns o f t h e s ma l l b or e ho l e hy d r a ul i c f r a c t ur i ng me a s u r e me n t u ni t d e s i g ne d f o r u n d e r g r o u n d c o a l mi n e s ，i n s i t u s t r e s s me a s u r e me n t s a t 1 6 0 s i t e s we r e ma d e i n J i n c h e n g，Lu a n， Fe n x i ，Hu a j i n，Ya n g q u a n，Pi n g s h u o a n d Da t o n g c o a l mi n i n g f i e l d s i n S h a n x i p r o v i n c e ，wh i c h c o v e r t h e m o s t ge o l o g i c a l c o nd i t i o ns o f Sh a nx i c o a l mi n e s ． Th e r e l a t i o n be t we e n i n - s i t u s t r e s s e s a nd de pt hs o f me a s u r e me n t s i t e s，a nd t h e i n s i t u s t r e s s s t a t u s o f di f f e r e n t d e p t hs we r e a na l yz e d b a s e d o n me a s u r e me n t d a t a ． The un d e r g r ou n d i n s i t u s t r e s s di s t r i b ut i o n ma p o f Sh a nx i c oa l mi n i ng f i e l ds wa s d r a wn a nd t h e c h a r a c t e r i s t i c s a n d l a w o f un de r gr o u nd i n s i t u s t r e s s di s t r i bu t i o n wa s ma d e b y c omp a r i n g t he r e s ul t s wi t h t he f o c a l me c h a ni s m s o l u t i on s ． I t i s s ho wn t h a t t he h or i z o n t a l s t r e s s e s ba s i c a l l y i nc r e a s e wi t h t he d e p t h s o f me a s u r e me n t s i t e s a s a who l e ． A l a r ge s c a t t e r o f t h e i n s i t u s t r e s s me a s u r e me n t s i s a l s o f o u n d b e c a u s e o f t h e d i f f e r e n t g e o l o g i c a l 基金项目 国家重点基础研究发展计划 9 7 3 项 目 2 o o 6 c B 2 O 2 2 O 3 资助． 作者简介康红普 ， 男 ， 1 9 6 5 年生 ， 1 9 8 5 年毕业于山西矿业学院采矿工程系 ， 博士， 研究 员， 博士生 导师 ， 主要从事矿 山岩石力学与煤矿支护技 术方 面的研究工作． E ma i l k a n g h p 1 6 3 ． C O rn 7期 康红普等 山西煤矿矿区井下地应力场分布特征研究 c on di t i o ns i n d i f f e r e nt c oa l m i n i ng f i e l ds ．The i n s i t u s t r e s s p a t t e r n s a r e H 盯 h v whe n d e p t h i s be l ow 2 5 0 m ， H v a h whe n d e pt h i s b e t we e n 25 0 m a nd 5 0 0 m ，a nd v二 H≥ h whe n d e p t h i s a b o ve 5 0 0 m． The r a t i o b e t we e n t he m a x i mum h or i z o nt a l p r i nc i pa l s t r e s s e s a nd v e r t i c a l pr i n c i pa l s t r e s s e s mos t l y c on c e nt r a t e s i n t h e i nt e r va l o f 0 ．5 t o 2 ． 0。a nd d e c r e a s e s a n d c on v e r ge s t O 1 wi t h t h e de pt h i nc r e a s i ng；The r a t i o be t we e n t he ma xi mum ho r i z on t a l p r i nc i p a l s t r e s s e s a n d mi ni mu m h or i z o nt a l p r i nc i p a l s t r e s s e s i s m a i nl y i n t he i nt e r v a l of 1 ．5 t O 2 ． 0；The r a t i o be t we e n t he m e a n h or i z o nt a l pr i nc i p a l s t r e s s e s a nd v e r t i c a l pr i n c i pa l s t r e s s e s ma i nl y va r i e s f r o m 0 ．5 t O 1 ．5 wi t h m o s t i n t he i nt e r v a 1 o f 0 ．5 t o 1 ． 0 ． The o r i e n t a t i on s o f t he ma x i m u m h or i z o nt a l p r i nc i p a 1 s t r e s s e s i n Sha nx i c o a l mi n i ng f i e l d s c ha ng e c on s i de r a bl y f r om no r t h t o s o ut h ． The o r i e n t a t i ons a r e NE i n no r t he r n pa r t ， d e f l e c t t O NNW s o ut hwa r ds ， v a r y t O NW i n we s t e r n a n d e a s t e r n pa r t s ， a nd c ha ng e a b l e i n s o u t he a s t pa r t ．Co mpa r i ng t he r e s u l t s f r om un de r gr o un d i n s i t u me a s ur e me n t s wi t h t he f o c a l m e c ha ni s m s ol ut i o ns，t he y s ho w go o d a gr e e me nt i n s o m e c oa l mi n i ng f i e l ds ，bu t o bv i o us d i ve r ge nc e e xi s t s i n ot he r a r e a s ． Es pe c i a l l y i n t he a r e a s a f f e c t e d by l oc a l l a r ge ge o l og i c a l s t r u c t u r e s， t he o r i e n t a t i on s o f t he ho r i z o nt a l p r i nc i pa l s t r e s s e s f r e q ue n t l y r e ve r s e a n d c ha n g e o bv i o us l y． Ke y wo r d s Co a l m i ni n g f i e l ds ， I n s i t u s t r e s s m e a s u r e me nt ， H y d r a u l i c f r a c t u r i n g， St r e s s f i e l d， Di s t r i b1 1 t j o n 1 3 w 1 引 言 我 国煤 矿 主要 是 井工 开 采 ， 需 要在 井 下 开掘 大 量巷 道 、 硐 室等 地下 工 程． 据 不 完 全 统计 ， 近 年来 我 国国有 大 中型 煤 矿 每 年 新 掘 进 的巷 道 总 长 度 高 达 1 0 0 0 0余千米， 其中 8 O 以上是开掘在煤层 中的煤 巷． 如 此 巨大规模 的地 下工 程 在 其 他 行业 是 不 多 见 的． 因此 ， 保 持巷 道 、 硐 室等 空 间 围岩 稳定 对 煤 矿 建 设 与生 产具 有重 要意义 ． 巷 道 与硐 室 围岩 的 稳定 性 主要 取 决 于 围岩 应 力 、 围岩强度 、 围岩结构及其相互作用． 围岩应力是 煤 岩体 变形 与破坏 的驱 动力 ， 对于 煤矿 开采来 说 ， 围 岩 应力 由原始 应力 场 、 采 动应 力场 、 支护 加 固应力 场 等组成 ， 其 中原岩 应力 场是 最根 本 、 最关 键 的应 力 场． 引 起 地 应 力 的主 要 原 因是 重 力 作 用 和 构造 运 动 ， 其 中尤 以水 平方 向 的构 造 运 动对 地 应 力 形 成及 其特点影响最大． 煤岩体 自重引起 的 自重应力场相 对 简单 ， 而形成 构造 应力 场 的因素则 非 常复杂 ， 它在 空间的分布极不均匀， 而且随着 时间的推移在不断 变化 ， 属 于非稳 定 的应 力场 ， 但对 于巷 道与 硐室 等地 下工 程 的服务期 来说 ， 可 以忽 略时 间因素 ， 将它 视为 相对 稳定 的应力 场进行 分 析． 到 目前 为止 ， 还很 难用 函数形 式来 表达 构造 应 力 场 ， 而 只 能 通过 实 测 得 到 比较 准确 的地 应力 值 ， 然后基 于 大量实 测数 据 ， 进 行 统计 分析 ， 寻找 地应 力分 布与 变化 规律 ， 用 以指 导工 程实 践． 我 国煤 矿 开采 的煤层 赋 存 条件 多 种 多样 ， 同时 受到 断层 、 褶 曲 、 陷 落 柱等 多种 地 质 构造 的影 响 ， 煤 系地 层地应 力 场分布 非 常复杂 、 多变 ． 各矿 区的开采 条件 相差很 大 ． 就开采 深度 来说 ， 西 部 的一 些矿 区开 采 深度 仅为 几 十米 ， 而 华 东地 区 的一 些 煤矿 开 采 深 度 已经 达到 1 4 0 0 m， 导 致地应 力值 与 分 布特 征相 差 悬 殊 ， 围岩变 形 与破 坏 方 式 也 有本 质 的 区别． 因此 ， 测 量 与研究 煤矿 矿 区井 下 地 应 力 大小 与分 布 特 征 ， 对 煤矿 建设 与安 全生产 具 有不可 替代 的重 要作用 ． 目前 ， 国 内外 现有 的地应 力测 量方 法有 多种 ， 包 括 力 学 方 法 、 地 球 物 理 方 法 及 地 质 方 法_ 】 ] ． 但 是 ， 应 用 比较广泛 的现场地 应力 测量 方法 只有应 力解 除 法与水压致裂法。。 。 ] ． 这两种方法在煤矿井下都 曾应 用过 ， 但 由于 煤矿井 下 环境 的特殊 性 含 瓦斯 、 潮湿 、 空间狭窄等 ， 对测量仪器与设备的技术性能及可靠 性提 出很 高要 求． 其他 行 业 开 发 和使 用 的仪 器 与设 备不能用于煤矿井下． 由于缺乏适用于煤矿井下使 用的地应力快速测量仪器 ， 致使地应力测量成为一 件非常繁琐 、 耗费大量人力与物力的工作． 因此 ， 很 多煤 矿没 有进 行过 地 应 力测 量 ， 地 下 工 程 设计 缺 乏 必要的应力参数， 工程设计 的合理性 与可靠性无法 保证 ． 为 了解决 这个 问题 ， 煤炭 科学 研究 总 院开采设 计研究分院开发研制出我国煤矿井下第一套小孔径 水压致裂地应力测量装 置_ 4 ] ， 并在 煤矿井下进行 地 球 物 理 学 报 C h i n e s e J ．G e o p h y s ． 5 2卷 了测量 ， 获得了大量宝贵的煤矿井下地应力数据与 资料 ． 山西省 是我 国重要 的煤 炭生 产基 地 ， 从南 到 北 分 布有晋 城 、 潞安 、 霍 州 、 汾西 、 西 山 、 阳泉 、 平 朔 、 大 同等矿 区． 为全面 了解 山西煤 矿 矿 区井 下地 应 力分 布状态 ， 从 2 0 0 0 年 开始 ， 历 时 8年 ， 在全省 7大矿 区 完 成 了 1 6 0个测点 的地应 力 测量 工 作 晋 城 6 2个 ， 潞 安 6 0个 ， 汾西 2 4 个 ， 华晋 5个 ， 阳泉 4个 ， 平朔 2 个 ， 大 同 3 个 ． 地应 力测 量深度 从 8 6 n - 1 到 5 8 9 m； 煤 层条件从近水平煤层到倾斜煤层 ； 煤岩体强度从软 弱 、 中等 ， 到坚 硬类 型． 地应 力 测量 涵 盖 了 山西省 煤 矿井 下大部分 地质条件 ， 具有较 好 的代 表性． 在实测 数 据 的基 础 上 ， 分析 了各 矿 区地 应力 分 布特征 与规律 ， 首次 绘制 了山西 省 煤矿 矿 区地 应 力 分布 图． 这 些研究 成果不仅 可直接 用 于矿 井开拓 、 采 区设计 、 巷 道支护 及 开采 设计 等 与地 应 力 有关 的工 作中 ] ， 而且对于分析我国煤矿矿区宏观地应力场 ， 甚至全国范围内的地应力场分布规律有重要的参考 价值 ． 2 山西煤矿矿区地应力测试结果与分析 水压 致裂地 应力测量 一般在 钻孔 比较完整 的岩 石段进行 常规压 裂试 验 ， 分 为平 面 应 力测 量 和 三维 应力测量_ 9 ． 在裂隙岩体中， 也可利用原生裂隙的 重张试验确定岩体应力状态_ l ． 在山西煤矿井下主 要进行 了常规 的平 面应力测量 1 5 8 个测 点 ； 同时， 为 了 比较 ， 也进行 了少量 的三维应力测量 2 个测 点 ． 地应 力测 量在 煤 矿井 下 巷道 中进 行． 对于 二维 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 计算 得 出 ， 为 7 H 为上 覆岩 层 的容 重 ， k N／ m。 ； H 为测 点 埋 藏深 度 ， m ． 为 测 得原 岩 应 力， 测点布置在离采煤工作面较远的巷道 中， 避开采 煤工作面周围的动压及残余支承压力的影响． 同时， 为了消除巷道周围应力重新分布区域的影响， 要求 测点到巷 道顶板 表 面有 一定 距 离． 煤 矿 巷 道宽 度 一 般为 3 ． 5 ～5 m， 高度为 2 ． 5 ～4 m． 根据弹性理论 ， 对 于圆形巷 道 ， 当测 点距 巷道 中心 5倍 于 巷道 半 径 时 ， 围岩应力 已与 原岩 应 力很 接 近． 参 考 此值 ， 确定 测点位 置与巷 道顶板表 面 的距 离 为 1 5 ～2 5 m． 测量 钻孔采 用小孔径 ， 直径 为 5 6 mm； 钻 孔 长度 根 据巷 道具体条件确定， 一般为 2 O ～3 0 m． 每个钻孔 中进 行 3 ～4次测量 ， 对测 量 结 果进 行 分析 比较 ， 确定 比 较合理 、 可靠的数据作为该钻孔的地应力值． 对于三 维地应力测量 ， 需要在三个不同方向打三个钻孔分 别 测量 ， 然后根据 相关 公 式 确定 出测 点 的三 维应 力 状 态 j ． 山西 煤矿 矿 区典 型 的平面 地应 力测 量结 果 见表 1 ， 三维地应力测量结果见表 2 ， 其中 H 为埋 深 ， 、 ， 、 、 分别为垂直主应力 、 最大水平主应力与 最小 水平 主应力 ． 2 ． 1 晋城 矿 区地应 力测试 结果与分 析 晋城矿区处于山西省东南部晋城市附近， 位于 太行山脉南段西侧 ， 沁水煤田南部． 晋城矿区地形西北高、 东南低， 地貌形态属于山 西高原上的低山丘陵和侵蚀山区， 具有山地、 丘陵及 山问盆地等多种地貌 特征． 矿区中部主要为沁河侵 蚀 山区 ， 山高谷 深 ， 地形 复杂 ； 东 部为 山地 、 丘 陵及 山 间盆地 ， 山脊起伏不大， 大部分为黄土覆盖 ， 沟谷纵 横 ， 地形切 割强烈 ． 矿区主体构造为 NNE向、 近 S N 向展布的向、 背斜和断裂构造， 其次是近 E W 向、 NwW 向的褶 皱 和断裂构 造 ， 局部 还发 育有 NNW 向的小 褶皱． 矿 区东部分布着 NN E向的伊侯 山断层、 陈沟断层 、 白 马寺 断层 、 庄 头 断 层 ； 矿 区西 部 分 布着 NWw NE NNE向展 布 的土沃一寺 头弧形 断裂带． 新华 夏 系构 造晋 城 一 获 鹿 褶 断带 斜 穿矿 区 中部 ， 受晋一 获 褶 断带 奥灰 隆 起 的影 响 ， 晋城 矿 区 分为东西两个不连续的含煤 区， 东部为原生产矿井 区包括古书院矿、 王台铺矿、 凤凰山矿 ， 西部 、 北部为 已新建投 产 的成 庄 矿 、 寺 河 矿 、 寺河 二号 井 、 赵 庄矿 和长平矿 ． 在晋城矿区共完成了 6 2个测点的地应力测量， 测试 地点包 括晋城煤业 集 团公 司的寺河矿 、 成庄 矿 、 古 书院矿 、 凤 凰 山矿 、 长平 矿 、 赵庄 矿 、 王 台铺矿 ， 晋 城地 方煤矿 南 阳煤矿 、 竹林 山煤 矿 ， 以及 山西天 地 王坡煤 业有 限公 司 ， 共 1 O个煤 矿． 平 面地 应力 测 点 6 O 个 ， 三维地 应力测 点 2 个 寺河矿 ． 1 晋城 矿 区地应 力场类 型 6 2个测 点 中最 大水 平 主 应 力大 于垂 直 主应 力 的测点有 5 7 个 ， 占总测点的 9 1 ． 9 ， 晋城矿区原岩 应力以水平应力为主， 构造应力 占绝对优势， 属于典 型的构造应力场类型． 进一步细分 ， 存在三种应力场 ① 型 ， 共 3 7个测 点 ， 占总 测点 数 的 5 9 ． 7 ． 大部分是埋藏相对较深的井区． ② 、 ， ， 共 2 O个测 点， 占总测点 数 的 3 2 ． 2 ． 绝 大部分 都是埋 藏深度相 对较浅 的井 区． ③ ， 共 5 个测点， 占总测点数的 8 ． 1 ． 7期 康红普等 山西煤矿矿 区井 下地 应力 场分 布特征研 究 表 1 山西煤矿井下地应力测量结果 平面测量 Ta bl e 1 Und e r g r o u nd i n - s i t u s t r e s s m e a s u r e m e nt r e s u l t s i n S h a n x i c o a l mi n e s p l a n e me a s u r e me n t 2 矿 区 主应力 方 向 在 晋 城矿 区构 造应 力 场 中 ， 最 大水 平 主应 力 方 向 在 东 区主 要 集 中在 N1 9 ． 4 。 w ～ N5 6 。 W之 间 ， 个 表 2晋城寺河矿三维地应力测量结果 Tab l e 2 Thr e e di m e n s i o na l s t r e s s m e a s u r e m e n t r e s u l t s i n Si he c o a l mi ne i n Ji nc h e n g c o a l mi ni ng a r e a 别处 于 N2 6 。 E～ N5 3 ． 4 。 E ． 在 西 区 最 大水 平 主应 力 方 向主要集 中在 N3 0 ． 2 。 E～N8 2 ． 4 。 W 之 间 ， 部分 测 点最大水平 主应力 方 向集 中在 N6 3 ． 5 。 w ～N 8 3 ． 4 。 W 之间． 晋 城 矿 区东 部 与 西部 水 平 主应 力 方 向变 化 较 大 ． 东西 区地 应力 方 向差别 较 大 的原 因是 由于 受 新 华 夏系 构 造- 一 一 晋 一 获 褶 断 带 的影 响． 晋一 获 断 裂 斜 穿 矿 区 中部 ， 受 晋一 获 褶 断 带 奥 灰 隆起 的影 响 ， 晋 城 矿 区被分 为东 西两个 不连 续 的含 煤 区． 晋一 获褶 断带 的形 成 ， 引起 了最 大水平 主应 力方 向 的扭 转 ， 造成该 区域 最 大水平 主应 力显 著变 化． 3 断层 对 地应力 的影 响 为 了分 析 断层 对 地应 力 的影 响 ， 在 寺 河 矿西 区 进行 1 O个 测点 地应 力 测 量 时 ， 专 门将 第 四 、 五测 点 布置 在断层 D F 9 断层 面倾 角 4 5 。 ， 落差 0 ～ 9 m 附 近， 结果发现尽管第 四、 五测点埋藏深度都超过 4 0 0 m， 但 其测量 结果 表 明最大 、 最 小水 平 主应 力值 均 比 其 他测 点 小 在 4 0 0 m 深 度上 其 他测 点最 大 主应 力 均大于1 2 ． 4 MP a ， 而第四、 五测点都小于 1 1 MP a ， 除第四、 五测点外 ， 其 他测点 随着埋深增加 ， 三个主 应力 也 呈现线 性增 加 的趋 势． 这 是 因 为 在 断层 断 裂 时应力有所释放 ， 第四、 五测点均位于断层影响区域 内 ， 导致 这两 个测 点地 应力 较低． 4 平 面 与三维 地应 力测 量结果 比较 对 寺 河矿 同一埋 深 、 相 邻 的平 面与 三 维测 点地 应力 测 量结果 进行 了 比较 ． 平 面 地 应力 测 量 结 果 为 见 表 1 最 大水平 主 应力 1 8 ． 9 2 MP a ， 最 小水 平 主 应力 9 ． 6 7 MP a ， 垂 直 主应力 9 ． 4 0 MP a ， 最大水 平 主 应 力 方 向为 N8 3 ． 4 。 W． 三维地应力测量结果为 见表 2第二测点 最 大主 应力 为 1 3 ． 7 4 MP a ， 倾 角 为 1 7 ． 6 。 ， 呈 近 水平 方 向 ， 方 位角 为 2 7 2 ． 6 。 ， 用象 限角表 示 为 N8 7 ． 4 。 W ， 近 似呈东 西 向 ； 最小 主 应力 大小 为 8 ． 1 3 MP a ， 倾 角 为 地 球 物 理 学 报 C h i n e s e J ．Ge o p h y s ． 5 2卷 1 4 ． 7 。 ， 也呈近水平 方 向 ， 方位 角为 1 7 9 ． 4 。 ， 近 似呈 南 北 向 ； 中间主应力倾 角 为 7 8 ． 4 。 ， 与铅 垂 方 向偏 差 为 1 1 ． 6 。 小 于 2 5 。 ， 近铅垂方 向， 大小 为 8 ． 9 2 MP a ． 比较 平 面与 三维 测量 结 果得 出 最大 主应 力 均 为最大水平 近水平 主应力 ， 都近似呈东西方向， 象 限角 相 差仅 4 。 ， 应力 值 相差 2 7 ． 4 ； 中间主 应力 均 为垂 直 近垂 直 主应力 ， 实测 应力 值 与理 论 计算 值 相差 5 ． 1 ； 最 小 主应 力均 为最 小 水 平 近水 平 主 应力， 都近似呈南北方向， 应力值相差 1 5 ． 9 ％． 因为 地应力 场的多 变性 ， 不 同地 点 的地 应力 大 小和 方 向 可能有所变 化 ， 因此平 面 与 三维 测 量结 果存 在 一定 偏差是符合实际的． 通过 上述 比较看 出 ， 平 面测量 与 三维 测量 结果 有较 好 的一致 性． 当然 ， 相 比之下 ， 三 维地 应 力 测量 更 能准确反 映主应力 的大小 和方 向 ， 但 测量钻 孔多 、 测试 工作量大 、 测试 速 度慢 ． 因此 ， 在地 形 起伏 不 大 的地 区 ， 水 压致裂 平 面应 力 测量 基 本 能满 足工 程 设 计需要 ， 而且仅需 一个 钻 孑 L ， 测试 工 作 量小 ， 能够 实 现快速 、 大面积测量 ． 2 ． 2潞 安矿 区地应 力测试 结果 与分析 潞安 矿 区地处 晋 东南 的长治 市 附近 ， 位 于太行 山中段西侧 ， 长治盆 地西部 ． 矿 区的北 部 区属 丘 陵地 带 ， 矿 区的南 部 区属 高原盆地 内的河 谷平原 ． 最高点 海拔 1 1 1 3 ． 1 m， 最 低 处漳 河 河 床 8 9 9 m， 一 般 地 面 标高为 9 0 0 ～1 1 0 0 m 之 间， 纵 观全 区地 势北 高南 低 ， 西 高东低． 潞安 矿 区位 于沁 水煤 田东部 中段 ， 大 地构 造 位 置处在我国华北地区东部新华夏构造体系第三隆起 带 中段 ， 即太行新华 夏系 一级 隆 起 之上 的 二级 构 造 带 晋一 获 断褶带 与武 乡 一 阳 城 凹褶 带之 间． 矿 区 主要构造形态为总体向西倾斜 的北北东 向或近似 南北 向的宽缓单斜构造 ， 其 上迭加次一 级褶 曲与 断裂． 在潞 安矿 区共 完成 了 6 0个测 点 的地应 力测量 ， 测试地点包括潞安矿业集团公司的屯留矿 、 漳村矿、 五 阳矿 、 石 圪节矿 、 常村矿 、 王庄矿 、 司马矿 、 潞宁矿 、 高河矿、 夏店矿、 郭庄矿， 以及霍尔新赫、 善福矿等地 方煤矿， 共 1 3个煤矿． 1 潞安矿 区地应力 场类 型 6 0个测点中最大水平主应力大于垂 直主应力 的测点有 3 3个 ， 占总 测点 的 5 5 ， 因此 ， 潞 安 矿 区 原岩应力 总体上 水平 应 力 占优 势． 由于地 质构 造 原 因， 矿区内各矿地应力场差别较大． 按照三个主应力 的大小排 列 ， 可分 为 以下 三种情况 ① 、 ， ， 共 2 5 个测点 ， 占总测点数的 4 1 ． 7 ； ② 、 ， d ， 共 2 7 个测点 ， 占总测点数的 4 5 ％； ③ 、 ， ， 共 8个测点， 大部分是埋藏较浅 的井区 ， 占总测点 数的 1 3 ． 3 ． 2 潞 安矿区 主应 力方 向 ①在潞安矿区构造应力场 中， 在文王山大断层 以北区域 矿区北部 ， 最大水平主应力方 向基本都 集 中在 N1 1 ． 8 o W N3 4 ． 5 0 W 之间 ； ②在文王南大断层至二 岗山北正断层之间 矿 区 中部 ， 共有 3 5个 测点 ， 其 中 2 1 个 测 点 的最 大水 平主应力 方 向集 中在 N1 9 ． 1 。 WN7 2 ． 9 。 W 之 间； ③在 二 岗山大断层 以南 的 区域 矿 区南 部 ， 最 大水 平 主应 力方 向全部 集 中在 N8 。 E ～ N5 1 ． 2 o E之 问 ， 并 且 1 1个测点 中有 1 0个 测点 的最 大水 平 主应 力集 中在 N2 2 。 E ～N5 1 ． 2 。 E ， 规 律 比较 明显． 2 ． 3汾西矿 区地应 力测试结 果与分析 汾西矿区位于山西省中部 ， 地跨晋中、 吕梁两地 区的介休、 灵石、 孝义、 汾阳、 交 口五县市． 矿区东以 霍山断层为界， 西至双池一南阳一线， 北达汾阳市城 南 ， 南至什 林断层 ． 矿 区处 于祁 吕贺“ 山字型” 弧形褶 皱东 翼 ， 不 同形态 的褶 曲构 成 区内含煤地层 ， 为石炭 系上统太原 组 和二叠系下 统 山西组 ． 在汾西 矿 区共 完成 了 2 4个测 点的地应力 测量 ， 测点分 布于汾 西矿业 集 团公 司所 属 的双柳 矿 、 中兴 矿、 贺西矿、 柳湾矿、 水峪矿 、 高阳矿、 曙光矿等 7个 矿井． 1 汾西矿 区地应力 场类 型 在 汾西矿 区 2 4个 测 点 中 ， 、 ， ， 共 1 3 个 ， 占 5 4 ． 2 ， 大部分 是埋 藏相 对较 深 的矿井 ； 、 ， 的有 1 1 个 ， 占 4 5 ． 8 ． 汾 西矿 区地应力 场有 两种形 式 一 种是 以 自重应力 场为 主 ， 一种 以构造应 力场为主． 由于汾西矿业集 团公 司下属矿井地理位 置 比较 分散 ， 因此 ， 地 应 力 场呈 现 出 了两 大类 型 ， 且 集 中程度 比较低 ． 2 汾西矿 区地应力 方 向 ， 柳湾矿 、 水峪 矿两个 矿井距 离相对较 近 ， 最大水 平 主应 力 方 向 比较 一 致 ， 主要 集 中在 N4 3 ． 5 。 W ～ N8 0 ． 3 。 W 之间； 贺西矿与双柳矿距离相对较近， 最 大水