[发明专利]一种巷道底鼓主控应力测量的方法

说明书

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地应力，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°。