1 前言

1.1 應力監(jiān)測目的

地應力是引起采礦工程圍巖、支護變形和破壞、產(chǎn)生礦井動力現(xiàn)象的根本作用力，對煤礦巷道來說，作用于巷道圍巖除原巖應外，還有采掘活動引起的次生應力，這是煤礦巷道區(qū)別于其它巖土工程的最顯著的特點，在回采工作面前方安裝地應力監(jiān)測傳感器監(jiān)測回采過程中的地應力變化規(guī)律，對工作面安全開采和巷道支護均有重要的意義。

次生應力監(jiān)測的目的在于：

（1）確定沿空巷道周圍的垂直應力和水平應力的集中程度，為巷道布置提供依據(jù)；

（2）確定礦井設(shè)計所需的井巷工程中應力增加或減小的大小與方向；

（3）為錨桿支護設(shè)計、長壁工作面支架選型以及地表下沉預測等方面的計算機模擬提供原始數(shù)據(jù)；

（4）確定煤柱上方垂直應力的變化情況；

（5）通過測量頂板巖層中實際傳遞的應力變化（頂板巖層的殘余強度）來評估錨桿的加固作用效果。

2 應力監(jiān)測案例

2.1 應力測點布置

以貴州小屯煤礦為例，監(jiān)測16中09工作面回采期間應力變化特征和規(guī)律，共在16中09工作面停采線附近布置3個應力監(jiān)測測點，見圖1，地質(zhì)柱狀圖及應力解除巖層層位見圖2。

應力監(jiān)測測點1布置于16中09軌順巷道內(nèi)回采側(cè)幫，16中09工作面軌順1334m回采位置，儀器布置于頂板3.5m垂直高度的泥質(zhì)粉砂巖內(nèi)，方位300°，傾角12°，孔深10m，孔徑110mm。

應力監(jiān)測測點2布置于16中09軌順巷道內(nèi)回采側(cè)幫，16中09工作面軌順1345m回采位置，儀器布置于頂板3.5m垂直高度的泥質(zhì)粉砂巖內(nèi)，方位300°，傾角20°，孔深10m，孔徑110mm。

應力監(jiān)測測點3布置于主平硐8#聯(lián)中間位置，儀器布置于頂板5.5m垂直高度的泥質(zhì)粉砂巖內(nèi)，方位300°，傾角30°，孔深10m，孔徑110mm。

地應力監(jiān)測傳感器安裝完成后，數(shù)據(jù)的采集的頻度應由采掘活動的類型及速度決定，隨著應力監(jiān)測點距工作面距離的不斷減少，相應的讀數(shù)頻度加大，針對采礦地質(zhì)條件和實際需要，按照圖3進行監(jiān)測讀數(shù)。

3.2 應力監(jiān)測結(jié)果

3.2.1 水平應力監(jiān)測結(jié)果與分析

16中09工作面回采期間水平主應力變化相對值見圖4，工作面回采期間應力分量變化趨勢，見圖5。

在16中09工作面回采期間，工作面超前水平應力發(fā)展變化出現(xiàn)以下特點：

（1）在工作面回采期間，水平應力整體呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，在距離工作面大約150m位置開始出現(xiàn)應力影響，在距離工作面127m位置應力集中影響顯著增大，至距離工作面15m處達到應力集中影響最大值，未出現(xiàn)應力峰值。

（2）最大水平主應力呈現(xiàn)波浪形增大現(xiàn)象，距離工作面15m時，應力最大值達到16MPa，較初始應力值5.60MPa增加了10.4MPa，應力集中系數(shù)為2.86。

（3）最大水平應力在距離工作面150m、127m、95m、64m和30m位置分別出現(xiàn)區(qū)域應力峰值，表現(xiàn)出工作面回采超前來壓周期性，推斷水平應力來壓步距在30m左右。由于工作面回采進尺的不均勻性，來壓周期不好推斷。

（4）水平應力集中程度不斷加大，最大水平應力在垂直工作面走向方向不斷增大，最小水平應力在平行工作面方向上先增大后減小。

（5）最小水平主應力在工作面回采期間呈現(xiàn)不斷增大現(xiàn)象，在距離工作面15m時，應力達到最大值5.74MPa，較初始應力值2.13MPa增加了3.61MPa，應力集中系數(shù)為2.69，與最大水平主應力應力集中程度大致相同。

3.2.2 垂直應力監(jiān)測結(jié)果與分析

16中09工作面回采期間垂直應力變化相對值為6.69MPa，附加在垂直應力變化值上分析在16中09工作面回采期間應力分量變化趨勢，見圖9。

（1）在工作面回采期間，垂直應力整體上呈現(xiàn)不斷增大的趨勢，在距離工作面140m位置時出現(xiàn)明顯應力集中現(xiàn)象，在距離工作面127m位置應力集中影響顯著增大，至距離工作面15m處達到應力集中影響最大值，未出現(xiàn)應力峰值。

（2）垂直應力在工作面回采期間也呈現(xiàn)波浪形增大現(xiàn)象，在工作面停采后，即距離工作面15m時，應力最大值達到17.68MPa，較初始應力值6.69MPa增加了10.99MPa，應力集中系數(shù)為2.64。

（3）垂直應力在距離工作面127m、94m、69m、43m和24m位置分別出現(xiàn)區(qū)域應力峰值，表現(xiàn)出超前來壓周期性，推斷垂直應力來壓步距在26m左右。

3.3.3 縱向應力監(jiān)測結(jié)果與分析

從應力監(jiān)測在工作面回采期間應力變化趨勢看，將不同位置監(jiān)測到的三維應力變化以平行于16中009工作面走向方向形式表現(xiàn)出來，圖7。

（1）垂直方向應力在距離工作面150m時應力出現(xiàn)明顯增加現(xiàn)象，至距離工作面15m，應力值增加了9.6MPa，其偏向呈現(xiàn)周期性震蕩，為垂直應力變化特征。

（2）水平方向應力變化較小，在距離工作面150m時出現(xiàn)明顯應力增大現(xiàn)象，到距離工作面15m時應力增加量達到最大值3.1MPa，其傾角變化幅度不明顯，表現(xiàn)出最小水平應力變化特征。

3.2.4 橫向應力監(jiān)測結(jié)果與分析

根據(jù)應力監(jiān)測位置距工作面的不同距離，繪制垂直巷道走向的應力變化剖面（橫剖面）圖以便于比較橫向地應力變化規(guī)律和趨勢，見圖8。

（1）隨著距離工作面不斷減小，橫向剖面圖內(nèi)垂直方向應力分量量值不斷增大，即受工作面采動應力影響程度不斷增大，其應力方向偏向工作面內(nèi)，工作面內(nèi)較16中09軌順巷道承載應力的主要方向。

（2）橫剖面內(nèi)水平方向應力分量量值也隨工作面推進不斷增大，受工作面回采和16中09軌順巷道影響，其偏向變化較大，整體偏向于頂板方向。

                     圖11 應力監(jiān)測點距工作面不同距離應力變化橫剖面圖