1 前言

1.1 應(yīng)力監(jiān)測(cè)目的

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

次生應(yīng)力監(jiān)測(cè)的目的在于：

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

（2）確定礦井設(shè)計(jì)所需的井巷工程中應(yīng)力增加或減小的大小與方向；

（3）為錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)、長(zhǎng)壁工作面支架選型以及地表下沉預(yù)測(cè)等方面的計(jì)算機(jī)模擬提供原始數(shù)據(jù)；

（4）確定煤柱上方垂直應(yīng)力的變化情況；

（5）通過測(cè)量頂板巖層中實(shí)際傳遞的應(yīng)力變化（頂板巖層的殘余強(qiáng)度）來(lái)評(píng)估錨桿的加固作用效果。

2 應(yīng)力監(jiān)測(cè)案例

2.1 應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置

以貴州小屯煤礦為例，監(jiān)測(cè)16中09工作面回采期間應(yīng)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(gè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)，見圖1，地質(zhì)柱狀圖及應(yīng)力解除巖層層位見圖2。

應(yīng)力監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)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(yīng)力監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)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(yīng)力監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)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(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器安裝完成后，數(shù)據(jù)的采集的頻度應(yīng)由采掘活動(dòng)的類型及速度決定，隨著應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)距工作面距離的不斷減少，相應(yīng)的讀數(shù)頻度加大，針對(duì)采礦地質(zhì)條件和實(shí)際需要，按照?qǐng)D3進(jìn)行監(jiān)測(cè)讀數(shù)。

3.2 應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.2.1 水平應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

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

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

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

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

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

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

（5）最小水平主應(yīng)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(shí)，應(yīng)力達(dá)到最大值5.74MPa，較初始應(yīng)力值2.13MPa增加了3.61MPa，應(yīng)力集中系數(shù)為2.69，與最大水平主應(yīng)力應(yīng)力集中程度大致相同。

3.2.2 垂直應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

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

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

（2）垂直應(yīng)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(shí)，應(yīng)力最大值達(dá)到17.68MPa，較初始應(yīng)力值6.69MPa增加了10.99MPa，應(yīng)力集中系數(shù)為2.64。

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

3.3.3 縱向應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

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

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

（2）水平方向應(yīng)力變化較小，在距離工作面150m時(shí)出現(xiàn)明顯應(yīng)力增大現(xiàn)象，到距離工作面15m時(shí)應(yīng)力增加量達(dá)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(yīng)力變化特征。

3.2.4 橫向應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

根據(jù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)位置距工作面的不同距離，繪制垂直巷道走向的應(yīng)力變化剖面（橫剖面）圖以便于比較橫向地應(yīng)力變化規(guī)律和趨勢(shì)，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(yīng)力分量量值不斷增大，即受工作面采動(dòng)應(yīng)力影響程度不斷增大，其應(yīng)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(yīng)力的主要方向。

（2）橫剖面內(nèi)水平方向應(yīng)力分量量值也隨工作面推進(jìn)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(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)距工作面不同距離應(yīng)力變化橫剖面圖