煤岩体地质力学原位测试及在围岩控制中的应用PDF电子书下载

第1章 概论 1

1.1煤岩体地质力学测试的重要性 2

1.1.1矿井开拓部署与巷道布置 2

1.1.2巷道支护 2

1.1.3采煤方法与采掘机械选择 3

1.1.4采场岩层控制 3

1.1.5煤矿安全 3

1.2国内外研究现状 4

1.2.1地应力测量与研究 4

1.2.2煤岩体强度原位测试 8

1.2.3煤岩体结构测试 9

1.2.4煤岩体地质力学原位测试存在的问题 10

1.3本书的主要内容 10

参考文献 12

第2章 地应力及其分布规律 16

2.1地应力状态描述方法 16

2.2地应力分类与成因 17

2.2.1地应力分类 17

2.2.2地应力的成因 18

2.2.3地应力的主要影响因素 20

2.3地应力场理论模型 23

2.3.1静水压力假说 23

2.3.2自重应力场假说 23

2.3.3地壳应力的球壳模型 24

2.4地应力的一般分布规律 26

2.4.1地应力方向分布规律 26

2.4.2垂直应力分布规律 26

2.4.3水平应力分布规律 27

2.4.4我国与全球地应力分布规律 30

参考文献 33

第3章 地应力测量方法 36

3.1地应力测量方法分类 36

3.2水压致裂法 37

3.3应力解除法 39

3.3.1应力解除法测量原理 40

3.3.2应力解除法分类 40

3.3.3岩石表面应力解除法 40

3.3.4套孔应力解除法 42

3.3.5局部应力解除法 43

3.3.6大体积应力解除法 44

3.4应力恢复法 44

3.5应变恢复法 45

3.5.1非弹性应变恢复法 46

3.5.2差应变曲线分析法 47

3.6钻孔崩落法 49

3.7地球物理法 51

3.7.1声发射法 51

3.7.2声波波速法 52

3.7.3超声波法 53

3.7.4其他方法 53

3.8地质构造与地震分析法 53

3.8.1地质构造与地应力的关系 53

3.8.2断层滑动反演 54

3.8.3地震震源机制解 55

3.9井下应力测绘法 55

参考文献 57

第4章 水压致裂法 61

4.1水压致裂法地应力测量原理 61

4.1.1传统水压致裂平面应力测量原理 61

4.1.2煤矿井下水压致裂平面应力测量原理 63

4.2水压致裂三维地应力测量原理 64

4.2.1三孔交汇水压致裂法 64

4.2.2单孔原生裂隙水压致裂法 67

4.2.3原生裂隙重张试验与传统压裂试验相结合 68

4.3水压致裂裂缝的形成与扩展 68

4.4水力压裂段应力分布及裂缝扩展的数值模拟分析 71

4.4.1数值模拟方法 71

4.4.2数值模拟结果及分析 73

4.5水压致裂曲线参数的选取 86

4.5.1破裂压力 86

4.5.2破裂重张压力 87

4.5.3瞬时关闭压力 89

4.5.4孔隙压力 93

4.6垂直主应力的确定 94

4.6.1上覆岩层重量估算垂直主应力 94

4.6.2水压千斤顶试验确定垂直主应力 94

4.7水压致裂地应力测量仪器及方法 95

4.7.1地面向下钻孔水压致裂地应力测量仪器 95

4.7.2煤矿井下小孔径水压致裂地应力测量仪器 96

4.7.3测量方法 99

4.7.4数据处理与分析 100

参考文献 102

第5章 应力解除法 105

5.1钻孔孔径变形法 105

5.1.1钻孔孔径变形法测量仪器 105

5.1.2钻孔孔径变形法测量步骤 108

5.1.3钻孔孔径变形法测量原理 109

5.2钻孔孔底应变法 112

5.2.1钻孔孔底应变法测量仪器 112

5.2.2钻孔孔底应变法测量步骤 113

5.2.3钻孔孔底应变法测量原理 114

5.3钻孔孔壁应变法 115

5.3.1钻孔孔壁应变法测量仪器 115

5.3.2钻孔孔壁应变法测量原理 116

5.4空心包体应变法 118

5.4.1空心包体应变法测量仪器 118

5.4.2空心包体应变法测量原理 120

5.5压磁应力计法 122

5.5.1压磁应力计法测量仪器 122

5.5.2压磁应力计法测量原理 123

参考文献 124

第6章 煤矿井下地应力测量及应力场分布规律 127

6.1潞安矿区地应力测量与分析 127

6.1.1潞安矿区地理与地质简况 127

6.1.2潞安矿区地应力测量结果 128

6.1.3潞安矿区地应力测量结果分析 129

6.2晋城矿区地应力测量与分析 133

6.2.1晋城矿区地理与地质简况 133

6.2.2晋城矿区地应力测量结果 134

6.2.3平面与三维地应力测量结果比较 137

6.2.4晋城矿区地应力测量结果分析 137

6.3汾西矿区地应力测量与分析 140

6.3.1汾西矿区地应力测量结果 140

6.3.2汾西矿区地应力测量结果分析 141

6.4山西煤矿区地应力场分布特征 143

6.4.1山西其他矿区地应力测量与分析 144

6.4.2山西煤矿区地应力场分布特征与规律 145

6.5深部矿区地应力测量与分析 150

6.5.1新汶矿区地应力测量结果及分析 150

6.5.2淮南矿区地应力测量结果 155

6.5.3平顶山矿区地应力测量结果 157

6.5.4主应力值随埋深的变化规律 158

6.5.5侧压比随埋深的变化规律 159

6.5.6平均水平主应力与垂直主应力比值的变化 159

6.6浅埋深矿区地应力测量与分析 160

6.6.1矿区地质条件 160

6.6.2地应力测量结果 160

6.6.3地应力测量结果分析 161

6.7软岩矿区地应力测量与分析 163

6.7.1地应力测量结果 163

6.7.2地应力测量结果分析 164

6.8急倾斜特厚煤层矿区地应力测量与分析 165

6.8.1矿区地质条件 165

6.8.2地应力测量结果 166

6.8.3地应力测量结果分析 167

6.9应力解除法地应力测量与分析 168

6.9.1兖州矿区 168

6.9.2开滦矿区 169

6.9.3大屯矿区 170

6.9.4平顶山一矿 171

参考文献 171

第7章 煤岩体强度原位测试方法及应用 174

7.1煤岩体强度原位测试方法 174

7.1.1煤岩体变形测试 174

7.1.2煤岩体强度测试 176

7.1.3声波探测法 178

7.1.4钻孔钻进法 179

7.1.5钻孔触探法 179

7.2钻孔触探法煤岩体强度测试原理 180

7.2.1探针载荷作用下煤岩体的应力分布 180

7.2.2探针载荷作用下煤岩体的变形与破坏特征 182

7.2.3钻孔触探法测试原理 183

7.3钻孔触探法煤岩体强度原位测试仪器 185

7.3.1煤岩体强度测试指标的确定 185

7.3.2煤岩体强度测试仪器的组成 185

7.3.3仪器技术特征 186

7.3.4测试方法 186

7.4钻孔触探法探针临界压力与煤岩体强度的关系 187

7.4.1实验室试验 187

7.4.2强度转换系数的确定 192

7.5钻孔触探法的数值模拟分析 196

7.5.1数值模型与模拟方案 196

7.5.2均质模型模拟结果及分析 197

7.5.3含结构面模型模拟结果及分析 199

7.5.4煤岩体强度的影响因素 201

7.6钻孔触探法现场测试与分析 202

7.6.1新汶矿区煤岩体强度测试结果及分析 203

7.6.2潞安矿区煤岩体强度测试结果及分析 206

7.6.3晋城矿区煤岩体强度测试结果及分析 208

7.6.4淮南矿区煤岩体强度测试结果及分析 209

7.6.5平庄矿区煤岩体强度测试结果及分析 210

7.6.6伊泰矿区煤岩体强度测试结果及分析 211

7.6.7宁煤枣泉矿煤岩体强度测试结果及分析 212

参考文献 212

第8章 煤岩体结构测试方法及应用 214

8.1煤岩体结构测试方法 214

8.1.1岩芯采取法 214

8.1.2钻孔裂缝压印法 215

8.1.3钻孔孔壁观察法 215

8.2钻孔结构观察仪器 216

8.2.1光导纤维钻孔窥视仪 216

8.2.2电子钻孔窥视仪 217

8.3钻孔结构观察结果与分析 218

8.3.1光导纤维钻孔窥视仪观察结果及分析 218

8.3.2前视式电子钻孔窥视仪观察结果及分析 219

8.3.3数字式全景钻孔摄像系统观察结果及分析 223

8.4钻孔结构观察结果的应用 224

8.4.1在煤岩体结构面分布与完整性评价中的应用 224

8.4.2在采场顶板冒落与岩层移动研究中的应用 225

8.4.3在巷道围岩变形与破坏研究中的应用 225

8.4.4在巷道支护与加固设计中的应用 225

8.4.5在评价巷道支护加固效果中的应用 226

8.4.6其他方面的应用 228

参考文献 228

第9章 煤岩体地质力学参数之间的关系 230

9.1地应力与煤岩体强度的关系 230

9.1.1煤岩体变形参数与强度对地应力的影响 230

9.1.2地应力对煤岩体强度的影响 232

9.2地应力与煤岩体结构的关系 234

9.2.1地应力是煤岩体结构与构造产生的驱动力 234

9.2.2地应力可改变煤岩体结构的力学效应 234

9.2.3煤岩体结构与构造对地应力分布的影响 234

9.3断层对地应力分布的影响分析 235

9.3.1模拟条件与数值模型 236

9.3.2数值模拟结果及分析 238

9.4褶曲对地应力分布的影响分析 242

9.4.1数值模型 242

9.4.2数值模拟结果及分析 244

9.4.3数值模拟结果与地应力实测数据的比较 247

9.5煤岩体强度与结构的关系 248

9.5.1煤岩体结构对剪切强度的影响 248

9.5.2煤岩体结构对抗压强度的影响 248

9.6地应力与煤岩体强度及结构的关系 250

参考文献 251

第10章 采动应力测量与监测方法及应用 253

10.1采动应力及测量与监测方法 253

10.1.1采动应力 253

10.1.2采动应力测量与监测方法 255

10.2液压钻孔应力计在采动应力监测中的应用 260

10.2.1测点地质条件与测站布置 260

10.2.2监测结果与分析 261

10.3空心包体应变计在采动应力测量与监测中的应用 262

10.3.1兖州矿区采动应力测量与监测 262

10.3.2潞安矿区采动应力监测 264

参考文献 268

第11章 地质力学测试成果在围岩控制中的应用 271

11.1巷道布置与地应力场的关系 271

11.1.1巷道布置与地应力关系的理论分析 272

11.1.2数值模拟分析 273

11.1.3现场应用实例分析 276

11.2地应力对巷道围岩应力分布的影响 279

11.2.1弹性应力状态 279

11.2.2弹塑性应力状态 282

11.3掘进工作面周围应力分布及影响因素 283

11.3.1数值模拟对象 284

11.3.2数值模拟结果及分析 284

11.4回采巷道与采煤工作面周围应力分布及影响因素 288

11.4.1模拟对象与数值模型 289

11.4.2数值模拟结果及分析 290

11.5巷道支护应力场及锚杆支护作用分析 295

11.5.1巷道支护应力场分布特征及影响因素 295

11.5.2三种应力场的比较与相互作用 299

11.5.3锚杆支护作用机理及设计原则 300

11.6深部高地应力巷道支护技术 303

11.6.1试验巷道条件与地质力学测试结果 304

11.6.2巷道支护设计方法与步骤 305

11.6.3巷道支护方案 305

11.6.4矿压监测及支护效果分析 306

11.7深部软岩沿空留巷支护技术 309

11.7.1试验巷道条件与地质力学测试结果 309

11.7.2数值模拟分析 310

11.7.3沿空留巷支护方案 312

11.7.4井下监测与支护效果分析 314

11.8软岩巷道支护技术 318

11.8.1试验巷道条件与地质力学测试结果 318

11.8.2巷道支护形式与参数 319

11.8.3矿压监测及支护效果分析 320

11.9强烈动压影响巷道支护技术 323

11.9.1试验巷道条件与地质力学测试结果 323

11.9.2数值模拟分析 325

11.9.3巷道支护形式与参数 328

11.9.4井下监测与支护效果分析 329

11.10回采工作面多巷布置留巷支护技术 331

11.10.1巷道支护形式与参数 331

11.10.2井下监测与支护效果分析 333

11.11松软破碎围岩硐室群综合加固技术 335

11.11.1硐室群布置与地质力学测试结果 335

11.11.2数值模拟分析 337

11.11.3综合加固形式与参数 339

11.11.4综合加固效果检测与矿压监测 342

参考文献 343