煤岩体地质力学原位测试及在围岩控制中的应用

　　目录《岩石力学与工程研究著作丛书》序《岩石力学与工程研究著作丛书》编者的话前言第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 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 24

　　《煤岩体地质力学原位测试及在围岩控制中的应用》阐述煤岩体地质力学测试原理、方法与仪器，介绍煤矿井下地质力学测试成果及在围岩控制中的应用。《煤岩体地质力学原位测试及在围岩控制中的应用》共11章，首先简要介绍煤岩体地质力学测试的重要性和国内外研究现状，然后分别阐述地应力及其分布规律、地应力测量方法、水压致裂法、应力解除法、煤矿井下地应力测量及应力场分布规律、煤岩体强度原位测试方法及应用、煤岩体结构测试方法及应用、煤岩体地质力学参数之间的关系、采动应力测量与监测方法及应用、地质力学测试成果在围岩控制中的应用。