地质力学测试对矿井开拓部署的影响

地质力学测试对矿井开拓部署的影响

史康福

陕西旬邑青冈坪矿业有限公司 陕西 旬邑 727102

摘 要：矿井开拓部署作为矿山建设体系的重要组成部分，其对于矿山开采工作的高效安全进行具有十分重要的现实意义。为了对矿山储层进行系统全面的了解，这就需要进行一系列的地质力学测试，进而能够获取客观真实的储层数据，这就为矿井开拓部署工作的开展提供了重要的基础资料。本文对地质力学测试方法进行了一定的论述，在此基础上，进一步对地应力进行分析，并探讨了地质力学参数对矿井开拓部署的影响，有助于促进矿井开采水平的不断提高，对于从事相关工作的技术人员具有一定的借鉴意义。

关键词：地质力学；矿井；开拓部署

1 前言

矿山建设作为一项非常复杂的系统性工程，在其实施过程中会涉及到综合资源回收利用率、参建各方的投资回报以及整体社会价值等一些列的因素，为了确保其能够顺利实施，这就需要对其进行统筹规划、合理安排，综合考虑到各方面的影响因素。为了确保矿井的安全高效生产，这就需要结合矿山的实际情况，进行有针对性的建设规划，进而为各项生产工作的开展提供科学合理的指导。矿井开拓部署作为矿山建设规划的重要组成部分，只有对矿山开采工作进行切合实际的开拓规划，才能为矿山开采后续的巷道维护、采煤方法以及采掘设备选择等工作的顺利实施提供便利，进而为企业带来良好的经济效益，推动企业的长远发展。因此，需要对矿井开拓部署工作进行充分的重视，而各种地层基础数据则是矿井开拓部署工作实施的重要基础，基础数据的获取则需要通过开展一系列的地质力学测试。

2 地质力学测试方法

根据测量地点的不同，可以将地质力学测试划分为实验室试验和现场原位测量两种不同的测试方法，需要结合测试的实际情况进行有针对性的选择。在进行实验室测试的过程中，由于测试件脱离了井下复杂的地质环境，并且在实验室的条件下难以对井下储层的应力条件、结构面分布以及环境因素等进行有效的模拟，这就会导致测试环境与井下的实际情况之间存在较大的差距，由此所获得的测试结果与真实值之间也会存在较差的误差，导致其应用价值大大折扣。现场原位测量是在井下地质环境中直接进行的，所获得的测试结果与真实值之间的误差较小，能够较为准确的反映实际情况，并且还有部分地质数据需要在现场真实的条件下进行测试。因此，在现场条件允许的情况下，需要优先采用现场原位测量方法，进而确保测试结果具有较高的精度，这就为后续工作的开展提供准确的地质基础数据。

3 地应力

地应力作为导致煤岩体变形和破坏的根本作用力，其对于矿井开采工作的安全进行具有十分重要的影响。例如，围岩变形失稳、顶板冒落以及矿压显现剧烈状况等情况都是在地应力的作用下发生的，这就需要对地应力进行系统全面的测试，进而及时采取有针对性的控制措施，将不利影响限制在较小的范围内。为了获取较为精确地地应力基础数据，这就需要对其进行原位测量，并对矿区内的地应力分布特征进行系统全面的分析，进而为矿井开采工作的安全高效进行提供相应的指导。

3.1 地应力的测试方法

由于矿井的地下情况非常复杂，会受到多种不同因素的影响，这就会对地应力的准确测量造成不小的阻碍，当前常用的地应力测试方法主要有：应力解除法和水压致裂法，下面将分别进行论述。

（1）应力解除法

在应力解除法的实施过程中，首先，需要对地层岩体进行有效的扰动，这就要结合岩体的性质采取钻孔、切槽以及套钻的方式，将岩样全部或者部分由钻孔周围岩体中进行彻底的分离；其次，对岩体去除前后的位移或者应变情况进行实时的监测，一旦发现异常情况就要立即停止测试，并采取相应的控制措施，只有地层恢复正常后才能继续进行测试；最后，通过测试仪器获取地层岩体的力学参数，并结合岩体应力与应变之间的相互关系，计算得到相应的原岩应力。

为了确保测试结果具有足够的精度，在实际的测试过程中需要注重以下几方面：

1）由于地层应力解除前后岩体的位移或应变都比较小，这就对测量仪器精度提出了非常高的要求，只有高精度的测量仪器才能精确测出位移或者应变的微小变化。

2）通过所测得的地层岩体位移或者应变计算原岩应力的过程中，需要采用弹性模量和泊松比等相关的力学参数。因此，储层岩样力学参数的准确性在很大程度上决定着原岩应力计算结果精度，这就需要予以充分的重视。

3）在原岩应力的计算过程中，除了需要相应的岩石力学参数，还需要构建岩石应力与应变之间的相关关系，这就为原岩应力的准确计算提供了可靠保障。

（2）水压致裂法

在进行水压致裂法的测量过程中，也需要在钻孔中实施。首先，需要结合测量的需求设定需要封隔的钻孔深度，再将橡胶封隔器下入其中，通过橡胶的膨胀作用实现钻孔的有效封隔；其次，选用相应密度的流体注入其中，这就会在封隔钻孔上施加一定的压力，随着流体的不断注入，相应的压力也会持续增加，当压力超过储层岩体的极限后，就会导致钻孔围岩发生破裂或者原生裂隙张开破裂；最后，当地层岩体裂隙扩展到一定深度后，停止注入流体，确保压力恒定，直至初始裂隙形成后卸压，使裂隙闭合，再重新注入流体增压，使闭合裂隙重新张开。在进行压裂的过程中，需要对压力和流量数据随时间的变化进行实时记录，由压力-时间曲线就能计算出储层岩体的主应力，并且通过破裂方位就能对主应力方向进行初步的判断。

在水压致裂法的实施过程中，不需要套芯和测定储层岩体的力学参数，其对测量仪器的精度要求也不高，能够适应各种恶劣的测量环境。同时，由于局部因素对整个测量过程所造成的影响较小，所测地应力的空间范围较大，相应的成功率也较高。其存在的唯一缺陷就是，假设条件之一是一个主应力与钻孔轴线的方向保持一致，但是这个方向上的主应力是通过估算得到的。该种假设在地形平坦、地质条件较为简单的储层岩体中具有较高的置信度，而在地形和地质条件复杂的情况下，所得到的测量数据与真实值之间会存在较大的误差，这就会导致其测量数据失去应用价值。

3.2 地应力场对巷道布置的影响

地层岩体中水平方向上的应力对巷道变形和破坏所造成影响主要有：当巷道轴线平行于最大主应力，其所受到的影响最小，有利于顶底板保持稳定状态；当巷道轴线垂直于最大主应力，其所受到的影响最大，相应顶底板的稳定性较差；当巷道轴线与最大主应力之间存在一定的夹角，巷道的某一侧会出现水平应力集中的现象，该侧的顶底板稳定性较差。

4 地质力学参数对矿井开拓部署的影响

矿井开拓部署主要是从总体方面对井巷布置、工程实施以及开采部署进行规划设计，其对于矿井的安全顺利开展具有决定性的影响。矿井开拓部署的制定则需要储层岩体的地质力学参数，进而为井筒、井底车场以及开拓大巷等重要工程的科学布置提供重要的地层基础数据。

5 结语

总而言之，矿井开拓部署对于矿井开采工作的安全高效进行具有十分重要的现实意义，这就需要对其予以充分的重视。通过对储层岩体进行系统全面的地质力学测试，这就能够为矿井开拓部署提供准确的基础数据，确保其能够满足安全开采的需求。

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