山西西山矿区井下地应力场分布规律

张剑^1,2,3,4，康红普^1,2,3,4，刘爱卿^1,2,3,4，程蓬^1,2,3,4，司林坡^1,2,3,4，李中伟^1,2,3,4

1. 煤炭科学研究总院开采设计研究分院2. 天地科技股份有限公司开采设计事业部4. 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室

摘 要：西山矿区是山西省采煤区的重要组成部分,为补充矿区地应力测试空白和研究掌握矿区地应力场分布规律与变化特征,采用小孔径水压致裂地应力测量装置,在西山矿区9个煤矿,完成59个测点的原位地应力测量,从地应力场类型、地应力量级、水平主应力方向以及侧压比等多角度分析表征地应力场分布规律等参量的变化特征,分析矿区煤系沉积岩地层不同岩性岩体水平主应力及侧压比随埋深的变化关系,研究西山煤矿区地应力场分布规律,探究岩性对矿区地应力场分布规律的影响。结果表明:西山矿区主要为中深部矿井,井下地应力场以水平应力为主,构造应力场占绝对主导优势,地应力量级主要为中等水平,低应力水平次之,地应力值随埋深增加而增大,但离散性也非常显著,埋深不仅决定地应力场类型,而且影响地应力量级;水平最大主应力方向呈NW向和NE向,主要为N5°W～N90°W和N6°E～N87°E,约各占50%;正断层带附近水平主应力呈明显增大变化特征,水平最大主应力方向发生扭转,为导致矿区地应力值异常和离散的主要影响因素;最大侧压比为0.80～4.23,其大小与地应力场类型相关,小于1为自重应力场,大于1为构造应力场,超过2水平应力完全占主导地位,平均侧压比为0.61～3.19,与埋深拟合曲线和霍克-布朗提出的曲线相似,但由于仅为西山特定煤矿区沉积岩地层测量数据故数值上存在明显差异;岩性不同岩体水平主应力值大小随埋深增加均增大,但应力增长梯度显现出差异性,岩性不同岩体两类侧压比随埋深增加均趋向于定值,但两类侧压比曲率大小呈现出明显的差异化特征,岩性仅为影响矿区地应力场分布规律的因素之一,很难依据单因素精确判定构造应力场的分布规律。

关键词：西山矿区;地应力;埋深;正断层;岩性;分布规律;