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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