基于Kaiser效应的岩石声发射地应力测试：郑庄煤矿实例研究

本文主要探讨了基于岩石声发射Kaiser效应的地应力测试方法在煤矿工程中的应用，以郑庄煤矿3号和15号煤层作为研究背景。地应力是地下工程岩体稳定性的重要因素，对于确保煤矿开采的安全和效率至关重要。研究者利用弹性力学原理和岩石声发射Kaiser效应这一技术，对地应力的大小和方向进行了深入的理论分析。 首先，通过对实验室内单轴加载条件下的岩石样本进行测试，研究人员分析了3号和15号煤层的垂直应力、最大水平主应力以及最小水平主应力随深度变化的趋势。结果发现，这些应力参数随着煤层深度的增加而递增，显示出地应力随深度增加的规律性。同时，两层煤的地应力分布表现出相似性，属于中等应力区域。 值得注意的是，研究发现2层煤的最大水平主应力超过了垂直应力，这表明构造应力对地应力贡献较大，超过了由于自重产生的地应力，形成了典型的以构造应力为主的主应力场。此外，最大水平主应力的方向相对稳定，主要集中在N27°W方向，这为矿井的地质结构和灾害预防提供了重要线索。 研究还特别关注了2层煤顶板和底板的平均水平主应力，即最大水平主应力和最小水平主应力的平均值，与垂直应力的比值，结果分别为0.968、0.948、0.938和0.934，这反映了不同位置的地应力特性。3号煤层的平均水平主应力与垂直应力的比例高于15号煤层，这表明3号煤层的地应力分布可能更为复杂。 本文的研究成果为煤矿业者提供了实用的工具，利用岩石声发射Kaiser效应进行地应力测试，有助于更准确地评估和管理矿井的地质风险，从而提高开采的经济效益和安全性。通过将理论分析与现场测试相结合，这种方法有望成为现代煤矿工程中不可或缺的一部分，促进地下资源的可持续开发。