本發明涉及一種煤礦井下地應力場主應力方向預測方法，主要特征是根據區域構造演化歷史和現今構造運動特點，初步預測區域地應力場類型；其次是選取同一巖層內相互交叉、支護類型基本相同的巷道進一步判斷觀測區域地應力場類型；然后，根據井下應力痕跡幾何特征，判斷觀測地點的地應力場最大水平主應力方向；最后結合地應力場類型及最大水平主應力方向，判斷地應力場最大主應力方向、中間主應力方向、最小主應力方向。該方法克服了現有煤礦地應力場測試方法工程費用高、過程繁瑣的問題，利用巷道變形、應力痕跡特征與地應力場類型及主應力方向關系，提出了一種經濟實用而有效的煤礦井下地應力場主應力方向預測方法。

技術領域

本發明歸屬煤礦安全技術領域，是一種煤礦井下地應力場主應力方向預測方法。

技術背景

煤礦生產中的安全是頭等重要的問題，為了解決煤礦的安全生產，對礦區的地應力場測試是防止安全事故發生必不可少的基礎工作。在地應力場測試中，按地應力測試地點豎直應力σ_v、最大水平主應力σ_H、最小水平主應力σ_h三者數值大小關系，將地應力場分為σ_H＞σ_v＞σ_h型、σ_H＞σ_h＞σ_v型、σ_v＞σ_H＞σ_h型三種。不同礦井因開采深度和區域地質運動特征不同，可能歸屬不同的地應力場類型。地應力場，特別是主應力方向是煤層滲透性優勢方位的主要控制因素，因而影響著煤層瓦斯抽采效率。煤礦瓦斯抽采實踐表明，沿不同方向施工的瓦斯抽采鉆孔的抽采效率具有顯著差異，垂直于最大主應力方向施工的瓦斯抽采鉆孔往往具有較高的瓦斯抽采效率。另外，最大主應力方向影響巷道變形破壞程度，當巷道軸線與最大主應力方向一致時，巷道變形破壞輕微，維護工程小；當巷道軸線與最大主應力方向垂直時，巷道變形破壞嚴重，需要投入大量維護工程。因此，獲知地應力場主應力方向方向，有助于煤層瓦斯高效抽采優化設計，提高資源開發利用效率；通過調整主要巷道沿最大水平主應力方向施工，能夠節約巷道維護成本，最大限度地延長巷道服務年限。

然而，由于地應力現場測試過程復雜、測試成本高，在實際生產中，大部分煤礦沒有進行地應力測試，煤礦井下巷道布置、煤層瓦斯抽采等工程設計，缺乏必要的地應力參數指導，導致煤層瓦斯抽采效果差、巷道維護困難，為煤礦井下生產留下了安全隱患。因此，有必要研究經濟、實用的地應力場主應力方向預測方法，推進煤礦普遍開展地應力場分析工作，為井下煤層瓦斯抽采、巷道維護提供必要的技術支撐。

發明內容

針對上述情況，為克服現有技術缺陷，有效解決地應力場預測問題，本發明通過分析巷道變形與地應力場類型和地應力方向的相關關系，利用井下巷道變形和應力痕跡特征，提出了一種經濟實用的煤礦井下地應力場主應力方向預測方法。

本發明的目的按以下步驟實現：

S₁：初步預測區域地應力場類型：分析該區域構造演化歷史和現今構造運動特點，當區域地質運動以水平運動為主，地應力場可能是σ_H＞σ_h＞σ_v型或σ_H＞σ_v＞σ_h型；當區域地質運動以抬升運動為主或是以沉降運動為主，地應力場類型可能是σ_v＞σ_H＞σ_h型；

S₂：選取同一巖層內相互交叉、支護類型基本相同的巷道(1)、巷道(2)，如圖2所示：

當巷道(1)、巷道(2)均以兩幫破壞為主，則地應力場為σ_v＞σ_H＞σ_h型；

當巷道(1)、巷道(2)均以頂底板破壞為主，則地應力場為σ_H＞σ_h＞σ_v型；