1　概述

1.1　引言

岩体中任何一点都受到力的作用，处于受力状态中。地应力（又称原岩应力或岩体初始应力）是存在于地层中未受扰动的天然应力，是由于岩体自重和地壳构造运动引起并残留至今的构造应力等因素，而在岩体中形成的天然应力，是引起采矿工程围岩、水利水电、铁道、公路以及岩土开挖工程变形甚至破坏的根本作用力。准确的地应力资料是地面和地下岩石工程稳定性分析，实现岩土工程相关设计和决策科学化的必要前提。

近几十年来，随着科学技术的进步和建设事业的发展，大型工业企业和市政设施的地下工程日益增多，在水利水电、交通运输、矿山开采以及军事工程等方面修建了大量规模巨大的地下洞室，收到了良好的效益。各种大型岩土工程如水电站大坝开挖、大断面地下隧道或硐室及高边坡等，传统的经验类比法逐渐失去作用，所有的工程稳定性研究和设计分析，都要求准确掌握地应力的分布特征和规律，地应力场成为工程建设过程中值得研究的重要课题。

我国地质、地震、水电、石油等行业开展地应力研究的时间较早，研究的程度亦较深，在大型工程建设前，为保证工程的安全和投资的合理使用，应开展地应力状态研究并以此评价工程所在区域的稳定性。大量工程实践表明地质灾害与地应力状态有着密切关系，研究地质灾害首先应从地应力开始着手，这已经成为工程技术研究者的共识。因此，各种有关的地应力测量理论、方法以及岩体地应力场的研究，成为科学研究中的重点。

煤炭被誉为工业的粮食，煤炭工业在我国国民经济中占有举足轻重的作用，在未来的20～50年内，我国一次能源生产和消费以煤为主的格局不会改变。同时，我国是一个产煤大国，受资源条件的限制，煤炭赋存条件复杂，90％以上煤矿属于地下开采。大量的矿井生产实践证明，生产过程中遇到的重大技术研究问题如巷道围岩失稳破坏、冲击地压危险预测及防治、上覆岩层变形破坏等都与地应力有关，矿井地应力场的研究受到普遍关注，生产实践中对地应力及围岩力学参数等基础技术数据的需要已越来越迫切。

但是相比较而言，煤矿地应力测量和研究工作稍落后于其他行业。传统理论应用地应力参数评价采矿工程的稳定性时一直以静水压力理论为依据。但随着采矿规模的不断扩大和不断向深部发展，地应力的影响越加严重，如采煤引起的地表下沉变形预计、地质构造研究、开采引起的地下水渗透性变化、矿井水害防治等。20世纪80年代以后，随着地应力测量在煤矿中的应用，特别是随采深不断增加，以静水压力理论为基础计算的地应力与实测的地应力差别较大，依此而进行的岩石力学计算已无法满足实际的需要，从而严重制约相关技术的提高。因此，近年来以地应力实测为基础的岩石力学计算在煤矿生产中大力推广应用，在此情况下研究整个矿区的地应力状况已越来越必要。

目前我国许多矿井随着开采深度和强度的增加，也逐渐认识到在诸多影响井巷工程稳定性的因素中，地应力是最主要和最根本的因素之一，最大主应力通常是垂直应力的0.5～5.5倍，如果不考虑最大水平应力的作用进行设计和施工，往往造成地下采场或硐室的坍塌或破坏，影响矿井安全生产，造成人员伤亡和重大经济损失。而国内大部分矿区由于地应力测量手段、技术和各矿实际生产情况等原因，地应力的实测工作还停留在局部位置和地点，大多是针对单个矿井进行地应力实测，得出地应力场回归公式离散程度较大，将其用于地下工程围岩稳定分析与支护结构设计可靠性难以保证。

基于上述分析，将结合具体矿区煤矿开采的实际要求，通过区域地应力构造地质分析、矿区地应力实测、地应力场有限元回归反演、人工神经网络预测、基于实测地应力结果的三维数值分析计算等研究方法，掌握整个矿区的地应力分布规律，进一步揭示地应力与矿井巷道布置、巷道围岩稳定性、巷道支护的关系及影响程度，为建立岩体力学模型和进行岩石力学计算提供地应力参数，在保证巷道围岩稳定的情况下，提高巷道施工速度，降低巷道施工成本，促进矿井安全高效生产。