大采深地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜礦井應(yīng)力集中模擬預(yù)測(cè)研究

尹萬(wàn)蕾1

柳凱2

李忠華1

宋維源1

閻海鵬1

遼寧阜新123000(1、遼寧工程技術(shù)大學(xué)，

遼寧阜新123000)2、阜新礦業(yè)集團(tuán)彩屯煤業(yè)有限公司，

是煤層中地應(yīng)力集中的地方，煤礦災(zāi)害的多摘要：斷層與褶皺在煤巖體中廣泛分布，構(gòu)成了煤層開采過程中失穩(wěn)的主要因素，

加之?dāng)鄬玉耷鷺?gòu)造，地應(yīng)力越來越發(fā)區(qū)域，是煤礦開采等地下工程圍巖變形與破壞的重要原因。隨著煤礦開采深度的不斷增加，

煤與瓦斯突出及突水等災(zāi)害越來越嚴(yán)重。因此，對(duì)大安山煤礦+大，井下應(yīng)力環(huán)境發(fā)生了很大變化，導(dǎo)致巷道大變形、沖擊地壓、

煤巖體性質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)行合理的、切400m水平的斷層、褶皺地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬研究，充分了解應(yīng)力場(chǎng)分布特征、

特別是沖擊地壓的防預(yù)提供了有力的依據(jù)。模擬顯合實(shí)際的圍巖穩(wěn)定性、圍巖變形與破壞分析，為合理的支護(hù)設(shè)計(jì)與災(zāi)害防治，

示：（1）主應(yīng)力方向在斷層附近有明顯擾動(dòng)；（2）遠(yuǎn)離斷層端部區(qū)域煤巖體最大水平主應(yīng)力一般水平，斷層端部的局部區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力集中；（3）向斜最大主應(yīng)力在褶皺軸處最大，向兩翼逐漸變�。唬�4）背斜最大主應(yīng)力從褶皺軸部向兩翼逐漸增大，軸部值達(dá)到最小。與工程實(shí)際有很好的吻合。

關(guān)鍵詞：斷層；褶曲；失穩(wěn)；沖擊地壓；

最大主應(yīng)力；數(shù)值模擬1在引言

礦山工程中，斷層與褶曲的復(fù)雜構(gòu)造，

是煤層中地應(yīng)力集中，煤礦災(zāi)害的多發(fā)，煤礦開采等地下工程圍巖變形與破壞的重要原因。

斷層是由于地殼巖層因受力達(dá)到一定強(qiáng)度而發(fā)生破裂，

并沿破裂面有明顯相對(duì)移動(dòng)的構(gòu)造。褶曲的形成對(duì)于埋藏在地底下的煤礦

產(chǎn)生了諸多影響,對(duì)煤礦的采區(qū)及階段劃分、

煤礦產(chǎn)量、進(jìn)尺、成本、利潤(rùn)等主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有影響，

而且是煤礦生產(chǎn)安全的直接隱患。

隨著煤礦開采深度的增加，地應(yīng)力越來越大，

地應(yīng)力顯現(xiàn)越加明顯。本文從實(shí)際出發(fā)采用KX-81型空芯包體式三軸地應(yīng)力計(jì)空芯包體應(yīng)力測(cè)量方法與數(shù)值模擬計(jì)算相結(jié)合的方式對(duì)比計(jì)分析得出結(jié)論，說明了地應(yīng)力（主要是水平應(yīng)力）是引起地下工程圍巖和支護(hù)的變形與破壞，產(chǎn)生礦井動(dòng)力現(xiàn)象的根本作用力，斷層褶皺對(duì)實(shí)

際采礦生產(chǎn)造成的影響。對(duì)礦井設(shè)計(jì)中最佳巷道軸向的選擇、

合理確定巷道斷面的幾何形態(tài)、尤其對(duì)沖擊地壓的預(yù)測(cè)預(yù)防有重要的指導(dǎo)意義2。

大地質(zhì)安山煤礦概況

東起茶棚嶺斷層，西到大網(wǎng)山斷層，

南自玄武巖頂界4km，，北面到積4825.5km裕鉆孔2與96裕鉆孔連接線。走向長(zhǎng)約9km，傾向?qū)?~。礦區(qū)內(nèi)地勢(shì)陡峻，溝谷縱橫。區(qū)內(nèi)最高峰為老龍窩，最低溝谷為大北河一帶，溝谷均為與地層走向直交或斜交的V

形谷，礦區(qū)地貌為構(gòu)造侵蝕中高山區(qū)，

基巖多裸露，山上多為坡積、殘400m積物大寒嶺水，背平溝谷斜范兩圍內(nèi)兩側(cè)翼、構(gòu)及北造山區(qū)以地緩坡局部SW受巖漿巖侵原NE有沖向積褶、

皺洪積物，為砂礫石及土層。+入為體主的，破次壞級(jí)。構(gòu)井田造十內(nèi)分的發(fā)大育中，型構(gòu)造在深部水平對(duì)煤層的賦存程度減弱，小構(gòu)造發(fā)育加劇。

4.53%窯坡2槽，可，可采采組地煤煤層層層含總厚12煤度層，30~4019.39m自上而層，，可下煤層總厚度25.36m，含煤系數(shù)采是含15煤、14系、數(shù)133.47%、12、10。

、9、7、6、更多內(nèi)容請(qǐng)?jiān)L問久久建筑網(wǎng)
5、4、3、3地圖1

3.1地應(yīng)力地應(yīng)力應(yīng)力測(cè)量

測(cè)量，測(cè)量主要方法

是指處于地下原始狀態(tài)的巖

（礦）體中的某點(diǎn)的應(yīng)力或應(yīng)變的測(cè)量。巖體原始應(yīng)力狀態(tài)的定量數(shù)據(jù)，

是礦山開采和地下建筑工程所必需的資料。本文實(shí)際應(yīng)用KX-81型空芯包體式三軸地應(yīng)力計(jì)空芯包體應(yīng)力測(cè)量方法，實(shí)測(cè)大安山煤礦地應(yīng)力

值。

成。將KX-813枚應(yīng)型變花應(yīng)力（每計(jì)枚由應(yīng)嵌變花入環(huán)有氧4樹脂筒個(gè)應(yīng)變中的片）沿12環(huán)個(gè)電氧樹脂筒阻應(yīng)變圓片周相

組

隔120毅粘貼，然后再用環(huán)氧樹脂澆注外層，

使電阻應(yīng)變片嵌在筒壁內(nèi)（外層厚度約為0.5mm），在應(yīng)力計(jì)的頂部有一個(gè)補(bǔ)償應(yīng)變片

（如圖圓所示）

。a-標(biāo)關(guān)系截面投影(a)圖

圖；b-A、B、C(b)三組應(yīng)變花的粘貼關(guān)系圖(c)

；c-鉆孔中的坐3.2圖2三組應(yīng)變花的分在現(xiàn)地布位置示意圖

場(chǎng)應(yīng)力測(cè)試測(cè)量計(jì)算的基礎(chǔ)上，結(jié)果將套取出的帶有應(yīng)力計(jì)的巖芯放入圍壓

率定機(jī)中并逐漸加壓，測(cè)出不同圍壓下各應(yīng)變片的讀數(shù)，用式（1）和

式（2）計(jì)算彈性模量E和泊松比滋，結(jié)果見表1。將鉆孔方位、

彈性模量、泊松比、應(yīng)變片安裝角及測(cè)量數(shù)據(jù)輸入KX-81型空芯包體應(yīng)力

計(jì)算程序，計(jì)算出北嶺各測(cè)點(diǎn)的地應(yīng)力狀態(tài)和分量值，

如表2~3。耘越（1）滋=（2式中T

）p變；著t-周向應(yīng)0-圍變壓；E--值，MPa；d-巖芯小孔內(nèi)徑；D-巖芯外徑；著x-軸向應(yīng)表性1模地量應(yīng)；滋力-測(cè)泊松量觀測(cè)比。

數(shù)據(jù)表

鉆孔 鉆孔方編號(hào) 測(cè)量地點(diǎn) 位/(°) 裝角應(yīng)變片讀數(shù) 量

泊松比/(°) (1?12) /105MPa μ 1 +550m水平西二石門 245 180 51、190、8更多內(nèi)容請(qǐng)?jiān)L問久久建筑網(wǎng)
5、73、17更多內(nèi)容請(qǐng)?jiān)L問久久建筑網(wǎng)
5、1.28 0.24 214、130、133 112、16更多內(nèi)容請(qǐng)?jiān)L問久久建筑網(wǎng)
5、150、30、96、2

+550m水平西二石門 255

180

114、132、154、180、1.27

0.23

190、158、154

3 +550m水平230、28、88、97、127、230 180 230、

西三石門 91、82、41、191、140、1.25 0.27 142 +550m水平218、163、163、6更多內(nèi)容請(qǐng)?jiān)L問久久建筑網(wǎng)
5、56、4

西三石門

210

180

318、143、88、183、153、1.25

0.26

98、88

表2實(shí)測(cè)地應(yīng)力狀態(tài)表

測(cè)孔號(hào) 測(cè)量地點(diǎn) 主應(yīng)力類別 主應(yīng)力值/MPa 方位角/(°) 傾 角/(°)

最大主應(yīng)力 1 +550m水平 26.3 244 14.5

西二石門

中間主應(yīng)力 13.5 -59 -64

最小主應(yīng)力 8.6 159 -20 最大主應(yīng)力 20.5 252 -7

2 +550m水平 西二石門

中間主應(yīng)力 12.2 -16 -5

最小主應(yīng)力

9.3 109 -80 3 +550m水平 最大主應(yīng)力 19.1 232 12

西三石門

中間主應(yīng)力 12.4 -2 70

最小主應(yīng)力 8.1 139 15 4 +550m水平 最大主應(yīng)力 22.6 213 1

西三石門

中間主應(yīng)力 12.6 -58 -80 最小主應(yīng)力 9.2 122 -9

-5-