大采深地质构造复杂矿井应力集中模拟预测研究
大采深地质构造复杂矿井应力集中模拟预测研究
尹万蕾1
柳凯2
李忠华1
宋维源1
阎海鹏1
辽宁阜新123000(1、辽宁工程技术大学，
辽宁阜新123000)2、阜新矿业集团彩屯煤业有限公司，
是煤层中地应力集中的地方，煤矿灾害的多摘要：断层与褶皱在煤岩体中广泛分布，构成了煤层开采过程中失稳的主要因素，
加之断层褶曲构造，地应力越来越发区域，是煤矿开采等地下工程围岩变形与破坏的重要原因。随着煤矿开采深度的不断增加，
煤与瓦斯突出及突水等灾害越来越严重。因此，对大安山煤矿+大，井下应力环境发生了很大变化，导致巷道大变形、冲击地压、
煤岩体性质与结构特征，进行合理的、切400m水平的断层、褶皱地质构造应力场进行数值模拟研究，充分了解应力场分布特征、
特别是冲击地压的防预提供了有力的依据。模拟显合实际的围岩稳定性、围岩变形与破坏分析，为合理的支护设计与灾害防治，
示：（1）主应力方向在断层附近有明显扰动；（2）远离断层端部区域煤岩体最大水平主应力一般水平，断层端部的局部区域出现应力集中；（3）向斜最大主应力在褶皱轴处最大，向两翼逐渐变小；（4）背斜最大主应力从褶皱轴部向两翼逐渐增大，轴部值达到最小。与工程实际有很好的吻合。
关键词：断层；褶曲；失稳；冲击地压；
最大主应力；数值模拟1在引言
矿山工程中，断层与褶曲的复杂构造，
是煤层中地应力集中，煤矿灾害的多发，煤矿开采等地下工程围岩变形与破坏的重要原因。
断层是由于地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂，
并沿破裂面有明显相对移动的构造。褶曲的形成对于埋藏在地底下的煤矿
产生了诸多影响,对煤矿的采区及阶段划分、
煤矿产量、进尺、成本、利润等主要经济指标和企业的经济效益有影响，
而且是煤矿生产安全的直接隐患。
随着煤矿开采深度的增加，地应力越来越大，
地应力显现越加明显。本文从实际出发采用KX-81型空芯包体式三轴地应力计空芯包体应力测量方法与数值模拟计算相结合的方式对比计分析得出结论，说明了地应力（主要是水平应力）是引起地下工程围岩和支护的变形与破坏，产生矿井动力现象的根本作用力，断层褶皱对实
际采矿生产造成的影响。对矿井设计中最佳巷道轴向的选择、
合理确定巷道断面的几何形态、尤其对冲击地压的预测预防有重要的指导意义2。
大地质安山煤矿概况
东起茶棚岭断层，西到大网山断层，
南自玄武岩顶界4km，，北面到积4825.5km裕钻孔2与96裕钻孔连接线。走向长约9km，倾向宽2~。矿区内地势陡峻，沟谷纵横。区内最高峰为老龙窝，最低沟谷为大北河一带，沟谷均为与地层走向直交或斜交的V
形谷，矿区地貌为构造侵蚀中高山区，
基岩多裸露，山上多为坡积、残400m积物大寒岭水，背平沟谷斜范两围内两侧翼、构及北造山区以地缓坡局部SW受岩浆岩侵原NE有冲向积褶、
皱洪积物，为砂砾石及土层。+入为体主的，破次坏级。构井田造十内分的发大育中，型构造在深部水平对煤层的赋存程度减弱，小构造发育加剧。
4.53%窑坡2槽，可，可采采组地煤煤层层层含总厚12煤度层，30~4019.39m自上而层，，可下煤层总厚度25.36m，含煤系数采是含15煤、14系、数133.47%、12、10。
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5、4、3、3地图1
3.1地应力地应力应力测量
测量，测量主要方法
是指处于地下原始状态的岩
（矿）体中的某点的应力或应变的测量。岩体原始应力状态的定量数据，
是矿山开采和地下建筑工程所必需的资料。本文实际应用KX-81型空芯包体式三轴地应力计空芯包体应力测量方法，实测大安山煤矿地应力
值。
成。将KX-813枚应型变花应力（每计枚由应嵌变花入环有氧4树脂筒个应变中的片）沿12环个电氧树脂筒阻应变圆片周相
组
隔120毅粘贴，然后再用环氧树脂浇注外层，
使电阻应变片嵌在筒壁内（外层厚度约为0.5mm），在应力计的顶部有一个补偿应变片
（如图圆所示）
。a-标关系截面投影(a)图
图；b-A、B、C(b)三组应变花的粘贴关系图(c)
；c-钻孔中的坐3.2图2三组应变花的分在现地布位置示意图
场应力测试测量计算的基础上，结果将套取出的带有应力计的岩芯放入围压
率定机中并逐渐加压，测出不同围压下各应变片的读数，用式（1）和
式（2）计算弹性模量E和泊松比滋，结果见表1。将钻孔方位、
弹性模量、泊松比、应变片安装角及测量数据输入KX-81型空芯包体应力
计算程序，计算出北岭各测点的地应力状态和分量值，
如表2~3。耘越（1）滋=（2式中T
）p变；着t-周向应0-围变压；E--值，MPa；d-岩芯小孔内径；D-岩芯外径；着x-轴向应表性1模地量应；滋力-测泊松量观测比。
数据表
钻孔 钻孔方编号 测量地点 位/(°) 装角应变片读数 量
泊松比/(°) (1?12) /105MPa μ 1 +550m水平西二石门 245 180 51、190、8更多内容请访问久久建筑网
5、73、17更多内容请访问久久建筑网
5、1.28 0.24 214、130、133 112、16更多内容请访问久久建筑网
5、150、30、96、2
+550m水平西二石门 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、
西三石门 91、82、41、191、140、1.25 0.27 142 +550m水平218、163、163、6更多内容请访问久久建筑网
5、56、4
西三石门
210
180
318、143、88、183、153、1.25
0.26
98、88
表2实测地应力状态表
测孔号 测量地点 主应力类别 主应力值/MPa 方位角/(°) 倾 角/(°)
最大主应力 1 +550m水平 26.3 244 14.5
西二石门
中间主应力 13.5 -59 -64
最小主应力 8.6 159 -20 最大主应力 20.5 252 -7
2 +550m水平 西二石门
中间主应力 12.2 -16 -5
最小主应力
9.3 109 -80 3 +550m水平 最大主应力 19.1 232 12
西三石门
中间主应力 12.4 -2 70
最小主应力 8.1 139 15 4 +550m水平 最大主应力 22.6 213 1
西三石门
中间主应力 12.6 -58 -80 最小主应力 9.2 122 -9
-5-
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