本文關(guān)鍵詞：煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造對地應(yīng)力分布的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造對地應(yīng)力分布的影響

發(fā)布日期： 2014-06-30 發(fā)布：  

  2014年5期目錄       本期共收錄文章20篇

　　【摘 要】煤礦井下開采作業(yè)中，地質(zhì)構(gòu)造與地應(yīng)力分布之間存在著一定的關(guān)系，本文主要通過案例分析對煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造對地應(yīng)力分布的影響進行了具體的分析和探討。
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　　【關(guān)鍵詞】煤礦井下；地質(zhì)構(gòu)造；地應(yīng)力分布；影響
　　地應(yīng)力測量對地質(zhì)構(gòu)造研究、水利、國防等工程中有關(guān)問題的解決具有有效的理論和實際指導意義。在礦區(qū)開采時，根據(jù)工程地質(zhì)條件和工程所處不同構(gòu)造，根據(jù)其所處的地應(yīng)力類型、狀態(tài)以及作用特征、采用有效合理的預防礦井動力現(xiàn)象技術(shù)措施，來確定科學的回采順序，對保證煤礦巷道生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定性具有重要意義。因此，對煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造對地應(yīng)力分布影響的探討有其必要性。
　　1 研究背景
　　煤礦井下存在著不同規(guī)模和不同類型的結(jié)構(gòu)，如層理、節(jié)理、斷屋、褶曲以及裂隙等，這些不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)對煤巖體的力學性質(zhì)造成了嚴重影響。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在煤巖體中由于原始應(yīng)力作用的存在，在研究巖體穩(wěn)定性以及力學行為時，需要首先考慮到原始應(yīng)力地，尤其是對于構(gòu)造應(yīng)力的影響，為此，需要通過加強對這些構(gòu)造的研究，獲取相關(guān)的可靠信息，比如褶曲走向、大規(guī)模斷層等來判斷主應(yīng)力的方向，也可以根據(jù)裂隙、節(jié)理的方向在小范圍內(nèi)來判斷。目前已經(jīng)有大量關(guān)于地應(yīng)力和斷裂的研究成果，但是諸多觀點均認為，地應(yīng)力狀態(tài)變化與斷裂發(fā)育的復雜程度密切相關(guān)。
　　2 原理分析
　　我國的煤礦主要是井下開采，一般而言，煤礦開采地質(zhì)構(gòu)造對地應(yīng)力分布的影響就成為其中研究的關(guān)鍵。經(jīng)地大量研究發(fā)現(xiàn)，斷裂及附近地應(yīng)力的影響范圍與斷裂規(guī)模成正比關(guān)系，且變化情況相對復雜，不僅有應(yīng)力增大的現(xiàn)象，也有應(yīng)力降低現(xiàn)象，且伴隨著時間的變化，斷裂及附近的應(yīng)力也會發(fā)生相應(yīng)的變化，曾經(jīng)張景對其進行了研究和測量，發(fā)現(xiàn)不論是正斷層，還是逆斷層，最小主應(yīng)力均平行于斷層跡線水平應(yīng)力。通常造成應(yīng)力原因主要是由于構(gòu)造運動和重力作用所造成的，而且影響因素相當復雜，加上其空間分布不均勻，為此，可以通過實測準確的應(yīng)力值，進行統(tǒng)計分析，以獲取應(yīng)力分布以及變化規(guī)律，從而更好地指導工作實踐。
　　3 實踐應(yīng)用分析
　　在這里以華亭礦區(qū)為例進行具體的說明，該礦區(qū)屬于急傾斜特厚煤層，煤層的厚度約為33.8-66.9m，平均厚度約為50.6m，整個礦區(qū)的煤層底板為泥質(zhì)膠結(jié)的粗砂巖和中砂巖，而基本頂則為細砂巖、和粉砂巖，具有不穩(wěn)定性，而井田內(nèi)的結(jié)構(gòu)基本形態(tài)多樣化，有向斜、背斜、單斜，這些構(gòu)造都會對煤層傾角造成一定的影響，具體如圖所示：
　　根據(jù)以上圖示分析：煤層主要分為兩部分，一是急傾斜、二是緩傾斜，其中，向斜主要是由于板塊擠壓而成，加上整個礦區(qū)處于向斜的軸部和翼部，因而導致其應(yīng)力場相對復雜，為此，在測量應(yīng)力時，采用空心包體應(yīng)力解除處理，為了進一步對煤層礦區(qū)應(yīng)力場分布規(guī)律及其影響狀況進行分析，需要采用水壓致裂法進行地應(yīng)力的測量。
　　3.1 測量設(shè)備
　　在本次測量中，主要采用水壓致裂地應(yīng)力測量系統(tǒng)，為國家地質(zhì)研究所所研制的CSIRO HID最新數(shù)字式空心包體應(yīng)力測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)內(nèi)置微處理器和A/D轉(zhuǎn)換板，并且配置有控制箱、臺式機、定向器、高壓油管等，并且通過中央5控制器來直接輸出數(shù)字信號，系統(tǒng)在測量時對傳輸距離沒有特別的限制，系統(tǒng)還采用了電纜4芯，不僅重量輕，而且直徑變小，更容易穿過鉆桿，消除了信號損失和數(shù)據(jù)漂移的問題，并且采用HID數(shù)字式空心包體、預埋微控制器的數(shù)字傳感器，應(yīng)用巖石或混凝土的三向應(yīng)力測試、ISRM推薦進行應(yīng)力測試、應(yīng)力解除過程中進行監(jiān)測、短期或長期監(jiān)測三向應(yīng)力、真正得到一點的三維應(yīng)力張量，使得測試精度更高，具體的參數(shù)情況如下表所示：
　　技術(shù)規(guī)格 參數(shù)范圍
　　應(yīng)力范圍 大于100MPa
　　溫度范圍 0到60℃
　　應(yīng)變計阻值 120歐姆
　　橋路設(shè)置 三線，四分之一橋
　　精度 標準誤差為應(yīng)力的+/-10ppm
　　應(yīng)變計長度 10mm
　　鉆孔尺寸 38mm直徑（EX或者EXT），套孔直徑100-150mm的應(yīng)力解除
　　電源 5-15VDC，測試時55mA電流，等待時5mA電流
　　數(shù)據(jù)格式 NMEA 0183，逗號分隔
　　分辨率 +/-0.1微應(yīng)變
　　優(yōu)點 電纜傳輸時無信號損失； 4芯窄體電纜；高精度；“交鑰匙”方案；操作簡單的數(shù)據(jù)下載和分析；消除了讀數(shù)漂移相關(guān)的問題；可以兼容任意擁有RS232的數(shù)據(jù)采集儀
　　3.2 測量方法
　　煤礦開采地質(zhì)構(gòu)造情況相對復雜，且國內(nèi)外地應(yīng)力測量方法也有多種，但是應(yīng)用較多的以水壓致裂法和應(yīng)力解除法，即采用充壓膨脹式的封隔器把鉆孔的待加壓段密封起來，對隔離段加壓直至開裂，當軸向裂縫產(chǎn)生，測試過程中產(chǎn)生的壓力，可以用來確定垂直于鉆孔平面那的次主應(yīng)力的大小，且在應(yīng)力解除過程中，進行全過程跟蹤監(jiān)測，在單孔中取得測點的三維應(yīng)力狀態(tài)
　　4 測量結(jié)果分析
　　在煤礦井下的應(yīng)力分析中，主要進行了2次的地應(yīng)力測量，且共14個測站，根據(jù)上述分析，知道該礦區(qū)存在著不同類型的結(jié)構(gòu)，包含有層理、節(jié)理、斷屋、褶曲以及裂隙等，為了充分了解這些地質(zhì)結(jié)構(gòu)分別對煤巖體的力學性質(zhì)造成影響，需要通過測量結(jié)果進行科學評價，在本次研究中發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)中煤巖體原始應(yīng)力作用的存在，需要對巖體穩(wěn)定性以及力學行為進行了解，并且在此基礎(chǔ)上，進一步考慮原始應(yīng)力地，尤其是對于構(gòu)造應(yīng)力的影響，14個檢測站中，位于急傾斜煤層的4個檢測丫平均不平應(yīng)力和垂直主應(yīng)力的比值均小于1，而且經(jīng)過對構(gòu)造的研究，獲取相關(guān)的可靠信息，比如褶曲走向、大規(guī)模斷層等來判斷主應(yīng)力的方向，也可以根據(jù)裂隙、節(jié)理的方向在小范圍內(nèi)來判斷，發(fā)現(xiàn)10個測站的最大主應(yīng)力大于20MPa，且全部位于水平煤層，而另外的4個測站的主應(yīng)力范圍則在11-16MPa，且全部位于急傾斜層。在測量應(yīng)力時，采用空心包體應(yīng)力解除處理，為了進一步對煤層礦區(qū)應(yīng)力場分布規(guī)律及其影響狀況進行分析，發(fā)現(xiàn)其有應(yīng)力增大現(xiàn)象和降低現(xiàn)象，與此同時，在時間變化的過程中，斷裂及附近的應(yīng)力也發(fā)生變化，從而獲取應(yīng)力分布以及變化規(guī)律。
　　5 結(jié)語
　　總而言之，礦區(qū)地應(yīng)力的測量對礦區(qū)勘探具有一定的指導作用，需要加強理論分析，結(jié)合地應(yīng)力實際測量結(jié)果，更好地礦區(qū)斷裂構(gòu)造的作用機理以及力學成因，并在此基礎(chǔ)上合理選擇測量方法，以提升測量數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，從而更好應(yīng)用于工程實踐。
　　參考文獻：
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