基于褶皱区应力场分布规律的冲击矿压防治.pdf

《基于褶皱区应力场分布规律的冲击矿压防治.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2011年4月矿业安全与环保第38卷第2期基于褶皱区应力场分布规律的冲击矿压防治陈国祥，孙强(河南工程学院安全工程系，河南郑州451191)摘要：在总结褶皱区发生冲击矿压的特点基础上，研究了褶皱构造形成后应力分布规律和工作面开采导致的局部应力场变化规律，提出针对性的防冲措施。研究表明：从防冲的角度讲，褶皱构造区工作面最有利的推进方向是自向斜起往背斜方向推进；在工作面布置上，应先开采位于向斜附近的工作面，然后再往背斜方向逐渐展开。关键词：褶皱区；应力场；冲击矿压；防治中图分类号：TD324文献标志码：A文章编号：1008—4495(2011)02—004

2、3—03在褶皱区开挖巷道及工作面开采过程中，经常受了来自西南方向的主动挤压应力。受这次应力的会引起巷道严重变形和破坏，甚至发生冲击矿压等影响，区内发育褶皱构造。如图1所示，工作面南部煤岩动力灾害¨]，给煤矿安全生产带来极大威胁。为背斜轴部，北高南低，煤层走向转向180。；工作面研究表明，地层中的原岩应力场及开采导致的应力北部位于向斜轴部附近，基本沿走向布置，较平缓，集中对冲击矿压等煤岩动力现象有直接影响-9J，倾角l3～l6。。煤层底板沿走向次级褶曲发育，底板因此，探索褶皱区的应力场分布规律并在此基础上起伏不平。工作面内无断层、无岩浆侵入体等其他研究冲

3、击倾向性煤层的冲击矿压防治技术，对我国构造煤矿安全生产具有重要的意义。笔者以冲击矿压灾害发生严重的甘肃砚北煤矿所采褶皱区工作面为工程背景，结合其冲击矿压的发生特点，开展了上述研究工作。1工作面地质构造状况砚北煤矿250205上工作面位于2502采区，工作面标高+1039．2～+1156．7m。所开采煤层为煤5层，内生裂隙较发育，煤质较硬，平均厚31．0m。图1250205工作面布置平面图煤层倾角6～16。，平均10。。煤层与顶板呈过渡接触关系，伪顶为松软易碎泥岩，容易垮落，厚度0．1～2褶皱区冲击矿压的发生特点0．3m；直接顶为层理明显、稳定性差的砂质

4、泥岩，厚通过对褶皱区现场大量的冲击破坏事例的分析度2．5～5．0m；老顶为胶结致密的粉砂岩，厚度和研究，可以归纳出褶皱区冲击破坏的主要特征5．0—18．0113。煤层底板为灰、灰白色粗砂岩，厚度如下：6．5—19．0m。1)在褶皱的不同部位，冲击矿压出现的次数不因长期受区域上南西一北东向及东西向的挤压同。在褶皱的向斜轴部或向斜轴部附近，冲击矿压应力作用，尤其是印支运动后的燕山运动，使本区承发生次数频繁；而在向斜往背斜转变的过渡段，即在褶皱翼部冲击矿压发生次数次之；在褶皱背斜附近收稿日期：2010—06—30；2010—09—06修订作者简介：陈国祥(1

5、970一)，男，江苏丹阳人，工学博士冲击矿压发生的次数较少。250205上工作面在向斜讲师，主要从事冲击矿压方面的研究工作。E—mail轴部附近开采时，回采巷道累计发生30次冲击矿压gxchencumt@163．COrn。(1次放炮诱发)，占该工作面全部冲击矿压发生次．43．2011年4月矿业安全与环保第38卷第2期数的48．3％，而在褶皱翼部时发生次数仅占30％。近最大水平应力相对大些，其最大水平应力与垂直我国其他冲击矿压矿井褶皱区也有类似的规律。应力的比值达到2．30，图4显示相应的数值模拟2)构造应力大小和方向对冲击矿压有显著的结果。影响。巷道方

6、向与最大水平应力垂直时，冲击矿压发生次数频繁，而巷道方向与最大水平应力顺向时，冲击矿压发生次数较少。250205工作面附近水平应力接近垂直应力的2倍，而一般矿井水平应力与垂直应力比值都在1．5以下，大同矿区严重冲击矿压区域的水平应力也仅是垂直应力的1．7倍左右。3)在巷道破坏形式上，冲击矿压发生时发出强烈声响，同时伴随底板强烈突出，巷道严重变形、两帮有时整体移出，断面收缩明显，通常可达50％～70％，甚至达到90％。3褶皱区应力场分布图42502工作面最大水平应力场分布3．1水平加载作用下褶皱区应力分布褶皱构造作为地质构造的一种常见形式，在受建立如图2

7、所示的数值计算模型，模型长×高区域水平应力挤压形成后，褶皱区向斜附近为最大为200m×6Om，共分3层，中间岩层较硬，黏度较水平应力增高区。这说明褶皱向斜部分煤岩层易积大。模型底端铰接，两侧加载对称的初始位移速率，聚大量弹性能，在此部位进行采掘活动容易满足发使模型在水平方向上缩短。模型采用FLAC数值模生冲击矿压的条件，冲击矿压发生时强度也相对较拟程序中Creep蠕变模块作平面应变分析。大；而翼部、背斜的冲击矿压危险性次之。3．2单工作面开采工作面前方的应力场变化建立数值模拟模型，研究了褶皱区工作面不同推进方向对冲击矿压的影响。图5显示了相应的数值模拟

8、结果。图2褶皱形成模型垛岳模拟结果表明，褶皱向斜附近为最大水平应力集中区，而翼部、背斜附近次之