深部開采底板應(yīng)力傳播規(guī)律研究

趙振軍

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.22.075

摘 要：該文在分析了開灤趙各莊礦13水平東翼2石門以東的地質(zhì)條件和開采特點的基礎(chǔ)上，通過理論分析，進行了底板應(yīng)力場分布規(guī)律的研究，研究結(jié)果對于指導(dǎo)深部復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦安全開采具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：深部開采 底板應(yīng)力 數(shù)值模擬 安全開采

中圖分類號：TD32 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）08（a）-0075-02

隨著淺部煤炭資源的枯竭，國內(nèi)煤炭開采逐漸向深部轉(zhuǎn)移。深部開采的重力應(yīng)力場、殘存的構(gòu)造應(yīng)力場以及采動造成的動態(tài)應(yīng)力場組成的綜合應(yīng)力場會使煤（巖）體產(chǎn)生破壞，出現(xiàn)巷道變形破壞、動力現(xiàn)象及底板突水等現(xiàn)象。受構(gòu)造應(yīng)力場和重力應(yīng)力場雙重作用而發(fā)生煤巖破壞與相關(guān)動力顯現(xiàn)呈上升趨勢。掌握應(yīng)力場傳播規(guī)律可以有效減小巷道變形破壞，減弱動力災(zāi)害給安全開采帶來的不利影響。

1 地質(zhì)概況

趙各莊礦位于開平向斜東北翼，開平向斜是燕山運動形成的新華夏構(gòu)造體系中的一個構(gòu)造單元，各線性構(gòu)造均具有新華夏構(gòu)造的特征，屬于地質(zhì)構(gòu)造相對發(fā)育和復(fù)雜的斷塊邊緣區(qū)。13東2石門區(qū)域位于井田東翼單斜區(qū)，采深1 200 m，13東1～3石門運輸大巷煤巖層走向平均120°，傾向平均210°，傾角20°～43°，平均31°，總體上由西向東逐漸增大。巖性主要以深灰色細(xì)、粉砂巖為主。

2 底板應(yīng)力傳播規(guī)律研究

把煤巖體簡化為均勻彈性介質(zhì)，采用理論解析的方法研究煤柱載荷作用下底板巖層應(yīng)力場分布規(guī)律。

按彈性理論，視煤（巖）體為均質(zhì)的彈性體，如圖1所示。集中載荷q在半無限體平面內(nèi)任意一點（θ，r）的應(yīng)力可用極坐標(biāo)表達式：

（1）

直角坐標(biāo)表達式為：

（2）

把煤柱載荷視為均布載荷，以上結(jié)果可通過疊加原理推廣到自由邊界均布載荷作用下的底板巖體應(yīng)力解析表達式。其極坐標(biāo)表達式：

（3）

同樣的其直角坐標(biāo)表達式：

（4）

式中：q為作用在煤柱上的載荷集度，MPa；σy為垂直方向應(yīng)力，MPa；σx為水平方向應(yīng)力，MPa；τxy為剪應(yīng)力，MPa；L為煤柱寬度，m。

將7、9、12煤層參數(shù)、載荷集度等數(shù)值代入公式，可獲得的各煤層集中系數(shù)分別為1.0、1.09、1.51，如表1所示。

3 結(jié)論

（1）將煤層參數(shù)代入公式，結(jié)果是7煤層開采不會對運輸大巷圍巖變形造成影響，9煤層開采對運輸大巷圍巖變形造成一定影響，12煤層開采對運輸大巷圍巖變形造成較大影響。

（2）12煤層開采形成的動態(tài)應(yīng)力對大巷的影響系數(shù)達到1.5左右，對大巷圍巖的松動區(qū)產(chǎn)生壓縮破壞作用，導(dǎo)致松動區(qū)巖層破壞加劇。

（3）9、12煤層相互作用、構(gòu)造應(yīng)力的水平擠壓作用等耦合破壞特征，必然對大巷圍巖的不良部位造成較嚴(yán)重的破壞作用。

參考文獻

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