深部開采底板應力傳播規律研究

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石門以東的地質條件和開采特點的基礎上，通過理論分析，進行了底板應力場分布規律的研究，研究結果對于指導深部復雜地質條件下煤礦安全開采具有指導意義。

關鍵詞：深部開采 底板應力 數值模擬 安全開采

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

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

1 地質概況

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造體系中的一個構造單元，各線性構造均具有新華夏構造的特征，屬于地質構造相對發育和復雜的斷塊邊緣區。13東2石門區域位于井田東翼單斜區，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、粉砂巖為主。

2 底板應力傳播規律研究

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

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

（1）

直角坐標表達式為：

（2）

把煤柱載荷視為均布載荷，以上結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力解析表達式。其極坐標表達式：

（3）

同樣的其直角坐標表達式：

（4）

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

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

3 結論

（1）將煤層參數代入公式，結果是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應力對大巷的影響系數達到1.5左右，對大巷圍巖的松動區產生壓縮破壞作用，導致松動區巖層破壞加劇。

（3）9、12煤層相互作用、構造應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重的破壞作用。

參考文獻

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