山东省滕州曹庄煤炭有限责任公司 山东滕州 277519
摘要：本文以具体的煤层矿区工作现状和特点为例，对于其中的测站地应力进行明确的测量，进而得出了地质构造和地应力之间的关系。并在实际值和测量值对比的前提下，分析出既定井下地应力场分布的具体方法，希望为相关单位提供一个有价值的参考。
关键词：煤矿；地质构造；应力分布
引言
近几年，煤矿开采过程中经常发生一些问题，使得煤矿行业的长远发展受到了不同程度的影响，这些问题的存在与矿区的违规操作具有十分重要的关系。但是其中最主要的原因还是来自煤矿的井下地质构造以及相关地应力的分布。因此从煤矿开采的安全性出发，对于其中的地应力分布特征以及影响因素进行全面的探究应该是实现该行业长远发展的关键措施。
1 在煤矿开采工作中地质构造产生的影响
1.1 岩浆侵入地质构造的影响
岩浆侵入对于煤矿井下开采工作也会产生不良影响，属于比较严重的一种地质灾害。对于岩浆侵入而言，其会在很大程度上影响煤层完整性及连续性，并且对于受到岩浆侵入煤层而言，会导致煤层地质构造有变形情况出现，同时对于在，煤层中所形成相关岩体，由于其边缘形成不规则形状，最终对于煤矿井下开采会产生较大程度影响[1]。另外，井下煤层在被岩浆侵入之后会导致有特殊揉皱现象发生，从而会造成煤层有絮乱以及旋涡状褶曲等相关特殊地层构造形成，而这些构造的存在会导致地层复杂性增强，最终影响煤矿井下开采工作的较好开展与效果。
1.2 褶皱地质构造也会影响煤矿井下开采工作
对于褶皱地质构造而言，其形成原因主要就是岩煤层受到地质力作用，在褶皱构造实际形成过程中，会受到水平压力作用，也可能会受到剪切力作用，因而在褶皱构造区域，复杂地质力的存在会对其产生重要影响，特别是在褶皱构造区域的轴部，很容易有裂隙、破碎以及断层等情况发生，这对于煤矿井下开采会产生十分不利的影响。所以，在煤矿井下开采工作实施过程中，应当科学合理开展煤矿井下地质勘测，对于危险地层区域应当选择合理措施进行煤矿井下开采，通过各种相关防护措施保障煤矿井下开采工作得以安全有效实行。
2 向斜构造区地应力的测量与分析
2.1 不同矿区地应力的测量对于当地的不同矿区进行地应力的测量（表1）。
表 1 不同矿区地应力的测量结果
2.2 地应力的测量结果分析地应力场的类型
测量结果显示，所有测站当中大部分测站的最大应力大于15MPa，而且这些测站与水平煤层之间的距离很小；测站的水平应力位于10~15MPa之间的测站一般都位于急倾斜煤层。向斜构造对地应力的影响。测量结果显示，后面测站的最小水平主应力一般都高于前面，而且增加值一般都在64%~80%之间。与前面测站的深度相比，后面测站的深度一般都有所加大，而且在垂直主应力上也有所增加。因此上述分析可见，向斜构造对地应力大小的影响效果相当明显，只要斜轴部出现，那么最大、最小的应力都会出现不同程度的上升。最后，地应力与地质的方位也有很大的关系，具体表现为斜翼区的水平应力相对较小，而其他地区的逐渐趋于一致。
3 断层附近的地应力测量以及分析
3.1 断层对地应力值的影响
本研究通过水压致裂地应力的测量来对断层的影响效果进行全面的分析。结果表明，断层地区的地应力会出现不同程度的释放，因此该地区的断层地应力值相对较低。但是断层附近的地应力表现出来的特点还有该附近的最大水平主应力与垂直应力很相近，典型的应力场出现，对于最大水平应力的分布也产生了不同程度的影响。
3.2 断层对地应力方向分布的影响
测量地带的东西方向对于地应力结果的影响很大，主要是受晋获褶断带的影响。这种断带的存在使得水平主应力的方向出现不同程度的变化，因此地应力显著变化等就完全可以理解。
4 地质构造影响的数值模拟分析
为了对于上述测量结果进行全面的研究和分析，本文在实际测量结果的约束下，引入FLAC软件，对于其中的数值进行定量的研究和分析，希望为相关单位提供一个有价值的参考。
4.1 模型的力学参数
煤岩体力学参数如表2所示。
表 2 煤岩体力学参数
4.2 边界条件以及模拟过程
煤岩体水平应力的组成部分一般包括两个方面，可以将这两方面的水平应力分量分为由自由重力以及运动水平应力两个部分。在这样的基础上，相应模型的演化过程可以分两个不同的阶段进行，首先，模拟自重应力场当中的模型采用水平位移固定的方式进行测量，后续阶段只要对重力进行计算就可以达到平衡的状态。其次，要采用模拟构造应力场的方式对边界条件进行速度的施加，从而使得水平固定的位移能够被解除。
4.3 模拟测试结果分析
本文主要从自重应力场、构造应力场的演化过程进行分析，具体的结果如下。自重应力场。煤炭体会在自重力的作用下实现自身的压实处理，从而为煤体的自身密度夯实奠定坚实的基础。但是整个模型在计算的过程中会出现密度相差不大以及垂直应力不断增大的特点。水平应力则为在重力作用之下，煤岩层的水平移动受到不同程度的影响和制约而产生的。因此水平应力与填埋的深度有很大关系，在分析的时候要结合具体的情况进行。在水平应力的挤压下，煤体的地层会出现向外隆起的现象，从而使得应力场出现不同程度的演化。在这样的背景下，地层之间的模量变化程度不一致，隆起的速度也就会出现不同程度的差异，一旦遇到斜滑面，那么地层整体的模量变形就会出现左右不一致的现象，进而使得地表的运行出现扭曲[2]。相关专家的研究表明，水平应力的大小与煤岩层的构造挤压作用有很大的关系。因此，可以通过既定的煤岩层弹性模量的变化对水平应力变化进行全面的分析和研究。挤压作用的基础上，煤岩层内水平应力就会逐渐增大，为后续开采奠定坚实的基础。同时相关数据表明，水平应力的增加量与煤岩体的模量之间具有线性相关的关系。一旦出现较小的弹性模量，那么水平应力的承载力就会逐渐变小。另外，相关数据表明，垂直应力分布与水平挤压之间也存在必然的联系，这种应力随着填埋深度的增加而不断增大，而且逐渐表现出较为明显的水平梯度。只有明确这种关系，才能为后续工作的勘察和测量奠定坚实的基础。向斜构造中水平应力场分布特征[3]。在研究当中，需要通过基本顶、直接顶以及煤顶之间的关系为模型的构造奠定坚实的基础，从而使得水平应力分布得到直观的显示。值得注意的是，顶层水平应力应该大于垂直应力，从而使得斜轴部的范围得到不同程度的保障。
结束语
煤矿井下地应力与煤矿的状态以及褶区之间的具有十分必要的联系，因此这种力度与地质的方向具有一定的联系。矿区当中的构造应力在所有煤矿当中占有十分重要的优势。因此斜轴部作为水平应力集中区域而存在，同时也对地应力产生十分明显的影响。相关单位应该在对地应力进行实时测量的前提下，为地质的坚硬以及完善奠定坚实的基础，从而使得煤矿企业的社会和经济运行效益能够得到全面的保障。
参考文献
[1]张敏.浅谈煤矿井下地质构造与地应力的关系[J].山东煤炭科技，2016（08）：161-162.
[2]刘强.煤矿井下地质构造与地应力研究[J].能源与节能，2016（07）：32-33.
[3]付勇涛.矿井地质勘探中煤矿井下定向钻进技术的应用[J].黑龙江科技信息，2016（17）：123.
论文作者:王涛,韩孝广
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/10
标签：应力论文; 水平论文; 井下论文; 煤矿论文; 地质论文; 力场论文; 测量论文; 《建筑学研究前沿》2018年第31期论文;