滇东煤矿井下地质构造对地应力分布的影响

周寿中 朱彦昆（云南省煤炭地质勘查院，云南昆明 650000）



滇东煤矿井下地质构造对地应力分布的影响

周寿中 朱彦昆
（云南省煤炭地质勘查院，云南昆明 650000）

【摘要】滇东煤田位于中国板块西南部，处于滨太平洋系与古特提斯构造系北北东构造的交接复合带，煤矿岩体中存在着不同数量、不同类型的地质构造，例如褶皱、弯曲、断层等，这些都会对煤矿井岩体的力学性质带来影响，煤矿井中存在着复杂的地应力，在研究煤矿井的应力的稳定性时，一定要考虑煤矿井下地质构造对地应力分布造成的影响，本文通过对滇东煤田煤矿井下的地质构造和地应力的分布情况进行简要的叙述，希望能对今后的煤矿研究工作提供一些建议。

【关键词】煤矿井 地质构造 地应力分布

地应力的分布情况和地质构造有着密不可分的关系，通过对地质构造情况进行有效的勘察可以获得一些比较可靠的地应力信息，近些年来，我国地质中心在对地应力分布和地质构造关系的研究中已经有了很大的研究成果，通过对多地的矿区以及矿井进行研究和地应力测量，并在此基础上分析该地区的地应力和地质构造的关系，得出了最大主应力方向主要取决于当下构造应力场的重要结论。

1 煤矿区主要地质构造

本文主要通过滇东煤田地区地质构造对地应力分布的影响进行研究，该地区内地质构造复杂，断裂构造及褶皱构造均较发育。区域内主干构造为：富源-弥勒断褶、平关阿岗断褶、杨梅山-小竹青断褶、弥勒师宗断褶带等。主干构造带之间发育一系列构造形态呈北东、北北东及北西、北北西向密集展布之向、背斜褶曲与断裂。由北东、北北东向压性、压扭性主干断裂分隔，伴生及派生断裂构造穿插切割破坏各褶曲形态。其间稀疏分布南北向张扭、北西向压扭性断裂如下图（1）。在滇东煤田煤矿区主要存在的地质构造作用类型主要分为褶曲和断层。

1.1 褶曲构造

滇东煤田矿区位于平关阿岗断裂东侧、平关—大坪复向斜的南部。属桃树坪向斜与大坪向斜之间的大水昝背斜北段。大水昝背斜轴向北北西，向北倾伏，受F1（原F27）正断层破坏，地表迹象显示为不完整背斜构造。东翼为大坪复向斜的西翼，西翼为桃树坪向斜的东翼。核部为P2β玄武岩在矿区外围南部呈“棱形”出露，两翼依次出露P2x、T1k、T1f地层，两翼产状变化不大，倾角在30度到40度之间。

1.2 断层构造

图（1）矿区构造结构图

滇东煤田矿区受阿岗断裂、平关—大坪复向斜的控制，以及北东—南西主应力的影响。区内断层较发育，以北北西向张扭、压扭性断裂为主，北东及北北东向断裂次之， F1主干正断层把矿区切割成南、北两块。区内断裂主要发育在矿区北部及东部如下图（2）。

图（2）矿区端侧构造结构图

2 煤矿井下地质构造对地应力分布的影响

2.1 煤矿井下构造区地应力的测量和分析

2.1.1 褶曲构造区地应力的测量和分析

中生代未，西部拉萨陆块（冈底斯地体）与中国板块碰撞引起燕山运动，导致扬子板块西部基底及盖层褶皱变形，滇东地区平行扬子板块南缘形成北东向褶皱。新生代印度板块与中国板块的最终碰撞使喜山运动发生，致使川滇南北向断裂由张性转为压性，北西向古断裂转为左旋扭动，同时东部的太平洋板块向北西西推移，并向欧亚板块东缘俯冲，形成平行俯冲带的北北东-北东向巨型构造，其在滇东与南北向扭张断裂为主的古特提斯构造体系复合重叠，促使北东向断裂构造右旋扭动。使滇东区域内北东及北北东向压扭构造带最终定型。

根据褶曲的倾角方向将整个煤层分为急倾斜和缓倾斜两种，为了方便对该地区构造形态和地应力特征进行综合性探索，采用水压致裂法分别对矿区进行急倾斜带和缓倾斜带进行地应力测量。在矿井多个测站中，矿区地应力场水平应力占绝对优势，属于典型的构造应力场类型，在急倾斜煤层的几个测站的平均水平主应力和垂直主应力的比值均小于1，而近水平煤层的测站中，大部分测站的平均水平主应力和垂直主应力比值绝大于1。通过地应力场埋深的比较，虽然随着埋深的增加其垂直主地应力也有所增加，但是其水平地应力大小增加的幅度要远远大于垂直主地应力增加的幅度。由此可以得出，不同的地质构造区其地应力大小也不同，向斜构造对于地应力的大小产生的影响较大，在向斜轴部，两端的水平地应力大小都会有明显的上升。

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2.1.2 断层构造区地应力的测量和分析

为了研究断层构造区对地应力场分布的影响，在滇东煤田煤矿区进行了水压致裂地应力的测量，通过地质测站的建立和地质检测表明，测站的埋深都相差不多，但也存在有几个测站的测深小于平均埋深，出现该种情况的主要原因是因为该断层在断裂过程中有应力的释放，导致该地区断层区域内侧点的地应力值偏低。

通过对地应力的测量结果表明，最大主地应力的主要方向在东区为北偏西19到56度，个别为北偏东26-53度，在西区最大水平主应力的方向为北偏东30-82度，水平主地应力的方向较大，矿井东西区地应力大小差异的主要原因是受到了断裂带的影响，断裂带的形成，引起了地应力方向的变化，从而造成地应力值的大小随之发生变化。

2.2 地应力测量数据分析

为了进一步研究地应力的影响因素，本文采用滇东煤矿地区地质构造和地应力分布情况与变化特征，并对其数据进行数值模拟分析。

地应力数据分析的方法主要有几下几种：数值模型建立研究分析法、煤岩体力学参数分析法、模型边界条件以及模拟过程分析法、模拟结果分析法。

应该注意的是，在煤层位于斜轴部的范围内时，其水平地应力大小一般都大于垂直地应力，而煤层位于向斜翼部的范围内时，其垂直地应力一般大于水平地应力。主要原因是各个煤层由于构造不同导致的煤层的各个组成模量也不同，而在其进行水平或者垂直挤压的过程中，各个层的水平应变基本是相同，进而造成各个层面上的水平地应力增加量相差很大，弹性模量较大的水平地应力要远远大于煤层垂直地应力。

3 结语

综上所述，煤矿井下地质构造对地应力的分布确实起着一定的影响，不同的地质构造会对地应力的方向和大小有着不同的作用。大型断层会引起地应力大小的变化，地质构造地应力的增量和煤岩体弹性模量有着密切的关系，岩层弹性模量变化越大，所承载的水平地应力越高。在进行地下应力数据分析时，将地应力实测和数值模拟有机结合，是全面了解煤矿井下地应力场分布的主要方式。

参考文献：

［1］吴志刚.煤矿井下地质构造对地应力分布的影响［J］.岩石力学与工程学报，2012-05-15.

［2］马超.煤矿井下地质构造对地应力分布的影响［J］.科技资讯，2015-09-06.

［3］陈爱民.煤矿井下地质构造对地应力分布的影响［J］.黑龙江科技信息，2014-07-15.