深部开采底板应力传播规律研究

2017-09-09赵振军

科技资讯 2017年22期

关键词：数值模拟

赵振军

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.22.075

摘要：该文在分析了开滦赵各庄矿13水平东翼2石门以东的地质条件和开采特点的基础上，通过理论分析，进行了底板应力场分布规律的研究，研究结果对于指导深部复杂地质条件下煤矿安全开采具有指导意义。

关键词：深部开采底板应力数值模拟安全开采

中图分类号：TD32 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）08（a）-0075-02

随着浅部煤炭资源的枯竭，国内煤炭开采逐渐向深部转移。深部开采的重力应力场、残存的构造应力场以及采动造成的动态应力场组成的综合应力场会使煤（岩）体产生破坏，出现巷道变形破坏、动力现象及底板突水等现象。受构造应力场和重力应力场双重作用而发生煤岩破坏与相关动力显现呈上升趋势。掌握应力场传播规律可以有效减小巷道变形破坏，减弱动力灾害给安全开采带来的不利影响。

1 地质概况

趙各庄矿位于开平向斜东北翼，开平向斜是燕山运动形成的新华夏构造体系中的一个构造单元，各线性构造均具有新华夏构造的特征，属于地质构造相对发育和复杂的断块边缘区。13东2石门区域位于井田东翼单斜区，采深1 200 m，13东1～3石门运输大巷煤岩层走向平均120°，倾向平均210°，倾角20°～43°，平均31°，总体上由西向东逐渐增大。岩性主要以深灰色细、粉砂岩为主。

2 底板应力传播规律研究

把煤岩体简化为均匀弹性介质，采用理论解析的方法研究煤柱载荷作用下底板岩层应力场分布规律。

按弹性理论，视煤（岩）体为均质的弹性体，如图1所示。集中载荷q在半无限体平面内任意一点（θ，r）的应力可用极坐标表达式：

（1）

直角坐标表达式为：

（2）

把煤柱载荷视为均布载荷，以上结果可通过叠加原理推广到自由边界均布载荷作用下的底板岩体应力解析表达式。其极坐标表达式：

（3）

同样的其直角坐标表达式：

（4）

式中：q为作用在煤柱上的载荷集度，MPa；σy为垂直方向应力，MPa；σx为水平方向应力，MPa；τxy为剪应力，MPa；L为煤柱宽度，m。

将7、9、12煤层参数、载荷集度等数值代入公式，可获得的各煤层集中系数分别为1.0、1.09、1.51，如表1所示。