含山陶厂石膏矿构造应力场数值模拟分析

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1、含山陶厂石膏矿构造应力场数值模拟分析摘要：为了分析井田内主要构造断裂的导水性，为断层岩柱留设提供依据，运用有限元法的三维数值模拟程序，对陶厂石膏矿现代构造应力场进行了模拟。模拟结果表明，在断层F17附近存在较大的压应力，在F1及F2断层附近的石膏矿体中存在拉应力，在石膏矿体中的应力水平相对较低且均一。断层附近的Z方向的应力相对石膏矿体的应力低。应力矢量分布中拉应力矢量主要分布在石膏矿体靠近断层附近，随着石膏矿体与断层距离的增加，逐渐转化为压应力，而在断层的交汇处压应力值较高。　　关键词：石膏矿;地质

2、构造；断层；应力场　　：P554：A　　：1672-1098(2012)02-0045-05　　收稿日期：2012-03-13　　简介：李全（1966-），男，安徽淮南人，高级工程师，学士，主要从事地质工程及管理工作。　　NumericalSimulationofTectonicStressFieldinTaochangGypsumMine,HanshanCounty　　LIQian,ZHANGYong-tai,SUNYuan-jin　　(mineulatedbyusingthreedimensionalnume

3、ricalsimulationprogramoffiniteelementmethod.ThesimulationresultsshoorebodynearF1andF2fault.Relativelysmallstressuniformlydistributesinthegypsumorebody.ThestressinZdirectionnearbythefaultisloainlydistributesintheorebodiesnearfault.Stressgraduallytransforms

4、intopressivestressfromtensilestress,orebodyandfault,andthepressivestressishigheratthecrossroadsofthefaults.　　Keymine;geologicalstructure;fault;stressfield　　陶厂石膏矿位于含山县城南17km的陶厂集镇，是亚洲石膏储量最大的矿区之一。2008年3月18日在I22回风巷掘进过程中探眼遇断层突水，最大涌水量大于19200m3／h，，造成矿井被淹。其主要原因是巷道掘进

5、遇导水断层，因此开展矿区构造应力场研究，对分析断层导水性，合理留设断层岩柱，保证矿井生产安全，采场设计及采房稳定性分析等具有一定意义。近年来随着计算机技术的高速发展，特别是把计算数学中的有限单元法用于构造应力场分析后，构造应力场数学模拟得到迅速发展和广泛应用，有限单元法已成为构造应力场定量研究的一个重要手段［1-4］。构造应力场三维数值模拟由于采用了更符合实际情况的边界条件，同时考虑了不同层位之间的相互影响、各层厚度变化、岩层产状、断裂产状变化，其模拟结果不仅可揭示矿层面在平面上的应力分布，还能反映剖面上的应力分

6、布，能更好地揭示地质体在三度空间的应力特征和展布规律［5］。　　1地质概况　　研究区出露的地层主要有三叠系下统和龙山组、南陵湖组、中统东马鞍山组、月山组、铜头尖组以及白垩系上统、第四系地层，硬石膏矿层为三叠系中统东马鞍山组，矿体控制厚度47.27～562.35m，平均468.60m，石膏储量达58.2亿吨。矿井采用竖井中央石门开拓方式，采用水平分层房式采矿法，目前，矿井生产水平为-400m水平。　　矿区区域构造位置属于含山—庐江隆褶带，其中次级褶皱—陈夏背斜(东段)位于本区北缘，太湖山背斜(东段)位于本区南侧［6

7、］，两背斜之间为陶家厂向斜(见图1)。矿区南北被北东向F1和F2相向倾斜正断层切割，东西各北F13及耙齿山断层斜切，F19及F18断层为一组轴向北西的正断层，其间发育同走向F17逆断层。-400m水平上，F1断层和F2断层之间是石膏矿体，在F1断层和F2断层下盘主要为灰岩(见图2～图3)。　　图1陶厂石膏矿区域构造图　　图2陶厂石膏矿4勘探线剖面图（单位：m）　　2模型的建立摘要：为了分析井田内主要构造断裂的导水性，为断层岩柱留设提供依据，运用有限元法的三维数值模拟程序，对陶厂

8、石膏矿现代构造应力场进行了模拟。模拟结果表明，在断层F17附近存在较大的压应力，在F1及F2断层附近的石膏矿体中存在拉应力，在石膏矿体中的应力水平相对较低且均一。断层附近的Z方向的应力相对石膏矿体的应力低。应力矢量分布中拉应力矢量主要分布在石膏矿体靠近断层附近，随着石膏矿体与断层距离的增加，逐渐转化为压应力，而在断层的交汇处压应力值较高。　　关键词：石膏矿;