地应力测量在煤与瓦斯突出灾害研究中的应用.pdf

《地应力测量在煤与瓦斯突出灾害研究中的应用.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第37卷第1期2010年2月中国地质GEoLoGYINCHINAV01．37．NO．1Feb．，2010地应力测量在煤与瓦斯突出灾害研究中的应用孙东生王连捷赵卫华王红才(国土资源部新构造运动与地质灾害重点实验室，中国地质科学院地质力学研究所，北京100081)提要：为减轻和防治煤与瓦斯突出灾害。对红菱煤矿进行了地应力测量、岩石力学参数测试和瓦斯气体压力量测，以及地质构造分析。在此基础上，应用突出破坏判断准则，提出了煤层稳定性评价的定量指标，从区域上预测了煤与瓦斯突出的潜在危险区．与现场实际情况吻合较好。提出了区域性与局部相结合的防突措施。取得了良好效果，表明

2、区域煤与瓦斯突出潜在危险区预测对区域性防突措施的选择具有一定指导意义。关键词：地应力测量：煤与瓦斯突出；破裂准则；突出区预测中图分类号：P554文献标志码：A文章编号：1000—3657(2010)01—0223—06沈阳煤业集团红菱煤矿位于沈阳市苏家屯区红菱堡镇．地理坐标为东经123018726"。北纬41033’08一。该矿始建于1969年。1976年3月移交生产，设计能力90万t／年．1986年改扩建设计能力150万t／年．现生产能力可达180万t／年。矿区含煤地层由太原组和山西组组成．共含煤14层，其中7煤、12煤为主要可采煤层．3煤为局部可采薄煤层

3、，井田煤层倾角12～450．深部局部可达500。红菱煤矿为高煤与瓦斯突出矿井．自1972年以来共发生煤与瓦斯突出事故136次，造成严重损失，影响生产。煤与瓦斯突出是发生在煤矿生产中的一种极其复杂的地质动力现象．它不仅取决于煤层赋存的地质条件．还与煤岩体的力学性质、煤层中的瓦斯压力和地应力有关．是多种因素综合作用下。引起煤岩体的突然破坏、能量突然释放的结果【佃。本文对红菱煤矿地应力状态、岩石力学性质和瓦斯压力进行研究．应用突出破坏判断准则从区域上对该矿老区12煤的煤与瓦斯突出潜在危险区进行预测．并提出了防治措施。代石炭一二叠系煤田。构造上位于新华夏第二巨型沉降

4、带中．下辽河断陷带的东坡与东西向太子河坳陷带复合部位。早期吕梁运动发育的温香一鞍山东西向断裂和北东向的苏家屯一浑河断裂．使煤田南侧营El背斜和北侧沈阳隆起的古老地层抗起．从而控制了本区古生代地层的沉积范围．也是煤田的南部和北部的自然边界。井田内构造方向与区域构造大体一致。该区因受北西一南东方向挤压力产生北东及北西两组断裂．其中北东向断裂在后期因下辽河凹陷在中生代的大幅下降而再次活动．比北西向断裂发育。红菱煤矿突出事故中．平均涌出瓦斯14750m3／次。平均突出强度166t／次。最大一次事故发生在1996年6月20日．突出煤量5390t。涌出瓦斯420420m

5、3．造成14人被埋或瓦斯窒息死亡。同时煤层具有较高的瓦斯压力．实测瓦斯压力最大达7．6MPa。随着开采深度的增加。突出发生的频率明显增加，在3煤、7煤和12煤3个可采煤层中12煤突出频率最高、强度较强。占总突出次数的900／6。1地质构造与突出概况2研究区为浑河、太子河冲积平原掩盖下的古生岩石力学参数及地应力测量岩石力学参数及原地应力测量结果．为数值模收稿日期：2009-04-24；改回日期：2009-08-07基金项目：中国地质科学院基本科研业务费专项(Ywff)60717)、地质力学研究所基本科研业务费专项(DzL)妒(200705)资助。作者简介：孙东

6、生。男。1980年生，助理研究员，从事地应力测量、构造应力场数值分析及工程应用研究；E-mail：sdsgl200S@tom．com。中国地质2010盔拟计算的边界和约束条件提供原始数据。2．1岩石力学参数对该矿的主要岩石进行了力学参数测定。结果如表l。可以看出。辉绿岩弹性模量最高，抗张强度也高．泥质砂岩和泥岩的弹性模量及抗张强度都低于辉绿岩。煤体的弹性模量及抗张强度最低。其中煤体的弹性模量根据坚固性系数获得【3】．这些参数将应用于应力场的反演和危险区的预测中。2．2地应力测量进行原地应力测量的方法有水压致裂法、空芯包体式解除法．其中KX一81型空芯包体式解

7、除法地应力测量以其使用方便、安装操作简单、成本低、效率高等优点在矿山、隧道等工程领域具有广泛应用。2．2．1地应力测量方法采用KX一81型空芯包体式三轴地应力计．用解除法进行了地应力测量I·-61。应力计如图1所示，应变花如图2所示。它可在单孑L中通过一次套芯解除获得三维应力状态。在红菱煤矿的一680、一710和一780三个水平进行了原地应力测试工作。地应力测量过程．首先在测点处钻直径为13011q．1Tl的钻孔至预定深度(一般大于巷道直径)，用尖钻头打喇叭口．再用直径36113111钻头钻深度为280Irffn左右的小孔。钻孔上倾5～100以便于岩粉和泥浆

8、排出。用清水、棉纱和丙酮清洗和擦拭小孔，将搅拌好的粘