山体下部岩层原岩应力场分布规律研究-论文.pdf

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1、增刊山西焦煤科技Supplement2014年8月ShanxiCokingCoalScience&TechnologyAug．2014·试验研究·山体下部岩层原岩应力场分布规律研究吴亚军(山西西山晋兴能源公司斜沟煤矿，山西~,-g-033602)摘要原岩应力场是研究开采空间附近应力重新分布情况的基础，因此，研究山体赋存岩体的原岩应力状态可以为分析开采过程中采场周围应力的变化，优化工作面的支护参数提供理论依据。本文采用离散元数值模拟软件UDEC4．0，对山体下部岩层的原岩应力场分布规律进行研究。根据山体下部岩层受山体影响强度的不同分为3个区，即距地表100Il以内的明显影响区、距地表100

2、～250m的影响减弱区和距地表250m以下的无影响区，同时得出在山峰内部存在应力降低区，在山谷内部存在应力增高区。研究结果可为现场生产提供借鉴和依据。关键词山体；原岩应力；数值模拟；水平应力；垂应力；分布规律中图分类号：TD3ll文献标识码：B文章编号：1672—0652(2014)增刊一0023—04原岩应力场是指天然存在于原岩内部且与人类此处假设原岩是各向同性弹性体，依照广义胡克活动无关的应力场，包括自重应力、构造应力、膨胀应定律，可以得到单元体各个方向上的应变：力、地热应力等，其中自重应力以及构造应力为组成1[一：iL。一(L+y)]J原岩应力场的主要部分。构造应力在构造形成后的1

3、[or数百万年内已经得到充分释放，因此，研究中认为构一s：ilx一(Ly+。z)]j造应力为0。原岩应力场是研究开采空问附近应力1[占占y，：iLy一一(orx+orz)]J重新分布情况的基础，因此研究山体赋存岩体的原岩应力状态，可以为分析煤层开采过程中采场周围应力由于占=0，s=0，or=or，则or、or之间的关的变化，优化工作面的支护参数提供理论依据。系为：1山体赋存煤层群原岩应力场特征的理论分析在山体赋存煤层群条件下，可以假定原岩为均匀-O'y一的连续介质，因此，可以应用连续介质力学原理对原一般情况下，岩石的泊松比为0．2～0．3，侧压岩的自重应力进行计算：系数A为0．25～0．

4、43。or：='yH、假如原岩是由多层体积力不相同的岩层构成，各个岩层的体积力和厚度依次为。，：⋯y⋯y；h，h丁=0}J⋯h⋯h。则原岩的初始自重应力为：0j1I一上覆岩层的体积力，kN／m；Ioror=Aorf一单元体的埋藏深度，m；JA一侧压系数。由上式可得，原岩的自重应力随深度的增加呈线收稿日期：2014—06—20作者简介：吴亚军(1986一)，男，山西兴县人，2009年毕业于中国矿业大学，助理工程师，主要从事煤矿开采技术的应用和研究工作(E—mail)guojunshengsx@sina．corn山西焦煤科技2014年增刊性增长。当深度在一定范围内时，原岩处于弹性状模型应力边

5、界条件为0。态；当埋藏深度超过一定范围后，自重应力将大于原2)下部边界条件。模型下部边界条件为底板，岩的弹性强度，此时原岩将转化为塑性状态或潜塑性视为位移边界条件，在方向速度为0，Y方向为固定状态。铰支座，'13=0。2山体赋存煤层群原岩应力场特征的数值模拟3)两侧边界条件。模型两侧为实体煤岩体，视斜沟煤矿18503综采工作面对应地表山峦起伏，为位移边界条件，在Y方向速度为0，方向为固定铰地表山体相对高差较大，可能会对地下开采的矿压分支座，“=0。布规律造成影响。为了掌握山体赋存条件下上覆岩该模型中侧压系数取A=0．5。层原岩应力场的分布规律，判断上部山体是否会对工作面的矿压规律造成影响

6、，采用UDEC数值模拟软件分析了山体下部岩层的原岩应力场分布规律，为山体赋存条件下工作面矿压规律的研究提供指导。2．1数值计算模型的建立以斜沟煤矿8煤18503工作面的地质条件为基础，建立二维数值计算模型。根据现场所提供的综合柱状图，本次模拟实验共取16个层位。所建数值模型见图1。根据现场煤层实际赋存条件及研究需要，将煤层图1山体赋存煤层群原岩应力场的数值计算模型图倾角放大至20。，模型的边界条件为：由节理和块体的本构关系确定数值模型所需要1)上部边界条件。上部边界条件为应力边界，的属性参数，根据以往的模拟参数和现有的实验数与上覆岩层重力(∑yh)有关。为方便研究，将上边据，取煤层及各岩

7、层的属性参数见表1、表2。界应力简化为均布载荷，由于模型上边界为地表，故表1煤岩块力学参数表细砂岩3342粉砂质泥岩1l28粉砂岩2232煤O．60．625泥质粉砂岩1．51．2302．2垂直应力变化规律由图2a)和图2b)可知，在距离山体50m和100距离山体不同距离处垂直应力的分布情况见m处，垂直应力的分布受山体的影响极大，两侧山峰图2。处的垂直应力值分别达4．6MPa和5．4MPa，而中问2014年增刊吴亚军：山体下部岩层原岩