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我国是一个煤炭资源生产和消耗大国,对煤炭原料的大量需求导致了开采的饱负荷或超负荷运行,因此我国的煤炭开采事故频发,给国家和人民的生命财产安全带来了极大损失。统计资料表明:开采事故多数与矿区的地质构造事件有关。小构造的存在给开采的安全埋下隐患,因此围绕矿区小构造的问题是解决安全开采的关键之一。现在实际开采中多采用物探先行的方式探测出这些小构造的位置,在开采的过程中进行特殊处理,以避免事故的发生。但是物探的方法存在着范围小、周期长,花费大等弊端,限制了煤炭开采的效率。因此我们提出一种基于构造应力场的小构造预测方法,并对小构造对开采的影响作了分析。本研究取得的主要成果和认识如下:
⑴通过分析邢台地区的地质地貌特征,包括区域构造发育特征和区域水文地质特征,总结了邢台地区构造应力场的演化规律,提出区内构造主应力方先来自北西、南东;然后来自于东北、西南。其次对邢台地区的板内变形进行了统计,得出了不同的地质构造时期的变形的大小和方向。
⑵介绍了构造演化中涉及的力学问题,包括弹塑性模型和岩石力学中的强度准则。并提出采用塑性应变作为判断准则。
⑶提出了一种基于钻孔数据的多层数值高程模型的建立方法,将矿区地质勘探中最基本的钻孔数据作为数据源建立的模型,具有准确度较高,方便快捷等优势,也为进一步的计算分析提供基础。
⑷根据建立的可视化模型分别建立矿区的二维剖面和三维实体的有限元模型,将构造应力场的演化作为载荷加于模型之上,通过一定的判据得到在构造应力场的演化作用下矿区内易于产生和发育小构造的区域,并与实际开采中探明的构造作比较,验证和比较了两种方法的可靠性。
⑸建立了含小构造的开采的平面应变模型,得出开采距断层不同距离的塑性应变云图,并给出了保安煤柱的距离。