煤矿井下地质构造对地应力分布的影响

摘要：在煤矿井下存在着如断层、褶曲、裂隙、层理、节理等不同规模、不同类型的地质构造，
地质构造的不同会对岩体力学性质产生不同的影响。地应力的主要引发因素是地质构造运动
和重力作用，构造运动中的水平方向运动对地应力形成的影响最大。本文分析了地质构造、
地应力方向二者之间的关系，并使用

FLAC3D（有限差分数值模拟）软件构建了常见地质

构造的数值模型，希望通过此次分析与探讨，能对相关地质事业有所参考。

 

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 http://www.xzbu.com/2/view-4613610.htm

　　关键字：煤矿井下

 地质构造 地应力分布 数值模拟 

　　中图分类号：

 F407.1 文献标识码：A 文章编号： 

　　

 

　　

 

　　一、前言

 

　　断层、褶曲、裂隙、层理、节理等类型的地质构造，都是由于构造应力作用使地壳岩石发
生断裂、形变而表现出来的构造形态。应力条件的不同，往往会造就不同的地质构造，由此
可见，在一定程度上地质构造也是构造应力状态的具体反映。在一次构造运动下所形成的地
质构造，它与主应力的相关关系较为确定。但实际的地质构造中，绝大部分都是在多次构造
运动作用下的结果，且每次构造运动都会对地应力造成不同的影响，所以地质构造、地应力
二者有着十分复杂的关系，要对其进行研究就必须要从构造的先后生成关系、演化期次入手。
地质构造与地应力关系的复杂，决定了地质构造分析结构仅能是定性的或半定量的，对于
地应力大小、方向则较难准确确定，因此要实现地应力状态的准确确定，就必须采用地应力
现场测试方法。在本文中，地质构造、地应力二者关系研究仅限于一次构造运动所形成的地
质构造。

 

　　

 

　　二、地质构造、主应力方向二者关系探析

 

　　（一）断层构造与主应力方向

 

　　在煤矿井下的地质构造中，断层是较为普遍的地质构造类型，对于煤炭生产有着较大
影响。通过断层确定主应力方向的方法有：通过断层面产状、擦痕侧伏角及移位符号来确定
应力方向，通过典型共轭断层来确定应力轴。根据断层两盘的位移形式，可将断层划分为平
移断层、逆断层、正断层。断层类型的不同，其对应的地应力状态也会有所区别，与主应力轴
之间的关系也有较大差异。正断层、逆断层和平移断层与主主应力轴之间的关系分别如图
1（a）、（b）、（c）所示。 
　　

 

　　

 

　　图

1 断层与应力轴的关系示意图 

　　图

1（a）中最大主应力轴为垂直方向的 δ1，中间主应力轴 δ2 与最小主应力轴 δ3 均为

水平方向，断层走向为

δ2；图 1（b）中的最大主应力轴 δ1 与中间主应力轴 δ2 都为水平方

向，最小主应力轴

δ3 为垂直方向，断层走向与 δ2；图 1（c）中的最大主应力轴 δ1 与最小

主应力轴

δ3 都为水平方向，中间主应力轴 δ2 为垂直方向，断层走向为 δ2。 

　　（二）褶曲构造与主应力方向

 

　　褶曲地质构造主要包括了纵弯褶皱和横弯褶皱两种类型，其中纵弯褶皱是最多的褶曲
构造。纵弯褶皱，是由岩层的水平运动对岩层造成顺层挤压所造成的，在纵弯褶皱变形简单，
轴面几乎垂直时，轴面为压性结构面，其最大主应力在水平方向，最小主应力在垂直方向
中间主应力平行于褶皱轴线；在轴面平卧、倒转、倾斜时，难以确定主应力方向，此时可根
据轴向，将中间主应力方向确定为与之平行的方向。