张性断层带煤层瓦斯赋存规律
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局部应力集中效应,且在卸荷回弹变形过程中,由于
差异回弹面的存在,岩体中形成 1 个被约束的残余
应力体系。在断层面附近,由于岩体在卸荷过程中
可产生弯曲变形,它总与破裂面相伴生。
处于张性断层带的岩层,由于侧向应力的解除
( 卸荷) ,两盘岩石产生回弹变形,边部岩石应力产
生相应的调整,其结果是在两盘一定深度范围内形
层对控制区域煤层瓦斯压力的影响。采用该方法对宏松煤矿 F2 断层控制边界进行了计算,计算 结果与现场实测结果基本一致。
关键词:张性断层; 应力分析; 瓦斯压力; 控制边界
中图分类号:TD712
文献标志码:A
文章编号:1003 - 496X( 2012) 03 - 0124 - 04
Occurrence Regularity Analysis of Coal Seam Gas in Tensional Fault Belt
走向基本平行。 由于地层煤岩体既具有脆性,也具有流变性,因
此在构造应力影响区域煤岩体应力 - 应变曲线应近 似于图 1 中的脆性 - 韧性渐移区域的曲线,即向抛 物线型靠近。且受张性断层处构造应力的影响,断 层带内糜棱岩不发育,主要为断层角砾、碎裂岩等, 这些岩石透气性良好,是瓦斯运移的良好通道,当 张性断层 与 透 气 性 强 的 砂 岩、溶 洞 或 地 表 连 通 时, 很容易使瓦斯沿断层释放到大气中去,此时,断层 带内气压近似为大气压。
成二次应力场,分别为:
应力降低区( σ < σ0 ) ,应力增高区( σ > σ0 ) 和 原岩应力区( σ = σ0 ) 。二次应力分布区 σ1 方向与 断层面近于平行; σ3 与断层面近于垂直; σ2 与断层
分析·探讨
( 2012 - 03)
·125·
图 1 从完全脆性到完全韧性变形的应力 - 应变变化图
2 张性断层构造应力影响区域特征
2. 1 煤体变质程度 在煤化作用过程中,不断地产生瓦斯,煤化程度
越高,生成的瓦斯量越多。因此,在其它因素相同的 条件下,煤的变质程度越高,煤层瓦斯含量越大。煤 的变质程度不仅影响瓦斯的生成量,而且很大程度 上决定着煤对瓦斯的吸附能力。
温度、压力及温度作用的时间是决定煤化作用 进程的基本地质因素。目前,温度对有机质演化所 起的主导作用得到普遍的认同,而压力因素在成烃 过程中的作用机理尚不清楚,尤其是压力类型——— 静压力( 自重应力) 、动压力( 构造应力) 与应力性质 ( 张应力、剪应力及压应力) 对煤化作用的影响差异 则存在较大的争议[9 - 10],但构造作用明显促进煤化 进程这是共识。
1 张性断层应力分析
负围压和低围压条件下,岩石表现为拉断破坏。
基金项 目: 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 ( 973 计 划 ) 资 助 项 目 ( 2006CB202204 - 3)
根据格里菲斯破坏准则,当 σ1 + 3σ3 ≤0 时,拉应力 σ3 对岩石的破坏起主导作用,此时拉断破坏准则 为:
[σ3]= - St
( 1)
式中,St 为岩石的源自文库拉强度。
当岩体的结构面处于有利地位时,岩体的抗拉
强度远低于岩石,拉断破坏更易发生岩石应力应变, 如图 1[7]。张性断裂面在地质历史上一般没受过明
显的剪切破坏,断层面一般表现粗糙,多呈锯齿状。
张性断层在拉应力下卸荷破裂,卸荷作用将引
起卸荷面即断层面附近岩体内部应力重分布,造成
随着经济和科技的发展,部分矿井已进人深部 或复杂构造煤田开采,由此而来的瓦斯地质灾害问 题亦越来越严重。众所周知,伸展构造作为开放式 的渗透条件,一般不会促成瓦斯的聚集,更不会诱发 大规模的瓦斯突出事故[1 - 3],然而作为典型的伸展 构造的滑动构造区各煤矿最近几年相继发生了众多 不同规模的瓦斯地质灾害[4 - 6],煤与瓦斯突出、瓦斯 爆炸及煤层自然发火等安全事故频频出现。这表明 现代的瓦斯地质灾害的研究要由原来的单一构造因 素进行深入研究。在地质史上,现今各种地质构造 都是多次构造运动的结果,并且,如滑动构造区这种 开放性构造也同时存在张性断层和压性断层。随着 研究深度的增加,有必要对张性断层和压性断层对 瓦斯赋存规律进行具体量化的研究,以便对复合构 造和经历过多期的构造进行进一步认识,以应对当 今更加复杂化的矿井开采。
TANG Hai - lin,JIANG Cheng - lin,YOU Ji - jun ( School of Safety Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221008,China) Abstract: Trough the Change scope analysis of the stress and coal quality in Tensional faults,the flow of coal seam gas in tensile fault control area is approximately unidirectional flow. Through formula of gas unidirectional flow,computing formula of gas pressure control boundary in tensile fault was put forward and the influence of tensile fault on coal seam gas in control area was quantified. By using the method to calculate control boundary in F2 fault of Hongsong coal mine,the calculated result and measured result was basically same. Key words: tensile fault; stress analysis; gas pressure; control boundary
·124·
( 第 43 卷第 3 期)
分析·探讨
张性断层带煤层瓦斯赋存规律分析
汤海林,蒋承林,游继军
( 中国矿业大学 安全工程学院,江苏 徐州 221008)
摘 要:通过对张性断层处的应力、煤质变化程度分析,在张性断层控制区煤层瓦斯流动近似为
单向流动,并通过瓦斯单向流公式,提出了张性断层的瓦斯压力控制边界计算公式,量化张性断