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中国地质灾害与防治学报№
月】
巨厚松散盖层区立井稳定性的
动力学特征分析
· 《
刘盛东胡伏生
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淮南矿业学院中国地质大学北京
提要从地震理论旬工程结构动力学角廑,分析了煤矿的矿山振动特点以及新生界松散覆盖屡和立
井结构对矿山振动的响应,从理论上证孵了煤矿井下生产活动是导致立井失穗的一个作用机制,并就此种
立井失穗的发展趋势和治理对策提出了见解。
关键词矿山撮动煤矿立井松散盖层
一
、引言
近年来,煤矿立井变形甚至破坏已成为黄淮地区一种多发的地质灾害。据不完全统计,
至年月,该区失稳的井筒已达个。由于失稳的井筒全部分布于具大厚度松散地
层的矿区,立井破坏段或是位于松散层中的底部含水层深度左右,或是位于基岩面附近,因
而许多学者将立井失稳或归因于松散层中地下水位的大幅度下降,或归因于构造应力
场。。。,井作了一些现场调查和实验模拟工作。但就目前的研究成果而言,至今尚未得出松
散介质的释水压缩或构造应力场在立井周围可能引起的应力附加值。因此,对这二种因素
是否能导致立井失稳,或换个角度看,对这二种因素各自在立井失稳过程中起到的作用,仍
缺乏令人信服的结论。
笔者近年来在矿区进行土层地脉动测试和地下工程结构检测过程中发现, 由于采矿活
动引起的振动以下简称矿山振动可在松散层中引起显著的振动异常。当松散层中存在
刚性柱状结构体如砼立井时,矿山振动也会引起结构体的振动,并且由于结构体与周
围介质间的剐性差异,二者对矿山振动的响应不同幅,其发展过程完全可能对结构体的稳
定性产生不利影响。笔者以振动力学理论为依据,探讨矿山振动的形成和发展过程以及矿
山振动对立井稳定性的影响机理。
二、矿山振源与矿山振动
由工程地震理论和长期的地震台站观测表明,地表面每时每刻都在作微小的振动。将
无特定振源且振动周期较短小于秒的微动稚作常时微动,对于无特定振源且振动周
期大于秒的微动称作脉动。对于煤矿来说,实际观测表明常时微动的频度与幅度都较非
采矿区要显著得多。
一一
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.矿山振源
煤矿的采掘活动总离不开矿山爆破、煤岩运输、机械运转等工程活动。可以认为整个
采矿过程都伴随着大量地震波的产生,这些地震波由于振源的多样性,振源位置的不确定
性,将在岩层中相互干涉叠加, 以一统计效应表现出来。
假设井下任一点源如一次爆破,△将在产生冲击波和应力波使岩石破碎外,爆
炸能量的~ 将转换成地震波,由压缩纵汉和剪切横渡所组成,在岩石中
地震波将向空间传播,若由△产生的达到基岩面
时为, 则有
·一··
式中为△距离基岩面的距离,为岩石的吸
收系数, 为阶跃函数,为作用时
间。图为硐室一次爆破实测波形记录。
则井下所有随机振源在基岩面产生的总效应
为: “, 一
田矿蟮破地震对记录由于叠加时将产生相长干涉和相消干涉,特别
. 是能量大、频率匠的剪切渡,有更多的机会产生相长
干涉。
位穆曲线周期一频度直方图
由于矿山覆盖层与基—
岩交接面是两种弹性介质的分界面,当井下地震波到