一种岩体应力状态分析方法
【专利摘要】本发明公开了一种岩体应力状态分析方法，包括：断裂构造划分：依据地质动力区划方法，以绘图法为主，结合航卫片判读、地面及井下考察，划分井田Ⅰ-Ⅴ级断裂；地质构造模型建立：以Ⅴ级断裂作为井田地质构造模型，建立岩体应力状态计算模型；构造应力区划分：根据应力区划分准则，划分井田高应力区、低应力区和应力梯度区。本发明基于建立的地质构造模型，根据一定数量的地质钻孔测点资料，确定岩性分布特征，进行岩石及断裂参数赋值，将已知点提供的地应力数据作为边界及加载条件，进行相应的理论或数值分析、反演、回算和模拟，揭示区域构造和岩体应力状态间内在关系，能够对几km2或几十km2井田进行区域应力场计算，经过长期实际应用，效果良好。
【专利说明】一种岩体应力状态分析方法
【技术领域】
[0001]本发明属于地质动力研究领域，尤其涉及一种岩体应力状态分析方法。
【背景技术】
[0002]地应力是引起采矿工程围岩、支护变形和破坏，产生矿井压力显现的根本作用力，准确的地应力资料是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析和计算，实现采矿决策和设计科学化的必要前提条件。个别测点的应力测量结果并不能全面反映矿区地应力场的特性，通常用数值模拟方法进行应力分析，进而研究弹性应变能的密度及煤岩的破坏条件，进行区域应力场的分析研究。目前国内外在区域构造应力场和岩体应力状态区域研究方面的主要难点是建立地质构造模型的方法。多数研究采用地质、地震界已经确定的断裂来建立区域构造模型。这里存在两点问题，第一，对于一个区域，其所建立的构造模型是不完整的，有的甚至相差很远；第二，断裂构造，尤其是活动断裂对区域岩体应力状态的影响。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种岩体应力状态分析方法，旨在解决目前国内外在区域构造应力场和岩体应力状态区域研究方面存在的对于一个区域，其所建立的构造模型是不完整的，有的甚至相差很远，断裂构造，尤其是活动断裂对区域岩体应力状态的影响的问题。
[0004]本发明是这样实现的，一种岩体应力状态分析方法，该岩体应力状态分析方法包括以下步骤:
[0005]步骤一，断裂构造划分:依据地质动力区划方法，以绘图法为主，结合航卫片判读、地面及井下考察，划分井田1- V级断裂；
[0006]步骤二，地质构造模型建立:以V级断裂作为井田地质构造模型，建立岩体应力状态计算模型；
[0007]步骤三，构造应力区划分:在地质构造模型的基础上，选取计算参数，进行反演计算，划分不同等级构造应力区。
[0008]效果汇总
[0009]本发明的岩体应力状态分析方法，基于建立的地质构造模型，根据一定数量的测点资料控制的基础上，确定岩性分布特征，进行岩石及断裂参数赋值，将已知点提供的地应力数据作为边界加载条件，进行相应的理论或数值分析、反演、回算和模拟，揭示区域构造和岩体应力状态间的内在关系，系统能够对几km2或几十km2的井田进行区域应力场计算，经过长期的实际应用，效果良好。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明实施例提供的岩体应力状态分析方法流程图；
[0011]图2是本发明实施例提供的同忻井田最大主应力等值线图；[0012]图3是本发明实施例提供的同忻井田3-5#煤层顶板应力区划分图。
【具体实施方式】
[0013]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0014]下面以大同同忻煤矿为实施例对本发明的工作原理做进一步详细说明:
[0015]如图1所示，本发明是这样实现的，一种岩体应力状态分析方法，该岩体应力状态分析方法包括以下步骤:
[0016]SlOl:断裂构造划分，依据地质动力区划方法，以绘图法为主，结合航卫片判读、地面及井下考察，划分井田1- V级断裂；
[0017]S102:地质构造模型建立，以V级断裂作为井田地质构造模型，建立岩体应力状态计算模型；
[0018]S103:构造应力区划分，在地质构造模型的基础上，选取计算参数，进行反演计算，划分不同等级构造应力区。
[0019]步骤一，断裂构造划分:依据地质动力区划方法，以绘图法为主，结合航卫片判读、地面及井下考察，划分井田1- V级构造的具体实现方法为:
[0020]地质动力区划工作遵循从总体到局部的原则，查明地壳的活动构造，以解决工程实际问题为目标，针对人类工程活动所引发的地质动力现象开展研究工作。首先在板块构造研究的基础上，进行1、π、ιπ、ιν和V级区划工作。每级区划所用比例尺逐渐增大，即研究范围在逐渐缩小。I级区划工作是建立板块构造与工程所在的大区域构造活动之间的联系，下一级别的区划工作都是建立与上一级别区划研究的联系，并进一步细化研究内容和缩小研究范围，V级区划工作尺度与井田范围相对应。用地质动力区划方法查明地壳的断块构造是根据由一般到个别的原则。即在大比例尺图上查明构造活动的“轮廓”，从小比例尺区划图中抽象出个别构造特征。这样做能够查明区域构造发展的一般规律。地质动力区划断块所用地图比例尺见表I。
[0021]表I地质动力区划断块划分比例范围
【权利要求】
1.一种岩体应力状态分析方法，其特征在于，该岩体应力状态分析方法包括以下步骤: 步骤一，断裂构造划分:依据地质动力区划方法，以绘图法为主，结合航卫片判读、地面及井下考察，划分井田1- V 级断裂； 步骤二，地质构造模型建立:以V级断裂作为井田地质构造模型，建立岩体应力状态计算模型； 步骤三，构造应力区划分:在地质构造模型的基础上，选取计算参数，进行反演计算，划分不同等级构造应力区。
2.如权利要求1所述的岩体应力状态分析方法，其特征在于，步骤一，断裂构造划分:依据地质动力区划方法，以绘图法为主，结合航卫片判读、地面及井下考察，划分井田1- V级断裂的具体实现方法为: 地质动力区划工作遵循从总体到局部的原则，查明地壳的活动构造，以解决工程实际问题为目标，针对人类工程活动所引发的地质动力现象开展研究工作；首先在板块构造研究的基础上，进行1、π、ιπ、ιν和V级区划工作；每级区划所用比例尺逐渐增大，即研究范围在逐渐缩小；I级区划工作是建立板块构造与工程所在的大区域构造活动之间的联系，下一级别的区划工作都是建立与上一级别区划研究的联系，并进一步细化和缩小范围，V级区划工作尺度与井田范围相对应；利用地质动力区划方法查明地壳的断块构造是根据由一般到个别的原则，即在大比例尺图上查明构造活动的“轮廓”，从小比例尺区划图中抽象出个别构造特征。
3.如权利要求1所述的岩体应力状态分析方法，其特征在于，步骤二，地质构造模型建立:以V级断裂作为井田地质构造模型，建立岩体应力状态计算模型的具体实现方法为: 地质构造形式划分是在构造块体划分的基础上进行的，通过这一工作建立区域地质构造模型；利用板块构造学的观点和理论对局部区域地质构造，遵循从一般到个别的原则，查清矿区及邻近区域的各级断块结构，建立适合于进行采矿工程实际应用的地质构造模型，为井田应力场的研究奠定基础。
4.如权利要求1所述的岩体应力状态分析方法，其特征在于，步骤三，构造应力区划分:在地质构造模型的基础上，选取计算参数，进行反演计算，划分不同等级构造应力区的实现方法为: 首先，模型建立及参数选取； 根据建立的地质构造模型，利用“岩体应力分析系统”进行有限网格剖分、断裂与岩性赋值和应力条件加载； 其次，构造应力区划分标准； 构造应力区的划分可采用作图法进行；作图法是一种单因素法，主要是根据数值计算得出的矿区应力等值线图划分岩体应力区，以活动断裂的组合形式进行修定；首先要按矿区岩体应力分布情况和应力值大小确定划分准则，高应力区可用应力集中系数和影响范围两个参数表示；因此，可采用应力集中系数法来划分岩体应力区，应力集中系数K等于区域岩体应力值(O1)与垂直应力(YH)的比值； K=^
Yll当1(> 1.2时，与之对应的最大主应力等值线所圈定的范围即为高应力区；当1(<0.8时，与之对应的最大主应力等值线所圈定的范围即为低应力区；高应力梯度区位于这两个区域之间；各应力区 影响范围可在图上直接量取。
【文档编号】G01N33/24GK104007249SQ201410241780
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月3日 优先权日:2014年6月3日
【发明者】陈蓥, 张宏伟, 李胜, 韩军, 宋卫华 申请人:辽宁工程技术大学