工作面开采正断层活化规律及采动应力演化特征

摘要

断层是煤矿开采中常见、影响较大的地质构造。断层破坏了岩层连续整体赋存状态，在其附近应力分布异常，采动效应十分突出，极易诱发动力灾害，对煤矿开采设计、安全生产等存在重大影响。
　　本文通过理论计算、相似材料模拟试验和数值模拟方法，对上、下盘工作面过正断层开采期间的断层两盘运移规律、采动应力演化特征和断层活化规律进行研究，并通过现场微震事件进行了验证，主要研究成果如下：
　　1）断层带切割了顶底板岩层的完整性，采动应力的阻隔效应显著，致使断层煤柱易形成较高的应力集中区；下盘向正断层推进时，存在支承应力突增点，使断层煤柱发生塑性破坏，释放大量弹性能；上盘向正断层推进时，支承应力平缓增加，且推进过程中部分应力能够向下盘转移。相比上盘开采，下盘开采时断层附近基本顶不易形成稳定铰接结构，向对盘传递载荷的能力弱，断层阻隔作用相对较强，断层煤柱内支承应力存在突增现象。
　　2）断层面应力变化具有明显的时空特性。高位断层更容易受采动影响，断层面应力状态首先发生改变。同一层位断层面上，剪应力与法向应力受采动影响的敏感性不同，法向应力最先受到影响，随后剪应力发生改变。
　　3）由数值模拟和相似材料模拟可知，下盘工作面过正断层前后30m，断层活化危险性最大，两盘覆岩运动最剧烈，过断层期间下盘易沿断层面整体滑移，过断层后20~30m期间上盘悬臂基本顶易整体切落。上盘工作面过断层期间及过断层后20m范围内断层活化的危险性最大，过断层后70m范围内两盘覆岩运动最剧烈，直接顶和基本顶随采随冒，由工作面煤壁斜向断层周期性形成破断线，切割下盘岩层，形成三角岩体，整体沉降。
　　4）随工作面向断层推进，高位断层首先受采动影响，而后在垂直方向上向断层两端扩展。相比上盘开采，下盘工作面采动应力存在突增点，断层活化启动时间较早，断层活化期间两盘运动更剧烈，活化危险性和危害性更大。
　　5）断层倾角、采高对煤壁前方采动应力和断层活化影响较大，断层落差影响较小。

目录

声明

1绪论

1.1课题的提出及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容和方法

2正断层应力阻隔及断层活化力学分析

2.1断层基本要素及分类

2.2正断层应力阻隔效应研究

2.3断层活化理论基础

2.4本章小结

3正断层采场覆岩运动规律的相似模拟研究

3.1相似材料模拟试验设计

3.2正断层采场覆岩演化规律研究

3.3本章小结

4正断层采动应力演化与断层活化特征

4.1 FLAC3D模拟软件简介

4.2数值模型及模拟方案

4.3过正断层开采采动应力演化特征

4.4正断层活化规律研究

4.5不同因素对采动应力及断层活化的影响

4.6 本章小结

5工程实例验证

5.1微震理论基础

5.2东滩煤矿14310工作面微震监测

5.3鲍店煤矿103 下03工作面微震监测

5.4 本章小结

6主要结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要成果

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