采动影响下断层面应力与滑移特征研究

为了研究工作面开采结束后断层面的应力与滑移特征,以峰峰矿区某矿实际地质条件为背景,通过理论计算和数值模拟的方法,建立了断层面应力和滑移力学模型,得到了采动影响下的断层滑移力学判据及断层滑移的主要影响因素,研究了工作面推进结束后的断层面应力特征和断层滑移情况并进行了实例验证。研究结果表明:开采造成断层面正应力和剪应力的变化是断层滑移的主要影响因素;断层面岩性参数相近时,断层面正应力和剪应力与至断层露头的垂直距离近似呈线性关系,并且正应力变化幅度远大于剪应力变化幅度,正应力增加速率为剪应力增加速率的19倍左右;煤层开采后,距离断层露头较近的断层面岩体有向下滑移趋势,距离断层露头较远的断层面岩体有向上滑移趋势。     

坚硬顶板厚隔水层条件下底板突水致灾机理及全周期治理技术

峰峰矿区九龙矿4号煤层顶板为厚3.5 m的坚硬野青灰岩,煤层底板岩层组合为“厚隔水层夹薄层灰岩+奥陶系灰岩”,九龙矿开采4号野青煤以来,发生多起底板奥灰突水事故。针对煤层底板存在厚隔水层且传统井下底板加固甚至区域治理仍无法完全消除奥灰突水的现状,笔者基于零位破坏理论,建立了考虑顶板压力传递的煤层底板采动破坏力学模型,分析了顶板压力传递和承压导升作用下的底板突水致灾机理,提出底板水害“采前-采中-采后”全周期治理技术并通过井下底板验证孔-工作面涌水量-奥灰水位动态变化“三位一体”立体化监测对治理效果进行评价。研究结果表明：(1)坚硬顶板条件下,采空区悬露面积大,周期来压强烈,导致底板破坏深度增加,在煤层底板导水构造阶梯式导升作用下容易发生滞后突水;(2)通过采前区域治理对煤层底板进行全面加固消除致灾因素,采中对煤层底板微震事件多发、构造发育区域进行重点加固达到减水开采,采后补强加固实现保水开采,创建了工作面底板奥灰水害全周期治理模式;(3)治理后,工作面底板薄层灰岩与奥灰无水力联系,奥灰水位与工作面底板涌水量随工作面来压发生变化,但变化幅度较小,工作面涌水量仅为0.46～1.12 m3/...     

基于关键层理论的地表偏态下沉影响因素分析

将工作面上覆岩层分为关键层下部软弱岩层、关键层、松散层3部分,根据关键层理论建立了地表偏态下沉模型。通过引入地表下沉偏态程度分析了各种因素对地表偏态下沉的影响并利用数值模拟分析了松散层厚度对地表偏态下沉的作用。研究结果表明:(1)关键层下部岩层碎胀系数越小,偏态程度越明显;关键层距煤层顶板高度越小,偏态程度越明显;煤层厚度越大,偏态程度越明显;当采空区长度达到一定值后,偏态程度不随采空区长度的增加发生改变;关键块平均长度越大,偏态程度越明显;松散层厚度越大,偏态程度越明显。(2)松散层厚度的增加只可以使地表下沉具有连续性,但不会抵消地表下沉的偏态程度。     

基于应力波理论的断层对覆岩移动变形和应力传递阻隔效应研究

为了研究断层对开采沉陷影响机制，将工作面开采对覆岩的扰动视为应力波在岩层介质中的传递，建立了应力波在软弱岩层和坚硬岩层间双向传递的应力表达式。采用理论和数值计算分析了软弱岩层介质对应力波传递的影响，揭示了断层对覆岩移动变形和应力传递阻隔机制并通过相似模拟进行验证，最后利用数值计算分析了不同断层特征参数对覆岩移动变形阻隔作用的影响程度。结果表明：工作面开采产生的应力波波速越大，采动对覆岩的扰动越大|断层带岩体作为破碎带存在，应力波在断层带岩体多重反射作用下穿过断层带后波速下降明显，开采盘与非开采盘应力波最大波速之比为4.68～35.61，断层对采动应力传递具有阻隔效应，覆岩移动变形主要发生在开采盘|由于应力波穿越断层后在浅部波速衰减小于深部，浅部断层带岩体先于深部断层带岩体发生非连续变形|断层特征参数对覆岩移动变形传递阻隔作用排序为断层带宽度＞断层落差＞断层倾角＞断层带岩体内摩擦角＞断层带岩体黏聚力。