断层倾角对逆断层活化规律影响的模拟分析北大核心

以杨村煤矿10605工作面F5逆断层为研究对象,采用三维有限差分数值软件FLAC^(3D)模拟研究了断层倾角对逆断层活化的影响,揭示了断层倾角对逆断层活化影响的规律。结果表明,当开采逆断层下盘煤层时,断层倾角越小,断层带上的应力就越大;断层倾角越小,断层带两盘相对滑移量越大;断层带受采动影响显现出的孔隙压力范围及破坏程度随断层倾角的增大而减小。小倾角逆断层容易活化,诱发断层突水危险性大,所需留设的防水煤柱的宽度越大。     

断层倾角对逆断层活化规律影响的模拟分析

以杨村煤矿10605工作面F5逆断层为研究对象,采用三维有限差分数值软件FLAC~(3D)模拟研究了断层倾角对逆断层活化的影响,揭示了断层倾角对逆断层活化影响的规律。结果表明,当开采逆断层下盘煤层时,断层倾角越小,断层带上的应力就越大;断层倾角越小,断层带两盘相对滑移量越大;断层带受采动影响显现出的孔隙压力范围及破坏程度随断层倾角的增大而减小。小倾角逆断层容易活化,诱发断层突水危险性大,所需留设的防水煤柱的宽度越大。     

逆断层上下盘开采冲击危险性模拟及实验研究

为得出断层冲击地压发生的危险性,以耿村煤矿为背景,借助数值模拟、相似模拟实验等手段研究了逆断层上、下盘开采时应力变化及断层活化过程。建立数值模型,将工作面布置在上盘,研究了工作面开采时断层面不同位置应力及滑移量变化,得出了工作面距断层80～10m范围内的活化程度及冲击地压危险性;将工作面布置在下盘,研究了开采过程中断层面应力分布及变形量演化规律;借助相似模拟实验,研究了逆断层下盘开采时断层面位移变化及断层活化过程,通过对两种手段研究结果的对比分析,表明逆断层下盘开采时断层活化的危险性高于上盘开采,当工作面距断层10m时最易导致断层的活化并诱发冲击地压的发生,活化区域为煤层顶板以上20～30m范围。本研究为工作面开采过程冲击地压的防治提供了理论依据。     

断层落差对逆断层活化规律影响的模拟研究北大核心

以某煤矿F5逆断层实际地质资料为背景,采用FLAC3D软件,对逆断层上、下两盘工作面依次回采时断层带的应力演化规律及断层的活化规律进行研究,揭示了工作面采动中落差与逆断层活化之间的联系。研究可知,下盘煤层开采时,断层落差与断层带正应力及两盘滑移量的变化成正比,即随落差的增大而增大,断层也更容易活化;上盘煤层开采时,随着断层落差的增大,断层的两盘滑移量及其所受的正应力均减小,断层落差越小,其活化程度反而越高,突水危险性更大,因此两盘开采呈现不同的规律,在实际中需加以区分,并有针对性地做好防治措施。     

断层落差对逆断层活化规律影响的模拟研究

以某煤矿F5逆断层实际地质资料为背景,采用FLAC3D软件,对逆断层上、下两盘工作面依次回采时断层带的应力演化规律及断层的活化规律进行研究,揭示了工作面采动中落差与逆断层活化之间的联系。研究可知,下盘煤层开采时,断层落差与断层带正应力及两盘滑移量的变化成正比,即随落差的增大而增大,断层也更容易活化;上盘煤层开采时,随着断层落差的增大,断层的两盘滑移量及其所受的正应力均减小,断层落差越小,其活化程度反而越高,突水危险性更大,因此两盘开采呈现不同的规律,在实际中需加以区分,并有针对性地做好防治措施。     

断层破碎带宽度对逆断层活化规律影响的模拟研究

根据杨村煤矿F_5逆断层实际地质资料,通过运用数值模拟软件FLAC~(3D)及现场监测方法,对F5逆断层上、下两盘工作面依次回采时断层带的应力演化规律及断层的活化规律进行研究,揭示了工作面采动过程中断层破碎带宽度与逆断层活化之间的关系。研究可知,由于断层破碎带具有较大的变形缓冲能力而吸收采动产生的二次应力,使得应力传递难以越过断层破碎带向围岩更前方传播,应力峰值区域被限制在工作面煤壁及断层破碎带一侧煤柱破坏区边界之间,因此下盘工作面开采时,工作面推进至210m位置处,断层带的正应力呈现先缓慢下降,后小幅升高的现象;两盘煤层开采时,断层带正应力、两盘滑移量及围岩的孔隙压力均与破碎带宽度成正比,即破碎带宽度越大的断层在采动影响下越易活化。因此,在实际中需要有针对性的做好防治措施;超前支承压力的影响范围为30m左右,距工作面8m位置处,超前支承压力达到峰值,而后随工作面推进开始回落,并逐步趋向原岩应力。     

受小倾角断层影响的地表移动特征研究

为了研究受小倾角断层影响条件下铁路保护煤柱的留设方案,利用UDEC软件模拟了采煤工作面处于出露地表的小倾角断层下方不同位置时对地表移动特征的影响。结果表明:断层露头处地表会发生不连续变形,且当断层露头处于按正常地质条件下移动角划定的开采范围外时,工作面与断层露头的水平距离越近,该变形越明显,断层越易活化;工作面与断层露头的水平距离大于某一临界值时,断层露头处的移动变形小于建筑物Ⅰ级破坏的临界变形值。在榆树坡煤矿1504工作面,该临界值可取446.6m,据此提出了铁路保护煤柱的留设方案。     

上下盘开采断层滑移失稳诱发地表异常沉陷机理研究

当工作面上覆岩层中含有断层,开采造成断层带岩体滑移失稳时,断层露头处地表移动变形值往往异常增大.含有断层时的地表移动变形规律与不含断层时具有显著差别.为研究上下盘开采断层滑移失稳诱发地表异常沉陷机理,通过理论推导建立上下盘开采断层滑移失稳力学模型和土体近似悬臂断裂模型,并结合数值模拟和相似模拟实验对比分析上下盘开采断层滑移失稳机理及其难易程度.研究结果表明:断层露头处地表异常沉陷是断层滑移失稳后土体在断层露头处受悬臂作用而发生断裂的结果,上盘开采断层露头附近地表裂隙或台阶偏向采空区外侧,下盘开采断层露头附近地表裂隙或台阶偏向采空区;上盘开采断层可稳定区域比下盘开采大,上盘开采断层更容易维持稳定,下盘开采断层露头处地表更容易产生台阶下沉;上盘开采随断层倾角增大,断层稳定性变差,下盘开采当断层倾角小于断层带岩体内摩擦角时,断层一定会滑移失稳,而下盘开采随断层倾角增大,断层稳定性增强;下盘开采断层露头处剪应力与正应力的比值为上盘开采的5倍左右,下盘开采断层带岩体更容易滑移失稳;断层作为岩体中天然弱面存在,对采动应力的传递具有阻断效应.研究结果对分析断层影响下的地表沉陷规律及断层露头处建、构筑物的保护具有一定意义.     

采动影响下逆断层阶段性活化诱冲机制

为了探明采动影响下逆断层诱冲机制,结合现场数据、理论推导以及数值模拟方法,综合分析了采动影响下逆断层活化过程,从动静载扰动的角度进一步分析了采动影响下逆断层诱冲机制。采动影响下逆断层活化为阶段性过程,通过滑移倾向性指标T_s以及滑移量的分析可以将该过程分为3个不同的阶段。研究表明:逆断层高位区域T_s值及滑移量较大,为断层面活化过程中的危险区域,且断层面活化危险程度受断层倾角以及工作面到断层距离l的影响。逆断层的存在改变了井下开采结构,造成了工作面应力状态的改变,且逆断层阶段性活化过程中会不同程度的释放能量。数值模拟结果表明:采动影响下逆断层诱冲机制主要由动静载2方面引起:静载扰动方面,逆断层倾角的减小会造成工作面超前支承压力集中系数的增大,加大了冲击地压危险性;另一方面,逆断层阶段性活化过程中释放的能量以动载的方式对工作面造成冲击,该能量可以用地震矩M₀来表征。M₀与工作面到断层距离l之间存在指数相关性,该相关性中的p,q值可以用来表征工作面在回采过程中逆断层能量积累程度。p值反映开采后期断层面能量积...     

基于地表沉陷控制的巨厚松散层下深部条带开采优化研究

以某煤矿巨厚松散层下深部开采为研究背景,为了得到条带开采的最佳设计方法,利用数值模拟,结合现场实测资料,对条带开采的采出率和条带尺寸进行研究。利用条带开采作为巨厚松散层下深部开采地表沉陷的控制方法,必须保证留设煤柱在高地应力的条件下有足够强度,同时保证采出条带宽度不致使厚松散层发生大的压缩变形,加大地表沉陷剧烈程度。模拟结果表明,控制煤炭采出率为50%,条带宽度为80 m时的地表沉陷控制效果最佳,开采最为经济合理。研究结果可为巨厚松散层下深部条带开采方案的设计提供参考依据。     

断层活化对建(构)筑物保护煤柱留设的影响分析

现场开采实践表明,合理留设断层影响下的建(构)筑物保护煤柱是煤矿初步设计中需要考虑的重要问题之一。在分析采动断层活化的力学机理的基础上,结合各种产状的断层对采动地表移动变形的影响,给出了受断层影响下的建(构)筑物保护煤柱留设方法。研究表明,采动断层活化与断层面的应力状态、断层倾角、断层面岩石的黏聚力和内摩擦角,以及断层面上的流体压力等因素有关,断层对地表移动变形的影响与断层面的倾向和倾角有关。在进行断层影响下的建(构)筑物保护煤柱留设时,应当考虑到工作面开采参数、断层面的物理力学参数和开采方法等影响因素,综合采用数值模拟和相似模拟等手段确定保护煤柱的宽度。     

厚松散层开采条件下地表沉陷数值模拟分析

在厚松散层开采条件下,地表移动变形有自身的特点和变形规律。根据巨厚松散层下矿区的地质采矿条件,采用FLAC3D程序数值模拟软件,得到了100~350m不同厚松散层厚度条件下岩层垂直位移云图及地表下沉曲线。探讨了地表最大下沉值W、下沉系数q与松散层厚度之间的关系,分析了厚松散层开采条件下地表移动变形的特殊规律,并从岩层与地表移动变形机理方面进行了解释,进而得到了特定矿区厚松散层开采条件下沉陷规律。     

厚松散层下下沉系数与采动程度关系研究

采动程度对控制地表移动变形起着关键作用,而地表下沉系数取值的准确性决定了地表移动变形的预计精度.为了探讨厚松散层开采条件下采动程度与下沉系数之间的关系,在分析矿区厚松散层地表移动观测站实测资料的基础上,研究了松散层厚度对充分采动影响的程度,揭示了传统方法评价采动程度不合理性的原因,分析了厚松散层下开采引起的覆岩应力分布与移动机理.给出了应将松散层与基岩作为开采深度的不同介质评定采动程度的标准,通过计算分析,提出了厚松散层开采条件下充分采动的临界宽度,得到了厚松散层下的下沉系数.通过与实测资料相比,下沉系数较为符合现场实际,为矿区厚松散层下“三下”采煤提供了科学依据.     

断层影响下底板应力分布和破坏分析

采用FLAC5.02D数值模拟软件模拟了煤层开采过程中断层对底板应力峰值与塑性区变化的影响。对不同断层倾角,断层刚度和底板水压下底板应力峰值和塑性区变化进行了分析,同时根据现场实测,对有无断层条件下破坏深度进行对比。断层倾角越小,底板应力峰值越高,底板破坏区范围越大;断层倾角越大,底板破坏区范围越小,最终发展为“X”型。断层刚度的增加,没有对底板塑性区产生明显的影响,只是从断层带一侧改善了底板突水通道。随着底板水压的增大,塑性区范围没有明显变化,底板应力峰值的波动程度也不大。无断层存在,底板破坏深度为0~17 m;断层带的存在使底板破坏深度增大了135%。     

厚松散层矿区综放开采地表移动变形规律

以鑫龙煤矿首采工作面1501综放工作面地表移动观测数据为基础,研究了厚松散层地质采矿条件下综放开采对地表移动变形相关静态及动态参数的影响。结果表明:相较于一般采矿地质条件,在厚松散层下综放开采引起的地表下沉系数、水平移动系数及最大下沉速度系数偏大,分别为0.86、0.75和17.53;地表移动活跃期及衰退期较长,所占总移动时间的比值分别为58.0%和37.2%,阶段下沉量占总下沉量的比值分别为97.6%和2.0%,表明厚松散层下综放开采,地表将较长时间处于移动剧烈期且地表稳定所需时间较长。     

卸载条件下逆冲断层滑移实验研究

煤矿开采活动对断层系统的卸荷效应,往往诱发逆冲断层失稳进而导致冲击地压灾害。以义马F16逆冲断层为工程背景,采用实验室实验研究了卸载条件下逆冲断层的差应力变化特征,分析了逆冲断层卸载过程中的位移场、变形场演化规律,阐述了逆冲断层失稳瞬态的滑移位移及声发射特性,探讨了逆冲断层的失稳过程。研究结果表明:逆冲断层卸载失稳时发生多次差应力"突跳"现象,以首次"突跳"变化量最大,差应力"突跳"量为0.36 MPa;断层不同部位滑移情况具有显著差异,其中下部滑移量大于中部和上部、下盘远场滑移量大于近场和上盘;断层岩体的法向应变和剪切应变呈"降低—突增—波动—稳定"的变化趋势,且变形场受位置影响较大,如下部法向应变"突跳"量大于中部和下部,两端剪切应变"突跳"量大于中部;断层失稳瞬间可分为启滑、主震、后震3个阶段,主震将释放大部分能量,为断层冲击地压的主要能量来源;卸载导致逆冲断层滑移的过程分为线性稳态、非线性稳态、亚失稳及失稳4个阶段,失稳瞬间剪应变的变化趋势为"突降—回弹—稳定";开采扰动引起的卸荷作用,造成F16断层不同位置呈不同的滑移模式,即浅部逆时针滑移、深部顺时针错动。     

厚松散层薄基岩下开采地表变形规律——以鲁南矿区为例

我国东部厚松散层薄基岩矿区开采地表沉陷普遍具有下沉量大、移动范围广、稳沉时间长等特征。本文以鲁南矿区某煤矿为例，探讨了不同松散层与基岩厚度比条件下煤层开采的地表变形参数变化规律，在现场实测的基础上，采用FLAC^3D数值模拟技术，建立不同松基比(0.25～5.00)条件下煤层开采的地表变形计算模型，研究了地表变形特征，分析了松基比对概率积分法参数的影响，并从开采沉陷的角度对厚松散层薄基岩条件进行了定量分析与探讨。研究表明：(1)在开采厚度相同条件下，当松基比不断增大时，地表变形量呈明显的先增大后减小特征，在松基比达到某一限值后，地表变形趋于稳定；(2)下沉系数、水平移动系数和主要影响角正切均随着松基比增大表现为先增大后减小的关系，松基比拐点分别为1.75、1.25和1.25；(3)松散层厚度在平均采深中所占的比例对移动角、边界角具有较大的影响，边界角、移动角随着松基比的增大逐渐减小。基于上述研究，提出将松基比为1.25～1.75作为厚松散层薄基岩条件的临界值，为我国东部典型厚松散层薄基岩矿区地表变形预计和开采沉陷灾害防控提供了理论基础。     

巨厚含水松散层下开采地表移动变形规律研究

巨厚含水松散层复杂地质采矿条件下开采地表移动变形规律存在一定的特殊性。为了研究巨厚含水松散层下开采地表移动变形规律,明确巨厚含水松散层对地表移动变形影响,以菏泽矿区为研究区域,在分析某矿1308工作面地表移动变形实测数据的基础上,采用FLAC^3D数值模拟软件,流固耦合计算模拟了巨厚含水松散层下开采地表移动变形,分别制定了动态固结沉降方案、无含水层方案、含水层位置方案,量化计算了巨厚含水松散层渗流固结沉降量占比,总结了巨厚含水松散层渗流固结沉降动态规律,对比分析了有无含水层情况下煤层开采地表移动变形差异,研究了松散层内含水层位置对地表移动变形的影响。研究结果表明：某矿巨厚含水松散层采矿条件下受采动引起的渗流固结沉降占地表总下沉量的8.5%;随工作面推进,开挖变形和渗流固结沉降增量的变化可划分为同步增长期、动态变化期、同步减缓期3个阶段。巨厚松散层内含水层受采动影响产生的疏水渗流固结现象会导致地表移动变形增大、地表移动影响范围扩大,但最大曲率和最大水平变形的减小说明下沉盆地的整体形状更为平缓。地表变形参数与巨厚松散层内含水层位置之间存在相关性,通过相关性分析,建立了地...     

大采深厚松散层薄基岩条采地表移动特征研究

大采深、厚松散层、薄基岩条件下条带开采对地表建(构)筑物的影响,较之一般覆岩条件下条带开采引起的对地表移动变形影响要大。根据山东济北片区覆岩结构特点、煤层埋藏特点以及地面建筑结构分布特点,采用数值模拟研究、概率积分法预计方法、力学分析、现场观测等手段,针对深埋煤层厚松散层薄基岩这一条件下的条带开采引起的地表移动变形规律进行研究,并得出相应结论。也为诸多类似条件下条带开采地表沉陷研究工作提供指导。     

断层倾角对上盘工作面冲击危险性影响分析

以红岭煤矿沿F505正断层走向布置的上盘工作面为背景,采用数值模拟软件FLAC3D,研究了在断层倾角不同的情况下,上盘工作面开采采动应力及断层滑移规律。结果表明,断层倾角越大,断层煤柱及断层侧工作面超前支承压力集中程度越高,采动空间冲击危险性越高;断层滑移量与煤柱应力峰值变化趋势相同,均随着断层倾角的增加而增加,由于上覆岩层跨落角与断层倾向相反,断层对顶板活动的影响较小,而且断层倾角越小煤层顶板越不易受到断层影响。