采动影响对断层冲击危险性的数值模拟分析

针对多断层工作面开采易发生冲击地压的问题,以山东某矿3110工作面现场资料为例,运用FLAC3D数值模拟软件对采动影响下断层冲击地压危险性进行了研究,监测并分析了工作面推进过程中断层最大主应力、弹性应变能分布和断层滑移量变化规律,为断层冲击地压灾害防治提供了理论依据。     

采动影响下断层冲击危险数值模拟

为了研究采动影响下断层带附近应力演化规律,以山东鲁西矿区某矿地质资料为背景,基于FLAC3D数值模拟软件和正交试验方法,依次模拟了断层倾角为30°、45°、60°、75°和断层落差为6、10、20、30 m等工况下断层带附近应力峰值的演化规律。结果表明,开切眼布置在上盘开采时断层带附近的应力集中程度远大于下盘开采,并且应力峰值随着断层倾角和落差的增大而增大,当断层倾角为75°,落差为30 m时,支承压力峰值达到了47.3 MPa,并且随着工作面推进过程中距离断层越近,煤壁前方支承应力越大,其冲击危险程度也越高。     

断层下盘一侧采空工作面采动应力分布及其演化规律

以赵楼煤矿断层下盘一侧采空的11303(东)工作面地质条件为背景,采用FLAC~(3D)软件模拟分析了断层下盘工作面背向断层推进时,断层煤柱应力、工作面中部及采空侧端头超前支承应力演化规律。研究表明:工作面推进小于120 m时,断层煤柱应力集中程度逐渐增大,随工作面继续推进,断层煤柱集中应力变化不大。工作面推进小于80 m时,工作面中部超前支承应力峰值逐渐增大,而超过80 m后应力峰值变化不大。工作面采空侧端头受采动及相邻采空区影响,超前支承应力远大于实体煤侧,且在推进170 m时支承应力峰值达到最大。     

煤巷掘进过断层应力变化规律数值模拟研究

以钱家营煤矿5~#煤层巷道掘进过AF_(41)和AF_(42)逆断层为例,采用FLAC~(3D)模拟了巷道掘进围岩应力分布及变化规律。结果表明:断层附近煤岩体初始垂直应力较大,构造应力影响范围为30 m;随着巷道掘进,断层附近围岩应力逐渐增大,应力集中程度更加显著;对于逆断层而言,沿断层下盘向断层掘进更容易导致应力集中,将更容易引起冲击地压。研究结果将为有断层赋存的复杂地质环境中巷道支护和安全掘进提供理论指导。     

不同断层倾角下采场冲击危险性数值模拟研究

以红岭煤矿F505正断层为工程背景,采用理论分析、数值模拟方法,对不同断层倾角条件下沿断层走向回采采场的冲击地压危险性进行分析,比较了不同断层倾角条件下采场的冲击危险程度及诱发因素。研究结果表明：随着断层倾角的增大,上、下盘工作面采空区断层煤柱应力集中程度明显增加,其中,下盘断层煤柱应力集中程度增加更明显;工作面超前支承应力分布呈现非对称性,且断层侧应力峰值更高;下盘工作面回采的基本顶位置断层滑移量明显大于上盘工作面回采的断层滑移量,断层倾角越小,基本顶位置断层滑移量越大,采场容易发生动载型冲击事故。提出了工作面不同开采条件下采场冲击地压的防治措施,可为断层影响区域工作面的安全回采提供指导。     

断层落差影响下采动应力变化规律研究

利用FLAC~(3D)数值分析的方法阐明了断层落差对垂直应力的影响规律;并以某矿为研究基础,建立了断层开采数值计算模型,比较不同断层落差下矿山压力的变化规律及断层上、下盘推进时应力的不同变化程度,提出了可行的开采方案,缓解了煤矿安全及回采率的问题。     

平行工作面煤壁断层的采动应力演化规律研究

文章分析了平行工作面煤壁断层的采动应力转移特征,采用UDEC4.0软件对正断层情况下工作面从断层下盘向断层推进过程中工作面超前支承压力的变化进行研究。     

老虎台矿巷道断层冲击地压数值模拟研究

结合抚顺老虎台煤矿的实际,对深埋巷道断层冲击地压进行了数值模拟研究。模拟结果表明,深开采活动越接近断层,断层处集中的应力就越大,随着应力不断积累,当达到煤体极限强度时,就会通过喷射等方式释放其积累的弹性能,从而诱发断层冲击地压。通过对老虎台矿断层冲击地压的机理和特点的研究,提出了断层冲击地压的预防措施。     

孤岛工作面遇断层采动应力分布规律研究

针对孤岛煤柱工作面回采过程中遇一斜交10°断层的现状,为解决工作面煤壁易片帮、冒顶等问题,研究了工作面前方采动应力场分布特征及对回采工作的影响。通过采用极限平衡理论和数值计算分析了工作面在回采过程中应力分布规律及围岩变形特征。结果表明:工作面液压支架集中应力主要分布在工作面中上部和下端头附近;开采扰动易造成断层活化,使得断层附近工作面垂直应力下降,水平应力上升。根据监测结果,随着工作面的不断推进,超前支承压力峰值始终位于工作面煤壁前方5 m左右。     

不同断层落差采动应力及活化规律优化研究

以兴隆庄煤矿为工程背景,采用FLAC~(3D)数值模拟,研究了不同断层落差条件下工作面推进时的采动应力及活化规律。研究表明:下盘工作面开采时,顶底板围岩应力集中程度和工作面前方支承压力随着落差的增大而增加,而上盘工作面开采时则表现出相反的规律。下盘工作面开采,对于低位岩层,当工作面距断层30 m时,剪切应力与法向应力比值最大,此时,断层易活化、失稳。当断层落差为8 m时,剪切应力与法向应力比值最大;当断层落差为4 m时,比值最小。对于高位岩层,剪切应力与法向应力比值的最大值随断层落差增大而增加;上盘工作面开采,剪切应力与法向应力比值变化趋势与断层落差变化基本保持一致。上、下盘工作面开采,随着断层落差的增大,顶板下沉量逐渐增加。     

煤柱应力分布规律的数值模拟分析

通过动态和静态两种数值模型模拟了采区隔离煤柱应力分布规律，得出了一些有价值的结论，并按煤柱应力分布规律进行了区间划分，从而为确定煤柱留设宽度时提供了必要的理论参考。     

不同开挖引起断层活化的数值模拟对比分析

强度较低的断层面,周围采动活动易于诱导其断层活化,引发冲击地压。经验表明,在不同采动方案下,引起断层活化的程度存在差异。利用UDEC数值模拟软件,分别模拟工作面从逆断层的上盘和下盘逼近断层回采过程,对比研究断层面最大剪切应力和对应法向应力的演化规律以及断层面上、下盘相对运动规律。结果显示:在工作面回采过程中,工作面距断层水平距离越近,越易于诱导断层活化;工作面在逆断层上盘逼近时,断层相对稳定,活化程度较低;工作面在逆断层下盘推进时,断层活化程度较大,诱发冲击地压的危险性很大。研究表明巷道在逆断层上盘开挖比在下盘更安全、稳定。     

断层对工作面冲击危险性影响数值模拟研究

采用FLAC3D数值模拟软件,研究了断层带附近采动影响下支承压力的变化规律。研究认为,随着工作面与断层距离缩小,工作面前方的煤岩体应力集中系数呈现不断上升趋势,冲击危险性也随之增加,当工作面推进至断层带20 m时,必须采取有效的防冲措施达到弱化冲击强度的目的。该研究对附近有断层工作面的采场布置及采掘作业具有参考价值和指导意义。     

煤厚变化区采动应力演化及其冲击影响研究

为探究深部煤厚变化区冲击地压显现机理,以山东某矿孤岛工作面为工程背景,基于矿震活动分布规律和揭露的煤层变薄带,采用数值模拟方法分析了煤层厚度变化对冲击地压的影响。结果表明:在煤厚变化区初始应力集中,且煤层越薄应力增大的程度也越大;当工作面采动推进至煤厚变化区时,这一现象更为明显。     

断层叠加影响下不同断层倾角采动应力分布特征

以山东省某煤矿1300工作面为工程背景,建立断层A70°和B50°～70°叠加FLAC3D数值模型,研究了单一断层A70°下推采工作面超前应力分布规律以及A70°和B50°～70°叠加影响下工作面超前应力分布规律,以及超前应力随断层倾角变化的规律。结果表明：随着向断层不断推采,工作面超前应力在断层叠加影响下比单一断层影响下更早达到峰值,且随着断层倾角的增大,工作面超前应力受断层倾角切割效应更明显,超前应力降更小,因此应力集中也更明显。因此在回采过程中,遇断层叠加影响,工作面应紧随采煤机跟机拉架,及时有效地做好顶板支护。     

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。     

上边界煤柱对下采场应力分布规律影响数值模拟

以鲍店煤矿六采区3#煤6204工作面为工程背景,采用理论分析和数值模拟的方法对下部采场的应力分布规律进行了研究,得出随着工作面不断接近煤柱边缘超前支承压力峰值会逐渐增加。工作面处于煤柱下时超前支承压力远远大于采空区下的支承压力,因此在有上层煤柱存在的情况下开采时要做好防冲预警和相应的预防措施,以防止冲击地压的发生。     

采掘工程对断层面滑移失稳影响的模拟研究

采掘工程破坏了断层围岩原有的应力平衡状态,使断层发生滑移,严重时会引发冲击地压。为了研究采掘工程对断层的影响,采用UDEC数值模拟软件,分别模拟了断层下盘和断层上盘煤层开采,分析采掘工程对断层面滑移的影响。研究表明:距断层面相同距离时,下盘开采较上盘开采对断层滑移量的影响更大,下盘开采较上盘开采更容易发生断层冲击地压。     

采动应力场控制下的冲击地压机理分析

根据某矿发生冲击地压实例,采用数值模拟方法,应用有限差分软件FLAC3D对发生冲击地压的应力原因进行研究。数值模型建立后,研究随工作面2的分步开挖,受工作面1采空区影响的联络巷附近区域的应力分布规律,结果表明:由于工作面1采空区的存在,在工作面2回采246m后,其超前支承压力与工作面1的采空区引起的支承压力在距联络巷20～50m处相互叠加,最大应力集中系数达1.8,如此大的应力集中为此处发生冲击地压的应力原因。