断层附近回采工作面采动应力分布规律研究

为了保证断层附近回采工作面的安全生产,必须了解该断层对工作面的采动应力分布规律。通过数值模拟,分析研究断层附近的回采工作面采动应力分布规律。结果表明:断层的存在不仅影响到应力峰值,而且影响到支承压力分布形式和分布范围,使得应力峰值向煤壁转移,应力分布范围减小。     

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。     

不同倾角正断层附近应力分布规律数值模拟研究

查明不同倾角正断层附近应力分布规律对瓦斯分布规律预测、煤与瓦斯突出预测具有重要的参考价值。以鹤壁四矿31052采煤工作面内不同倾角正断层参数为基础,结合实验室岩石力学测试,构建了正断层地质模型;借助ANSYS有限元模拟软件对不同倾角(30、45、60°)正断层附近的应力分布进行模拟。结果表明:煤厚7.5 m、断层垂向高度50 m、断层倾角45°时,断层端部的应力集中程度最高,断层附近煤岩体破碎严重;工作面前方距断层40 m左右范围应力"释放区、集中区、正常区"三区界限较明显。断层长度、煤厚取值不同时,断层端部应力集中程度会发生变化。煤厚和工作面距断层距离对断层附近横向上应力变化有重要影响,断层垂向高度和断层倾角对断层附近纵向上应力变化有重要影响。     

不规则工作面冲击矿压防治技术研究及应用

对不规则工作面进行多因素耦合的冲击矿压危险性分析,得到了该工作面的冲击危险性,并找出了危险区域。采用数值模拟方法,研究该不规则工作面的应力演化规律,发现断层及拐角煤柱附近应力明显高于其他区域。针对该工作面的不同危险区域及应力分布规律,提出冲击矿压综合防治技术。首先采用微震系统、钻屑法等预警技术对矿井进行整体和局部监测;然后采用煤层注水,大直径深孔卸压,深孔卸压爆破等技术对危险区域进行解危处理,有效地避免了冲击矿压灾害的发生。     

深井综采工作面过断层应力演化及岩层移动规律研究

针对综采工作面过断层期间易发生片帮、冒顶等动力灾害,结合AB煤矿W1319工作面的煤层地质情况,采用理论分析、UDEC数值模拟并结合现场实测结果,综合研究垮落法管理顶板工作面过断层过程中覆岩的运动特征、采场煤岩体的破坏情况及应力分布规律。研究结果表明,处于应力平稳状态的工作面受到断层影响后采场应力异常增大,工作面推过断层后采场应力大幅减弱且断层两侧覆岩竖向位移有明显差异,说明断层对应力传播及塑性区的发育有明显阻隔作用,综采工作面过断层在经历了应力平稳阶段、应力异常增大阶段、应力递减阶段后,断层对工作面回采影响彻底消失,再次进入应力平稳阶段,数值模拟结果与现场实测结果一致。研究结果为综采工作面过断层期间安全高效生产提供了理论依据及技术指导。     

正断层上盘开采断层附近应力时空分布数值模拟

采动引起的断层错动是诱发矿震和断层冲击矿压的主要原因之一。在现有的数值模拟研究中，断层上测点的数量较少，以致于对断层各处力学状态全貌的了解较为困难。而且，针对煤层应力分布的研究通常仅限于垂直应力（支承压力），而对其它应力尚缺乏了解。为研究采动条件下断层附近应力时空分布，采用FLAC3D建立了正断层上盘开采的数值模型。模型中共包括13个岩层和1个45°倾角的正断层，通过计算获得了工作面从断层上盘推进过程中断层各处及附近煤层应力的时空分布规律。监测了断层上盘断层上的22个节点以获取断层各处力学状态全貌。研究发现，在工作面推进过程中，断层上存在1个压紧区及1个或多个松动区；断层上的压紧区较为安全，压紧区上、下方松动区的正应力越来越低，当工作面邻近断层时该区的断层区段多趋于危险，该区范围最大为78 m；断层上盘煤层紧邻工作面煤壁的垂直、水平和切应力峰值分别位于煤壁前方7.5～10.5、10.5～15.5和11.5～12.5 m；断层下盘煤层3种应力最大值均上升或有上升趋势。当工作面煤壁距断层的水平距离由40 m减小至20 m时，断层上盘煤层垂直、水平和切应力受断层影响较显著的区域通常分别在距断...     

采动影响下逆断层冲击地压矿震时空分布规律分析

为了分析开采扰动下逆断层冲击地压矿震活动时空分布规律,根据G-R地震活动幂次分布规律,结合现场微震监测数据与数值模拟方法,通过矿震活跃度b值以及地震矩值M 0对井下矿震活动分布规律以及高震级事件能量释放水平进行了分析。研究结果表明:在时间跨度上,井下矿震事件频次分布规律符合G-R分布规律,b值越小,高震级矿震事件在整个矿震事件中频次越高,对工作面冲击危险性影响越严重。b值受原岩应力、开采扰动、断层性质的影响:最大与最小主应力差值越大、开采速率越快、断层倾角越小、落差越大,b 值越小;逆断层地震矩M 0在空间分布上有着明显的差异性。靠近高位岩层附近断层面区域的地震矩值为整个断层面上的峰值区域,随着工作面不断逼近断层面,断层面上的高峰值区域会不断增大且向下部区域蔓延,使得整个断层面上的地震矩不断增大。断层面地震矩值的增大意味着可释放能量水平不断提高,对工作面造成的扰动也会更加剧烈,进一步增大冲击地压事故的危险性。     

充填开采工作面应力分布规律数值模拟及冲击危险防治实践

运用FLAC~(3D)模拟软件对充填开采工作面垂直应力及运输巷附近断层区域应力分布进行了模拟分析,研究结果表明:充填区域超前支承压力较未充填区域下降明显,充填体能够有效抑制围岩应力释放和变形,对控制上覆顶板移动有较好的效果;工作面回采至断层附近时,运输巷与断层距离越近,断层处应力峰值越高,达到56 MPa,随着运输巷与断层距离的增大,构造应力与采动应力叠加影响越来越小。提出"应力在线监测-钻屑法检验-大直径钻孔卸压"的冲击危险治理方法,现场应用表明,效果较好。     

充填开采工作面应力分布规律数值模拟及冲击危险防治实践北大核心

运用FLAC^(3D)模拟软件对充填开采工作面垂直应力及运输巷附近断层区域应力分布进行了模拟分析,研究结果表明:充填区域超前支承压力较未充填区域下降明显,充填体能够有效抑制围岩应力释放和变形,对控制上覆顶板移动有较好的效果;工作面回采至断层附近时,运输巷与断层距离越近,断层处应力峰值越高,达到56 MPa,随着运输巷与断层距离的增大,构造应力与采动应力叠加影响越来越小。提出"应力在线监测-钻屑法检验-大直径钻孔卸压"的冲击危险治理方法,现场应用表明,效果较好。     

工作面沿正断层走向推进断层煤柱应力演化规律研究

以朝阳煤矿3101(东)工作面工程地质条件为背景,采用FLAC~(3D)数值模拟,研究了工作面沿正断层上下盘推进过程中,断层煤柱对采动应力分布演化规律的影响特征。研究结果表明:断层对煤层顶底板的应力传播阻隔效应显著,导致断层煤柱易形成应力集中区;断层上盘的应力阻隔效应相对于下盘较弱,相同断层煤柱下,断层下盘煤柱先于上盘失稳;断层上盘应力集中区域都靠近煤壁,分布较为单一。下盘应力集中区域在断层煤柱大于40 m时分布在断层煤柱上,小于40 m时最高应力值逐渐转移到煤壁上。通过现场实例验证了工作面沿正断层布置时不同断层煤柱条件下煤柱应力演化的差异性,在现场实践中,需要根据具体的工程地质条件进行分析预测,提前做好巷道与工作面的维护措施,保证安全高效生产。     

巨厚坚硬顶板条件下断层诱冲特征及机制

为了揭示巨厚坚硬顶板条件下断层诱发冲击地压的前兆特征及诱冲机制,基于义马跃进煤矿25110工作面为研究对象,对某段时间内冲击现象的发生规律进行了归纳分析,针对断层诱发冲击地压的典型案例,结合微震监测数据,分析了冲击地压发生前的微震能量与频次及微震活动的时空规律,并采用数值模拟研究了采动影响下断层带附近应力场的分布特征,从地质构造、微震活动、应力场3个方面讨论了该工作面冲击地压发生的原因及机制。研究表明:巨厚坚硬顶板被F16逆断层及两正断层切割,易造成顶板大面积运动,为冲击地压的发生提供了动载条件;工作面发生冲击前微震能量与频次下降,断层带附近区域微震活动减少,有明显"缺震"现象,为冲击地压的发生积聚了能量;受采动、断层及相邻工作面采空区影响,25110工作面形成了高强度支承压力,断层带至下巷附近应力高度集中,尤其下巷底板存在较高的水平应力,为冲击地压的发生提供了力源条件。     

大断层下盘采动对上盘煤层影响数值模拟研究

针对运河煤矿落差60~265m的F10逆断层下盘厚煤层开采实际,利用FLAC3D数值软件对大断层下盘工作面的回采进行模拟,分析采动后断层及其上盘区域煤层应力分布和覆岩变形特征。研究表明:下盘厚煤层开采后,工作面导水裂隙带范围未波及到F10断层,断层附近岩层下沉变形量较小,断层性质不会受到大的影响;断层上盘区域整体下沉,且向下发生了轻微的"倾斜",导致上盘区域应力分布发生变化;F10断层和DF14断层的影响,使得断层上盘区域构造应力明显,对上盘煤层安全开采有一定影响。     

煤岩力学参数对断层型冲击地压影响的数值模拟分析

为了研究煤岩力学参数影响下断层附近应力演化规律,基于FLAC3D数值模拟软件,分析煤层弹性模量、煤岩埋深以及顶板岩性等不同条件下断层附近应力峰值与弹性应变能的演化规律。结果表明,工作面煤壁前方断层附近应力集中程度与弹性模量呈负相关,与煤岩埋深以及顶板岩性坚硬程度呈正相关。研究结果可为相似煤岩条件下工作面遇断层安全开采及巷道布置提供依据。     

近断层工作面冲击地压危险性数值模拟研究

以大兴煤矿北二700工作面为工程背景,采用RFPA数值模拟软件对断层附近工作面冲击危险性进行研究。结果表明,受断层构造应力的影响,断层煤柱的应力分布呈"双驼峰"型,当工作面距离断层小于40 m时,工作面超前支承应力与断层应力叠加,断层煤柱应力上升明显,且煤柱应力随着煤柱宽度的减小逐渐增加;与煤柱应力变化规律相似,声发射事件数同样随着煤柱宽度的减小逐渐增加,因此在工作面回采过程中当煤柱宽度小于40 m时,应加强断层煤柱区域的冲击地压监测与防治工作。     

基于数值模拟的断层对底板变形破坏规律及突水的影响作用研究

基于数值模拟手段,综合考虑矿压和水压的联合影响作用,通过模拟采煤时底板岩层应力分布状态及其变形破坏过程,深入对比研究煤层开采过程中断层对底板岩层应力重新分布及其变形破坏规律、直至突水的影响。研究表明:当采空区煤壁附近有断层存在时,工作面前(后)方底板岩层应力分布呈明显的不均一性,应力变化比完整底板更剧烈,煤壁附近应力集中现象更明显,急剧的应力变化更易导致底板发生变形、破坏,断层及其附近次级结构面的存在同时也加剧了采煤过程中底板及围岩裂纹、裂隙的扩展,断层距工作面越近,越易发生突水。     

大断层下盘采动对上盘煤层影响的相似材料模拟

针对运河煤矿落差60~265 m的F₁₀逆断层下盘厚煤层开采实际,采用相似材料模拟方法,研究了大断层下盘采动对上盘煤层的影响。研究结果表明：下盘厚煤层开采后,F₁₀断层附近压力增大且应力分布受到较大影响,断层下盘压力远大于上盘压力,在断层附近产生应力集中;工作面开采对断层上盘煤层的变形和应力影响较小,煤岩性质不会发生大的变化,对上盘煤层开采影响不大;距离采动区域较远的DF₁₄断层区域也受到工作面开采轻微影响。     

千米深井综放工作面支承压力分布及冲击地压规律研究

该文采用KJ550型应力在线监测系统和So S微震监测系统对1306工作面支承压力分布特征及矿震时空分布规律进行了研究。研究结果表明,工作面"见方"期间超前支承压力影响范围高于正常推进期间,工作面强矿震的出现不是单一孤立的,强矿震有丛集显现,震动与开采活动的直接相关性很强。1306工作面重点防冲区域为工作面正常推进时周期来压位置,工作面"见方"区域及断层、煤层分叉及巷道交叉等地质异常区域。     

大采高工作面过断层破碎带围岩控制技术研究

为了研究大采高工作面断层破碎带围岩控制技术,采用UDEC分别模拟工作面揭露断层前后围岩应力变化规律、揭露断层时覆岩运移规律。根据模拟结果可知,断层导致工作面应力呈"几"字型分布及顶底板变形量增大。在断层影响区域采用锚网索、单体液压支柱挑棚联合支护取得了良好的效果。     

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。     

断层下盘留煤柱开采数值模拟

为研究工作面开采和断层之间的相互影响,利用FLAC3D软件模拟煤层开挖对断层的影响,模拟有断层和无断层存在2种情况下采场矿压分布规律。研究表明:对于煤柱支承压力,在断层附近急剧减小然后逐渐增大,远离断层时,支承压力恢复正常分布规律。断层的存在加剧顶板下沉。利用应力判别法,确定导水裂隙带高度,从而确定合理的断层煤柱留设尺寸。