霍尔果斯背斜的构造分析与构造建模

通过运用断层相关褶皱理论的几何分析方法,对霍尔果斯的地震剖面及三维资料进行构造解析,认为霍尔果斯背斜由深、浅两组不同的构造组合叠加而成.深部构造是源于北天山的深部断层与反冲断层所构成的构造三角楔;中部为构造三角楔上盘褶皱诱导的褶皱调节断层;浅部地表所见的霍尔果斯断裂是深部基底滑脱面向上传递至安集海下部泥岩层内滑动,向上突破构造三角楔形成的褶皱南翼逆冲至地表的推覆构造.     

动静载作用下逆冲断层力学失稳机制研究

冲击地压往往发生在逆冲断层等地质构造附近,并且煤矿井下集中静载荷、顶板断裂等动载荷均对逆冲断层失稳具有重要的影响。基于典型逆冲断层工程实例的冲击显现特征分析,研究了静载荷作用下逆冲断层的活化过程以及采动应力场、位移场动态演化规律,通过施加动载应力波分析了逆冲断层的动力学响应特征,结合动静载作用下逆冲断层的力学特点,建立了断层失稳的多滑块-弹簧力学模型,并提出了逆冲断层冲击地压防治技术。研究结果表明:开采引起覆岩裂隙扩展并与断层带贯通是断层活化的直接原因;开采活动对断层的扰动呈现明显的分区性,扰动顺序是先上部、再中部、最后下部,且应力要先于位移受影响;动载对断层的扰动也是分区域的,将导致上部先失稳;采动并不是直接导致整个断层的滑移,而是优先引起某个或连续几个子系统的"局部失稳";基于动静载失稳理论的逆冲断层冲击地压防治技术主要包括深孔断顶爆破、煤层卸压技术、断底爆破等。     

巨型逆冲断层开采扰动活化条件研究

针对巨型逆冲断层活化诱发冲击地压事故的严峻形势,以耿村典型巨型逆冲断层冲击地压矿井为例,建立了断层活化分析数学模型和相似模拟模型,研究了逆冲断层的活化条件和影响因素、以及巨型逆冲断层在冲击地压形成过程中的作用。结果表明:影响断层活化的因素包括断层倾角、断层介质黏聚力、断层介质内摩擦角和水平推力作用位置;随断层倾角的增大,断层活化时的正应力、剪应力减小,水平推力先增大后减小;断层材料黏聚力对煤壁与断层间的距离影响不大,但对断层应力影响很大;随断层内摩擦角的增大,断层活化时的正应力减小、剪应力增大,水平推力减小;随水平推力作用位置的增大,断层活化时的正应力、剪应力和水平推力均减小;通过相似模拟试验,得到耿村煤矿冲击地压属于巨型逆冲断层控制下,高应力、大范围、区域性的顶板型冲击,其失稳模型为底板型失稳,且距离断层越接近危险越严重。     

湘粤煤盆中叠加型滑脱构造及其控煤意义

湘粤两省上古生界以上的沉积盖层中普遍发育有伸展型、挤压型和重力型的滑脱断层。这些不同类型的滑脱断层相互转化、叠加与复合，构成了伸展－逆冲、伸展－重力、伸展－逆冲－重力、伸展－重力－逆冲和重力－逆冲５种不同样式的叠加型滑脱构造。这些构造的研究不仅在理论上充实了煤田地质学构造模式；更在实践方面为我国南方缺煤省分的找煤工作开辟了新的方向。     

华恒井田断层量化及对底板灰岩突水的影响

华恒矿采深较大,受底板灰岩突水威胁严重,针对断层控制突水的问题,利用分形理论及断层影响因子对煤层底板构造进行定量化研究;依据新汶矿区底板灰岩突水案例,利用散点图法和灰色关联分析法,对断裂构造与突水的相关性进行了分析,研究表明,断裂复杂程度与断层型底板灰岩突水危险性呈非线性正相关,断层影响因子是突水主控因素,断层分维值是次要因素;在此基础上,提出了断层型底板灰岩突水的断层控制指数,来判断井田内断层复杂程度、底板受构造破坏程度及突水危险性;通过分析计算,得出华恒矿断层控制指数临界值为0.70,并依此划分了突水危险区和安全区。     

大型逆冲断层区域冲击地压频发地质原因分析

为了厘清义马煤田南部F16大型逆冲断层区域冲击地压频发的地质原因,分析了义马盆地和F16逆冲断层的演化过程,研究了F16逆冲断层的构造应力场,并通过建立义马煤田数值模型,计算了煤田竖向应力、剪应力和水平应力等,构造应力场分析和数值计算结果表明,义马煤田地应力以水平应力为主,最大主应力方向为南北向,南北向的水平应力导致义马煤田南部F16逆冲断层和义马向斜轴部区域坚硬岩层发生错断、弯曲变形,积聚了大量弯曲弹性能,煤岩体应力高度集中,加之“两硬夹一软”的特殊的煤岩体结构,在采掘扰动作用下,顶底板坚硬岩层中所积聚的应力在煤层、煤矸互叠层等软弱区域释放,导致该区域冲击地压事件频发。     

煤矿隐伏断层在底板突水中的影响

基于矿井底板突水和大断裂构造的关系,论证了隐伏断层在煤矿底板突水中的影响。主要从隐伏断层的特征、成因和诱发突水机理等方面进行了研究。研究结果表明:隐伏断层发育于脆性岩层中,受控于大断裂构造。在矿压和水压的共同作用下,煤层底板破坏过程经历了隐伏断层的活化和隐伏断层的扩展导通两个阶段。隐伏断层的存在始终是底板发生突水的一个隐患。     

逆断层下盘工作面回采扰动引发断层活化特征的试验研究

为分析逆断层下盘工作面回采对断层面错动失稳影响,在双轴等压加载条件下,试验获得了逆断层下盘煤层回采扰动下断层活化失稳特征。结果表明:回采工作面围岩由内向外形成采动卸压区、支承升压区、原始应力区的动态演化将诱发断层构造错动活化,且逆断层构造更易受回采工作面扰动区影响;双向等压条件下逆断层下盘煤层开挖,垂直方向扰动与水平方向扰动载荷比由1逐渐增加至6,断层面发生离层或剪滑失稳的危险升高;断层构造面附近应变呈不均匀分布,且煤层处应变明显高于顶、底板岩层;煤层开挖引发的声发射事件84%能量分布在10-13~10-10 J,主要分布于煤层顶板岩层,且跨越断层面声发射事件较少,表明断层构造对应力扰动有阻断作用;开挖煤层与断层面交叉处是声发射事件集聚区域,发生错动失稳危险性较高。对比赵楼煤矿1303工作面实际矿震数据,矿震震源与试验声发射源空间分布特征具有一定相似性,佐证了类逆断层组合结构岩石试验方法的可行性。     

硬厚岩层下逆断层采动应力演化与断层活化特征

上覆硬厚岩层受逆断层切割后,工作面顶板运动、采动应力会有异常变化。采用三维数值计算方法,模拟分析了上、下盘工作面向逆断层推进过程中的采动应力演化特征、煤层顶板运动特征及断层活化规律,并采用工程实例进行了分析验证。研究表明：在逆断层切割作用下,上盘工作面围岩呈倒楔形,采动应力向底板深处、顶板高处转移,围岩应力集中程度大于下盘工作面。下盘工作面与上盘工作面相比,采动应力受工作面与断层距离的影响较大。巨厚岩浆岩及其下部岩层形成类似“杠杆”结构,造成煤层顶板的下沉和反弹。逆断层下盘工作面煤层直接顶断层带活化的可能性大于上盘工作面,高位岩浆岩断层带活化的可能性小于下盘工作面。下盘工作面与逆断层距离40 m时断层开始活化;上盘工作面与逆断层距离40 m时,煤层直接顶断层带开始活化,与逆断层距离30 m时高位岩浆岩断层带开始活化。     

深部开采逆断层对冲击地压的诱导机制

基于逆断层形成机制,理论分析了逆断层周围的地应力环境,并以义马F16逆冲断层为工程背景,建立了其圆弧形态断层面的简化力学模型,得到了临近断层带两盘一定范围的应力分布特征;通过相似模拟实验观测了断层活化-失稳阶段对工作面冲击的物理过程,研究了冲击前后断层滑移与煤层应力变化规律;应用三维精细化数值模拟技术并结合现场实践,分析了临近F16逆冲断层典型冲击地压案例,揭示其发生的受力特征。综上研究表明:当上覆坚硬岩层阻挡软弱煤岩体沿断层面向上逆冲滑动时,临近断层带的坚硬煤岩体会产生应力集中,并在断层两盘一定范围内出现应力升高;临近断层回采过程中煤体所受的超前支承压力、断层支承压力、两盘失稳滑落对煤体冲击以及断层突然失稳破坏所产生的高能应力波会随着工作面与断层距离不同而产生不同的作用效果,按其一种或几种的叠加作用效果将逆断层诱发的冲击地压分为构造应力模式、断层活化模式与断层失稳滑动模式。从逆断层带地应力环境、采动影响下临近断层煤体受力特征与采动影响下断层活化-失稳滑动对工作面动载冲击效应方面,系统地揭示了逆断层对冲击地压的诱导机制,为逆断层诱发的冲击地压预警与防治提供参考。     

鱼卡煤田控煤构造研究

在鱼卡煤田大量野外地质调查基础上,分析鱼卡煤田各区块构造特征及与煤层发育特征,总结控煤构造样式,并进行了构造控煤过程分析,认为鱼卡煤田以褶皱断裂型控煤构造样式为主要特征,经历燕山中至中后期的构造沉降期(原始聚煤盆地发育期)、燕山晚期的构造挤压变形期(控煤构造发育形成期)和燕山期后的构造破坏期(煤层后期破坏作用期),区内沿逆断层发育的地方为勘查重点,尤其是背斜部分,逆冲断层将含煤地层变浅,利于开采。     

煤层底板隐伏断层承压水导升机制研究

煤层底板隐伏断层活化突水是矿井水害防治技术中的关键问题。根据底板隐伏断层的发育形式,运用FLAC^3D数值模拟软件建立了底板隐伏正断层与逆断层模型,探究采动应力作用下2种断层模型的塑性区与渗流场发育特征。结果表明：正、逆断层类型对采动塑性区的发育形式具有主导作用,当底板为正断层时,采动过程中的底板破坏形式为“V”形向“W”形的演变;当底板为逆断层时,底板将会在隔水层中间位置出现对称原位张裂区,采动应力对正断层的活化作用高于逆断层,揭示了隐伏断层突水机制。     

采动影响下逆冲断层“活化”特征试验研究

以义马矿区的F16大型逆冲断层为背景,结合断层影响下5个矿井的地质钻探和井下揭露情况搭建相似模型,在考虑断层面的分形特征和断层面两侧覆岩赋存特征的基础上,综合运用声发射监测、采场覆岩位移和采场应力监测系统,研究采动影响下断层"活化"前后的覆岩运动特征、矿压显现规律和动力响应特征。研究表明:受逆冲断层南北两侧地层覆岩结构复杂和构造运动影响,断层"活化"前后工作面覆岩运动特征、矿压显现规律和动力响应明显不同。断层"活化"前,工作面覆岩"三带"特征明显,底板应力基本不受采动应力影响,声发射信号较弱。进入断层影响区后,顶板离层量呈跳跃式增长,采动应力诱发断层"活化",底板应力达到最大值,声发射的总事件数和能率发生突变增加。当推过断层一段距离后,随着上盘关键岩层悬臂岩梁长度增加,工作面煤壁发生屈曲破坏,底板应力增加,待岩梁垮断挤压应力释放后,底板应力随之下降,伴随着工作面上方"短砌体梁"结构发生切落且沿断层面滑动,产生大量声发射信号。     

厚层坚硬顶板逆断层对煤岩动力失稳的力学分析

针对厚层坚硬顶板的结构特点,以实际案例为基础,分析了逆断层逆冲滑动的主要影响因素,构建了由水平构造应力影响下逆断层上盘的简化力学模型,研究了水平构造应力以及由其引起附加垂直应力的分布规律,从而揭示逆断层诱发冲击地压及煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害的力学原因。研究结果表明:断层上盘中存在大于自重应力的垂直应力,积聚大量的弹性能;距应力边界越远,断层倾角越大,附加垂直应力及水平构造应力下降的速度就越快且其值越小;距边界较近时,水平构造应力变化不大,但附加垂直应力随着断层倾角的增大而递增。     

基于分形理论的潘三矿西翼8煤层底板断层构造分析

煤层底板断层构造的复杂程度对煤矿开采、瓦斯突出、矿井突水等都有一定的影响。根据矿井的生产资料,主要利用分形理论对潘三矿西翼8煤层底板断层构造进行定性分析。结果表明,研究区内对勘探阶段所进行的断裂分维可以代表井田的断裂构造发育程度,井田内断裂分维值分布具有明显的差异性等。     

河南义马煤田逆冲推覆构造特征及其控煤作用

以义马煤田区域地质背景分析为依据,通过研究煤田构造的发育规律,探讨了以F16逆断层为主体的逆冲推覆构造的几何学、运动学和动力学特征。结果表明义马煤田内逆冲推覆构造的走向大致与褶皱轴走向平行,呈近EW向,其以前展式自南向北逆冲;燕山运动Ⅳ-Ⅴ幕,扬子古板块与华北板块碰撞相互挤压是该推覆构造形成的主要驱动力。受到褶皱和逆冲断裂等构造的影响,义马煤田南部的煤层埋深较大,且产状发生较大的改变。     

毛易矿区及其外围控煤构造成因与演化

毛易矿区及其外围的主要控煤构造样式为隔档式褶皱和层间滑动断层,在经历了印支期以来多期构造作用后,形成了以毛易-晏家铺向斜为主体,逆冲推覆构造为基本构造格架,且盖层构造具有较明显的南北分段、东西分带的特征。研究区大量斜歪褶皱、构造透镜体、擦痕等构造均指示逆冲推覆的性质,镜下显微构造现象显示了该区所处的浅层低温变形环境。软弱层的存在为滑脱构造提供了基础,煤田构造演化可划分为3个阶段。     

青海省全吉煤田逆冲推覆构造体下含煤远景分析

青海省全吉煤田内的逆冲推覆构造比较发育,且含煤地层属于软岩层,老的地层往往会在挤压应力的作用下,顺着断裂(断层)含煤地层形成逆冲推覆体构造,在这种逆冲推覆构造体下往往赋存含煤地层和煤层。分析了逆冲覆构造在全吉煤田大头羊、绿草沟、开源等煤矿有发育,为今后在全吉煤田乃至柴达木盆地寻找煤炭资源提供了新的指导方向。     

井下断层活动的定量监测及其对冲击地压的影响研究

为建立断层活动与冲击地压之间的定量关系,实现煤矿冲击地压有效防控。通过理论分析义马矿区地质构造环境,以及耿村煤矿13200工作面与断层影响带的相对位置关系,研究了断裂构造对冲击地压的宏观控制作用。计算了井田构造应力并进行了构造应力区划分,分析了构造应力分区对冲击地压的控制作用。提出了井下断层活动性的定量监测方法,构建了“震源区煤岩体与动力核区尺度等量,震源能量随传递距离逐渐衰减”的模型,建立了大能量微震事件与断层活动的关系,确定了断层活动性对冲击地压的影响。研究结果表明：义马煤田内相对复杂的逆冲推覆构造体系,构成了义马矿区冲击地压的地质构造背景条件。F16断层的影响带范围为7 000～7 600 m,13200工作面全部处于F16断层的影响带内,在开采活动的影响下进一步增大了冲击地压的发生危险。Ⅰ-2断裂、Ⅲ-4断裂和Ⅳ-7断裂等控制的区域是冲击地压和大能量微震事件显现的主要区域,且冲击地压和大能量微震事件大多位于应力梯度区范围内。在大能量微震事件孕育和发生期间,F16断层位移分别增长50 mm和45 mm;大能量微震事件发生前,断层活动拉力的增幅均相对最高,分别为2.58 kN和2....     

南京湖山地区陈家边断层特征及成因分析

南京湖山地区发育大量小型次级断裂构造,其中以陈家边断层最为突出。在实地观测及总结前人资料基础上,分析了陈家边断层的形态特征,研究了断层的发育特征、成因机制及与周围断层的关系,指出陈家边断层是平移断层,而不是逆断层。