上下盘开采影响下断层滑移失稳力学机制

当工作面上覆岩层中含有断层时,地表下沉规律与不含断层时具有显著差别。为了研究上下盘开采断层滑移失稳力学机理,基于关键层理论建立了上下盘开采断层活化力学模型,推导了断层滑移失稳的判据,并结合数值模拟和相似模拟对上下盘开采断层活化难易程度进行了分析。研究结果表明:①相对于上盘开采,下盘开采断层保持稳定除了满足断层带岩体在断层面不发生滑移外还需满足断层面不产生离层,下盘开采断层保持稳定条件更加苛刻,下盘开采断层更容易活化;②对于上盘开采,随着工作面推进,浅部断层带岩体正应力逐渐减小,剪应力逐渐增大,深部断层带岩体剪应力和正应力都逐渐增大,说明断层露头处断层带岩体已经处于活化状态,断层带岩体产生裂隙,应力逐渐松弛,而深部断层带岩体正在为活化蓄能,浅部断层带岩体超前深部断层带岩体发生活化;③对于下盘开采,随着工作面推进,浅部断层带岩体剪应力和正应力逐渐增加,深部断层带岩体剪应力与正应力逐渐减小,工作面推进长度较小时,断层即活化;④工作面推进过程中,下盘开采断层带岩体剪应力与正应力的比值为上盘开采的3～5倍;⑤上盘开采断层活化时仅在断层露头处地表产生轻微裂隙,未形成明显台阶,下盘开采断层活化将在断...     

峰峰矿区正断层活化造成地表异常沉陷影响因素研究

为了研究断层活化造成地表异常沉陷影响因素,建立了断层活化力学模型,并根据峰峰矿区地质条件利用数值模拟研究了断层倾角、煤层厚度、工作面推进长度、断层保护煤柱宽度、断层带充填物强度对地表沉陷的影响。研究结果表明：断层倾角越大,断层露头处地表下沉台阶落差越大,地表最大下沉值越大|煤层厚度越大,地表下沉值越大,断层露头处地表下沉台阶落差越大|工作面推进长度越大,地表下沉值越大,断层露头处地表下沉台阶落差越大,当工作面推进长度使地表下沉达到充分采动时,断层露头处地表下沉台阶不再增大|断层带充填物强度对地表沉陷影响不大。研究结果对分析断层影响下的地表沉陷规律具有一定借鉴作用。     

基于有限元的上下盘开采对矿山边坡稳定性的影响研究

为研究上下盘开采对矿山边坡稳定性的影响,基于有限元方法,利用Midas GTS软件建立相应模型,通过分析不同开挖位置、不同断层形态下边坡的力学特征,得出其力学响应机制,主要得到以下结论：断层倾角发生改变时,随着工作面的推进,因上下盘开采而导致的边坡沉陷值整体变化不大,但倾角的增大会导致其更易活化;断层倾角发生改变时,上盘最大下沉处位置更靠近断层方向,而下盘最大下沉处位置更靠近采空区方向;上盘开采时,随着断层倾角的增大,开采前后边坡安全系数均出现减小,下盘则与之相反;上盘开采时随着断距的增大,边坡安全系数均出现增大的现象,下盘开采时随着断距的增大,边坡安全系数均出现减小的现象。创新点在于考虑断层对矿山开采过程边坡稳定性的影响,该研究为今后复杂地质条件下矿山开挖所导致的边坡问题提供参考。     

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。     

基于缩小煤柱开采实验的断层带稳定性分析

以龙东煤矿F张断层为基础建立相似材料模型,监测缩小煤柱过程中断层带两侧岩体位移变化规律。实验结果表明:随着断层煤柱宽度的逐渐缩小,断层上盘采空区顶底板垂直位移逐渐增大,距煤层越近位移越大,而下盘位移变化较小;当煤柱宽度减小为30m时,顶板位移发生了突变,同时近断层带两侧上、下盘岩体垂直位移出现明显差异,位移差达0.14m,上盘岩体沿断层带发生明显错动导致断层带的失稳,造成断层"活化",实验结果可为断层煤柱宽度的合理留设提供参考依据。     

断层附近"三软"煤层矿压显现规律的相似模拟研究

针对贵州矿区"三软"煤层开采过程中遇断层附近特殊地质条件下矿压显现异常的问题,采用相似模拟实验方法,根据米箩煤矿一采区3条下山东翼110302工作面的现场实际情况,设计并制作了二维相似材料模拟模型。相似模拟研究结果表明:当工作面开采接近断层时,工作面顶板周期来压步距变小;当工作面推进至断层水平距离为30 cm时,断层上盘相对于下盘岩层先出现滑移失稳现象;当工作面通过断层后,断层下盘相对于上盘再一次出现滑移失稳现象,断层面滑移失稳伴随着工作面矿压显现的异常。     

受断层影响多煤层条带开采地表移动规律研究

利用FLAC数值模拟软件,系统研究了不同断层倾角,不同断层带宽度和上下煤柱不同空间位置关系时受断层影响的地表移动规律,研究结果表明:当存在断层时,先开采上盘与先开采下盘的开采顺序不同地表移动是存在差异的,这种差异与断层倾角、断层带宽度、上下煤柱对齐程度有关。     

逆断层不同倾角对采场冲击地压的诱导分析

归纳了易造成冲击地压发生的主控参量,分析了断层倾角对冲击效应的力学机理,建立了逆断层简化模型,研究了不同断层倾角条件下的应力场、能量场、顶板下沉量等诱冲因素对冲击地压的基本作用规律。研究表明:上盘开采时,断层倾角小于45°的工作面超前支承压力峰值、弹性能峰值及顶板下沉量随断层倾角的增大而增大,大于45°时随断层倾角的增大而减小;下盘开采时,工作面超前支承压力峰值随断层倾角的增大而减小,且断层倾角为60°及75°时,工作面超前支承压力峰值前移,增加了冲击危险性;断层倾角大于45°的工作面前方弹性能峰值及顶板下沉量随断层倾角的增大而减小,小于45°的随断层倾角的增大而增大。无论上盘或下盘开采,断层区域弹性能及垂直应力都随着断层倾角的增加而增加。总体而言,断层倾角对下盘开采影响比上盘大。     

开采沉陷中不同断层活化模式研究

当工作面上覆岩层中含有断层时,地表下沉规律与不含断层时具有显著差别。为了研究开采沉陷中断层活化机理,通过理论推导将开采沉陷中断层活化分为"断层面产生离层空间"、"煤柱压缩"两种断层活化模式并分别利用数值模拟和现场实例进行了验证。研究结果表明:①采动将造成断层面产生离层空间,离层空间以下沉系数等于1传递给松散层造成断层露头处地表产生台阶下沉,影响断层离层空间的主要因素有工作面推进长度、基岩厚度、保护煤柱宽度、煤层厚度、断层倾角、断层是否含水、断层带岩体内摩擦角及黏聚力等;②断层面离层空间随着工作面推进长度的增加而增加,当工作面推进一定长度时不再变化;断层面离层空间随着基岩厚度的增加而线性增加;断层面离层空间随着保护煤柱宽度增加而减小;断层面离层空间随煤层厚度增加而线性增加;断层面离层空间随断层倾角增大而增加;断层带岩体原生水的存在对断层面离层空间产生具有促进作用;断层面离层空间随断层带岩体黏聚力和内摩擦角的增加而减小;③工作面主要影响角和断层倾角的大小关系控制"断层面产生离层空间"模式断层活化,当断层倾角大于主要影响角并与主要影响角在基岩内相交时,断层将活化;④当断层倾角小于主要影响角时,工作面超前支承压力影响范围控制"煤柱压缩"模式断层活化,当工作面超前支承压力接触断层时,断层将活化。     

厚松散层覆盖下逆冲断层倾角变化与采动活化响应模拟研究

断层存在下的煤矿开采容易引起煤矿覆岩破坏和地表沉陷等一系列问题，前人对厚松散层下逆断层倾角变化引起的应力变化与采动活化规律认识还较为有限。基于FLAC3D数值模拟软件，以淮南煤田口孜东矿F1逆断层为研究对象，通过建立三维数值模型，系统研究了不同倾角逆断层下盘煤层逐步开采时，各断层带上应力的变化特征和断层滑移现象。研究结果表明，有断层一侧地表水平变形的峰值要小于没有断层的一侧，且其地表斜坡更加平缓。断层滑移变形与断层带上切向应力与法向应力的比值有关，断层倾角越小，断层越易发生滑移，断层倾角越大，断层滑移现象相对较弱，断层上部比断层下部更易活化滑移。在工作面向断层带推进时，断层活化过程可以分为初始平衡期、剪切滑移期、活化破坏期三个阶段。本文研究可为厚松散层覆盖区逆断层影响下的煤矿安全开采和防治提供重要依据。