【摘要】：斷層是煤礦開采中常見、影響較大的地質(zhì)構(gòu)造。斷層破壞了巖層連續(xù)整體賦存狀態(tài),在其附近應(yīng)力分布異常,采動效應(yīng)十分突出,極易誘發(fā)動力災(zāi)害,對煤礦開采設(shè)計、安全生產(chǎn)等存在重大影響。本文通過理論計算、相似材料模擬試驗(yàn)和數(shù)值模擬方法,對上、下盤工作面過正斷層開采期間的斷層兩盤運(yùn)移規(guī)律、采動應(yīng)力演化特征和斷層活化規(guī)律進(jìn)行研究,并通過現(xiàn)場微震事件進(jìn)行了驗(yàn)證,主要研究成果如下:1)斷層帶切割了頂?shù)装鍘r層的完整性,采動應(yīng)力的阻隔效應(yīng)顯著,致使斷層煤柱易形成較高的應(yīng)力集中區(qū);下盤向正斷層推進(jìn)時,存在支承應(yīng)力突增點(diǎn),使斷層煤柱發(fā)生塑性破壞,釋放大量彈性能;上盤向正斷層推進(jìn)時,支承應(yīng)力平緩增加,且推進(jìn)過程中部分應(yīng)力能夠向下盤轉(zhuǎn)移。相比上盤開采,下盤開采時斷層附近基本頂不易形成穩(wěn)定鉸接結(jié)構(gòu),向?qū)ΡP傳遞載荷的能力弱,斷層阻隔作用相對較強(qiáng),斷層煤柱內(nèi)支承應(yīng)力存在突增現(xiàn)象。2)斷層面應(yīng)力變化具有明顯的時空特性。高位斷層更容易受采動影響,斷層面應(yīng)力狀態(tài)首先發(fā)生改變。同一層位斷層面上,剪應(yīng)力與法向應(yīng)力受采動影響的敏感性不同,法向應(yīng)力最先受到影響,隨后剪應(yīng)力發(fā)生改變。3)由數(shù)值模擬和相似材料模擬可知,下盤工作面過正斷層前后30m,斷層活化危險性最大,兩盤覆巖運(yùn)動最劇烈,過斷層期間下盤易沿斷層面整體滑移,過斷層后20-30m期間上盤懸臂基本頂易整體切落。上盤工作面過斷層期間及過斷層后20m范圍內(nèi)斷層活化的危險性最大,過斷層后70m范圍內(nèi)兩盤覆巖運(yùn)動最劇烈,直接頂和基本頂隨采隨冒,由工作面煤壁斜向斷層周期性形成破斷線,切割下盤巖層,形成三角巖體,整體沉降。4)隨工作面向斷層推進(jìn),高位斷層首先受采動影響,而后在垂直方向上向斷層兩端擴(kuò)展。相比上盤開采,下盤工作面采動應(yīng)力存在突增點(diǎn),斷層活化啟動時間較早,斷層活化期間兩盤運(yùn)動更劇烈,活化危險性和危害性更大。5)斷層傾角、采高對煤壁前方采動應(yīng)力和斷層活化影響較大,斷層落差影響較小。
[Abstract]:Fault is a common and influential geological structure in coal mining.Fault destroys the continuous and integral state of rock strata,abnormal stress distribution near it,mining effect is very prominent,it is very easy to induce dynamic disasters,and has a great influence on coal mining design and safety production.This paper presents theoretical calculation,analog material simulation test and numerical simulation. The numerical simulation method is used to study the migration law of the two sides of the fault, the evolutionary characteristics of mining stress and the law of fault activation during the mining of the normal faults in the upper and lower faces. The main results are verified by the field microseismic events. The main research results are as follows: 1) The fault zone cuts the integrity of the roof and floor strata, and the barrier effect of mining stress is remarkable. It is easy to form a high stress concentration area of the fault coal pillar; when the footwall is advancing toward the normal fault, there is a sudden increase in the supporting stress, which causes the plastic failure of the fault coal pillar and releases a large amount of elastic energy; when the footwall is advancing toward the normal fault, the supporting stress increases gently, and part of the stress can be transferred to the downwall during the advancing process. It is difficult to form stable articulated structure near the fault during mining, the ability of transmitting load to the wall is weak, the fault barrier effect is relatively strong, and the abutment stress in the coal pillar of the fault increases abruptly. 2) The stress change of the fault plane has obvious space-time characteristics. On the same fault plane, the sensitivity of shear stress and normal stress affected by mining is different. Normal stress is first affected, then shear stress changes. 3) According to numerical simulation and similar material simulation, the danger of fault activation is the greatest before and after the normal fault is crossed in the lower face, and the movement of overlying rock in the two sides is the most violent. Panyi slips along the fault plane as a whole, and the basic roof of the hanging wall is easy to fall down during the period of 20-30 m after passing the fault. With the working face advancing toward the fault, the high-level fault is first affected by mining, and then propagates toward both ends of the fault in the vertical direction. Compared with the upper wall mining, the mining stress of the lower wall face has a sudden increase point, the activation time of the fault is earlier, and the activation period of the fault is two. 5) Fault dip angle and mining height have greater influence on mining stress and fault activation in front of coal wall, and the influence of fault drop is smaller.
【學(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD82

【參考文獻(xiàn)】

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1 高琳;蔣金泉;張培鵬;王普;柳研青;;工作面向正斷層推進(jìn)支承應(yīng)力演化規(guī)律[J];煤礦安全;2017年01期

2 張培森;李凱;王浩;苗旺;趙仕鈞;闞忠輝;;逆斷層兩盤依次回采誘發(fā)其應(yīng)力變化規(guī)律的試驗(yàn)分析[J];煤礦安全;2016年11期

3 徐傳偉;蔣金泉;王普;張培鵬;孔朋;張國龍;劉緒峰;;逆斷層下盤不同采高工作面支承應(yīng)力演化規(guī)律研究[J];中國煤炭;2016年08期

4 代進(jìn);蔣金泉;;上下盤開采順序?qū)鄬用褐蓜討?yīng)力的影響[J];采礦與安全工程學(xué)報;2016年01期

5 蔣金泉;武泉林;曲華;;硬厚巖層下逆斷層采動應(yīng)力演化與斷層活化特征[J];煤炭學(xué)報;2015年02期

6 田昊豐;李鐵;;不同開挖引起斷層活化的數(shù)值模擬對比分析[J];現(xiàn)代礦業(yè);2015年01期

7 蔣金泉;武泉林;曲華;;硬厚覆巖正斷層附近采動應(yīng)力演化特征[J];采礦與安全工程學(xué)報;2014年06期

8 李守國;呂進(jìn)國;姜耀東;姜文忠;;逆斷層不同傾角對采場沖擊地壓的誘導(dǎo)分析[J];采礦與安全工程學(xué)報;2014年06期

9 呂進(jìn)國;姜耀東;李守國;任蘇迪;姜文忠;張占存;;巨厚堅硬頂板條件下斷層誘沖特征及機(jī)制[J];煤炭學(xué)報;2014年10期

10 郭玲莉;;斷層失穩(wěn)滑動瞬態(tài)過程的實(shí)驗(yàn)觀測與分析[J];國際地震動態(tài);2014年07期

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1 馬曉靜;正斷層發(fā)生地震的動力學(xué)過程數(shù)值模擬研究[D];中國地震局地質(zhì)研究所;2012年

2 王濤;斷層活化誘發(fā)煤巖沖擊失穩(wěn)的機(jī)理研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)(北京);2012年

3 薛霆哠;大尺度斷層活動數(shù)值模擬及地震學(xué)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

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1 史應(yīng)恩;采動影響下斷層應(yīng)力分布與活化規(guī)律研究[D];湖南科技大學(xué);2016年

2 蔡勝海;FLAC3D斷層模擬中接觸面法與弱化法的研究及應(yīng)用[D];中國礦業(yè)大學(xué);2016年

3 謝建敏;采動誘發(fā)斷層活化規(guī)律及微震監(jiān)測研究[D];江西理工大學(xué);2015年

4 張寧博;斷層沖擊地壓發(fā)生機(jī)制與工程實(shí)踐[D];煤炭科學(xué)研究總院;2014年

5 張娟;山東省煤炭資源開采現(xiàn)狀分析與開采速度模型優(yōu)化研究[D];山東科技大學(xué);2011年

6 張群;采動誘發(fā)斷層活化的數(shù)值模擬及微震監(jiān)測研究[D];河南理工大學(xué);2011年

7 李成成;綜放開采斷層應(yīng)力分布特征與沖擊危險評價研究[D];山東科技大學(xué);2010年

8 薛志鵬;斷層活化導(dǎo)致井巷破壞的數(shù)值模擬分析[D];河南理工大學(xué);2010年

9 賈曉亮;基于FLAC~（3D）的斷層數(shù)值模擬及其應(yīng)用[D];河南理工大學(xué);2010年

10 孫文斌;斷層對底板突水的作用影響研究[D];山東科技大學(xué);2006年

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本文編號：2194506