邹庄矿井F 25 逆断层保护煤柱合理留设研究
发布时间：2021-09-05 01:10
为研究大型逆断层保护煤柱留设问题,以邹庄矿井F25逆断层为工程背景,对该断层切割煤层底板奥陶系灰岩可能导致87采区煤层回采过程中断层"活化"突水情况进行分析,利用FLAC3D软件对留设不同宽度煤柱下应力场、塑性破坏区、断层带附近岩体垂向应力变化及断层"活化"规律进行了研究。结果表明,随着留设煤柱宽度变小,采动应力穿越断层带,在上盘形成应力集中区,垂向应力的演化明显滞后于水平应力;当煤柱宽度减小到20 m时,煤层顶底板表现出不同应力演化特征,且塑性破坏区与断层带导通,从而导致煤层顶断层带先于煤层底断层带"活化",经分析得知邹庄矿井F25逆断层保留煤柱为20 m较为合理,与该矿井实际生产吻合。本研究结果为分析类似工程背景下保护煤柱留设具有一定参考价值。
【文章来源】：东华理工大学学报(自然科学版). 2020,43(03)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
18和24勘查线地震地质剖面图
上盘的太原组灰岩,含水量少、断层带导水性差,基本不会发生矿井突水,但断层下盘奥陶系灰岩含大量水,由于煤层采动,会致使断层带发生滑移、“活化”,从而发生矿井突水现象。为合理留设F25逆断层带煤柱宽度,根据工程地质背景,建立了三维数值模型(图2),模型X、Y、Z分别为315 m、210 m、150 m,模型由478 800个单元格和499 746个单元节点组成,工作面位于断层下盘。模型底部边界XY面采用全约束条件,顶部采用自由边界条件,上覆岩层荷载计算值为15 Mpa,X、Y方向采用全部固定,以Mohr-Coulomb作为煤岩体材料屈服准则。煤层沿Y轴方向开挖,为消除边界影响,分别留设40 m、30 m、20 m、10 m约束煤柱,进行4次不同保留煤柱条件下的模拟开挖,岩层力学属性参数如表1所示。
表1 岩组物理力学参数Table 1 Physical and mechanical parameters of rock association 岩性 体积模量/GPa 剪切模量/GPa 内摩擦角/(°) 内聚力/MPa 抗拉强度/MPa 密度/(g·cm-3) 泥岩下 9.9 6.2 32 2.00 2.43 2.62 82煤 3.3 1.1 25 1.00 0.15 1.40 粉砂岩中 8.8 7.4 31 1.21 1.13 2.53 砂岩中 7.4 6.8 37 2.68 3.09 2.59 泥岩中 8.8 4.5 28 1.00 0.85 0.49 72煤 3.3 1.1 25 1.00 0.15 1.40 泥岩上 9.2 5.2 32 1.34 1.76 2.54 砂岩上 22.0 24.0 40 6.51 6.12 2.68 粉砂岩上 13.0 11.0 34 2.80 2.36 2.62 断层带 1.0 1.0 13 1.20 0.05 2.00 灰岩 17.9 18.9 40 7.10 4.20 2.60图4 不同宽度煤柱下垂直应力场云图
【参考文献】：
期刊论文
[1]湖南顺层岩质斜坡倾倒-拉裂变形影响因子分析[J]. 陈全明,方琼,张海平,罗冠枝,王国卫. 东华理工大学学报(自然科学版). 2019(03)
[2]裂缝型铀矿环境中子测井数值模拟[J]. 张雪昂,杨志超,魏雄. 东华理工大学学报(自然科学版). 2019(01)
[3]断层活化的主控因素关联度分析[J]. 李鹏飞,刘启蒙,陈秀艳. 矿业安全与环保. 2018(05)
[4]断层破碎带中巷道围岩大变形机理及控制技术研究[J]. 陈晓祥,吴俊鹏. 采矿与安全工程学报. 2018(05)
[5]露天矿含断层逆倾软岩边坡滑移模式及稳定性研究[J]. 曹兰柱,王珍,王东,宋子岭. 安全与环境学报. 2018(02)
[6]软岩底板突水机理分析及数值试验[J]. 刘业娇,薛俊华,袁亮,余国锋,田志超,陈本良. 煤炭学报. 2017(12)
[7]高地应力–高水压下隧道突水模型试验系统的研制及应用[J]. 杨为民,王浩,杨昕,张波,杨磊,房忠栋,王美霞. 岩石力学与工程学报. 2017(S2)
[8]采动诱发隐伏陷落柱突水机制与渗流耦合模型研究[J]. 王冬平. 煤炭工程. 2016(07)
[9]富水砂层巷道溃水溃沙因素分析及防治对策[J]. 吕兆海,张艺耘,赵长红,朱海鱼,岳晓军. 煤炭工程. 2015(06)
[10]带压开采煤层底板断层活化突水机理试验研究[J]. 李振华,翟常治,李龙飞. 中南大学学报(自然科学版). 2015(05)
本文编号：3384372
【文章来源】：东华理工大学学报(自然科学版). 2020,43(03)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
18和24勘查线地震地质剖面图
上盘的太原组灰岩,含水量少、断层带导水性差,基本不会发生矿井突水,但断层下盘奥陶系灰岩含大量水,由于煤层采动,会致使断层带发生滑移、“活化”,从而发生矿井突水现象。为合理留设F25逆断层带煤柱宽度,根据工程地质背景,建立了三维数值模型(图2),模型X、Y、Z分别为315 m、210 m、150 m,模型由478 800个单元格和499 746个单元节点组成,工作面位于断层下盘。模型底部边界XY面采用全约束条件,顶部采用自由边界条件,上覆岩层荷载计算值为15 Mpa,X、Y方向采用全部固定,以Mohr-Coulomb作为煤岩体材料屈服准则。煤层沿Y轴方向开挖,为消除边界影响,分别留设40 m、30 m、20 m、10 m约束煤柱,进行4次不同保留煤柱条件下的模拟开挖,岩层力学属性参数如表1所示。
表1 岩组物理力学参数Table 1 Physical and mechanical parameters of rock association 岩性 体积模量/GPa 剪切模量/GPa 内摩擦角/(°) 内聚力/MPa 抗拉强度/MPa 密度/(g·cm-3) 泥岩下 9.9 6.2 32 2.00 2.43 2.62 82煤 3.3 1.1 25 1.00 0.15 1.40 粉砂岩中 8.8 7.4 31 1.21 1.13 2.53 砂岩中 7.4 6.8 37 2.68 3.09 2.59 泥岩中 8.8 4.5 28 1.00 0.85 0.49 72煤 3.3 1.1 25 1.00 0.15 1.40 泥岩上 9.2 5.2 32 1.34 1.76 2.54 砂岩上 22.0 24.0 40 6.51 6.12 2.68 粉砂岩上 13.0 11.0 34 2.80 2.36 2.62 断层带 1.0 1.0 13 1.20 0.05 2.00 灰岩 17.9 18.9 40 7.10 4.20 2.60图4 不同宽度煤柱下垂直应力场云图
【参考文献】：
期刊论文
[1]湖南顺层岩质斜坡倾倒-拉裂变形影响因子分析[J]. 陈全明,方琼,张海平,罗冠枝,王国卫. 东华理工大学学报(自然科学版). 2019(03)
[2]裂缝型铀矿环境中子测井数值模拟[J]. 张雪昂,杨志超,魏雄. 东华理工大学学报(自然科学版). 2019(01)
[3]断层活化的主控因素关联度分析[J]. 李鹏飞,刘启蒙,陈秀艳. 矿业安全与环保. 2018(05)
[4]断层破碎带中巷道围岩大变形机理及控制技术研究[J]. 陈晓祥,吴俊鹏. 采矿与安全工程学报. 2018(05)
[5]露天矿含断层逆倾软岩边坡滑移模式及稳定性研究[J]. 曹兰柱,王珍,王东,宋子岭. 安全与环境学报. 2018(02)
[6]软岩底板突水机理分析及数值试验[J]. 刘业娇,薛俊华,袁亮,余国锋,田志超,陈本良. 煤炭学报. 2017(12)
[7]高地应力–高水压下隧道突水模型试验系统的研制及应用[J]. 杨为民,王浩,杨昕,张波,杨磊,房忠栋,王美霞. 岩石力学与工程学报. 2017(S2)
[8]采动诱发隐伏陷落柱突水机制与渗流耦合模型研究[J]. 王冬平. 煤炭工程. 2016(07)
[9]富水砂层巷道溃水溃沙因素分析及防治对策[J]. 吕兆海,张艺耘,赵长红,朱海鱼,岳晓军. 煤炭工程. 2015(06)
[10]带压开采煤层底板断层活化突水机理试验研究[J]. 李振华,翟常治,李龙飞. 中南大学学报(自然科学版). 2015(05)
本文编号：3384372
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