深部煤层带压开采底板断层活化突水机理研究

发布时间：2022-01-06 19:48

　　矿井断层突水长期困扰煤矿的安全生产。底板断层活化突水过程的影响因素很多,要解决底板断层活化突水问题要综合考虑地质构造、原岩应力、含水层水压和开采方式等因素,系统的对底板断层活化突水进行研究。本文采用力学分析、数值求解、FLAC数值模拟和工程实践相结合的方法,对采场底板断层活化及突水力学机理进行研究,主要成果如下:（1）基于半无限体理论,建立底板断层活化机理的力学模型,推导出在矿压作用下断层面上任意一点剪应力计算公式。将工作面实际地质参数代入剪应力计算公式,通过绘制断层面上剪应力随工作面推进的变化曲线图,直观的可以看出任意一因素改变时断层面上剪应力的变化规律。（2）通过FLAC3D数值模型软件,分别获得断层落差、断层倾角和含水层水压对承压水上采动断层活化突水的影响规律。（3）根据阳城煤矿1311工作面的实际地质条件,建立FLAC数值计算模型,通过对工作面推进过程中的垂直应力、剪应力、塑性区和孔隙水压的变化进行分析,判定工作面极易发生突水事故。现场实测最终测得131 1工作面的最大破坏深度为33.77 m,与数值模拟所得数值相近。（4）将1311工作面实际参数代入所得断层活化突水判剧,得出... 

【文章来源】：山东科技大学山东省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．２完整底板突水类型示意图??

为研宄在煤层采动影响下，底板断层活化力学机理。假定底板断层的上、下??两盘为弹性岩体，断层发生活化的标志为断层的上、下两盘发生剪切运动［４４’４５］。??由此建立断层活化力学模型（见图２．４）。??（７＼??Ｔ??／?，少??ｙｗ??（Ｔ＼??图２．４断层活化力学模型??Ｆｉｇ．２．４?Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｆａｕｌｔ?ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ??断层的倾角为０，断层受到的最大压应力为，方向垂直向下，最小压应力??为ｃｒ２，方向水平。岩石的粘结系数为Ｃ，内摩擦角为中（见图２．４）。??则断层面上的剪切应力为：??ｒ?＝?ｃｒ，?ｓｉｎ＾－ｃｒ２?ｃｏｓ６?（２．１）??断层面上的压应力为：??ｄ?＝?（ｊｘ?ｃｏｓ?９ｓｉｎ?９?（２．２）??此时断层面的最大抗滑强度为：??ｒｎ＝Ｃ－＼－ａ?ｔａｎ?（ｐ?（２．３）??９??

其对断层的活化破坏影响很小，故在后期对断层活化力学分析计算过程中此??区域应力影响也不予考虑。??综上所述，将断层活化机理分析的力学模型简化（见图２．６）。??ＫｙＨ??⑤?④③／＼②①??ａｙＨ?／?＼?ｙＨ??１１?ｉｎ?ｎ?Ｕｔｔｉ??ｘ?７?ｉｎｒ?＾?ｐ?ｂｅｙＡａ??Ｖ＊?Ｔｓ?＿?Ｉ?—?Ｓ?＾?ｈ?／??图２．６断层活化力学分析模型??Ｆｉｇ．２．６?Ａｎａｌｙｓｉｓ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｆａｕｌｔ?ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｃｓ??假设煤层底板为半无限体，断层面为平面，断层与煤层的正向夹角为０，交??于ａ点，此时工作面己经推进至ｃ／点，煤壁前方应力集中系数为尤，应力集中的峰??值点在煤层底板上的投影为ｃ点，在煤壁前方过ｃ点后应力开始降低，降低至办??点时达到原岩应力值，心、〇／、也、ｅ／段的长度分别为／／、６、６、６、／５。断??层上任意一点〇的坐标为（ｘ，ｚ）（见图２．６）。??注：此处应力分量的正负号与弹性力学中相反。??则有：??虹＝２虛—＾＿＿Ｔ??＇ｎ?［ｚ２＋（ｘ－＾）２］??ｄａ?，?（２．７）??＾?［ｚ２＋（ｘ－４ｆ］??１１??


本文编号：3573063