综放工作面采动诱发逆断层张剪失稳特征及矿震活动规律分析

发布时间：2019-11-22 08:40

【摘要】：由于综放工作面开采空间大,对周边煤岩体扰动强烈,易引发断层构造活化,进而诱发大能量矿震导致冲击地压灾害,基于赵楼煤矿1303综放工作面生产和地质条件,理论分析了工作面回采对断层构造扰动影响的主控因素。采用相似模拟方法分析了断层构造错动滑移时空演化特征,并统计分析了工作面采动实际矿震震源活动演化规律。结果表明:逆断层下盘工作面回采,断层面发生张拉离层和剪切滑动的主控因素为表征开采扰动垂直作用力Pv和水平作用力Ph的比值k、表征断层几何特性的断层倾角θ、以及表征断层力学特性的内摩擦角φ;工作面开采首先引发覆岩低层位断层岩块滑动,并随工作面与断层面距离的减小逐渐向高层位断层岩块扩展;断层诱发矿震需满足断层产生滑动失稳且滑动表现为黏滑两个条件。工作面矿震活动规律:采空区范围越大,矿震活动越剧烈;矿震震源丛集于采空区区域,且随工作面推进向前方及高层位岩层转移。对1303工作面矿震事件影响程度:Fd96断层张剪失稳采空区覆岩破断运动FZ14断层张剪失稳。
【图文】：

第10期王浩等:综放工作面采动诱发逆断层张剪失稳特征及矿震活动规律分析图11303工作面平面布置Fig.1Layoutof1303miningface内正断层走向总体为N35E方向，逆断层(FZ14)走向为N60E方向。FZ14逆断层落差40～70m，断层面与工作面轨道巷距离35～50m，对整个1303综放工作面回采匀有严重影响。表1工作面主要断层特性Table1Characteristicsoffaultsaroundminingface断层名称走向/(°)倾角/(°)落差/m性质Fd97N36E700～13正Fd96N38E730～12正F07N12E700～12正FX7N32E700～14正FX9N69E650～5正FZ14N60E7040～70逆由于FZ14逆断层尺度相对较大，从而其对1303工作面当前区域应力场影响也较大。针对FZ14逆断层，根据Mohr－Coulomb岩石强度准则及Anderson断层构造力学机制［19］，由于逆断层倾角较大(70°)，理论分析认为FZ14形成时的区域主应力组合方向应为图2组合方式，即最大水平应力为近水平方向。图2FZ14形成过程中空间主应力分布Fig.2PrincipalstressforthefaultingofFZ14以上从岩石力学及断层构造形成机制角度，理论分析认为1303工作面区域构造应力场主应力方向为近水平方向。应该注意，区域构造应力场分析是一个十分复杂系统的过程，需对断层、褶曲等地质构造进行系统分析，而非简单的力学机制推演。本文研究采掘活动对断层构造活化扰动，主要针对当前区域应力场分析，为采掘应力场扰动引发断层活化提供参考。2.2采动应力场分析采动应力扰动实质是对区域构造应力场的改变［1，19］，工作面回采引发原始应力场由旧的平衡状态向新的平衡状态转变，并导致局部区域煤岩体应力集中，促使断层构造垂直应力与水平主应力重新分布，进而易引发断层失稳滑动。(1)模型构建综放工作面采空区与断层构造带间的煤岩块体称为

表1工作面主要断层特性Table1Characteristicsoffaultsaroundminingface断层名称走向/(°)倾角/(°)落差/m性质Fd97N36E700～13正Fd96N38E730～12正F07N12E700～12正FX7N32E700～14正FX9N69E650～5正FZ14N60E7040～70逆由于FZ14逆断层尺度相对较大，，从而其对1303工作面当前区域应力场影响也较大。针对FZ14逆断层，根据Mohr－Coulomb岩石强度准则及Anderson断层构造力学机制［19］，由于逆断层倾角较大(70°)，理论分析认为FZ14形成时的区域主应力组合方向应为图2组合方式，即最大水平应力为近水平方向。图2FZ14形成过程中空间主应力分布Fig.2PrincipalstressforthefaultingofFZ14以上从岩石力学及断层构造形成机制角度，理论分析认为1303工作面区域构造应力场主应力方向为近水平方向。应该注意，区域构造应力场分析是一个十分复杂系统的过程，需对断层、褶曲等地质构造进行系统分析，而非简单的力学机制推演。本文研究采掘活动对断层构造活化扰动，主要针对当前区域应力场分析，为采掘应力场扰动引发断层活化提供参考。2.2采动应力场分析采动应力扰动实质是对区域构造应力场的改变［1，19］，工作面回采引发原始应力场由旧的平衡状态向新的平衡状态转变，并导致局部区域煤岩体应力集中，促使断层构造垂直应力与水平主应力重新分布，进而易引发断层失稳滑动。(1)模型构建综放工作面采空区与断层构造带间的煤岩块体称为断层岩块，如图3所示。采空区、断层岩块、断层构造带相互间的应力尝位移场时空演化特征对断层构造错动活化危险程度、错动形式、错动剧烈程度等有重要影响［3，6］。断层岩块是连结采空区与断层构造带的实体结构，分析其应力、应变受采动影响的变化，是研究开采扰动下断层活化运动的关?

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本文编号：2564399