采动断层活化应力演化与煤柱留设研究

发布时间：2020-04-14 20:54

【摘要】：断层活化是危害矿井安全的重大灾害之一,加强对于断层活化规律的研究,在此基础上确定了煤矿断层安全煤柱的尺寸,对于断层活化突水,减少人员与经济的损失具有重要意义。论文总结了国内外断层突水的类型与活化条件,以及断层活化体内应力的变化规律和断层安全煤柱。在此基础之上本论文通过分析断层处的应力变化规律的动态分析,并结合室内模型试验和数值模拟,对断层采动活化进行了研究。论文以红四煤矿宁夏红墩子矿区为基础,研究了该地区的地质构造情况与水文地质情况,并且发现断层切断整个山西组地层,并延伸至古近系地层下端的含水层,当随着煤矿开采尺寸的增加,断层会产生新的破坏,使得顶部古近系砂岩含水层的水沿着断层进入巷道,造成突水事件。本文通过大量的文献资料阅读,对断层的活化过程做出了合理的分析,分析可知,断层相对于正常地层来说具有一定的阻隔能力,并且这种阻隔能力会使得断层体内应力发生改变,断层活化主要是由于煤矿开采导致断层体内的阻隔能力不断积累,使得断层处出现应力集中,从而使断层发生滑移,产生裂缝。对研究区内断层活化应力演化规律作了模型试验研究,分析了煤矿采动情况下断层法向应力与切向应力的动态演化与顶板“两带”变化趋势。研究结果发现,在含有断层的煤矿开采时,断层处的法向应力减小与切向应力增加,才会使得断层发生活化突水。并且在随着煤矿推进尺寸的增加,其顶板的“两带”发育高度相对于正常地层有所增加。论文设计了两种数值模拟方案,一种为水平地层,断层倾角为55°,一种为地层倾角为6°断层倾角为55°,分析了采动影响下断层带应力的变化趋势,并结合塑性区变化得出两种环境下开采留设安全煤柱的尺寸,在第一种情况条件下开采应留设安全煤柱尺寸为30m,在煤层第二种情况条件下开采应留设安全煤柱尺寸为35m。
【图文】：

技术路线图,断层,突水,“两带”

（1）确定断层活化与突水的影响因素，并作出规律性总结。（2）通过数值模拟与模型试验相结合的方法分析采动影响下红四煤矿—宁夏银川市红墩子矿区某工作面在采动作用下对断层应力、顶板“两带”发育、塑性区发育等随着时间空间的变化规律。（3）综合室内模型试验和数值模拟分析的结果，探讨在导水断层条件开采下的采动断层活化突水的时空演化规律研究，以及预留断水煤柱尺寸。1.3.2 技术路线本论文的技术路线是：首先通过大量的文献与断层突水的文章等，确定断层活化突水的主要影响因素，，与断层活化的本质研究；然后通过研究矿区的水文地质资料，确定 5 煤开采对 DF6 断层活化突水的相似模拟实验与数值模拟分析模型相结合的方法，对断层周围应力、顶板“两带”的变化规律和塑像区变化规律，对断层的活化时空演化作出合理研究；最后通过两种方法的对比确定断层防水煤柱的尺寸。论文的技术路线图如 1-4 所示：

示意图,墩子,示意图,断层

13向北北西向北转为北北东向，南北两端部为 F4 断层所断，在区内长度约 18km。斜东翼宽缓，倾角约 5-15°，西翼陡，倾该背斜由地震线 HD4-HD19 控制。，矿区内发育的断层主要有三组：双井梁断层，断距大于 100m。断距 50-200m。图 2-1 红墩子矿区构造分布示意图igure 2-1 Structural Distribution Diagram ofHongdunzi Mining Area
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD822.3

【参考文献】