断层影响下煤炭开采沉陷地质环境响应数值模拟

发布时间：2020-06-22 06:59

【摘要】：近年来,用数值模拟软件模拟复杂地质模型是矿区地质响应的热点,也是矿区环境综合治理和煤矿安全生产的保障。因为矿区地质及开采过程中监测资料的匮乏,针对复杂地质条件下开采引发地质环境响应国内外还没有形成成熟的理论体系。因此,通过数值软件模拟复杂地质条件下煤炭开采的应用于研究以及对矿区环境的综合治理有着重要意义。本文在国内外采煤沉陷区因开采引发的地质环境响应研究的基础资料,总结理论方法,研究分析复杂地质条件下的开采后应力的重新分布、断层活化和地表环境响应。以新集二矿F02逆断层下盘11-2煤层开采地表响应为目的,对研究区进行室外实地调研、收集地质资料,室内进行数值模拟分析,从多角度对复杂地质条件下煤炭开采沉陷地质环境响应分析和研究,得到以下几个方面认识:(1)受断层倾角的影响,矿区应力重新分布,应力主要集中位于断层上盘底部的位置。模型垂直应力的集中程度随着断层倾角的增大而减小,但都大于没有断层时的最大垂直应力。(2)受断层的影响,断层下盘工作面逐步推进至断层时,垂直应力主要集中在工作面的两端,当工作面推进到断层影响的区域时,力传递到断层和上盘位置,停采线处顶板垂直应力逐渐减小,在断层不同倾角条件下,停采线处顶板垂直应力为σ(30°)σ(45°)σ(0°)σ(60°)σ(75°)。(3)在不同倾角的逆断层下盘逐步推进的过程中,断层面上切向应力和法向应力的值是在不断变化的。当切向应力的主导作用大于切向应力的时候,断层上面会有活化滑移的趋势,当切向应力的主导作用足够大的时候,断层会产生剪切滑移,断层的活化滑移分为积累期、形成期、破坏期3个发育阶段。(4)在不同倾角的逆断层条件下,工作面逐渐向断层推进过程中,地表下沉盆地基本呈现对称规律。有断层条件下的最大下沉值要大于没有断层的地表下沉值,且随着断层倾角的增大,在超充分开采条件下,对地表的下沉影响更小。(5)通过地表移动变形分析,在距断层较远的切眼方向的地表变形和移动基本不受断层的影响,在断层附近的地表受断层倾角变化比较明显。通过地表倾斜变形和曲率变形,可以得出有断层面上地表斜坡相对没有断层一侧更平缓。地表水平变形规律的分析结果表明,有断层一侧地表水平变形的峰值要小于没有断层的那一侧。
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD327;X141
【图文】：

推覆构造,示意图,新集二矿,含煤地层

区域构造总体近东西走向。新集二矿井田内外来推覆体沿阜凤逆冲断层由南逡逑向北逆冲推覆于原地含煤地层之上。在由南向北主压应力作用，形成了以阜凤逆逡逑冲断层为主体的上叠式推覆构造，见图２－２。推覆构造各组成部分如下：逡逑１１逡逑

逆断层,数值模型,边界条件,断层

Ｆｉｇ．３－１邋Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ邋ｍｏｄｅｌ邋ａｎｄ邋ｉｔｓ邋ｂｏｕｎｄａｒｙ邋ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｒｕｓｔ邋ｆａｕｌｔｓ逡逑３．１．１数值模拟方案逡逑（１）无断层数值模型和３０°、４５°、６０°和７５°逆断层数值模型计算初始平衡，观逡逑测初始应力变化规律。逡逑（２）在各倾角逆断层下盘工作面逐步向断层侧推进，分１０步，每步推进１００ｍ，逡逑分析采动顶板支撑压力变化规律和断层活化滑移分析。逡逑（３）通过提取地表数据垂直位移和水平位移，总结地表环境响应规律。逡逑ｒ邋ｐｙｇ＾ｙｕ逡逑

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