采动影响下断层应力分布与活化规律研究

发布时间：2017-07-30 03:22

  本文关键词：采动影响下断层应力分布与活化规律研究

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【摘要】：断层活化的防治与预测一直以来都是煤矿安全生产的重要研究课题,断层的活化主要表现为活化前后应力场与位移场的变化。针对工作面推进过程中断层应力与位移变化规律,本文以火铺矿2375工作面断层为工程背景,运用理论分析与数值模拟手段研究了采动作用下断层应力分布与活化规律,取得如下主要结论:1、根据采动底板支撑压力分布,并考虑底板岩层载荷,建立采动底板断层活化力学模型,得出断层面正应力与剪应力分布解析表达式。分析煤层埋深H、工作推进长度L、工作面前方支撑压力系数K1、断层倾角θ和采空区压实系数α对断层面正应力与剪应力的影响,通过分析主要影响因素对断层面正应力与剪应力的影响,发现进入底板某一深度后,其剪应力趋于零,而正应力趋于上覆岩层载荷。断层面应力主要影响因素中工作推进长度L对断层面应力分布趋势影响最大,其次为断层倾角θ。2、采用FLAC3D数值模拟软件模拟含正(逆)断层煤层工作面由上、下盘分别向断层面推进四种方案,通过对计算结果的分析,认为正断层下盘开挖时较上盘开挖时更易使断层活化。3、利用内置FISH语言将FLAC3D正断层下盘开挖与逆断层上盘开挖时每开挖步距的计算结果数据导出并处理与作图,分析开采盘内靠近断层带岩层的正应力、剪应力、水平位移、竖向位移与底板支撑压力随工作面向断层面推进时其变化特征,重点分析了断层活化前后应力与位移曲线变化特征。4、根据采动影响下开采盘靠近断层带岩层应力与位移的位移变化规律,提出断层活化判据,认为相邻开挖步距间剪应力或位移曲线间面积的急剧增大,或应力、位移曲线变化趋势明显变化时断层将发生活化。5、以火铺矿2375工作面为工程背景,通过理论分析与数值计算综合得出2375工作面与F2断层的安全距离为25m,根据现场的观测资料,当2375工作面推进至距断层面23m时,F2断层出现明显的活化现象,与理论分析和数值模拟结果较为吻合,从而验证了本文断层活化判据的有效性。
【关键词】：采动影响 断层活化 数值模拟 断层应力分布规律 活化规律
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD311
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景与研究意义11
• 1.2 采动断层活化研究现状11-15
• 1.2.1 采动断层活化力学机理11-12
• 1.2.2 采动断层活化数值模拟12-14
• 1.2.3 采动断层活化实验研究14-15
• 1.3 主要研究内容和技术路线15-17
• 1.3.1 主要研究内容15-16
• 1.3.2 技术路线16-17
• 第二章 采动影响下断层应力分布17-32
• 2.1 采动影响下断层应力影响分析思路17-18
• 2.2 采动底板支承压力分布18-20
• 2.3 采动底板断层带应力分析20-28
• 2.4 底板岩层重量对断层带应力分析28-31
• 2.5 小结31-32
• 第三章 断层面应力影响因素分析32-41
• 3.1 影响断层面应力分布的参数取值32-33
• 3.2 断层面应力分析编程实现33-34
• 3.3 断层面应力主要影响因素分析34-40
• 3.3.1 煤层埋深对断层面上应力的影响34-35
• 3.3.2 采空区压实程度对断层面上应力的影响35-36
• 3.3.3 工作面前方应力集中程度对断层面应力分布规律的影响36-37
• 3.3.4 断层倾角对断层面应力的影响37-38
• 3.3.5 工作面推进长度对断层面应力分布规律的影响38-39
• 3.3.6 多因素共同变化对断层面应力的影响39-40
• 3.4 小结40-41
• 第四章 采动影响下断层活化数值模拟41-63
• 4.1 FLAC~(3D)软件概述41
• 4.2 数值模拟计算分析流程41-42
• 4.3 采动影响下正断层活化数值模拟42-51
• 4.3.1 采动影响下正断层活化数值计算模型42-43
• 4.3.2 正断层采动活化数值模型塑性区演化结果43-45
• 4.3.3 正断层下盘开挖数值模型塑性区演化规律45-46
• 4.3.4 正断层下盘开挖应力变化规律46-49
• 4.3.5 正断层下盘开挖位移变化规律49-51
• 4.4 采动影响下逆断层活化数值模拟51-62
• 4.4.1 采动影响下逆断层活化数值计算模型51-52
• 4.4.2 逆断层采动活化数值模拟塑性区演化结果52-55
• 4.4.3 逆断层上盘开挖数值模型塑性区演化规律55-56
• 4.4.4 逆断层上盘开挖应力变化规律56-59
• 4.4.5 逆断层上盘开挖位移变化规律59-62
• 4.5 采动影响下断层活化判据62
• 4.6 小结62-63
• 第五章 工程应用实践63-72
• 5.1 火铺矿与2375工作面简介63-64
• 5.2 2375工作面不同推进距离下断层应力变化64-65
• 5.3 2375工作面断层数值模拟65-71
• 5.3.1 数值计算模型65-66
• 5.3.2 2375工作面断层应力分布规律66-68
• 5.3.3 2375工作面断层位移分布规律68-71
• 5.4 小结71-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 附录A 攻读硕士学位期间参与的科研项目及发表的学术成果79-80
• 附录B 典型因素的MATLAB计算代码80-115

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：592337