論文推薦|韓科明等:上下盤開採影響下斷層滑移失穩力學機制

2021-01-12 全國能源信息平臺

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作 者

韓科明1,2,於秋鴿1,2,張華興1,2,李鳳明1

作者單位

1. 煤炭科學研究總院開採研究分院 2. 天地科技股份有限公司開採設計事業部

研究背景

斷層是礦山開採活動中經常遇到的地質構造之一,斷層的存在破壞了巖層的連續性和完整性,一直以來都是影響煤礦安全開採的重要因素,比如衝擊礦壓、礦井突水、地表臺階式下沉等很多礦井災害都是因為開採造成斷層活化導致的。

2

摘 要

當工作面上覆巖層中含有斷層時,地表下沉規律與不含斷層時具有顯著差別。為了研究上下盤開採斷層滑移失穩力學機理,基於關鍵層理論建立了上下盤開採斷層活化力學模型,推導了斷層滑移失穩的判據,並結合數值模擬和相似模擬對上下盤開採斷層活化難易程度進行了分析。

研究結果表明:

① 相對於上盤開採,下盤開採斷層保持穩定除了滿足斷層帶巖體在斷層面不發生滑移外還需滿足斷層面不產生離層,下盤開採斷層保持穩定條件更加苛刻,下盤開採斷層更容易活化;

② 對於上盤開採,隨著工作面推進,淺部斷層帶巖體正應力逐漸減小,剪應力逐漸增大,深部斷層帶巖體剪應力和正應力都逐漸增大,說明斷層露頭處斷層帶巖體已經處於活化狀態,斷層帶巖體產生裂隙,應力逐漸鬆弛,而深部斷層帶巖體正在為活化蓄能,淺部斷層帶巖體超前深部斷層帶巖體發生活化;

③ 對於下盤開採,隨著工作面推進,淺部斷層帶巖體剪應力和正應力逐漸增加,深部斷層帶巖體剪應力與正應力逐漸減小,工作面推進長度較小時,斷層即活化;

④ 工作面推進過程中,下盤開採斷層帶巖體剪應力與正應力的比值為上盤開採的3 ~5 倍;

⑤ 上盤開採斷層活化時僅在斷層露頭處地表產生輕微裂隙,未形成明顯臺階,下盤開採斷層活化將在斷層露頭處產生明顯臺階下沉。

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文中部分圖片

圖2　下盤開採關鍵層運動狀態

圖9　下盤開採距煤層底板241．5 m 垂直高度處的斷層帶巖體剪應力與正應力

圖11　上、下盤開採地表下沉曲線

圖12　上、下盤開採結束後斷層露頭處裂隙發育情況

來源：

韓科明,於秋鴿,張華興,等. 上下盤開採影響下斷層滑移失穩力學機制[J]. 煤炭學報,2020,45(4):1327-1335.

HAN Keming,YU Qiuge,ZHANG Huaxing,et al. Mechanism of fault activation when mining on hanging-wall and footwall[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(4):1327-1335.

責任編輯：郭曉煒

編輯整理：劉暘

審 核：常琛

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