大斷層兩側(cè)巖體采動(dòng)效應(yīng)數(shù)值模擬研究.pdf

1、我國(guó)煤炭資源豐富，賦存條件十分復(fù)雜，斷層是影響煤礦開采中常見重要地質(zhì)因素。斷層切割地層破壞了煤層的完整性和連續(xù)性，導(dǎo)致斷層附近煤層回采時(shí)巖體應(yīng)力分布、位移變化和塑性區(qū)分布差異大。運(yùn)河煤礦F10斷層為落差60～265m的逆斷層，本文以F10大斷層構(gòu)造附近復(fù)雜區(qū)域煤層開采為工程背景，采用理論分析、數(shù)值模擬試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式類比分析的方法，分析研究斷層兩側(cè)巖體采動(dòng)效應(yīng)演化規(guī)律。
　　(1)理論分析了運(yùn)河煤礦F10斷層附近區(qū)域煤層開采巖體運(yùn)動(dòng)

2、變形規(guī)律、應(yīng)力分布特征、破壞范圍及影響巖體破壞程度的因素。
　　(2)F10斷層下盤1304工作面開采后，采空區(qū)上覆巖層應(yīng)力分布發(fā)生變化，向工作面兩側(cè)傳遞，在采空區(qū)兩側(cè)產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)，應(yīng)力峰值為21.8MPa，大于原巖應(yīng)力14MPa。斷層帶上下部下沉量最大相差3.5m，在距煤層垂直距離270m左右處水平變形方向不同，斷層產(chǎn)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)和裂縫。工作面覆巖發(fā)生垮落、裂縫、彎曲下沉發(fā)育，形成近似“拱形”導(dǎo)水裂縫帶，導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度91m

3、，與運(yùn)河煤礦技術(shù)人員實(shí)際測(cè)得導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度86.5m相近，表明根據(jù)礦山實(shí)際巖石力學(xué)測(cè)試結(jié)果和已有斷層開采模擬選取的參數(shù)是合理的。
　　(3) F10斷層上盤7301工作面回采后，覆巖應(yīng)力向工作面兩側(cè)傳遞，斷層帶受采動(dòng)疊加影響，其附近區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力峰值為22.6MPa，高于原巖應(yīng)力水平，有沖擊危險(xiǎn)性;工作面覆巖發(fā)生運(yùn)動(dòng)變形破壞，頂板導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度為79m（理論計(jì)算、數(shù)值模擬分別為66.12m，79m）。斷層帶上下部下

4、沉量最大相差3.8m，在距煤層垂直距離268m左右處水平變形方向發(fā)生改變，斷層可能產(chǎn)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)和拉裂裂縫。
　　(4)F10斷層下盤1305工作面回采后，受斷層切割地層和阻隔應(yīng)力的雙重作用，斷層兩側(cè)采動(dòng)應(yīng)力分布差異明顯，應(yīng)力峰值大于原巖應(yīng)力水平。隨著斷層保護(hù)煤柱尺寸減小，煤柱上應(yīng)力集中程度增大，應(yīng)力峰值遠(yuǎn)大于原巖應(yīng)力，沖擊危險(xiǎn)性大。留設(shè)60m斷層保護(hù)煤柱時(shí)，采場(chǎng)覆巖裂隙波及斷層，形成應(yīng)力釋放通道，降低了煤柱應(yīng)力集中程度，應(yīng)力集中程

5、度小于留設(shè)80m和100m煤柱。
　　(5)下盤1305工作面回采后，工作面頂板導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育平均高度為79m，與理論計(jì)算的67.1m相近。斷層兩側(cè)區(qū)域巖體變形差異程度隨保護(hù)煤柱尺寸減小而增大，相對(duì)于留設(shè)80m斷層保護(hù)煤柱，留設(shè)60m煤柱頂板覆巖裂隙波及斷層，斷層兩側(cè)區(qū)域下沉量差異程度減小，斷層對(duì)巖體變形阻隔作用減弱。受到采動(dòng)疊加影響，斷層帶不同區(qū)段下沉量不同;隨著斷層保護(hù)煤柱尺寸增大，斷層帶上下部下沉量差異程度減小，斷層可能產(chǎn)生