【摘 要】
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以杨柳矿工作面过多断层开采期间矿压显现及矿压灾害的实际工程问题为背景,采用现场实测、理论分析、数值模拟等研究手段,综合弹塑性力学、矿山压力与岩层控制、采矿学等领域知识,对课题进行深入系统研究,取得如下主要结论和成果:(1)采用有限元数值模拟软件FLAC3D研究得到:工作面存在单一 70°正断层,断层倾向工作面采空区侧,工作面在断层下盘向断层开采,过断层后,工作面前方煤体垂直应力受断层活化影响小幅度
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以杨柳矿工作面过多断层开采期间矿压显现及矿压灾害的实际工程问题为背景,采用现场实测、理论分析、数值模拟等研究手段,综合弹塑性力学、矿山压力与岩层控制、采矿学等领域知识,对课题进行深入系统研究,取得如下主要结论和成果:(1)采用有限元数值模拟软件FLAC3D研究得到:工作面存在单一 70°正断层,断层倾向工作面采空区侧,工作面在断层下盘向断层开采,过断层后,工作面前方煤体垂直应力受断层活化影响小幅度上升,断层强烈影响范围为工作面前方50m,最远影响至工作面前方90m,受断层影响垂直应力集中峰值最大35.43MPa;工作面存在两条断层,第一条断层倾角70°,倾向工作面后方采空区侧,第二条断层倾角70°,倾向工作面前方实体煤侧,工作面在两断层中间区域开采,断层间距100m时,受两断层叠加影响,工作面前方煤体垂直应力集中峰值最大36.28MPa;断层间距70m,两断层叠加影响加剧,应力集中最大37.99MPa;断层间距50m,两断层叠加影响最大,应力集中最大38.60MPa;煤体垂直应力集中程度随两断层间距减小增大。不论两断层间距大小,工作面刚过第一条断层时,采动诱发断层活化,上覆岩层运移强烈,工作面靠近断层处两侧端头煤体承受较大荷载,应力集中较大。工作面接近第二条断层,工作面中部应力集中达到峰值后降低,工作面两侧煤体承受载荷增加并成为载荷主承载区。(2)采用有限元数值模拟软件FLAC3D研究得到:工作面在两断层中间区域开采,工作面刚推过第一条断层20m,工作面采动诱发断层活化,工作面前方煤体垂直应力峰值均微增;工作面继续推进进入第二条断层影响区,工作面与第二条断层间煤柱失稳前垂直应力峰值随第二条断层倾角增大正向增大;煤柱由稳定状态到完全塑性破坏失稳释放的弹性能随第二条断层倾角增大正比例增大,数据表明工作面发生冲击地压的可能性及破坏能力随断层倾角的增加而增大。同时,工作面两顺槽侧在工作面刚推过第一条断层及接近第二条断层过程中载荷集中明显,应力集中较大,为矿山压力冲击灾害多发区域。(3)采用离散元数值模拟软件UDEC研究得到:工作面推进至两断层中间区域开采时,第二条断层倾角为45°及55°时,工作面从第一条断层推进至第二条断层全过程中,距工作面顶板26m、42m、78m及116m岩层在第二条断层处均未发生活化滑移。工作面在第一条70°断层与第二条65°断层及第一条70°断层与第二条75°断层模型两断层中间开采时,工作面距第二条65°断层30m时,断层开始有活化趋势,而工作面距第二条75°断层40m即有活化趋势;表明断层倾角增大,岩层活化滑移可能性及敏感性增大,同时岩层滑移量也随第二条断层倾角增大增加,且第一条70°断层与第二条75°断层模型开采时各测线所在岩层活化滑移量在全阶段均高于第一条70°断层与第二条65°断层模型开采时。
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