断层是地壳运动产生的天然缺陷体,其破坏了岩层的连续性和整体性。断层破碎带和断层充填体具有强度低、粘结性差的特点,对应力变化的反应较敏感。在采动作用下原始地应力被破坏,断层破碎带附近产生应力集中区域,容易造成断层活化和冲击地压等矿山灾害的发生。本文在岩石破坏和断层活化理论分析的基础上,通过研究断层角砾岩充填物相似材料并运用相似比原理设计相似材料模拟试验,用以模拟工作面的推进监测位移和应力的变化,借用FLAC3D软件建立数值计算模型用以检验相似材料模拟试验结果并监测处断层面法向应力和剪切应力的变化情况,借用推导出的断层灾变指数,计算出不同距离下的数值用以分析断层发生灾变的趋势,提出合理的预防断层活化的方法。主要研究成果为:(1)根据矿井原始地质资料并结合相似材料模拟试验要求,以角砾岩石为骨料,岩石粉末为充填物料,泥岩粉末和黏土粉末为胶结物料研制出断层角砾岩充填物相似材料,通过单轴压缩实验和渗透率实验测得数据可以分析出:黏土粉末和泥岩粉末含量的增加不仅会增加试件的强度还减小了试件的渗透率;充填物岩石粉末起到综合骨料和胶结剂的作用;骨料含量是控制断层角砾岩相似材料物理特性的核心材料。(2)以相似比原理为基础结合试验台的尺寸要求,运用自主研发的断层角砾岩充填物相似材料在相似材料模拟试验中,通过观察在采动影响下上覆岩层的和断层充填物附近的裂纹扩展路径和方式,分析出在煤柱上方上覆岩层形成“倒三角”形的独立区域的原因,对应力监测数据可以分析出断层面的应力受工作面距断层保护煤柱的距离较明显;上覆岩层的垮落速度越靠近断层保护煤柱其斜率越大。(3)运用数值计算软件FLAC3D建立数值计算模型,对模型在采动下的应力场、塑性区以及断层面上的法向应力和剪切应力进行监测,通过各云图可以得出:在采动前期采动应力未影响到断层充填物附近,在工作面推进到距离断层保护煤柱30m时,采动影响扩大到断层面上:随着工作面向断层保护煤柱的推进,采动对断层面的影响越大;当到达断层保护煤柱时上盘的不平衡应力经断层充填物传导到断层下盘;断层面上的法向应力和剪切应力与距离断层保护煤柱的距离和工作面的推进位置有关,越远离断层保护煤柱影响越小,靠近断层保护煤柱的监测点剪切应力增加幅度大于法向应力的增加幅度。(4)通过简化断层面的受力情况推导出断层灾变指数,将数值计算模型监测到的断层面法向应力和剪切应力带入断层灾变指数公式分别计算出于工作面的推进距离关系:由煤层沿断层面向上和向下方向越是远离其断层灾变指数就越小即越是靠近煤层的断层面越有断层灾变的风险;煤层上部断层面先有断层灾变指数的监测数据后准工作面向断层保护煤柱的推进沿断层面向下影响最终在断层保护煤柱上方形成断层灾变指数高值区域;对于预防断层活化的方法有:留设保护煤柱、应力集区域爆破卸压以及断层破碎带注浆加固可根据具体的地质条件进行设计施工方法。