论文部分内容阅读
我国煤炭资源丰富,赋存条件十分复杂,断层是影响煤矿开采中常见重要地质因素。断层切割地层破坏了煤层的完整性和连续性,导致断层附近煤层回采时岩体应力分布、位移变化和塑性区分布差异大。运河煤矿F10断层为落差60~265m的逆断层,本文以F10大断层构造附近复杂区域煤层开采为工程背景,采用理论分析、数值模拟试验和经验公式类比分析的方法,分析研究断层两侧岩体采动效应演化规律。 (1)理论分析了运河煤矿F10断层附近区域煤层开采岩体运动变形规律、应力分布特征、破坏范围及影响岩体破坏程度的因素。 (2)F10断层下盘1304工作面开采后,采空区上覆岩层应力分布发生变化,向工作面两侧传递,在采空区两侧产生应力集中区,应力峰值为21.8MPa,大于原岩应力14MPa。断层带上下部下沉量最大相差3.5m,在距煤层垂直距离270m左右处水平变形方向不同,断层产生相对错动和裂缝。工作面覆岩发生垮落、裂缝、弯曲下沉发育,形成近似“拱形”导水裂缝带,导水裂缝带发育高度91m,与运河煤矿技术人员实际测得导水裂缝带发育高度86.5m相近,表明根据矿山实际岩石力学测试结果和已有断层开采模拟选取的参数是合理的。 (3) F10断层上盘7301工作面回采后,覆岩应力向工作面两侧传递,断层带受采动叠加影响,其附近区域产生应力集中,应力峰值为22.6MPa,高于原岩应力水平,有冲击危险性;工作面覆岩发生运动变形破坏,顶板导水裂缝带发育高度为79m(理论计算、数值模拟分别为66.12m,79m)。断层带上下部下沉量最大相差3.8m,在距煤层垂直距离268m左右处水平变形方向发生改变,断层可能产生相对错动和拉裂裂缝。 (4)F10断层下盘1305工作面回采后,受断层切割地层和阻隔应力的双重作用,断层两侧采动应力分布差异明显,应力峰值大于原岩应力水平。随着断层保护煤柱尺寸减小,煤柱上应力集中程度增大,应力峰值远大于原岩应力,冲击危险性大。留设60m断层保护煤柱时,采场覆岩裂隙波及断层,形成应力释放通道,降低了煤柱应力集中程度,应力集中程度小于留设80m和100m煤柱。 (5)下盘1305工作面回采后,工作面顶板导水裂缝带发育平均高度为79m,与理论计算的67.1m相近。断层两侧区域岩体变形差异程度随保护煤柱尺寸减小而增大,相对于留设80m断层保护煤柱,留设60m煤柱顶板覆岩裂隙波及断层,断层两侧区域下沉量差异程度减小,断层对岩体变形阻隔作用减弱。受到采动叠加影响,断层带不同区段下沉量不同;随着断层保护煤柱尺寸增大,断层带上下部下沉量差异程度减小,断层可能产生相对错动;断层带不同区段水平变形方向不同,且水平变形量差异程度随着断层保护煤柱尺寸增大而减小,断层带可能被拉裂产生裂缝。 (6)下盘1305工作面采动时,断层带上下部下沉量差异程度大,且不同区段水平变形量和方向不同,断层可能产生错动及被拉裂形成裂缝,导致断层“活化”,覆岩裂隙波及断层时,引发工作面突水。为保证下盘1305工作面的安全回采及可持续发展,留设80m断层保护煤柱,工作面斜长为160m。