【摘 要】
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断层是井工煤矿开采中常见的一种地质构造,断层的存在打断了地层连续整体的赋存状态,使其附近区域原岩应力分布发生变化,临近断层进行采掘工作时,可能诱发断层冲击地压。截至目前,众多学者对断层进行了大量的研究工作,而鲜有结合缓倾斜煤层对断层进行的研究。本文通过理论分析、相似材料模拟实验、FLAC3D数值模拟,对在含有断层构造条件下,倾斜长壁工作面开采过程中覆岩结构演化及采动应力进行了系统的分析,并对研究结
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断层是井工煤矿开采中常见的一种地质构造,断层的存在打断了地层连续整体的赋存状态,使其附近区域原岩应力分布发生变化,临近断层进行采掘工作时,可能诱发断层冲击地压。截至目前,众多学者对断层进行了大量的研究工作,而鲜有结合缓倾斜煤层对断层进行的研究。本文通过理论分析、相似材料模拟实验、FLAC3D数值模拟,对在含有断层构造条件下,倾斜长壁工作面开采过程中覆岩结构演化及采动应力进行了系统的分析,并对研究结果进行了工程实例验证。最终取得的主要研究成果如下:(1)通过建立断层内部单元体受力模型、断层-围岩系统模型,得出影响断层活化失稳因素较多且较为复杂:断层活化危险性与工作面的埋深、采场应力集中系数成正比,与侧压系数、内聚力成反比,其中断层倾角对断层活化的影响较复杂;因采动影响使得断层内剪应力增加或法向应力减小都可能引发断层滑移。通过建立沿煤层倾向岩梁力学模型,可知切向力是影响倾斜长壁工作面顶板破坏的一个因素。(2)相似材料模拟实验表明,随着工作面距断层的距离越来越短,上覆岩层及断层活动剧烈显现的推进步距越来越短。并且同水平煤层条件下的实验相比,从工作面推进步距方面讲,本次实验相比其提前发生了断层及覆岩剧烈活动,说明煤层倾角的增加确实对冲击危险产生影响,使其提前发生。(3)通过数值模拟实验发现煤层倾角的变化对工作面超前支承压力有所影响,当工作面逐渐临近断层时,超前支承压力开始受断层影响及最大超前支承压力峰值出现时,工作面与断层之间的距离均与煤层倾角之间成正比关系;超前支承压力峰值减小的速率与煤层倾角之间成反比关系。(4)工作面向断层推进,距离煤层较远的上部断层区域率先受到剪切作用的影响,随着工作面的不断推进,断层带内的剪切应力与工作面推进步距及煤层倾角均成正比;断层带距煤层的近端,法向应力的大小与工作面推进步距及煤层倾角均成正比,而断层带距煤层的远端,因下盘回转下沉的影响,其内部法向应力的大小则与上述二者成反比。(5)通过对两个采煤工作面开采过程中的微震数据进行整理分析,发现随着工作面煤层倾角的增大,开采过程中断层与工作面之间开始产生影响时,二者彼此间的距离也有所增大,对本文的研究结果进行了初步验证。
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