采動(dòng)影響對(duì)不同位置隱伏斷層活化的影響分析

摘 要：本文以采場底板下斷層為研究對(duì)象，根據(jù)工作面底板應(yīng)力分布情況，分析了工作面和斷層不同相對(duì)位置時(shí)斷層受采動(dòng)影響情況，可知：當(dāng)工作面推進(jìn)到斷層正上方時(shí)斷層受到采動(dòng)影響最大，最容易形成突水通道造成突水事故。

關(guān)鍵詞：煤層開采；隱伏斷層；斷層活化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.089

0 引言

斷層活化是影響煤層開采的重要地質(zhì)問題，斷層活化會(huì)使得底板中產(chǎn)生連通底板和含水層的突水通道進(jìn)而引發(fā)底板突水事故。煤層開采會(huì)引起周圍巖層應(yīng)力重新分布，并向底板深部傳遞，當(dāng)?shù)装逑掠须[伏斷層時(shí)，斷層圍巖應(yīng)力變化容易引起斷層活化，引發(fā)突水事故，而隱伏斷層和工作面相對(duì)位置不同，斷層圍巖應(yīng)力變化也不同，本文參考相關(guān)文獻(xiàn)，分析了采場底板應(yīng)力分布，并分析了位于工作面不同位置的隱伏斷層圍巖應(yīng)力情況。

1 采場底板應(yīng)力分布

對(duì)于長壁開采工作面，沿工作面推進(jìn)方向x軸正方向取采場中部圍巖為對(duì)象，根據(jù)礦山壓力控制理論或巖層控制的關(guān)鍵層理論，將采動(dòng)應(yīng)力沿煤層走向的分布簡化為線性載荷加載到底板上[1]，如圖 1（a）所示[2]，底板應(yīng)力系數(shù)如圖 1（b）所示。

其中：①，⑤區(qū)域?yàn)樵瓗r應(yīng)力分布區(qū)，③區(qū)域?yàn)閼?yīng)力增高區(qū)，②區(qū)域?yàn)閼?yīng)力降低區(qū)，④區(qū)域?yàn)椴煽諈^(qū)，工作面位于 x=100 m 處。

如上圖所示，距離工作面前方超過25m以后，即圖1（a）中①區(qū)域，底板應(yīng)力即為原巖應(yīng)力；在工作面前方25m范圍內(nèi)，即圖1（a）中②、③區(qū)域，底板應(yīng)力急劇升高到2.5倍原巖應(yīng)力后又逐漸降低到原巖應(yīng)力大小；在工作面后方70m范圍內(nèi)，即圖1（a）中④區(qū)域，底板應(yīng)力逐漸恢復(fù)到原巖應(yīng)力；在工作面后方大于70m時(shí)，底板應(yīng)力為原巖應(yīng)力。

原巖應(yīng)力大小受到采深、上覆巖層巖性、圍巖巖性等多種因素的影響，但大體規(guī)律是采深越大，原巖應(yīng)力越大。

2 位于工作面不同位置隱伏斷層活化失穩(wěn)特性分析

隱伏斷層與工作面的相對(duì)位置可以分為三種情況，如圖2所示：即隱伏斷層位于工作面前方（a）、隱伏斷層位于工作面正下方（b）、隱伏斷層位于工作面后方（c）。

結(jié)合采場底板應(yīng)力分析，對(duì)不同位置的斷層上下盤受力情況進(jìn)行分析：

1）當(dāng)隱伏斷層位于工作面前方如圖2（a）時(shí)，斷層的上盤和下盤圍巖應(yīng)力均為原巖應(yīng)力，此時(shí)斷層未受到采動(dòng)影響；

2）當(dāng)隱伏斷層位于工作面正下方如圖2（b）時(shí)，斷層上盤圍巖受到工作面前方超前支撐壓力影響，越接近工作面壓應(yīng)力越大，斷層下盤圍巖受到工作面后方原巖應(yīng)力釋放影響，越接近工作面原巖應(yīng)力釋放區(qū)域越大，此時(shí)斷層受采動(dòng)影響最大，有利于斷層活化以及斷層上端裂隙的產(chǎn)生和擴(kuò)展，且易形成突水通道導(dǎo)致工作面突水[3]；

3）當(dāng)隱伏斷層位于工作面后方如圖2（c）時(shí)，斷層上盤和下盤圍巖應(yīng)力恢復(fù)為原巖應(yīng)力，不利于裂隙繼續(xù)擴(kuò)展以及突水通道的形成。

3 結(jié)論

1）當(dāng)工作面推進(jìn)到斷層正上方時(shí)，斷層上盤和下盤分別受到工作面超前支撐壓力影響和工作面后方原巖應(yīng)力釋放影響，斷層受采動(dòng)影響最大，有利于斷層上端裂隙的產(chǎn)生和擴(kuò)展，易形成突水通道造成工作面突水事故。

2）越接近工作面，在工作面前方的超前支撐壓力影響區(qū)域越小且圍巖應(yīng)力越大，應(yīng)力最大可達(dá)2.5倍原巖應(yīng)力；越接近工作面，在工作面后方的圍巖原巖應(yīng)力釋放越徹底，且影響區(qū)域越大；所以位于工作面正下方的隱伏斷層越接近工作面，隱伏斷層受采動(dòng)影響越大，形成突水通道造成工作面突水的可能性越大。

3）隨著開采深度的逐漸增加，工作面圍巖應(yīng)力也逐漸增大，采動(dòng)影響也更加明顯，斷層受采動(dòng)影響將更大。

參考文獻(xiàn)：

[1]王連國，韓猛，王占盛等.采場底板應(yīng)力分布與破壞規(guī)律研究 [J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2013（30）：317-322.

[2]卜萬奎.采場底板斷層活化及突水力學(xué)機(jī)理研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，2009.

[3]王永政.采動(dòng)條件下斷層活化失穩(wěn)特性分析[J].能源技術(shù)與管理，2016（41）：80-83.

作者簡介：張鑫（1990-），男，山西臨汾人，研究生在讀，研究方向：開采沉陷控制與環(huán)境保護(hù)。endprint