急倾斜煤层深部开采对浅部断层活化影响的数值模拟研究

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1、急倾斜煤层深部开采对浅部断层活化影响的数值模拟研究摘要：淮南矿区某矿采区属倒转地层，灰岩含水层位于煤层顶板，断层的活化极易导通上部含水层，引发突水事故。面对急倾斜煤层开采深度不断增加的现状，采用FLAC3D数值模拟的方法，对急倾斜煤层深部开采对顶板浅部断层活化影响的规律进行了研究，总结了急倾斜煤层开采深度与断层活化之间的时空关系，验证了通过控制采高和隔离煤柱大小，可以有效降低急倾斜煤层开采对断层的扰动作用，对急倾斜煤层后期深部开采断层突水预测与防治具有重要的理论指导意义和工程应用价值。关键词：急倾斜煤层；深部开采；数值

2、模拟；断层活化中图分类号：TD163文献标识码：A文章编号：1674-098X(2015)04(a)-0000-00Abstract：AcertainoreminingareaofHuainanminingareabelongstoinversionformation,limestoneaquiferlocatedseamroof，theactivationoffaulteasilyconducttheupperaquifer,leadingtowaterinrushdisaster.Facingthecontinuo

3、uslyincreasedminingdepthstatusofsteepseam，usingFLAC3Dnumericalsimulationmethod，Insteepseamminingdeepeffectonthefaultactivationofroofisstudied，Summarizesthetemporalrelationshipbetweenthedepthofsteepseamandfaultactivation,verifiedbycontrollingtheminingheightandiso

4、latedcoalpillarsize,caneffectivelyreducethedisturbanceofsteepseamfaults,Ithasimportanttheoreticalguidancesignificanceandengineeringapplicationvaluetothelaterstageofsteepseamdeepminingfaultwaterinrushpredictionandprevention.Keywords：steepseam；deepmining；numerical

5、；faultactivation中图分类号：TD745我国煤田水文地质条件复杂，在煤矿生产过程中，矿井突水事故频发。据资料统计，其中80%的煤矿突水事故是由断层导水引发的［1］。断层活化是指断层在原始不导水的状态下，受地下工程的扰动作用，导水系数增大而成为导水通道。断裂构造作为一种重要的突水通道，研究分析断层在采动影响下的活化反应，对煤矿的安全生产具有重要意义。对于断层活化的研究，学者们普遍认为，当断层面的切应力T大于断层面的抗剪强度Tn时，即T彡Tn时，断层就会沿断层面发生破裂，上下盘相对移动形成导水通道［2］。姜耀

6、东等［3］把断层接触面以库伦剪切模型代替，研究了采动过程中断层接触面上应力时空演化规律和断层两盘的运动规律；卜万奎等m从断层倾角变化的角度研究了断层活化的规律。虽然0前的研究已经对断层活化的机理和规律有了一定的认识［5］，但是对于如何预测和监测断层活化仍有很大的困难。急倾斜煤层的赋存特征和开采方式决定了其在开采过程中对断层活化的影响与水平煤层具有较大差别［6］。急倾斜煤层进行浅部开采时，扰动作用强度和影响范围有限，不具备诱发附近断层活化的能力；但是随着开采深度的增加，不平衡力积累到一定程度，就会导致浅部断层活化，导通含

7、水层，引发断层突水事故。本文采用数值模拟软件FLAC3D，以急倾斜煤层为研究对象，对煤层深部开采诱发浅部断层活化进行了模拟和预测，并提出了预防和控制断层活化的后期开采方案。1FLAC3D计算原理简介FLAC3D采用了拉格朗日连续介质法(FastLagrangianAnalysisofContinua)，同时还采用了混合离散法和动态松弛法，可以模拟和记录地质体在达到屈服极限时发生的破坏和塑性流动情况，分析渐进式破坏和模块失稳，并且适合于模拟大变形；其根据已知应变增量，可以方便地求得应力增量、不平衡力并跟踪系统的演化过程；

8、由于计算过程中不会形成刚度矩阵，所以运算所需内存很小。除此之外，FLAC3D还具有内嵌的程序语言FISH，使用户可以自行开发系统，增强了程序的灵活性，充分扩展了软件的自身功能。[7]煤层在采动过程中，破坏了周围岩石的应力平衡，在重力和地应力的作用下，岩石向采空区移动，在不发生破坏的情况之下，相邻岩石的位移变化相差不大，而断层带作为