正断层上盘开采断层附近应力时空分布数值模拟

采动引起的断层错动是诱发矿震和断层冲击矿压的主要原因之一。在现有的数值模拟研究中,断层上测点的数量较少,以致于对断层各处力学状态全貌的了解较为困难。而且,针对煤层应力分布的研究通常仅限于垂直应力(支承压力),而对其它应力尚缺乏了解。为研究采动条件下断层附近应力时空分布,采用FLAC^(3D)建立了正断层上盘开采的数值模型。模型中共包括13个岩层和1个45°倾角的正断层,通过计算获得了工作面从断层上盘推进过程中断层各处及附近煤层应力的时空分布规律。监测了断层上盘断层上的22个节点以获取断层各处力学状态全貌。研究发现,在工作面推进过程中,断层上存在1个压紧区及1个或多个松动区;断层上的压紧区较为安全,压紧区上、下方松动区的正应力越来越低,当工作面邻近断层时该区的断层区段多趋于危险,该区范围最大为78 m;断层上盘煤层紧邻工作面煤壁的垂直、水平和切应力峰值分别位于煤壁前方7.5~10.5、10.5~15.5和11.5~12.5 m;断层下盘煤层3种应力最大值均上升或有上升趋势。当工作面煤壁距断层的水平距离由40 m减小至20 m时,断层上盘煤层垂直、水平和切应力受断层影响较显著的区域通常分别在距断层3.5、10.5 m和3.5 m以内。

济三煤矿正断层下盘开采断层上应力的时空分布数值模拟

以兖矿集团济三煤矿6303工作面地质条件为背景建立FLAC3D数值模型,开展了数值模拟研究。模型中共包含13个岩层和1个正断层(倾角为45°)。采用界面单元模拟断层接触面和岩层接触面。在断层上布置了22个监测节点,获得了工作面推进过程中断层各处正应力和切应力的时空分布规律。数值模拟结果表明:当工作面煤壁距离断层较近时,断层上存在1个压紧区,该区范围随着工作面推进而减小且该区中心向断层中下部的煤层移动;与此同时,在压紧区后方存在1个松动区,松动区随着工作面推进而沿着断层向下拓展。根据松动区内切应力上升会增加断层滑动危险的认识,确定每两次开采之间的断层滑动危险区段多位于松动区前端。在开采瞬时稍后普遍存在正应力下降现象。根据安全系数下降确定的开采瞬时稍后断层滑动危险区段也多位于松动区前端。

Numerical Analysis of Cylindrical Cavity Expansion in Sand Considering Particle Crushing and Intermediate Principal Stress

Considering the effects of particle crushing and intermediate principal stress on material yielding strength, the spatial mobilization plane(SMP) yielding criterion and state parameter model including a general critical state line are selected in the analysis of cylindrical cavity expansion.Meanwhile, combining Rowe s flow rule and Bolton s simplification to stress-dilatancy relationship to reflect soil shear dilatancy and softening behavior, this paper analyzes the problem of cylindrical cavity expansion i...

正、逆断层下盘开采断层及其附近煤层应力时空分布的数值模拟

研究采动条件下断层及其附近煤层应力的时空分布规律对于矿震和断层冲击矿压的机理分析及预防具有重要意义.针对兖矿集团济三煤矿6303工作面,建立了正断层下盘开采的FLAC3D数值模型,并建立了相应的逆断层下盘开采的数值模型以进行对比.通过计算分别获得了正、逆断层下盘开采断层及其附近煤层应力的时空分布规律.得到了下列结果.对于逆断层下盘开采,松动区的范围最大约为127 m,最小约为21 m.根据松动区切应力上升会增加断层滑动危险的认识,当工作面煤壁距断层的水平距离分别为100 m、60 m、40 m和10 m时,处于滑动危险增加的测点通常位于松动区两端.对于正断层下盘开采,松动区的范围最大约为113 m,最小约为64 m,处于滑动危险增加的测点通常位于松动区前端.对于逆断层下盘开采,断层不容易滑动,断层附近积累的能量越来越高,发生断层冲击矿压的危险性较高.对于正断层下盘开采,断层更容易滑动,正断层附近不会积累较高的能量,发生断层冲击矿压的危险性较低.可通过考察断层附近煤层的应力差来评价断层阻隔效应强弱.对于正、逆断层下盘开采,当工作面煤壁距断层的水平距离相同时,断层对垂直应力的阻隔效应最强,对水平和切应力的阻隔效应较弱.