地下工程中由控稳到控水的断裂屏障机制

结合工程实例分析了原始地质条件下的不导水断层在采动影响下透水并最终导致突水事故发生的作用机理。研究表明,在一定条件下,断裂破碎带成为围岩变形和采动应力传播的屏障。这种屏障作用的结果使得断裂带内岩体变形强烈,变形梯度大,开挖空间与断裂带之间围岩变形和采动应力集中加剧,这容易引起断裂带含有原生结构面的构造岩体和存在断层伴生裂隙的围岩变形错动,并进一步导致地下水导升。工程实例证明了这一分析的合理性。

采动影响下陡倾断层面对岩移的屏障效应及其发生机制

为研究采动影响下陡倾断层面对岩体移动的屏障效应及其发生机制,基于数值模拟方法,分析了采空区分别位于断层面上盘和下盘时,断层面对围岩位移场和应力场的影响。结果表明:假定条件下,采动影响范围内的断层面破坏了岩体移动和变形的连续性和协调性,影响了围岩应力的传播,具有一定的屏障效应;断层面上盘开采比在下盘开采引起的断层面两侧围岩位移差和应力差更大,采动产生的卸围压效应更强,并揭示了陡倾断层面对岩移屏障效应的发生机制。研究成果对于断层影响下岩体移动范围的确定具有重要的意义。

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.

三种应力的断层阻隔效应的数值模拟研究——以正断层下盘开采为例

断层附近应力分布研究对于断层错动诱发的天然地震、矿震等地质灾害的机理分析及预防具有重要意义.断层具有软弱、破碎的特点,会阻碍采动应力的传播,这将增加断层滑移和煤体冲击的危险.为了探究断层阻隔效应,以兖矿集团济三煤矿6303工作面地质条件为背景建立FLAC3D数值模型并计算.模型中包括13个岩层和1个45°倾角的正断层.采用界面单元模拟断层接触面和岩层接触面.获得了工作面推进过程中,垂直、水平和剪切应力的时空分布规律.通过考察断层附近煤层的应力差和断层下盘应力高值区的尺寸及应力增量,评价断层阻隔效应强弱.当工作面煤壁距断层水平距离为40~50 m时,工作面煤壁附近垂直、水平和剪切应力的高值区临近断层且受断层阻隔效应影响.随着工作面向前推进,上述高值区逐渐向断层上盘扩展.当工作面煤壁距断层水平距离相同时,断层对煤层垂直、水平及剪切应力的阻隔效应通常依次减弱;当其由50 m减至20 m时,断层阻隔效应增强.煤层垂直和水平应力最大值或工作面煤壁距断层水平距离为20 m和30 m时靠近工作面煤壁的峰值通常分别位于工作面煤壁前方10.5 m和11.5~13.5 m;剪切应力最大值位于工作面煤壁前方11.5~14.5 m.

正断层下盘开采应力演化及断层阻隔效应连续-非连续方法模拟

断层破坏了采场岩层的连续性,应力由断层一盘向另一盘的传播过程将受到断层的阻隔,从而引起断层附近应力集中,极易诱发煤矿灾害.开展采动条件下断层附近应力和煤层支承压力的演化以及断层阻隔效应研究对于煤矿灾害的预防具有重要意义.以自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法为基础,为了处理煤层离散单元形成的聚集体仍能承受超过自身承载能力的问题,采用了应力跌落方法;为了模拟时间较长的煤炭开采过程,采用了准静力计算模式.根据济三煤矿6303工作面的地质条件建立更准确的力学模型,其中,在断层上盘下端面施加垂直向上的适当均布载荷,以克服传统力学模型的应力集中问题.模拟了正断层下盘开采条件下岩层的运动过程.通过在断层上盘断层附近布置多个测点,获得了不同测点的正应力和切应力的演化.详细描述了断层阻隔效应.研究了开采速度对不同测点正应力、切应力和煤层支承压力的影响,定性探讨了开采速度快慢与断层阻隔效应强弱的关系.