采動影響下斷層變化特征研究與分析

陳可夯

摘 要：斷層是制約礦井安全生產的常見因素，本文以鶴煤三礦3204工作面為工程背景，以數值模擬手段模擬該工作面斷層在采動影響下的變化特征。通過分析表明，隨著工作面距斷層越近，該斷層的上部滑移量大于下部的滑移量，斷層主要以剪切形式破壞，增大了工作面頂板的危險性。

關鍵詞：采動影響；斷層；數值模擬

中圖分類號：TD324 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2017）06-0106-02

Research and Analysis on the Characteristics of Faults

under the Influence of Mining

Chen Kehang

（Henan Energy and Chemical Group Hebi Coal Mine，Hebi Henan 458000）

Abstract： Fault is a common factor that restricts the safe production of mine. In this paper， the 3204 working face of Hebi coal mine is used as the engineering background， and the change characteristics of the fault in the working face are simulated by numerical simulation. The closer the working surface is to the fault， the upper part of the fault is larger than the lower part of the slip， and the fault is destroyed in the form of shear， which increases the risk of the roof.

Keywords： mining effect；fault；numerical simulation

斷層是煤礦生產中對礦井生產及安全影響最為普遍的一類地質構造，為解決斷層影響區域回采巷道的支護問題，就必須了解該斷層在采動影響下的變化特征。本文以鶴煤三礦3204工作面為工程背景，以數值模擬手段，對斷層的變化特征進行分析研究，以期對類似地質條件下煤礦安全生產產生借鑒意義。

1 工程背景

鶴煤三礦3204工作面位于該礦三水平北翼，32采區中部，西南部為3202工作面采空區，東北部為3206工作面采空區，東部為三水平北翼軌道下山和32采區頂板回風巷，主要開采二疊系山西組的二1煤層，工作面走向平均長度392.1m，切眼長度135.0m，上下順槽采用U36可縮支架支護，棚距700mm，巷道凈斷面為12.04m2，工作面在開采中遇到斷層見表1。

2 數值模擬

為了研究斷層在煤層開采中的變化特征，以3204工

作面地質條件建立FLAC3D數值模型，模擬工作面過斷層F3204-3，斷層面的模擬利用FLAC3D中接觸面命令，在斷層的上盤和下盤中間添加接觸面，接觸面采用庫倫剪切模型。接觸面命令描述了2個接觸平面的作用關系，同時允許接觸面兩側巖體相互錯動和相互擠壓或分離。模擬開采過程中，工作面均布置在斷層的下盤。開采步距為60m，分別在距離斷層面不同距離模擬開采，距離斷層面從遠到近，先計算在原巖應力狀態下應力分布情況，再進行開采，每次開采后都恢復到原巖應力狀態，進行下一步開采，共計進行5次開采，分別距離斷層面距離為80、60、40、20m和10m。在模型中，分別在斷層面上取上中下A1、A2、A3三個監測點，分別監測斷層面的滑移量以及應力分布情況，采用FLAC3D中History命令記錄歷史數據[1]。斷層模型數值模型如圖1所示。

2.1 斷層滑移量分析

通過在模型中布置監測點，記錄距離斷層面不同距離時斷層面上3個監測點在垂直和水平方向上的位移變化規律，如圖2所示。隨工作面的推進，距離斷層面距離越近，垂直方向上A1點和A2點的位移不斷增長，且在距離斷層40m時呈急劇增長趨勢，到10m處達到最大值，位于底板的A3點滑移量基本不變，在距離斷層面10m處，呈減弱趨勢；水平方向的位移變化同垂直方向變化基本一致，都是在伴隨著工作面的推進滑移量顯著增加，位于煤層上方的A1點在40m后滑移速度增加，遠大于A2、A3點。

2.2 斷層面應力變化規律

斷層面上的應力變化如圖3所示。在工作面開采過程中，隨著距斷層面距離越來越小，斷層面上的3個測點的法向應力都呈現出緩慢下降的趨勢，而位于煤層底板的A3點所受的法向應力先緩慢增大后減小，增長和減小的幅度都很微小，在距斷層40m處時最大值9.93MPa，在40～20m范圍緩慢下降，在10m處下降至最小值9.65MPa。說明在煤層底板斷層面上正應力變化是先增大后減小。斷層面上的剪切應力變化形態與法向應力變化不同，當工作面向斷層推進，距離斷層60m時，斷層面上剪應力出現明顯的變化，斷層面上的3個監測點呈緩慢減小趨勢，當距離減小到40m時，3個監測點剪應力出現不同變化形態，A1、A2剪應力開始增大，當距離斷層面10m時，A1點剪切應力增長到最大值2.15MPa，說明煤層頂板和煤層處的斷層帶應力變化先減小后增大；位于煤層底板的A3點的剪應力變化在距離斷層40m時緩慢減小，隨著工作面的推進，應力持續下降，當工作面在距離斷層10m處剪切應力達到最小值1.76MPa。

3 結語

隨著工作面距斷層的距離不斷減小，滑移量在不斷增大，斷層上部的滑移量大于底部；在應力方面，煤層頂板附近斷層帶上部受采動影響大于底板附近斷層帶，由此看出隨著工作面的推進，煤層頂板的危險性較煤層底板危險性大，故在回采巷道過斷層期間應采取合適的支護方式對煤層頂板進行支護，為工作面后續過斷層提供理論基礎，確保該工作面安全高效生產。

參考文獻：

[1]孟召平，彭蘇萍，梨洪.正斷層附近煤的物理力學性質變化及其對礦壓分布的影響[J].煤炭學報，2010（6）：561-565.