采動影響對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象，根據工作面底板應力分布情況，分析了工作面和斷層不同相對位置時斷層受采動影響情況，可知：當工作面推進到斷層正上方時斷層受到采動影響最大，最容易形成突水通道造成突水事故。

關鍵詞：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問題，斷層活化會使得底板中產生連通底板和含水層的突水通道進而引發底板突水事故。煤層開采會引起周圍巖層應力重新分布，并向底板深部傳遞，當底板下有隱伏斷層時，斷層圍巖應力變化容易引起斷層活化，引發突水事故，而隱伏斷層和工作面相對位置不同，斷層圍巖應力變化也不同，本文參考相關文獻，分析了采場底板應力分布，并分析了位于工作面不同位置的隱伏斷層圍巖應力情況。

1 采場底板應力分布

對于長壁開采工作面，沿工作面推進方向x軸正方向取采場中部圍巖為對象，根據礦山壓力控制理論或巖層控制的關鍵層理論，將采動應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]，底板應力系數如圖 1（b）所示。

其中：①，⑤區域為原巖應力分布區，③區域為應力增高區，②區域為應力降低區，④區域為采空區，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區域，底板應力即為原巖應力；在工作面前方25m范圍內，即圖1（a）中②、③區域，底板應力急劇升高到2.5倍原巖應力后又逐漸降低到原巖應力大小；在工作面后方70m范圍內，即圖1（a）中④區域，底板應力逐漸恢復到原巖應力；在工作面后方大于70m時，底板應力為原巖應力。

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

2 位于工作面不同位置隱伏斷層活化失穩特性分析

隱伏斷層與工作面的相對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）。

結合采場底板應力分析，對不同位置的斷層上下盤受力情況進行分析：

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

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

3）當隱伏斷層位于工作面后方如圖2（c）時，斷層上盤和下盤圍巖應力恢復為原巖應力，不利于裂隙繼續擴展以及突水通道的形成。

3 結論

1）當工作面推進到斷層正上方時，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力釋放影響，斷層受采動影響最大，有利于斷層上端裂隙的產生和擴展，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域越小且圍巖應力越大，應力最大可達2.5倍原巖應力；越接近工作面，在工作面后方的圍巖原巖應力釋放越徹底，且影響區域越大；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，工作面圍巖應力也逐漸增大，采動影響也更加明顯，斷層受采動影響將更大。

參考文獻：

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

[2]卜萬奎.采場底板斷層活化及突水力學機理研究[D].徐州：中國礦業大學礦業工程學院，2009.

[3]王永政.采動條件下斷層活化失穩特性分析[J].能源技術與管理，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：開采沉陷控制與環境保護。endprint