馬脊梁礦8117工作面過斷層相似模擬分析研究

周永貴

（大同煤礦集團有限責任公司馬脊梁礦，山西大同037003）

1 引言

斷層的基本要素包括斷層面、斷層線、上盤和下盤、以及斷層錯距等[1]。在煤礦井下地質構造中，斷層是最常見的構造之一。當在斷層附近進行采掘活動時，采動應力的異常分布、斷層活化是誘發煤巖體破壞的主要因素，因此研究斷層附近采動應力分布和斷層滑移規律就顯得十分重要[2-3]。

2 地質情況

同煤集團馬脊梁礦8117工作面位于14-3#一水平301-2盤區，工作面標高 852.3 m～904.1 m，傾向長度239.4 m，走向長度為2 377.0 m，工作面傾角為1°～5°，平均3°，工作面煤層為穩定型煤層，可采指數為1，含1～6層夾矸，厚0.05 m～2.15 m，純煤平均厚6.1 m，夾矸巖性多為泥巖、砂質泥巖、粉砂巖，局部有煌斑巖，工作面布置如圖1。

圖1 8117工作面布置圖

兩順槽巷在掘進過程中共揭露正斷層14條，其中2117巷揭露9條，5117巷揭露4條，切巷揭露1條見表1。

表1斷層情況表

3 工作面過斷層相似模擬分析

根據相似理論，構建相似材料試驗模擬模型，按照地質鉆孔圖，布置相應材料，分別模擬工作面通過上盤和下盤推進時，圍巖受采動影響應力集中情況和頂板滑移破壞等情況。

圖2上下盤過正斷層開采模型

本次試驗采用DH3815應變測試系統，相似模擬框架大小為3 m × 0.4 m × 2.1 m，有效高度為1.8 m，本次試驗共兩個方案：正斷層下盤過斷層開采、正斷層上盤過斷層開采，實驗方案如圖2所示。

同時模型布置了16條位移檢測線，以便準確檢測整個工作面的斷層滑移、頂板下沉等數據。

通過相似理論和條件，按比例計算各個材料的用量，在表2列出了，煤層頂底板一共30層的煤巖類別和材料用量。

表2相似模擬實驗材料配比情況表

首先開挖模型1、切眼長度10 m，開挖方向：沿煤層底板從右向左開挖，開挖高度4 m,進尺60 m,兩次開挖時間間隔約為2小時，觀察實際模型運動狀況，在上次開挖后，巖層運動相對穩定的情況下才能進行下一次的試驗，下圖顯示了在工作面下盤過斷層時，切眼距離斷層不同位置下的巖層破壞情況。

圖3工作面距斷層120 m、80 m、40 m、20 m、10 m、0 m時的巖層狀態

切眼距離斷層線110 m～40 m時，破壞的上覆巖層高度不斷升高，斷層面基本未出現錯位情況；工作面推進到距斷層20 m時，上覆巖層離層高度升高至122 m，斷層面所在的位置出現了張裂、且由于采空區面積的持續增大，斷層下盤的低位巖層出現了向采空區回轉現象，隨著繼續向斷層推進，離層高度繼續增加，斷層張裂區持續擴大，張裂區的最低高度持續逼近煤層，最小值達到38m，寬度達1.8m；當工作面推進至斷層位置時，下盤低位巖層突然下沉，此時容易誘發地質災害，回轉現象增強，高位巖層離層速度變緩。工作面分別在煤層上方8 m、28 m、68 m、88 m、128 m（編號分別為A、B、C、D、E）從上下盤過斷層時，斷層兩盤相對位移量與工作面在斷層距離之間關系圖見圖4所示。

圖4過斷層時兩盤相對位移量與工作面和斷層的距離關系

通過兩張圖的對比可以看出從下盤過斷層時，危險區域為斷層前后30 m，而通過上盤過斷層時候危險區域為工作面前40 m～10 m，兩者相比通過上盤時斷層兩盤相對位移量較小，且斷層開始活化的時間晚，工作面過斷層后上層覆巖結構快速穩定，綜上工作面沿上盤過斷層時危險性小于沿下盤過斷層。

4 結論

本文通過對馬脊梁煤礦8117工作面過斷層的情況相似模擬實驗分析，研究表明從上盤通過斷層時對工作面正常生產影響較小，尤其工作面基本頂周期來壓特別是見方來壓時，通過超前支護的措施預防、兩順槽超高區域提前注馬麗散，并做人工假頂，保證超前支護和端頭支架接頂實，采取在來壓區域不放頂煤，加快推進速度的方法，減緩來壓強度和影響。