斷層賦存條件對礦層移動變形規律影響

賈慶輝

（山東省煤田地質局第二勘探隊，山東 濟寧 272000）

斷層賦存條件下礦層移動變形較為復雜，斷層賦存條件下礦層正常的移動變化規律被掩藏，礦層移動變形的方式，過程，分布狀態難以預料，可能給礦區生產工作帶來人員的傷亡和財產的嚴重損失[1]。關于這類問題國內外的學者提出類比法，方案比較法等多種方法，這些傳統的分析方法較簡單，未考慮礦層的復雜性，有一定的片面性。為了保證礦區采礦工作的安全性，合理利用資源，節約成本等，需要研究礦層移動變形的規律，獲得礦層移動變形的相關參數，以便更好的進行采礦等安全生產工作。

1 斷層賦存條件對礦層移動變形規律影響

（1）斷層賦存條件下礦層移動變形情況。斷層是由于地殼巖層因為摩擦等狀態無法承受受力而發生破裂，并且沿著破裂的斷面有一段相對移動的距離的構造[2]。斷層賦存條件對礦層移動變形的影響有幾種形式，彎曲，塌落，移動，隆起。斷層賦存條件下，礦層沿著斷層層面的法線方向逐漸彎曲。斷層賦存條件下，使礦層頂部巖層彎曲進而拉伸變形，當拉伸的程度超過巖層所能承受的抗拉強度時，礦層頂部與整體分裂碎成不同形態的塊狀。斷層賦存條件下，由于礦層的重力方向，礦層除了會發生彎曲外，還會沿著層面方向移動。當礦層的底部較軟且礦層傾角大，斷層賦存條件下，礦層底部會向斷層方向隆起。斷層賦存條件下礦層移動變形分三個階段，加速階段，礦層明顯發生變動，不斷推進，同時出現一個高峰值，之后有高速運動的一段時間，持續大幅度的運動，最后變動速度開始減小，運動逐漸趨于穩定，最后停止變動[3]。

（2）斷層賦存條件下礦層移動變形規律。斷層賦存條件下礦層移動變形是一個十分復雜的過程，受到礦層，巖層，斷層等 多種因素的影響，由于研究過程中對斷層做了多種假設，通過實地測量有很大的局限性[4]。通過三維數據模型模擬可以嚴格的控制斷層賦存條件數據，不受環境等外界因素的影響，同時模型成本低，周期短，所以測試選用三維數據模型來得到研究結果。計算模型選取某一礦區的中段，礦層等數據根據礦區實際情況進行真實布置，模型取礦層邊界，x方向取100m，y方向取100m，深度z方向取500m，模型為四邊形。建立模型的相似條件，比例條件公式如下。

在公式（1）中，α代表模型比例，又叫幾何相似常數，ls表示的是模型的尺寸，ly是實際尺寸。

時間條件公式如下。

在公式（2）中，αt代表時間相似常數，ts表示的是模型的運動時間，ty表示的是實際運動時間。

運動條件公式如下。

在公式（3）中，αm代表質量相似常數，Ms表示的是模型的體積質量，My實際體積質量。

在公式（4）中，αF代表作用力相似常數，Fs代表的是模型質點受力，Fy代表的是實際質點受力。

在三維數據模型中斷層的性質由數值來表現，測試所取的斷層賦存條件如下表所示。

表1 斷層詳細賦存條件

如果礦層是水平的，礦層下沉量公式如下。

在公式（5）中，P代表下沉量，Wmax表示的是該地質下礦層最大的下沉值，m表示的是斷層厚度。

對于地下傾斜的礦層，下沉量公式如下。

在公式（6）中，β表示的是斷層摩擦角度。

把斷層的賦存條件帶入模型中進行計算處理，得出的結果如下圖1所示。

在y坐標（62,67）之間有一段特殊區域，這個區域內斷層賦存條件對礦層的影響幾乎為零。以這項發現為研究點投放多個斷層賦存條件進入數據模擬模型進行測量，擴大y坐標的范圍，選擇（30,90）區間，每一米設置一個斷層D進行數據分析，根據分析發現，斷層賦存條件在特殊區域以內存在，斷層對該區域礦層影響較弱，斷層賦存條件在特殊區域的兩側分布，礦層發生劇烈沉降變形。

圖1 斷層賦存條件對礦層移動變形影響

2 結語

本文主要通過三維數據模型進行礦區實地環境還原，真實模擬礦層情況，通過不同的斷層賦存條件來進行模擬仿真測試，通過計算分析斷層賦存條件對礦層移動變形規律影響。研究的優勢在于成本低，多角度測試，得出結果的速度快。不足之處在于斷層賦存條件和礦層移動變形之間有復雜的變化規律，某些實地環境的因素沒有在模型中體現，還有很多可以研究的方面，有待以后進行完善。