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作者

趙毅鑫1,2，王浩2，盧志國(guó)2，曹寶2

作者單位

1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 共伴生能源精準(zhǔn)開(kāi)采北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 資源與安全工程學(xué)院

摘 要

　　為研究煤礦開(kāi)采擾動(dòng)下斷層面庫(kù)侖應(yīng)力演化特征及誘發(fā)礦震時(shí)空分布規(guī)律，基于趙樓礦1303綜放工作面生產(chǎn)地質(zhì)條件，理論分析了斷層面庫(kù)侖應(yīng)力影響因素。

　　采用數(shù)值模擬及巖石力學(xué)試驗(yàn)方法，探討了逆斷層下盤(pán)工作面向斷層開(kāi)采過(guò)程中，斷層面不同位置庫(kù)侖應(yīng)力變化規(guī)律，并分析了現(xiàn)場(chǎng)礦震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)特征及震源空間分布規(guī)律。

　　結(jié)果表明:

　　開(kāi)采擾動(dòng)因素σx，σy，τxy(等于τyx)，斷層傾角θ及斷層面摩擦因數(shù)μ綜合決定了斷層面庫(kù)侖應(yīng)力f。

　　當(dāng)開(kāi)采擾動(dòng)及斷層摩擦因數(shù)確定時(shí)，取df/dθ=0可確定斷層活化失穩(wěn)最危險(xiǎn)角。

　　斷層構(gòu)造破壞了采動(dòng)應(yīng)力擾動(dòng)圈的對(duì)稱性及位移擾動(dòng)圈的連續(xù)性。

　　巖石力學(xué)試驗(yàn)及數(shù)值模擬結(jié)果均表明沿?cái)鄬用鎺r層高位點(diǎn)先于低位點(diǎn)受到采動(dòng)影響，且過(guò)斷層前隨斷層與工作面距離減少，斷層面活化失穩(wěn)危險(xiǎn)先升高后降低。

　　工作面過(guò)斷層前后，礦震日震動(dòng)頻次由20次/d上升至35次/d，而日震動(dòng)平均能量由22 kJ下降至4 kJ，表明工作面過(guò)斷層前高能量礦震較多，對(duì)圍巖擾動(dòng)劇烈，過(guò)斷層后擾動(dòng)較平緩；同時(shí)工作面過(guò)斷層前后，斷層面上礦震震源集中區(qū)由高層位巖層向低層位巖層轉(zhuǎn)移。

論文結(jié)構(gòu)

開(kāi)采擾動(dòng)下斷層面庫(kù)侖應(yīng)力及

誘發(fā)礦震時(shí)空演化特征

1工作面概況

2 斷層面庫(kù)侖應(yīng)力分析

3 數(shù)值模擬分析

4 巖石力學(xué)試驗(yàn)

5 采動(dòng)誘發(fā)礦震時(shí)空演化分析

6 結(jié)論

主要圖例

1303工作面開(kāi)拓

數(shù)值模擬模型

組合結(jié)構(gòu)試件及測(cè)點(diǎn)布置

工作面回采至不同區(qū)域礦震活動(dòng)

小知識(shí)

　　斷層是普遍存在于煤巖地層中的地質(zhì)構(gòu)造，斷層構(gòu)造周邊常存在異常殘余應(yīng)力，易引發(fā)煤巖體的破壞及斷層自身活化失穩(wěn)，進(jìn)而引發(fā)沖擊地壓、煤與瓦斯突出等煤巖動(dòng)力災(zāi)害。

　　如俄羅斯Murmansk礦區(qū)在1950年以前被普遍認(rèn)為是無(wú)礦震擾動(dòng)礦區(qū)，然而在此之后由于高強(qiáng)度的煤礦開(kāi)采活動(dòng)，該區(qū)域發(fā)生了大量礦震事件。

　　加拿大西部多發(fā)性地震被認(rèn)為是石油開(kāi)采中高壓水致裂引起斷層錯(cuò)動(dòng)活化引起的，在一次高壓水力致裂后，監(jiān)測(cè)到震級(jí)為3.9級(jí)(MW)的震動(dòng)。

　　我國(guó)河南省耿村煤礦在臨近F16斷層開(kāi)采時(shí)，大范圍開(kāi)采擾動(dòng)引起F16斷層下盤(pán)巖體扭轉(zhuǎn)變形，增加了鄰近工作面沖擊危險(xiǎn)性。

　　斷層錯(cuò)動(dòng)滑移過(guò)程復(fù)雜，難以用簡(jiǎn)單的理論加以描述。

End