陳可夯

摘 要：斷層是制約礦井安全生產(chǎn)的常見因素，本文以鶴煤三礦3204工作面為工程背景，以數(shù)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(xiǎn)性。

關(guān)鍵詞：采動影響；斷層；數(shù)值模擬

中圖分類號：TD324 文獻(xiàn)標(biāo)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(chǎn)中對礦井生產(chǎn)及安全影響最為普遍的一類地質(zhì)構(gòu)造，為解決斷層影響區(qū)域回采巷道的支護(hù)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(shù)值模擬手段，對斷層的變化特征進(jìn)行分析研究，以期對類似地質(zhì)條件下煤礦安全生產(chǎn)產(chǎn)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(qū)中部，西南部為3202工作面采空區(qū)，東北部為3206工作面采空區(qū)，東部為三水平北翼軌道下山和32采區(qū)頂板回風(fēng)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(hù)，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(shù)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(zhì)條件建立FLAC3D數(shù)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(gè)接觸平面的作用關(guān)系，同時(shí)允許接觸面兩側(cè)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(yuǎn)到近，先計(jì)算在原巖應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)力分布情況，再進(jìn)行開采，每次開采后都恢復(fù)到原巖應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)行下一步開采，共計(jì)進(jìn)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(gè)監(jiān)測點(diǎn)，分別監(jiān)測斷層面的滑移量以及應(yīng)力分布情況，采用FLAC3D中History命令記錄歷史數(shù)據(jù)[1]。斷層模型數(shù)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(jiān)測點(diǎn)，記錄距離斷層面不同距離時(shí)斷層面上3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)在垂直和水平方向上的位移變化規(guī)律，如圖2所示。隨工作面的推進(jìn)，距離斷層面距離越近，垂直方向上A1點(diǎn)和A2點(diǎn)的位移不斷增長，且在距離斷層40m時(shí)呈急劇增長趨勢，到10m處達(dá)到最大值，位于底板的A3點(diǎn)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(jìn)滑移量顯著增加，位于煤層上方的A1點(diǎn)在40m后滑移速度增加，遠(yuǎn)大于A2、A3點(diǎn)。

2.2 斷層面應(yīng)力變化規(guī)律

斷層面上的應(yīng)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(gè)測點(diǎn)的法向應(yīng)力都呈現(xiàn)出緩慢下降的趨勢，而位于煤層底板的A3點(diǎn)所受的法向應(yīng)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(shí)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(yīng)力變化是先增大后減小。斷層面上的剪切應(yīng)力變化形態(tài)與法向應(yīng)力變化不同，當(dāng)工作面向斷層推進(jìn)，距離斷層60m時(shí)，斷層面上剪應(yīng)力出現(xiàn)明顯的變化，斷層面上的3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)呈緩慢減小趨勢，當(dāng)距離減小到40m時(shí)，3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)剪應(yīng)力出現(xiàn)不同變化形態(tài)，A1、A2剪應(yīng)力開始增大，當(dāng)距離斷層面10m時(shí)，A1點(diǎn)剪切應(yīng)力增長到最大值2.15MPa，說明煤層頂板和煤層處的斷層帶應(yīng)力變化先減小后增大；位于煤層底板的A3點(diǎn)的剪應(yīng)力變化在距離斷層40m時(shí)緩慢減小，隨著工作面的推進(jìn)，應(yīng)力持續(xù)下降，當(dāng)工作面在距離斷層10m處剪切應(yīng)力達(dá)到最小值1.76MPa。

3 結(jié)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(yīng)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(jìn)，煤層頂板的危險(xiǎn)性較煤層底板危險(xiǎn)性大，故在回采巷道過斷層期間應(yīng)采取合適的支護(hù)方式對煤層頂板進(jìn)行支護(hù)，為工作面后續(xù)過斷層提供理論基礎(chǔ)，確保該工作面安全高效生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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