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回采速度对深部厚煤层正断层活化特征影响研究
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作者 边华 赵毅鑫 +3 位作者 王渊 赵良辰 杨哲 郝建 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第3期500-510,共11页
为了探究回采速度对正断层活化特征的影响规律,以新巨龙煤矿8302工作面为工程背景,分析正断层上盘开采扰动下的活化机制,基于数值模拟方法探究回采速度和工作面到断层的距离对断层面活化倾向性的影响特征。结果表明:正断层高位岩层为断... 为了探究回采速度对正断层活化特征的影响规律,以新巨龙煤矿8302工作面为工程背景,分析正断层上盘开采扰动下的活化机制,基于数值模拟方法探究回采速度和工作面到断层的距离对断层面活化倾向性的影响特征。结果表明:正断层高位岩层为断层面活化的高风险区域,其活化倾向性指标(T_(s))受断层倾角(θ)和工作面回采速度(v)的共同影响,据此可将上盘工作面回采过程中断层活化划分为准静态和活化2个阶段;随着v的增大,围岩应力峰值呈现先减小后增大的趋势,当v为3 m/d时应力峰值最小(28.12 MPa),可有效缓解围岩的应力集中;当工作面与断层距离为30 m以内时,断层面活化风险显著升高;而此回采速度下,断层面的活化倾向性最小,此时引发断层活化的距离减小至40 m,优于其他回采速度。 展开更多
关键词 回采速度 深部特厚煤层 正断层上盘开采 断层活化 围岩应力
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阶梯状断层上盘工作面回采期间应力演化规律研究
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作者 李康 张文轩 +5 位作者 王向来 周晓峪 董家旭 曹安业 温颖远 郭文豪 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第3期148-156,共9页
工作面开采至复杂地质区域时随构造应力变化而形成应力增高区,煤岩体内易积聚大的弹性应变能,其应力场、能量场分布及动态演化对井下冲击地压等动力现象有显著诱导影响。利用UDEC数值模拟软件,研究工作面上盘开采过阶梯状断层(组合正断... 工作面开采至复杂地质区域时随构造应力变化而形成应力增高区,煤岩体内易积聚大的弹性应变能,其应力场、能量场分布及动态演化对井下冲击地压等动力现象有显著诱导影响。利用UDEC数值模拟软件,研究工作面上盘开采过阶梯状断层(组合正断层)时超前支承应力的分布及演化规律,并结合能量分布、断层活化对阶梯状断层上盘工作面回采期间冲击危险区域及等级进行综合判识。结果表明:工作面向断层开采时具有应力阻隔效应,在开采盘出现应力集中现象,阻隔效应加剧了弹性应变能积聚,是诱导工作面冲击地压发生的重要因素;在过首条断层后向下一条断层开采期间,工作面超前支承应力相对较小,但两断层间顶板区域能量增高,存在潜在冲击危险;工作面向阶梯状断层推进时,工作面前方近断层顶板沉降变形易引起断层活化,当工作面与断层距离小于20 m时,阶梯状断层活化明显。研究结果可为相似阶梯状断层条件下冲击地压预测及危险区域划分、工作面布置、开采顺序选取等提供参考。 展开更多
关键词 阶梯状断层 上盘开采 数值模拟 冲击地压 应力演化 阻隔效应
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逆断层上下盘开采扰动下断层活化响应模拟研究 被引量:5
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作者 刘雨生 孟祥瑞 +4 位作者 程详 赵光明 顾清恒 王艳芬 朱世奎 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期33-41,共9页
为探究煤层不同开采方式下逆断层应力场、位移场演化规律和断层活化规律,通过数值模拟分析逆断层地质条件下进行上盘开采和下盘开采时断层处的正应力和剪应力演化规律、断层活化过程以及断层和覆岩的位移场变化特征。研究结果表明:随工... 为探究煤层不同开采方式下逆断层应力场、位移场演化规律和断层活化规律,通过数值模拟分析逆断层地质条件下进行上盘开采和下盘开采时断层处的正应力和剪应力演化规律、断层活化过程以及断层和覆岩的位移场变化特征。研究结果表明:随工作面逐渐靠近断层,断层上部的正应力逐渐降低、剪应力逐渐升高,断层下方的正应力逐渐升高、剪应力逐渐降低,正应力和剪应力升高或降低的速率随工作面与断层距离减小而增加;当工作面与断层距离在80 m和40 m时,断层处正应力和剪应力发生异于前期应力规律性的变化,出现大幅度增长和降低的情况;相对于上盘开采,下盘开采时断层更易受煤层开采扰动而发生活化,且活化程度和范围均大于上盘开采;随工作面不断向断层靠近,下盘开采时采空区上覆岩层下沉量和断层两侧岩体相对位移量均明显大于上盘开采。研究结果对煤层开采遇断层时围岩治理和防灾减灾具有一定科学指导意义。 展开更多
关键词 断层活化 应力演化 上下盘开采 逆断层 弱化赋值法
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上下盘开采影响下断层滑移失稳力学机制 被引量:24
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作者 韩科明 于秋鸽 +1 位作者 张华兴 李凤明 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1327-1335,共9页
当工作面上覆岩层中含有断层时,地表下沉规律与不含断层时具有显著差别。为了研究上下盘开采断层滑移失稳力学机理,基于关键层理论建立了上下盘开采断层活化力学模型,推导了断层滑移失稳的判据,并结合数值模拟和相似模拟对上下盘开采断... 当工作面上覆岩层中含有断层时,地表下沉规律与不含断层时具有显著差别。为了研究上下盘开采断层滑移失稳力学机理,基于关键层理论建立了上下盘开采断层活化力学模型,推导了断层滑移失稳的判据,并结合数值模拟和相似模拟对上下盘开采断层活化难易程度进行了分析。研究结果表明:①相对于上盘开采,下盘开采断层保持稳定除了满足断层带岩体在断层面不发生滑移外还需满足断层面不产生离层,下盘开采断层保持稳定条件更加苛刻,下盘开采断层更容易活化;②对于上盘开采,随着工作面推进,浅部断层带岩体正应力逐渐减小,剪应力逐渐增大,深部断层带岩体剪应力和正应力都逐渐增大,说明断层露头处断层带岩体已经处于活化状态,断层带岩体产生裂隙,应力逐渐松弛,而深部断层带岩体正在为活化蓄能,浅部断层带岩体超前深部断层带岩体发生活化;③对于下盘开采,随着工作面推进,浅部断层带岩体剪应力和正应力逐渐增加,深部断层带岩体剪应力与正应力逐渐减小,工作面推进长度较小时,断层即活化;④工作面推进过程中,下盘开采断层带岩体剪应力与正应力的比值为上盘开采的3~5倍;⑤上盘开采断层活化时仅在断层露头处地表产生轻微裂隙,未形成明显台阶,下盘开采断层活化将在断层露头处产生明显台阶下沉。 展开更多
关键词 开采沉陷 上下盘开采 断层活化 关键层理论 台阶下沉
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正、逆断层上盘开采冲击地压危险性分析 被引量:8
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作者 魏世明 王富莹 +1 位作者 张泽升 靳梦帆 《工矿自动化》 北大核心 2022年第8期69-75,共7页
现有针对不同条件下断层冲击地压危险性的研究大部分围绕下盘开采或单一断层形式展开,而对于不同断层上盘开采冲击地压危险性的对比研究较少涉及。针对上述问题,以河南义马耿村煤矿12220工作面为研究背景,借助理论分析、数值模拟及现场... 现有针对不同条件下断层冲击地压危险性的研究大部分围绕下盘开采或单一断层形式展开,而对于不同断层上盘开采冲击地压危险性的对比研究较少涉及。针对上述问题,以河南义马耿村煤矿12220工作面为研究背景,借助理论分析、数值模拟及现场监测等方法,对正、逆断层上盘开采时冲击地压危险性进行了分析。建立了正、逆断层上盘开采的力学模型,通过对断层岩块的受力分析,得出了断层上下剪滑的力学条件,理论分析结果表明:正、逆断层上盘开采时断层是否发生剪滑与断层倾角、断层内摩擦角及岩块受到的断层面作用力等因素密切相关,且工作面越靠近断层,发生剪滑的危险性越大。开展了正、逆断层上盘开采过程的数值模拟研究,对断层面法向应力、剪切应力及滑移量变化进行了分析,结果表明:在工作面开采过程中,当工作面距断层距离小于40 m后发生剪滑及冲击地压的危险性逐渐增加,距断层10 m时危险性最大,最易发生剪滑的位置为断层面的煤层顶板和煤层处,煤层底板受开采影响程度明显小于顶板;断层类型对冲击地压危险性有一定的影响,逆断层开采时的冲击地压危险性高于正断层。对12220工作面的冲击地压危险性进行了微震监测,结果表明:当工作面距断层小于20 m时,微震事件频繁,冲击地压危险性较大,与数值模拟结果一致,验证了数值模拟分析的合理性。 展开更多
关键词 煤炭开采 正断层 逆断层 上盘 断层冲击地压 冲击地压危险性 剪切应力 滑移量
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正断层上盘开采断层附近应力时空分布数值模拟 被引量:9
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作者 郭长升 王学滨 +3 位作者 薛承宇 张钦杰 吕进国 张智慧 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期61-67,共7页
采动引起的断层错动是诱发矿震和断层冲击矿压的主要原因之一。在现有的数值模拟研究中,断层上测点的数量较少,以致于对断层各处力学状态全貌的了解较为困难。而且,针对煤层应力分布的研究通常仅限于垂直应力(支承压力),而对其它应力尚... 采动引起的断层错动是诱发矿震和断层冲击矿压的主要原因之一。在现有的数值模拟研究中,断层上测点的数量较少,以致于对断层各处力学状态全貌的了解较为困难。而且,针对煤层应力分布的研究通常仅限于垂直应力(支承压力),而对其它应力尚缺乏了解。为研究采动条件下断层附近应力时空分布,采用FLAC^(3D)建立了正断层上盘开采的数值模型。模型中共包括13个岩层和1个45°倾角的正断层,通过计算获得了工作面从断层上盘推进过程中断层各处及附近煤层应力的时空分布规律。监测了断层上盘断层上的22个节点以获取断层各处力学状态全貌。研究发现,在工作面推进过程中,断层上存在1个压紧区及1个或多个松动区;断层上的压紧区较为安全,压紧区上、下方松动区的正应力越来越低,当工作面邻近断层时该区的断层区段多趋于危险,该区范围最大为78 m;断层上盘煤层紧邻工作面煤壁的垂直、水平和切应力峰值分别位于煤壁前方7.5~10.5、10.5~15.5和11.5~12.5 m;断层下盘煤层3种应力最大值均上升或有上升趋势。当工作面煤壁距断层的水平距离由40 m减小至20 m时,断层上盘煤层垂直、水平和切应力受断层影响较显著的区域通常分别在距断层3.5、10.5 m和3.5 m以内。 展开更多
关键词 断层应力 压紧区 松动区 上盘开采 冲击地压
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