综放工作面过地堑构造采场围岩状态研究

为掌握综放工作面过地堑构造前后采场围岩状态变化,以34201综放工作面Fs27断层和Fs28为工程背景,采用FLAC3D数值模拟计算方法,计算分析了工作面推过地堑构造前后采场围岩的垂直应力、水平应力、最大主应力、剪应力,可以得出:断层的存在对工作面围岩应力状态影响较大,超前影响距离约为20m左右;断层附近的裂隙带发育高度较大,由拉应力和剪应力共同作用下的裂隙带高度最大可达80m左右,对上覆岩层导水影响较大。针对矿压显现规律与裂隙带发育规律提出过地堑构造的技术措施。     

高邮凹陷南断阶东部阜宁期构造应力场及其对断层的控制作用

在断层级别划分的基础上分析断层的走向变化、组合规律及活动特征,建立地质模型,并确定SE152°~NW 332°为区域应力的加载方向,结合岩石力学试验确定岩石力学参数及加载应力值,采用有限单元法对工区阜宁沉积期构造应力场进行数值模拟,详细分析构造应力对断层的控制作用。结果表明:南断阶东部阜宁沉积期最小主应力均表现为张应力,沿真①断层在许庄地区和竹墩地区的向北凸出位置出现两个最小主应力高值区,断层发育密集;剪应力呈条带状右旋、左旋区域相间展布,右旋最大剪应力和最小主应力控制产生北北东向正断层,左旋最大剪应力和最小主应力控制产生近东西向正断层。     

采动影响下逆断层特征参数对断层活化的作用规律

笔者分析了采动影响下断层滑移的主要影响因素,以数值模拟为研究手段,利用FLAC3D建立了逆断层简化模型,分析了不同断层倾角、不同落差及采掘工作面与断层不同距离的断层带附近煤岩体弹性能、断层面正应力与剪应力、断层滑移量的变化规律,从而揭示了采动影响下逆断层特征参数对断层活化的基本作用规律。研究结果表明:上盘或下盘开采,断层带附近煤岩体弹性能集中程度随工作面与断层距离的增大而降低,随断层倾角及落差的增加而增大,但下盘开采对断层带的能量集中程度较上盘高。下盘开采时剪应力较上盘显著增加,但正应力变化较小,易于断层活化。上盘或下盘开采,随工作面与断层距离的增加,断层滑移量减小。上盘开采,随断层倾角增大,断层滑移量增加;随断层落差增大,断层滑移量减小。下盘开采,随断层倾角增大,断层滑移量减小;随断层落差的增大,断层滑移量增加。     

应力旋转条件下软黏土非共轴角计算方法

基于空心圆柱扭剪仪对软黏土开展主应力纯旋转、往复旋转及旋转同时增加剪应力这3类典型应力旋转路径下的不排水试验,重点分析应力旋转引起的应变增量方向的变化规律及其影响因素。研究结果表明:3类应力旋转路径引起的应变增量方向与主应力方向之间存在显著的非共轴现象;随着主应力轴的连续旋转,非共轴角基本以90°为周期波动变化,当旋转方向反向时,应变增量方向也跟随突变,应力旋转同时增加剪应力,非共轴角有减小的趋势;剪应力水平、应力旋转方向及应力路径对非共轴角的变化规律影响较显著,中主应力系数对非共轴角的影响则很小。基于Gutierrze提出的应力映射方法建立的非共轴角计算方法能较好地模拟应力旋转路径下软黏土非共轴角的变化规律,并能反映剪应力水平、应力旋转方向及应力路径的影响。     

阶梯状断层防水煤岩柱体塑性区宽度

煤系地层中断层带常以阶梯、地堑状等形式出现,为研究阶梯状断层组防水煤岩柱体塑性区宽度,以邯邢矿区邢东煤矿阶梯状断层组为研究对象,基于工作面导水裂隙带发育规律,创新性地提出阶梯状断层梯形防水煤岩柱体稳定性结构力学模型,根据梯形煤岩柱体内局部岩体受力情况及其几何特征,推导出阶梯状断层防水煤岩柱塑性区破坏宽度计算公式,并针对邢东煤矿内F23断层与SF27断层组成的阶梯状断层组,通过理论分析和数值模拟,计算了阶梯状断层防水煤岩柱塑性区宽度,进一步验证了理论分析的正确性.     

基于裂纹扩展的含隐伏断层底板突水评价

 为研究承压水上开采时含隐伏断层底板的安全性,根据断裂力学理论建立导水断层活化扩展的理论模型。将煤层底板看做半平面无限体,把底板中含水层顶部以上的隐伏断层建模为有限宽度板条的倾斜边缘裂纹。根据采场底板的支承压力分布规律,将其简化为若干分段线性载荷加载至底板,纳入断层产状、断层在底板中埋深、工作面推进距离、含水层水压、断层面摩擦角等各种参数,推导得到底板内任意一点的应力公式。将其应用到隐伏断层面上各点,综合考虑各点法向应力、剪应力对裂纹活化的影响,计算得到采动条件下断层面上的有效切应力分布。该有效切应力剔除了裂纹面上摩擦效应对压剪裂纹扩展的影响,将其代入断裂力学相关公式,计算得到隐伏断层前缘的应力强度因子,最后通过定义突水安全指数建立了底板突水判据。以某矿带压开采工作面为例,根据相应水文和地质资料,计算得到在工作面推过隐伏断层的整个过程中断层活化突水危险性的变化规律,所得结论与工作面现场微震监测数据相符,即当工作面推进至采空区位于隐伏断层正上方区域时,断层面承受有效剪切最充分,剪切应力强度因子最大,突水安全指数达到峰值,这与现场微震监测结果中显示的在该推进阶段中,原有隐伏断层附近派生裂隙集中出现、突水危险性最高的结果相符合。     

断层在东辛浅层油气成藏中的作用

东辛浅层主要有平行状断块、环状一放射状断九、羽状断块、帚状断块四种断块模式。断层的输导性主要受断层级别、断层活动的周期性以及断层产状的控制。二、三级断层向下多断至沙三段烃源岩,向上可断至东营、馆陶组、明化镇组,为主要的控油断层;断层活动周期性控制油气垂向周期性运移;东辛浅层断面形态有同向断层、反向断层、地堑状、地垒状和“丫’型断层。断层的封闭性主要受断层性质、落差大小、断面形态及断层两盘地层接触关系、断面能否形成较大排替压力的低渗带等多种因素控制。可以根据断裂充填物、断移地层的砂泥比值、断层面倾角陡缓、是否存在孔隙流体超压、压力系数的垂向变化、断移地层内垂向地温梯度的变化以及泥岩涂抹分析来综合判断断层的封闭性。     

深部逆断层圆弧形断面诱发煤岩动力灾害的力学分析

为了探索逆断层附近易于发生煤岩动力灾害的力学机制,构建了由构造应力为主导的圆弧形断层面简化力学模型,得到了构造应力以及由其引起附加垂直应力的分布规律,进而建立了断层上盘逆冲滑动临界角度的数学模型。研究表明:水平构造应力与附加垂直应力随着断层倾角的增大而增大,当断层倾角接近90°时,附加垂直应力突然增大且其值数倍高于水平构造应力;基于逆断层滑动的力学分析,理论计算了煤层沿断层逆冲滑动的临界角度,这将对煤岩动力灾害的危险性预测有一定的参考意义。     

油气储层开发程度对地质力学的影响规律

为研究油气储层注采不平衡引起的孔隙压力变化对地质力学造成的影响,通过建立含密闭断层的多孔介质弹性储层地质力学模型,分析正应力与剪应力的相关关系,研究了储层压力变化对断层附近水平地应力场的影响规律。结果表明:孔隙压力变化使得密闭断层附近产生剪应力,并造成储层地应力场大小和方向均发生变化,受剪应力出现的影响,地应力大小发生更大程度的线性降低;地应力方向也可能发生偏转,偏转角度是孔隙压力变化、断层夹角、岩石泊松比的函数;在考虑脱水作用与顶板效应后,储层压力变化对上覆盖层的地应力也会造成一定范围的影响,以渤海岐口18-1油田为例,评估了储层压力衰竭对盖层地应力场的影响范围不超过20 m。     

含山陶厂石膏矿构造应力场数值模拟分析

为了分析井田内主要构造断裂的导水性,为断层岩柱留设提供依据,运用有限元法的三维数值模拟程序,对陶厂石膏矿现代构造应力场进行了模拟。模拟结果表明,在断层F17附近存在较大的压应力,在F1及F2断层附近的石膏矿体中存在拉应力,在石膏矿体中的应力水平相对较低且均一。断层附近的Z方向的应力相对石膏矿体的应力低。应力矢量分布中拉应力矢量主要分布在石膏矿体靠近断层附近,随着石膏矿体与断层距离的增加,逐渐转化为压应力,而在断层的交汇处压应力值较高。     

破碎断层变形破坏过程的试验研究

范各庄矿F0断层是一条走向贯穿整个井田的破碎断层,极大地影响了该矿采区布置及矿井深部开拓,对矿井的安全生产具有重大威胁。为了研究F0断层在采动影响下的变形破坏过程,采用电镜、薄片及蠕变力学试验方法分别对断层物质的原样和3种含水量、5组样品的复制样进行了分析研究。试验表明:围压效应、结构效应、含水量效应均对断层物质的性质产生巨大影响;断层物质具有明显的流动变形特征;结构面的存在、承压水的作用以及围压的改变极大地影响着断层物质的性质。试验研究结果对于分析断裂滞后突水具有重要意义。     

阿克陶MW6.6地震的发震构造及滑动特征

2016年11月25日新疆阿克陶发生了M_W6.6地震。通常震中所处断层的破裂特性与周围区域应力场的动力学特征具有紧密的联系。通过对发震构造断层的精确刻画以及区域地壳中应力释放细节的深入探究,可以加深对发震构造周围地震动力学特征的认识,同时也对判定当地未来一段时间内的地震活动趋势提供了重要参考。首先搜集整理了震源附近的26条余震震源机制,利用网格搜索法反演得到震中附近的应力场,发现该地区主压应力方向为157.36°,倾伏角为1.15°,主张应力方向为66.56°,倾伏角为34.98°,与该地所处的帕米尔高原陆内俯冲形成近东西向断裂的右旋走滑兼有逆冲的背景相一致;然后利用389条余震精定位数据,结合高斯-牛顿算法和模拟退火算法拟合得到发震断层面的走向为103.64°、倾角为65.65°,这与木吉右旋走滑断裂的几何特征基本重合;将所求应力场投影到断层上,得到滑动角为152.77°,该地震表现为右旋走滑断层;最后利用本研究获得的区域应力张量模拟得到的该状态下的各种形状断层面的相对应力分布,发现该地震发生的断层面的相对剪应力接近1,破裂方向与震源区的最优剪切力方向相同,表明...     

基于FLAC3D的断裂滞后突水数值仿真技术

针对中国华北型煤田煤系地层底板下伏奥陶系巨厚层灰岩含水层水压高,动、静贮量丰富,是构成矿井深部开采主要充水水源的实际现状,选择具有较好的过水能力、可能形成底板奥灰水突出通道的开滦矿业集团范各庄矿F0断层为研究对象,采用蠕变力学试验方法,取得了用于数值仿真计算的F0断层物质力学参数,运用FLAC3D数值仿真软件,对受断裂影响的采矿活动进行了流—固耦合模拟和渗流蠕变计算.研究结果表明:煤层顶板岩层受采动影响的影响带范围在断层两侧发育明显,上盘岩层的位移量偏小,下盘岩层的位移量偏大;底板岩层垂直位移量上盘岩层的位移量偏大,下盘岩层的位移量偏小,顶底板岩层垂直位移量在断层附近最大.断裂构造的切割作用使得底板在承受较大构造应力的情况下存在大范围的剪应力区,断裂破碎带的应力集中有是造成底板破坏、发生底板突水的关键.该研究成果对于有效预防断裂滞后突水具有一定指导意义.     

蠡县斜坡沙河街组构造及其演化特征

蠡县斜坡位于饶阳凹陷的西部,整体为SE倾向、NE走向的单斜构造。斜坡断裂十分发育,断裂走向多为NE或NEE向,与斜坡倾向大致垂直。断裂样式主要为雁列式阶梯状断裂和主干断裂与次级断裂构成的Y字型、反Y字型、树枝状组合断裂,反映所受拉张和张扭应力作用较强烈。斜坡由高阳、雁翎和西柳三个构造带组成,雁翎构造带多发育断块和小型断层鼻状构造,高阳构造带发育较大规模的断层鼻状构造,西柳构造带发育小型的地堑式断槽构造,断块和小型断层鼻状构造发育。斜坡发育期主要位于沙一段—东营组沉积期,喜马拉雅早期构造运动对斜坡的发育具有重要作用,沙河街组中、下部沉积期属于深层古隆起构造背景上的继承性披覆发育期。     

基于布里渊光时域反射技术的断层稳定性监测试验

针对断层稳定性问题,采用BOTDR分布式光纤感测技术对内蒙阿拉善地区贺兰山西麓断层进行了监测分析,研究了自然条件下断层内部应力的变化情况.研究结果表明:贺兰山西麓断层在观测周期内钻孔周围围岩整体发生拉伸变形;断层面附近岩层的应力状态易受断层活动的影响,根据分布式光纤的应变分布曲线能够精确划分出断层活动的影响范围在断层之...     

充填体应力分布理论分析及数值模拟对比研究

考虑充填采场上下盘倾角不等,以及围岩与充填体交界面处由于剪切摩擦作用力会发生主应力方向的偏转,在土力学理论的基础上,引入考虑主应力方向发生偏转时的侧压力系数;同时考虑水平微分单元体的受力平衡,推导得出了充填体中的竖向应力解析表达式.研究表明:考虑主应力方向发生偏转时的侧压力系数随采场高度发生变化;当充填采场下盘倾角相同时,上盘倾角越大,由围岩与充填体交界面处摩擦力引起的主应力方向偏转程度越小,成拱效应越不显著;充填体与围岩交界面处的摩擦角对充填体内部的成拱效应影响较大,而充填体的内聚力对成拱效应影响相对较小.     

掌子面推进过程围岩应力及裂隙发育规律

利用数值分析软件,借鉴Griffith裂隙优势发育角度理论,对锦屏二级水电站施工排水洞SK11+000桩号段掌子面推进围岩应力量值、方向及裂隙优势发育规律动态变化过程进行研究.研究结果表明:开挖至监测面一倍洞径(D)距离时,最大主应力及主应力差值开始增加;穿过监测面时,中主应力及最小主应力突然降低,表现明显卸荷特征;穿过监测面后,洞壁不同部位围岩最大主应力分别表现增加与减小不同变化,2倍洞径距离(2D)后主应力量值基本趋于弹性力学解析解.掌子面推进过程中侧壁最大主应力倾角变化不大,一般保持90°左右,仅在0.25D范围内发生较小变化,到达监测面附近时倾向发生较大变化,穿过监测面后则逐渐发展至水平垂直洞轴方向;洞顶最大主应力倾向与倾角主要在掌子面接近监测面0.25D距离时开始变化,穿过监测面0.25D距离后,则基本保持竖直垂直洞轴方向.微裂隙优势发育角β随主应力大小变化而变化,侧壁围岩β一般减小,洞项不同部位岩体β存在减小及增大不同变化;研究结果可为工程区围岩裂隙化问题的研究及支护工程设计提供参考.     

开采扰动区断层采动活化诱发岩体动态变形模型实验

开采扰动区断层采动活化是诱发动力学灾害的典型难题之一。断层采动活化诱发岩体动态变形规律研究是揭示煤岩体结构、应力与力学行为对灾害控制作用的基础前提。通过对物理相似模型实验和声发射、应力与变形指标监测,揭示开采扰动区断层下盘、断层附近及断层上盘随工作面推进覆岩运移和矿压显现规律。实验研究表明:断层存在破坏了煤层顶板及上覆岩层的整体连续性,工作面矿压及上覆岩层垮落规律表现异常,断层极易活化,滑移现象明显;断层活化诱发上覆岩层发生整体切落,对工作面前方煤体产生很高的集中应力载荷,易诱发动力灾害。这为采动岩体动态断裂失稳和突水等灾害预报与调控提供理论依据。     

浅部煤层开采对断层活化影响研究

为了研究浅部煤层回采对断层活化影响规律,评估断层活化对工作面回采安全的影响程度,以许厂矿3336综放工作面的F1断层为研究对象,随着采掘工作的推进,采用并行电法对其活化情况进行动态监测,根据视电阻率变化特征分析得出:断层随煤层采动而被重新激活,但该断层未与顶板砂岩含水层发生明显的连通,为不导水断层,因此活化断层基本不影响工作面回采安全。     

川西彭州地区雷四段地层区域应力场分布规律及应用

由于对川西彭州地区雷四段地应力分布规律认识不足,井壁失稳问题频发。基于地震解释成果建立了区域三维地质模型,采用室内实验和测井资料确定了模型的岩石力学参数,运用有限元方法模拟了研究区目的层地应力场。结果表明,最小水平主应力为87.30~136.43MPa,最大水平主应力为122~190.57MPa;高应力主要集中在研究区西南部和背斜两翼,由于断层应力得到释放,应力最小,而断层周围因岩石变形但未破碎,表现为应力集中;断层区域的地应力方向发生了偏转,断层走向越接近地应力方向,应力方向偏转程度越小。以7-1D井为例,结合地应力预测结果,绘制了该井坍塌压力方位变化图,为井壁稳定性评价提供参考。研究成果能为川西彭州地区雷四段地层的井壁失稳防治和施工提供有效指导。