正断层下盘采动支承压力分布及对上盘的影响分析

采用UDEC数值模拟软件,对正断层下盘工作面推进过程中,断层上、下盘煤层支承压力、顶板垂直应力以及塑性区分布情况进行了研究。由于存在断层地质构造,破坏了岩层的连续性,导致初始应力场发生挠动,在断层局部区域产生附加的构造应力。研究结果表明:在正断层下盘附近形成了低应力区和高应力集中区带,支承压力明显影响范围距断层面约10~30m;断层上盘煤层上支承压力峰值在靠近断层面附近约35m处;当工作面推进至距断层面25m时,保留的煤柱仍然有足够的承受强度,在工作面支架回撤时能够保障回撤安全。     

不同覆岩地层正断层下盘煤层开采地表下沉规律

断层破坏覆岩地层的整体性,影响岩土体的强度特性和变形性质,导致开采沉陷规律更为复杂。为研究不同覆岩地层与正断层共同影响下煤层开采地表沉陷规律,构建不同覆岩地层正断层下盘煤层开采覆岩运动与地表变形的理论模型,数值模拟分析不同覆岩地层正断层下盘煤层开采地表下沉规律与特征,结合实例进行了对比分析。结果表明：地表移动变形范围与松散层厚度密切相关,随松散层厚度的增加,相较于无断层一侧,地表下沉盆地在断层一侧的移动变形范围先减小后扩大再减小,最终与无断层一侧相同;厚基岩地质条件下,随松散层厚度增加,地表产生裂缝的位置由断层露头先向采空区偏移后向断层上盘偏移;厚松散层地质条件下,松散层吸收了断层诱发的非连续变形,随松散层厚度增加,地表由偏态下沉盆地逐渐变为对称的下沉盆地。     

正断层错动致地铁变形计算模型

针对正断层错动引起的地铁隧道变形破坏仍缺乏有效的理论预测模型的情况,基于不排水条件下上覆土体的变形机理,建立地铁隧道变形的计算方法.理论模型表明,影响隧道衬砌纵向线应变的参数有隧道半径、土层厚度、基岩断层错动量、断层倾角、隧道埋置深度和形状参数.正断层错动影响下,隧道拱顶衬砌分别在基岩下盘和基岩上盘一侧出现受拉区和受压区.而隧道拱底衬砌则分别在基岩下盘和基岩上盘一侧出现受压区和受拉区.随着隧道埋深的增加,需要进行拉裂破坏加固的范围逐渐缩小,并向基岩断层附近趋于集中.而随着基岩断层倾角的增加,隧道拉裂破坏加固区域则往基岩上盘一侧偏移,但加固区域的大小范围受断层倾角的影响并不显著.     

基于构造物理模拟实验的正断层形成和演化过程

研究正断层的形成和演化过程不仅对厘清石油、天然气的聚散过程具有重要意义,而且可为断块油气藏等的高效开发提供理论依据.以鄂尔多斯盆地延长组正断层为原型开展构造物理模拟实验;通过高分辨率的粒子图像测速技术记录实验砂层变形速度、断层倾角、断层距离和应变能;划分正断层形成和演化阶段并从应变能角度分析正断层形成和演化特征.结果 表明:正断层开始形成后,断层破碎带区域最早破裂,上盘次之,其后为下盘;倾角随埋深加深有"多期递减"现象;明显断距最先在断层带上部出现,断距不断增大后断裂向断层带下部延展;断层带纵向上断距并不均等,断层带下部断裂程度明显大于上部,断距分布呈"双峰"特征.正断层形成和演化可划分为断层初始期、断层孕育期、断层形成期、断层稳定期,不同时期的应变能密度峰值差异为1～3个数量级.应变能的释放时间决定了断裂产生时机,应变能释放率决定了断裂规模,地层应变能的积累和释放是正断层形成和演化的主要内因.正断层形成后,残余了高应变能的上盘区域以多种形式逐渐释放应变能形成次生断层.文中提供了一种模拟正断层形成和演化的物理模拟实验方法,希望给石油地质工作者提供一点有益的启发.     

翠屏山煤矿地质构造对煤层厚度影响的研究

翠屏山煤矿是全省标准化矿井,研究该矿地质构造特征及其对煤层厚度的影响作用,对今后的煤炭资源勘查和矿井生产具有一定的指导意义。在矿井地质工作的基础上,综合各类地质资料,揭示了翠屏山煤矿地质构造特征及其对煤层厚度的影响,结果表明:翠屏山煤矿地表为单斜构造,而深部为紧密褶皱和大幅度倒转褶曲,在燕山构造期形成了缓倾角断层和高角度逆冲断层;在燕山晚期和喜马拉雅早期形成了一系列高角度正断层。正断层的引张拖拽作用导致断层附近上、下盘煤层厚度变薄,逆断层的逆掩重叠或挤压聚集,形成厚煤带;在紧闭褶皱带内,由于煤层受到强烈的挤压而发生大规模的塑性流变,形成"藕断丝连"状煤层;在伏卧褶曲和倒转褶曲中,正常翼的煤层被挤压变薄而倒转翼的煤层较厚且稳定性较好。褶皱作用还出现"穿刺"现象,"穿刺"流变使煤层厚度变薄。褶皱构造和断裂双重构造使煤层常呈透镜状、藕节状、串珠状产出。     

箭竹坪矿区控煤构造特征与煤炭资源赋存关系探讨

本文结合箭竹坪矿区含煤岩系特征,阐述了谈区的控煤构造特征及与煤炭资源赋存的关系,即箭竹坪向斜在其褶曲轴部厚度加大,两翼煤层厚度相对变薄;F0滑覆断层以脱底式影响着煤系地层;F1正断层的上盘附近的煤层,在沿倾向多发生因煤层层间滑动,以磷片流、碎粒流和粘塑性流等发生宏观变形,在沿走向上则变化不大;F2、F4、F5正断层的下盘附近的煤层,而正断层的下盘煤层不仅保存状况有利,而且是厚煤区,是煤炭开发的最佳地段.     

箭竹坪矿区控煤构造特征与煤炭资源赋存关系探讨

本文结合箭竹坪矿区含煤岩系特征。阐述了该区的控煤构造特征及与煤炭资源赋存的关系,即箭竹坪向斜在其褶由轴部厚度加大,两翼煤层厚度相对变薄;F_0滑覆断层以脱底式影响着煤系地层;F_1正断层的上盘附近的煤层,在沿倾向多发生因煤层层间滑动,以磷片流、碎粒流和粘塑性流等发生宏观变形,在沿走向上则变化不大;F_2、F_4、F_5正断层的下盘附近的煤层,而正断层的下盘煤层不仅保存状况有利,而且是厚煤区,是煤炭开发的最佳地段。     

箭竹坪矿区控煤构造特征与煤炭资源赋存关系探讨

本文结合箭竹坪矿区含煤岩系特征。阐述了该区的控煤构造特征及与煤炭资源赋存的关系,即箭竹坪向斜在其褶由轴部厚度加大,两翼煤层厚度相对变薄;F_0滑覆断层以脱底式影响着煤系地层;F_1正断层的上盘附近的煤层,在沿倾向多发生因煤层层间滑动,以磷片流、碎粒流和粘塑性流等发生宏观变形,在沿走向上则变化不大;F_2、F_4、F_5正断层的下盘附近的煤层,而正断层的下盘煤层不仅保存状况有利,而且是厚煤区,是煤炭开发的最佳地段。     

45°倾角正断层粘滑错动对隧道影响试验分析

通过1∶50室内模型试验,模拟了45°倾角正断层粘滑错动下,与之正交的隧道结构的受力变形破坏过程,并布置传感器监测了隧道顶部和底部的围岩压力、隧道轴向的应变和隧道环向的应变.结果表明,围岩压力在剪切带附近发生显著变化,上盘和剪切带范围内拱顶压力显著增大,下盘拱顶压力次之,上盘和剪切带隧道底部压力减小,下盘底部压力显著增大,隧道与下部围岩可能局部脱空以适应断层的剪切位移;上盘和剪切带范围内隧道纵向弯矩为正,下盘范围内为负,隧道偏心受压;以原型混凝土压坏来判定衬砌破坏,初步确定原型结构破坏所容许的最大断层位移D=0.7m,理论上该值略偏大;隧道衬砌破坏区域长度,在剪切带和下盘范围分别为1.7和2.8倍隧道宽度.     

矿井断层的工程力学特性与水文地质特征研究

断层的类型划分有三种方式,按照导水性能可将断层划分为导水断层和不导水断层;根据力学特征可将断层分为压剪断层和张性断层;依据断层上下盘的运动关系将断层分为正断层、逆断层和平推断层等。根据突水点与断层空间位置关系可以将采动断层突水类型划分为断层切穿煤层突水、断层接近煤层突水和断层隐伏较远突水三种类型。     

箭竹坪矿区控煤构造特征与煤炭资源赋存关系探讨

本文结合箭竹坪矿区含煤岩系特征，阐述了该区的控煤构造特征及与煤炭资源赋存的关系，即箭竹坪向斜在其褶曲轴部厚度加大，两翼煤层厚度相对变薄；F0滑覆断层以脱底式影响着煤系地层；F1正断层的上盘附近的煤层，在沿倾向多发生因煤层层闯滑动，以磷片流、碎柱流和粘塑性流等发生宏观变形，在沿走向上则变化不大；F2、F4、F5正断层的下盘附近的煤层，而正断层的下盘煤层不仅保存状况有利，而且是厚煤区，是煤炭开发的最佳地段。     

正断层错动下地铁盾构隧道变形破坏模型试验研究

为揭示跨隐伏断层地铁盾构隧道结构变形破坏特征,采用自主设计的模拟隐伏断层错动加载试验装置,开展1∶25几何比例的跨断层盾构隧道模型试验,分析正断层错动下盾构隧道的力学响应规律及变形破坏特征.试验结果表明：在2 cm正断层错动影响下,隧道纵向差异变形呈现非线性增大趋势,环缝接头张开变形主要位于断层下盘隧道拱顶及断层上盘隧道拱底,且环缝峰值张开量已超过盾构隧道接缝防水限值;断层延长线与隧道交界处管片直径收敛变形较为严重,该处管片呈现拱腰外侧受拉、拱顶及拱底外侧受压的受力状态;管片与地层之间接触压力受断层错动的影响较大,存在围岩挤压区与围岩松散区,但接触压力峰值相对较小;盾构隧道的主要变形破坏特征为环缝接头拉裂破损、管片纵向开裂及环缝接头变形,管片发生斜向剪切破坏及局部压溃破坏的概率较低.基于盾构隧道环纵向变形破坏特征,建议将管片环缝变形及接头混凝土拉裂破损作为界定跨断层盾构隧道结构破坏的主要控制指标.基于隧道的变形破坏模式,提出了跨断层盾构隧道结构设计及应对措施的建议.     

正断层伴生裂缝物理模拟实验研究

断层伴生裂缝是重要的油气运移通道和储集空间类型,实验室进行了正断层与其伴生裂缝形成的物理模拟实验。结果表明,伴生裂缝主要发育于断层面两侧,距离断层面越远,裂缝密度变小,其中上盘（主动盘）裂缝发育较下盘（被动盘）密集。裂缝的形成演化可以划分为3个阶段：①当断层断距较小时,在断层顶底部应力集中区产生微裂缝;②随着断距增大,沿断层面出现几组微裂缝,同时裂缝的发育范围向断层两侧扩展;当断距增大到一定程度时,剪切带中微裂缝扩展、连通形成大裂缝并发展成断层;③随着断距进一步增大,断层面上形成塑性涂抹,裂缝数量无明显增多。岩层厚度、断移速率、岩性变化、距断面距离等因素对裂缝发育均有一定的控制作用。     

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。     

露天煤矿过正断层动态剥采比时空优化控制

针对露天煤矿开采过程中遇到断层时,煤层顶底板起伏,造成剥采比剧烈变化,煤量接续困难等一系列问题.在保证过断层期间矿山剥采工程过渡接续及剥采比均衡控制的基础上,根据不同断层落差,建立生产剥采比与煤层厚度、倾角、断层落差、台阶坡面角的关系模型.研究薄煤层、中厚煤层、厚煤层在不同断层落差区间下,过断层期间控制生产剥采比的开采方法.以接续工程费用最小为目标函数,优化确定产量接续的时空位置关系.结合胜利东二号露天煤矿首采区出现正断层采用此方法进行实例分析.结果表明:过断层工程接续和剥采比均衡控制技术对露天矿持续生产具有理论指导意义和实用价值.     

断层带煤体瓦斯地质特征与瓦斯突出的关联

针对煤与瓦斯突出煤层开采期间的突出与断层之间的关联问题,采用瓦斯地质方法,通过矿井开采实例研究了井田内断层封闭与开放的瓦斯地质特征,并根据断层附近瓦斯涌出规律判断断层与突出的关系.研究结果表明:断层的开放性与封闭性对煤与瓦斯突出具有控制作用.封闭性断层带附近瓦斯涌出异常增大,构造应力集中、常常封闭有高能瓦斯以及发育的构造煤,为煤与瓦斯突出创造条件;开放性断层带附近具有煤层瓦斯压力相对较低,煤层瓦斯含量较正常下降的特征,而在远离断层面的一侧,伴随有平行断层的条带状煤层应力集中区,其中具有煤层瓦斯压力大、煤层瓦斯含量高的特征.该成果对煤矿在煤层断层带开采瓦斯防治具有一定的理论价值和实用意义.     

安徽芦岭煤矿Ⅱ88采区瓦斯地质规律

根据构造、层序、瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯涌出量等多因素分析了安徽省宿州市芦岭煤矿Ⅱ88采区瓦斯地质规律,并建立了运动学模型和压力梯度计算模型。芦岭煤矿区域构造上由于徐宿弧形构造和双重构造2方面因素,造成其相对于临宿矿区其他矿井的构造应力更集中,瓦斯压力较大、含量较高,突出灾害危险性严重。层序上,芦岭矿井第8煤层发育在最大海泛面时期,为层序内最厚的稳定煤层,顶底板圈闭性良好,瓦斯富集。Ⅱ88采区以采区中部的F14正断层为界划分为东、西2个瓦斯地质单元,分别具有不同的瓦斯压力梯度。东部瓦斯地质单元是F14断层下盘,海拔高度较高但瓦斯压力高,而西部单元(断层上盘)海拔高度较低但瓦斯压力低,与正常瓦斯地质规律相反,初步分析与正断层F14上盘煤层顶板在拉张运动过程中被破坏有关。     

正断层位错作用下城市地铁隧道损伤分析

目的研究正断层位错作用下城市地铁隧道的抗震薄弱部位,为地铁隧道工程的抗震设计及地震安全性评价工作提供依据.方法采用拟静力弹塑性有限元方法,以北京地铁7号线工程的区间隧道作为研究对象,分析在正断层位错作用下地铁隧道的损伤破坏机理.结果通过大量的计算分析建立了临界覆盖土层厚度(H_(临界))与断层位错量(D_V、D_H)之间的关系式:H_(临界)=52.605D_V+144.117D_H-30.789,回归拟合了能够估计衬砌结构在正断层位错作用下抗震薄弱部位的关系式:L_(损伤)=0.345H+15.545D_V-5.212D_H+42.023(L损伤为损伤区域长度).结论在正断层位错作用下,衬砌结构出现损伤的区域主要发生在活断层附近一定范围,拱顶部位损伤最为严重.增加基岩上覆土层厚度能够减轻衬砌结构的震害程度,当土层厚度不小于临界覆盖土层厚度时,正断层错动对于埋地隧道不会产生影响.正断层作用下竖向张拉力对隧道结构的损伤范围影响较大,在土层厚度相同的情况下,衬砌结构出现损伤区域的最终长度随着断层倾角的增大逐渐增大.     

断层附近反牵引现象的研究

断层附近的反牵引现象是正确判断断层性质，准确寻找断失煤层的一项非常重要的干扰因素，笔者认为，一期构造力形成的正确层国的反牵引褶曲与递断层上升盘牵引褶曲在形态上的区别是，前者是沿断面向下滑的，褶曲较开阔，不形成岩层倒转；后者除断层倾向岩层倾向相反时外，是沿断层面向上推的，褶曲较紧闭，且经常形成岩层倒转，两期构造力复合形成的正断层的反牵引现象，前期由挤压力形成递断层附近的牵引褶曲；后期由拉伸力使两盘沿断面产生相对的升降，断层落差后期大于前期。     

淮南煤田潘二井田13-1煤层地质构造特征

矿井地质构造是影响煤矿建设与生产的主要因素之一,为查明潘二井田13-1煤层的地质构造特征,以便对未采掘区的构造进行预测预报,以大量构造统计资料为依据,运用数理统计和趋势面分析的方法对采区的构造进行统计分析,研究潘二矿矿井构造特征.结果表明:潘二矿小断层走向以近EW向为主,倾向主要以NEE为主,且80％以上为正断层;不同区域、不同煤层之间断层发育存在较大差异,潘二矿矿区的构造样式是多期次构造运动的叠加.落差较大的断层均为逆断层,建议在开采生产过程中引以注意.