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作者

趙毅鑫1,2，王浩2，盧志國2，曹寶2

作者單位

1.中國礦業(yè)大學(北京) 共伴生能源精準開采北京市重點實驗室；2.中國礦業(yè)大學(北京) 資源與安全工程學院

摘 要

　　為研究煤礦開采擾動下斷層面庫侖應力演化特征及誘發(fā)礦震時空分布規(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侖應力影響因素。

　　采用數(shù)值模擬及巖石力學試驗方法，探討了逆斷層下盤工作面向斷層開采過程中，斷層面不同位置庫侖應力變化規(guī)律，并分析了現(xiàn)場礦震監(jiān)測數(shù)據(jù)時間統(tǒng)計特征及震源空間分布規(guī)律。

　　結(jié)果表明:

　　開采擾動因素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侖應力f。

　　當開采擾動及斷層摩擦因數(shù)確定時，取df/dθ=0可確定斷層活化失穩(wěn)最危險角。

　　斷層構(gòu)造破壞了采動應力擾動圈的對稱性及位移擾動圈的連續(xù)性。

　　巖石力學試驗及數(shù)值模擬結(jié)果均表明沿斷層面巖層高位點先于低位點受到采動影響，且過斷層前隨斷層與工作面距離減少，斷層面活化失穩(wěn)危險先升高后降低。

　　工作面過斷層前后，礦震日震動頻次由20次/d上升至35次/d，而日震動平均能量由22 kJ下降至4 kJ，表明工作面過斷層前高能量礦震較多，對圍巖擾動劇烈，過斷層后擾動較平緩；同時工作面過斷層前后，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)

開采擾動下斷層面庫侖應力及

誘發(fā)礦震時空演化特征

1工作面概況

2 斷層面庫侖應力分析

3 數(shù)值模擬分析

4 巖石力學試驗

5 采動誘發(fā)礦震時空演化分析

6 結(jié)論

主要圖例

1303工作面開拓

數(shù)值模擬模型

組合結(jié)構(gòu)試件及測點布置

工作面回采至不同區(qū)域礦震活動

小知識

　　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力，易引發(fā)煤巖體的破壞及斷層自身活化失穩(wěn)，進而引發(fā)沖擊地壓、煤與瓦斯突出等煤巖動力災害。

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

　　加拿大西部多發(fā)性地震被認為是石油開采中高壓水致裂引起斷層錯動活化引起的，在一次高壓水力致裂后，監(jiān)測到震級為3.9級(MW)的震動。

　　我國河南省耿村煤礦在臨近F16斷層開采時，大范圍開采擾動引起F16斷層下盤巖體扭轉(zhuǎn)變形，增加了鄰近工作面沖擊危險性。

　　斷層錯動滑移過程復雜，難以用簡單的理論加以描述。

End