采动影响下断层变化特征研究与分析

陈可夯

摘 要：断层是制约矿井安全生产的常见因素，本文以鹤煤三矿3204工作面为工程背景，以数值模拟手段模拟该工作面断层在采动影响下的变化特征。通过分析表明，随着工作面距断层越近，该断层的上部滑移量大于下部的滑移量，断层主要以剪切形式破坏，增大了工作面顶板的危险性。

关键词：采动影响；断层；数值模拟

中图分类号：TD324 文献标识码：A 文章编号：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

斷层是煤矿生产中对矿井生产及安全影响最为普遍的一类地质构造，为解决断层影响区域回采巷道的支护问题，就必须了解该断层在采动影响下的变化特征。本文以鹤煤三矿3204工作面为工程背景，以数值模拟手段，对断层的变化特征进行分析研究，以期对类似地质条件下煤矿安全生产产生借鉴意义。

1 工程背景

鹤煤三矿3204工作面位于该矿三水平北翼，32采区中部，西南部为3202工作面采空区，东北部为3206工作面采空区，东部为三水平北翼轨道下山和32采区顶板回风巷，主要开采二叠系山西组的二1煤层，工作面走向平均长度392.1m，切眼长度135.0m，上下顺槽采用U36可缩支架支护，棚距700mm，巷道净断面为12.04m2，工作面在开采中遇到断层见表1。

2 数值模拟

为了研究断层在煤层开采中的变化特征，以3204工

作面地质条件建立FLAC3D数值模型，模拟工作面过断层F3204-3，断层面的模拟利用FLAC3D中接触面命令，在断层的上盘和下盘中间添加接触面，接触面采用库伦剪切模型。接触面命令描述了2个接触平面的作用关系，同时允许接触面两侧岩体相互错动和相互挤压或分离。模拟开采过程中，工作面均布置在断层的下盘。开采步距为60m，分别在距离断层面不同距离模拟开采，距离断层面从远到近，先计算在原岩应力状态下应力分布情况，再进行开采，每次开采后都恢复到原岩应力状态，进行下一步开采，共计进行5次开采，分别距离断层面距离为80、60、40、20m和10m。在模型中，分别在断层面上取上中下A1、A2、A3三个监测点，分别监测断层面的滑移量以及应力分布情况，采用FLAC3D中History命令记录历史数据[1]。断层模型数值模型如图1所示。

2.1 断层滑移量分析

通过在模型中布置监测点，记录距离断层面不同距离时断层面上3个监测点在垂直和水平方向上的位移变化规律，如图2所示。随工作面的推进，距离断层面距离越近，垂直方向上A1点和A2点的位移不断增长，且在距离断层40m时呈急剧增长趋势，到10m处达到最大值，位于底板的A3点滑移量基本不变，在距离断层面10m处，呈减弱趋势；水平方向的位移变化同垂直方向变化基本一致，都是在伴随着工作面的推进滑移量显著增加，位于煤层上方的A1点在40m后滑移速度增加，远大于A2、A3点。

2.2 断层面应力变化规律

断层面上的应力变化如图3所示。在工作面开采过程中，随着距断层面距离越来越小，断层面上的3个测点的法向应力都呈现出缓慢下降的趋势，而位于煤层底板的A3点所受的法向应力先缓慢增大后减小，增长和减小的幅度都很微小，在距断层40m处时最大值9.93MPa，在40～20m范围缓慢下降，在10m处下降至最小值9.65MPa。说明在煤层底板断层面上正应力变化是先增大后减小。断层面上的剪切应力变化形态与法向应力变化不同，当工作面向断层推进，距离断层60m时，断层面上剪应力出现明显的变化，断层面上的3个监测点呈缓慢减小趋势，当距离减小到40m时，3个监测点剪应力出现不同变化形态，A1、A2剪应力开始增大，当距离断层面10m时，A1点剪切应力增长到最大值2.15MPa，说明煤层顶板和煤层处的断层带应力变化先减小后增大；位于煤层底板的A3点的剪应力变化在距离断层40m时缓慢减小，随着工作面的推进，应力持续下降，当工作面在距离断层10m处剪切应力达到最小值1.76MPa。

3 结语

随着工作面距断层的距离不断减小，滑移量在不断增大，断层上部的滑移量大于底部；在应力方面，煤层顶板附近断层带上部受采动影响大于底板附近断层带，由此看出随着工作面的推进，煤层顶板的危险性较煤层底板危险性大，故在回采巷道过断层期间应采取合适的支护方式对煤层顶板进行支护，为工作面后续过断层提供理论基础，确保该工作面安全高效生产。

参考文献：

[1]孟召平，彭苏萍，梨洪.正断层附近煤的物理力学性质变化及其对矿压分布的影响[J].煤炭学报，2010（6）：561-565.