小断层活化对采空区上覆岩层破坏及渗透性影响

作     者：张学博 王豪 沈帅帅 ZHANG Xuebo;WANG Hao;SHEN Shuaishuai

作者机构：河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室河南焦作454003 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003 河南神火煤电股份有限公司河南永城476600 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2022年第50卷第2期

页      面：75-85页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0708[理学-地球物理学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0903[农学-农业资源与环境] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51734007) 河南省省重点研发与推广专项(科技攻关)资助项目(212102310105) 河南理工大学博士基金资助项目(B2019-56)。 

主　　题：小断层 采空区 断层模拟 覆岩破坏 覆岩渗透性 断层活化 

摘      要：小断层活化会加剧采空区上覆岩层破坏增强渗透性,导致采空区煤自燃,针对这一问题,以河南神火煤电股份有限公司薛湖煤矿25030工作面为工程背景,利用UDEC数值模拟断层不同倾角、不同水平断距条件下采空区上覆岩层移动破坏过程,分析了断层对采空区上覆岩层破坏及渗透性的影响。研究表明:①随着工作面逐渐接近断层,断层出现滑移现象,断面附近位移呈斜向下趋势,下盘沿断层滑移比较明显;受到断层下盘滑移错位形成的支撑力影响,下盘下沉量明显大于上盘,上盘覆岩“三带高度有所上升。工作面推过断层10 m时,上方覆岩位移开始出现滞后现象,且上盘下沉量小于下盘;工作面过断层40 m后,覆岩受到断层的影响逐渐减弱,位移逐渐符合无断层开采覆岩移动规律,下盘主要以下沉为主,上盘受到断层影响,楔形头部受到断层滑移的支撑,岩层垮落不充分,下沉量小于下盘。②倾角越大,断层对上盘覆岩支撑作用的影响范围越小,断层滑移形成的错位越严重,对开采危险性越大,且断层影响开始出现的位置距离越近;水平断距越宽,上盘受到断层的支撑力越大,过断层后上盘覆岩的位移越小;断层水平断距越宽,断层下盘下沉量越大,工作面过断层时危险性越大。③断层导致附近岩层孔隙率呈现跳跃式增大,倾角越大,孔隙率上升幅度越小;随着倾角的增加,断层正上方垮落带孔隙率呈先上升后下降趋势,在倾角45°达到最大,而断裂带孔隙率随着断层角度的增加呈逐渐上升趋势;随着断层水平断距的增加,垮落带覆岩孔隙率大体上呈先上升后下降趋势,而断裂带的孔隙率略微上升。总体而言,水平断距越宽,断层倾角越大,工作面过断层时覆岩垮落危险性更大。