采煤工作面过逆断层覆岩移动破坏特征研究

作     者：彭洪云 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹树刚;范映冲

授予年度：2020年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：工作面 逆断层 覆岩移动 数值模拟 相似材料 

摘      要：断层是煤矿开采中常见的地质构造。采煤工作面过逆断层时,断层破碎带附近煤岩体极易卸荷和失稳,诱发采场煤岩体大范围冒落。为了避免和减少断层带来的不利影响,本文采用理论分析、数值模拟以及相似材料模型模拟试验方法,研究采煤过断层期间覆岩的运移规律和煤岩体内支承压力变化规律,以及工作面采动对断层“活化影响。主要研究成果如下:(1)采场顶板力学结构稳定性和阻隔效应。当断层面上的摩擦力等于剪切力时,拱结构处于极限平衡状态,在断层面上形成三铰拱式平衡结构;当断层面上的剪应力大于极限抗剪强度时,断层失稳,两盘产生滑移。此外,由于断层的阻隔效应,采场基本顶荷载通过断层向对盘传递的能力存在差异性。(2)数值模拟研究结果表明,逆断层对采煤工作面围岩扰动有一个影响范围,在此范围内时应及时加强工作面顶、底板控制的范围;断层“活化后对采场围岩应力分布的影响主要表现为两个方面:一是断层对垂直应力的分隔作用,影响断层附近采场围岩应力变化的平滑连续性;二是断层的卸压作用,致使断层附近岩层的应力明显低于周边岩层的应力。(3)相似材料模型模拟试验结果表明,在工作面推进40m时(距断层15m),断层开始松动活化;推进75m后(过断层20m),下位断层面基本闭合。综合而言,采煤过断层前后15～20m左右断层“活化程度最大,同时印证了数值模拟的结果。采煤工作面过逆断层前,应力集中区的范围和应力峰值均随工作面的推进先增大再减小;工作面靠近断层面时(距断层0m),工作面断层上盘邻近顶板岩层无明显下沉,而断层下盘邻近顶板岩层下沉明显,断层两盘相对滑移量达到最大,断层一侧全面活化;采煤工作面过逆断层后,工作面煤壁前方的集中应力出现不均匀的变化过程,低、中、高位顶板岩层的两盘相对滑移量减小程度各不相同。