赵楼煤矿深部断层采动活化应力演化特征及防水煤柱合理留设研究

作     者：邓兆睿 

作者单位：辽宁工程技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋卫华

授予年度：2021年

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

主      题：防水煤柱留设 断层活化 采动应力演化 覆岩运动特征 采动效应 

摘      要：赵楼煤矿主采3、3号煤层,矿井开采深度超过800 m,井田范围内断层构造较发育,煤层基底的奥灰含水层分布广、厚度大、水压高且富水性差异大,深部开采后矿山压力和断层构造应力均处于较高的情况,断层活化突水的危险性高。目前赵楼煤矿仅对落差大于30 m的断层按相应数据留设了煤柱,对于相应措施难以科学严谨的保证矿井的安全生产。本文以赵楼煤矿开采3号煤层留设断层防水煤柱为工程背景,采用理论分析、相似材料模拟和Flac数值模拟相结合的方法,建立了断层活化力学模型并对其进行了分析,结合赵楼煤矿实际情况,判断其断层突水危险性,并对FZ18-1断层水文工程地质特征进行评价。深入研究煤层开采接近断层至其发生活化的过程中覆岩运移特征及应力演化特征,并根据断层活化的极限距离初步确定断层防水煤柱宽度。结合赵楼煤矿实际地质条件,对防水煤柱留设理论公式进行分析并对煤柱宽度进行理论计算,综合确定最佳防水煤柱宽度,并通过现场工程实施,对上述研究成果进行验证。研究结果表明:判断FZ18-1断层含、导水性较差,但存在断层活化可能。随着煤层的不断推进,断层带内出现开裂现象,煤层开采盘位移量更大且两盘位移差持续增大,在同一断层界面中,近煤层处位移量小于远煤层处。断层的上盘的垂直应力略高于断层下盘,工作面前方形成了应力集中区,应力集中区逐渐影响至断层区域,由于断层的阻隔效应,煤柱应力峰值及影响范围不断增大。相似模拟和数值模拟确定煤柱尺寸分别为30 m和50m,公式计算结果为89.99 m和99.04 m,最终确定断层防水煤柱宽度为100 m。现场工程实践实现了工作面的安全回采,研究成果的应用与推广,为类似条件矿井的安全可持续性发展提供支持。该论文有图37幅,表12个,参考文献50篇。