采动影响对不同位置隐伏断层活化的影响分析

摘 要：本文以采场底板下断层为研究对象，根据工作面底板应力分布情况，分析了工作面和断层不同相对位置时断层受采动影响情况，可知：当工作面推进到断层正上方时断层受到采动影响最大，最容易形成突水通道造成突水事故。

关键词：煤层开采；隐伏断层；断层活化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.089

0 引言

断层活化是影响煤层开采的重要地质问题，断层活化会使得底板中产生连通底板和含水层的突水通道进而引发底板突水事故。煤层开采会引起周围岩层应力重新分布，并向底板深部传递，当底板下有隐伏断层时，断层围岩应力变化容易引起断层活化，引发突水事故，而隐伏断层和工作面相对位置不同，断层围岩应力变化也不同，本文参考相关文献，分析了采场底板应力分布，并分析了位于工作面不同位置的隐伏断层围岩应力情况。

1 采场底板应力分布

对于长壁开采工作面，沿工作面推进方向x轴正方向取采场中部围岩为对象，根据矿山压力控制理论或岩层控制的关键层理论，将采动应力沿煤层走向的分布简化为线性载荷加载到底板上[1]，如图 1（a）所示[2]，底板应力系数如图 1（b）所示。

其中：①，⑤区域为原岩应力分布区，③区域为应力增高区，②区域为应力降低区，④区域为采空区，工作面位于 x=100 m 处。

如上图所示，距离工作面前方超过25m以后，即图1（a）中①区域，底板应力即为原岩应力；在工作面前方25m范围内，即图1（a）中②、③区域，底板应力急剧升高到2.5倍原岩应力后又逐渐降低到原岩应力大小；在工作面后方70m范围内，即图1（a）中④区域，底板应力逐渐恢复到原岩应力；在工作面后方大于70m时，底板应力为原岩应力。

原岩应力大小受到采深、上覆岩层岩性、围岩岩性等多种因素的影响，但大体规律是采深越大，原岩应力越大。

2 位于工作面不同位置隐伏断层活化失稳特性分析

隐伏断层与工作面的相对位置可以分为三种情况，如图2所示：即隐伏断层位于工作面前方（a）、隐伏断层位于工作面正下方（b）、隐伏断层位于工作面后方（c）。

结合采场底板应力分析，对不同位置的断层上下盘受力情况进行分析：

1）当隐伏断层位于工作面前方如图2（a）时，断层的上盘和下盘围岩应力均为原岩应力，此时断层未受到采动影响；

2）当隐伏断层位于工作面正下方如图2（b）时，断层上盘围岩受到工作面前方超前支撑压力影响，越接近工作面压应力越大，断层下盘围岩受到工作面后方原岩应力释放影响，越接近工作面原岩应力释放区域越大，此时断层受采动影响最大，有利于断层活化以及断层上端裂隙的产生和扩展，且易形成突水通道导致工作面突水[3]；

3）当隐伏断层位于工作面后方如图2（c）时，断层上盘和下盘围岩应力恢复为原岩应力，不利于裂隙继续扩展以及突水通道的形成。

3 结论

1）当工作面推进到断层正上方时，断层上盘和下盘分别受到工作面超前支撑压力影响和工作面后方原巖应力释放影响，断层受采动影响最大，有利于断层上端裂隙的产生和扩展，易形成突水通道造成工作面突水事故。

2）越接近工作面，在工作面前方的超前支撑压力影响区域越小且围岩应力越大，应力最大可达2.5倍原岩应力；越接近工作面，在工作面后方的围岩原岩应力释放越彻底，且影响区域越大；所以位于工作面正下方的隐伏断层越接近工作面，隐伏断层受采动影响越大，形成突水通道造成工作面突水的可能性越大。

3）随着开采深度的逐渐增加，工作面围岩应力也逐渐增大，采动影响也更加明显，断层受采动影响将更大。

参考文献：

[1]王连国，韩猛，王占盛等.采场底板应力分布与破坏规律研究 [J].采矿与安全工程学报，2013（30）：317-322.

[2]卜万奎.采场底板断层活化及突水力学机理研究[D].徐州：中国矿业大学矿业工程学院，2009.

[3]王永政.采动条件下断层活化失稳特性分析[J].能源技术与管理，2016（41）：80-83.

作者简介：张鑫（1990-），男，山西临汾人，研究生在读，研究方向：开采沉陷控制与环境保护。endprint