采动影响下断层滑移失稳研究

为研究采动影响下活动断层的滑移情况,以抚顺矿区老虎台矿为背景,建立了采动条件下覆岩运动的突变力学模型,确定了断层发生滑动的必要条件;运用UDEC数值模拟软件对工作面开采条件下断层活动进行分析,现场工业性试验对断层活动进行监测和验证。结果表明,断层失稳的必要条件为刚度值k≤1,刚度比随着开采深度的增加而逐渐降低;当弹性段采出厚度大于85 m时,F25断层具备了发生滑动的必要条件,易发生冲击地压。83003工作面开采后,F25断层下盘位移基本不变,上盘位移活动幅度较大,最大位移达到了5~7m;锚索测力计的应力变化与断层活动具有较大的相关性,当锚索测力计数值突变时,表明断层已经活动,锚索测力计数值突变越大,预示冲击地压和矿震能量越大。     

金川公司露天矿东采场边坡的危险评价

金川公司露天矿东部采场边坡发生严重变形、坍塌、滚石,威胁采场作业人员和设备的安全。对东部采场进行安全评价,在确认短时间内不会发生大的边坡滑落的前提下,确认继续回采的可能性,并提出强化开采的具体措施. 自1990年2月以来,东部采场的上盘边坡变形破坏显著加剧,3月下旬连续降雨几天后,引起大规摸的滚石,造成多起砸坏设备事故:一段长约250m的边坡,岩体松动、碎裂,坍塌和滚石时有发生;下盘边坡的岩体,倾倒与裂缝日趋严重,给露天矿生产带来一定困难。经过近一个月的处理,目前上下盘边坡基本处于相对稳定(和以前对比)状态。     

特厚煤层综放工作面多参量监测预警分析

根据某矿12220工作面特厚煤层综放开采,穿越F16逆冲断层的特殊情况,为保证安全生产及时提供预警信息,采用微震、钻屑量、支架阻力、地表变形多种监测手段综合分析回采过程中的参量变化规律。结果表明:微震活动的峰值能量周期约为3 d,回采间距约为4.5 m,且断层下盘较上盘的微震事件能量更集中;钻屑量的统计分析发现最大值出现在上巷下帮7～11 m和下巷上帮9～11 m范围内,划定该区域为巷帮高应力集中区,并将平均钻屑量3 kg/m作为黄色预警临界值,3.5 kg/m作为红色预警临界值;另外,根据支架前、后柱阻力变化情况,划定了2个连续变化的高压力区,发现在初撑力偏低,甚至不接顶、虚顶情况下,支架梁顶部煤体受自重和构造应力作用易发生准脆性受拉断裂破坏,且在穿越逆冲断层的回采过程中,支架阻力峰值呈现由中下部向上部转移的变化规律;最后,通过对地表走向、倾向测点的变形量数据进行统计分析发现,走向面后84.9～284.8 m范围内下沉量较大,下沉速率增幅明显;而工作面倾向中部下沉量最大,整体下沉变形呈二次抛物型,其中下部下沉速率增幅明显。     

复杂地质条件对煤层开采的影响和对策

天湖山矿区煤层赋存主要特征。天湖山矿区位于阳山———剑斗背斜西翼，煤采地层为下二迭纪童子岩组一段，矿区含煤层数较多且密集，煤层沼气涌出量低。含煤地层在成煤期地壳震荡运动极为频繁，不利于原煤层形成，煤层薄且极不稳定。后期构造运动对煤层形态稳定性影响极大，F31缓倾角逆掩断层切割全区，上盘煤层受密集断层切割，完整性差，倾角变化大；下盘受不对称宽缓复背斜褶皱挤压，产状多变，波浪起伏。从形态看，上盘的煤层常见藕节状、鸡窝状、阶梯状等各种不规则状；下盘煤层为紧密线性褶曲，波幅一般为20—30m，次级向背斜反复绵…     

基于震源机制的断层滑移型岩爆岩体震动响应研究

为研究不同震源机制下巷道岩体在断层滑移型岩爆作用下的力学行为,基于Haskell断层模型开展数值计算。结果显示,处于S波辐射象限的岩体质点峰值振动速度(PPV)明显大于处于P波辐射象限的岩体的相应值。分析巷道在正断层、逆断层和走滑断层作用下的岩体震动响应机制,发现岩体处于正断层和逆断层作用时其PPV大小相等、方向相反,但远大于受走滑断层作用时的值。处于S波辐射象限的巷道岩体PPV计算值大于KAISER设计尺度率计算结果,同时发现,巷道顶板在受到逆断层作用时易发生失稳垮落,而拱肩和底板则在正断层作用下更容易发生失稳破坏。     

露天矿含断层逆倾软岩边坡滑移模式及稳定性研究

作为一种典型的露天矿边坡,含断层逆倾软岩边坡变形破坏机理及稳定性问题尤为复杂。以胜利西二露天矿西帮边坡为工程背景,基于强度折减原理,应用有限差分软件FLAC3D模拟分析了Fx1断层位置、倾角及弱层逆倾角度不断变化时西帮软岩边坡的滑移模式及稳定性变化规律,阐明了边坡变形破坏机理。结果表明:逆倾软岩边坡滑坡力学机理受断层位置影响较大,当断层逐渐向边坡外侧偏移时其滑坡的力学成因由推动式滑坡逐渐过渡为牵引式滑坡,边坡稳定性逐渐提高;当断层倾角增大到某一值时,断层对逆倾软岩边坡滑移模式及稳定性影响消失;弱层倾角对滑面位置影响较大,边坡稳定性随弱层倾角减小逐渐降低;该矿西帮边坡稳定性主要受弱层控制,Fx1断层次之;当Fx1断层露头距边坡坡脚水平距离大于221 m时,边坡稳定性及滑坡模式不再受Fx1断层的控制;当Fx1断层露头距边坡坡脚水平距离小于201 m时,边坡稳定性逐渐提高,潜在滑坡模式由剪切圆弧-弱层相结合的组合滑动过渡为剪切圆弧-断层-剪切圆弧-弱层相结合的组合滑动。     

西安地铁穿越地裂缝带的隧道结构变形特征研究

以西安地铁工程为背景,对穿越地裂缝带的地铁隧道在地裂缝活动时的变形特征进行了研究.在此基础上,对穿越地裂缝带的整体式地铁隧道的监测部位和监测方法提出了建议.通过对整体式大型物理模型试验结果的分析,认为当地裂缝活动时,在靠近地裂缝下盘3H范围内的隧道变形量较大,变形使下盘隧道顶部受拉,底部受压.位于上盘的隧道在全长范围内都有变形,并在隧道底部产生部分脱空现象,脱空区的长度与隧道的埋深、长度、土与隧道的刚度比等因素有关.当变形或脱空区长度超过隧道的允许变形值时,将引起隧道顶部混凝土的开裂,引发漏水等不良现象,影响隧道的安全运营.在对试验成果分析的基础上,提出整体式地铁隧道的安全监测内容应包括:1)地裂缝两侧隧道的相对垂直位错;2)隧道底部脱空区的长度;3)隧道结构的应力变化幅度.针对上述变形特征及监测内容,提出了监测点的合理布置范围及采用的监测方法.     

大断层采动“活化”导水特性研究

煤层回采引起的断层“活化”导水是矿井突水的一种重要形式,具有很高的危险性和隐敝性。依托具体的工程背景,建立简化的力学模型和数值模型,根据弹塑性力学和裂隙介质水动力学理论分析不同推进距离时断层面上的主应力和法向应力变化情况,并通过模拟计算得出回采过程中应力变化与塑性破坏特征。研究结果表明,新集矿区F10大型断层在煤层推进至距断层20 m位置时开始有“活化”趋势,断层带岩体位移值陡增到005 m,距10 m时断层面主应力急剧增大,峰值应力向浅部转移,断层带发生明显位移,孔裂隙扩张。为保证生产安全,需预设30 m防水煤柱,避免煤岩体突水通道沟通主干断层及承压含水层,该研究成果可为矿井生产提供一定的参考价值。     

采动诱发逆断层滑移的理论分析及数字图像相关方法观测研究

断层是采矿工程中经常遇到的一种地质构造,研究采动诱发断层的活化规律对安全开采具有重要意义.为了研究采动诱发逆断层滑移规律,以逆断层上盘煤层上方部分岩层整体为研究对象,通过引入工作面煤壁前方支承压力经验公式和有关假定,在其水平和垂直方向上建立平衡方程,获得了断层面上剪应力和正应力公式.研究发现,二者呈线性关系.以千秋矿21221工作面为例进行理论分析,获得了断层面上剪应力和正应力随工作面与断层距离的变化规律,通过引入莫尔-库仑准则得出工作面与断层距离超过31 m才能防止断层快速滑移.以千秋矿21221工作面为原型进行相似材料模拟试验,并利用自主研发的基于粒子群优化算法和牛顿-拉斐逊迭代的数字图像相关方法计算了开采过程中断层附近的位移场以研究断层滑移规律.通过分析得出工作面与断层距离超过35 m才能防止断层快速滑移,这与上述理论分析较为一致.     

双参数地基中隧道下穿既有管线的显式解析解分析

针对隧道下穿诱发既有管线响应问题，基于Pasternak地基模型推导管线变形控制微分方程，并采用朗斯基行列式和常数变易法给出全定义域内管线挠度、转角、弯矩和剪力的显式解析解。结合工程实例，将该方法所得管线挠度与实测数据及已有文献结果进行对比，对显式解析解的可行性和优异性进行验证。此外，分析了沉降槽宽度参数和剪切层刚度系数对管线响应的影响。结果表明：所提方法给出的管线挠度与实测数据吻合较好；随沉降槽宽度参数增大，管线响应范围扩大，管线挠度增加，管线最大转角先增大后减小，管线最大弯矩值和最大剪力值减小；随剪切层刚度系数增大，管线响应范围受到影响较小，管线挠度在隧道中轴线附近范围增加，管线转角在峰值附近范围增大，管线弯矩最大值和剪力最大值减小。