作者

赵毅鑫1,2，王浩2，卢志国2，曹宝2

作者单位

1.中国矿业大学(北京) 共伴生能源精准开采北京市重点实验室；2.中国矿业大学(北京) 资源与安全工程学院

摘 要

　　为研究煤矿开采扰动下断层面库仑应力演化特征及诱发矿震时空分布规律，基于赵楼矿1303综放工作面生产地质条件，理论分析了断层面库仑应力影响因素。

　　采用数值模拟及岩石力学试验方法，探讨了逆断层下盘工作面向断层开采过程中，断层面不同位置库仑应力变化规律，并分析了现场矿震监测数据时间统计特征及震源空间分布规律。

　　结果表明:

　　开采扰动因素σx，σy，τxy(等于τyx)，断层倾角θ及断层面摩擦因数μ综合决定了断层面库仑应力f。

　　当开采扰动及断层摩擦因数确定时，取df/dθ=0可确定断层活化失稳最危险角。

　　断层构造破坏了采动应力扰动圈的对称性及位移扰动圈的连续性。

　　岩石力学试验及数值模拟结果均表明沿断层面岩层高位点先于低位点受到采动影响，且过断层前随断层与工作面距离减少，断层面活化失稳危险先升高后降低。

　　工作面过断层前后，矿震日震动频次由20次/d上升至35次/d，而日震动平均能量由22 kJ下降至4 kJ，表明工作面过断层前高能量矿震较多，对围岩扰动剧烈，过断层后扰动较平缓；同时工作面过断层前后，断层面上矿震震源集中区由高层位岩层向低层位岩层转移。

论文结构

开采扰动下断层面库仑应力及

诱发矿震时空演化特征

1工作面概况

2 断层面库仑应力分析

3 数值模拟分析

4 岩石力学试验

5 采动诱发矿震时空演化分析

6 结论

主要图例

1303工作面开拓

数值模拟模型

组合结构试件及测点布置

工作面回采至不同区域矿震活动

小知识

　　断层是普遍存在于煤岩地层中的地质构造，断层构造周边常存在异常残余应力，易引发煤岩体的破坏及断层自身活化失稳，进而引发冲击地压、煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害。

　　如俄罗斯Murmansk矿区在1950年以前被普遍认为是无矿震扰动矿区，然而在此之后由于高强度的煤矿开采活动，该区域发生了大量矿震事件。

　　加拿大西部多发性地震被认为是石油开采中高压水致裂引起断层错动活化引起的，在一次高压水力致裂后，监测到震级为3.9级(MW)的震动。

　　我国河南省耿村煤矿在临近F16断层开采时，大范围开采扰动引起F16断层下盘岩体扭转变形，增加了邻近工作面冲击危险性。

　　断层错动滑移过程复杂，难以用简单的理论加以描述。

End