动压影响下断层构造应力场和能量场分布特征

王宏伟^1,2，王刚²，张越²，崔帅²，徐健²

1. 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室2. 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院

摘 要：复杂地质构造尤其逆断层滑移失稳是诱发煤矿冲击地压的主要因素。为了深入研究冲击地压灾害的产生与断层属性之间的内在联系,以义马煤田F₁₆逆冲断层为地质背景,结合千秋矿21221工作面概况,模拟了开采扰动对断层活化的影响规律,研究了断层落差、倾角和沿上下盘开采等因素对其滑移失稳的影响以及工作面开采过程中断层应力场和能量场的分布特征。研究结果表明:断层落差较小时,落差对断层的滑移影响可以忽略不计。但随着断层落差的增加,法向应力逐渐增大,切向应力先增大后减小,大落差断层比小落差断层更易发生滑移失稳;断层倾角的增加导致断层滑移量增大,法向应力先增大后减小,切向应力先减小后增大,断层倾角与断层滑移失稳呈正相关;工作面沿下盘开采更易诱发断层产生滑移甚至冲击地压。数值模拟结果显示,工作面过断层前,支承压力逐渐增加,过断层时保持平稳,过断层后先逐渐减小后逐渐增大;工作面前方能量场的应力集中区能量积聚现象明显,并与顶板能量积聚区始终贯通。由于卸压,采空区内能量降低较为明显,工作面上方的顶板应力得到释放,释放瞬间断层压力急剧增大,断层活化的可能性最大。

关键词：冲击地压;逆断层;断层落差;断层倾角;下盘开采;