凹形圆弧断裂构造的简化力学模型及其解析分析

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1、第23卷第23期岩石力学与工程学报23(23)：3984～39892004年12月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringDec.，2004*凹形圆弧断裂构造的简化力学模型及其解析分析1，21南存全冯夏庭12(东北大学资源与土木工程学院沈阳110004)(辽宁工程技术大学资源与环境工程学院阜新123000)摘要从分析潘一矿的煤与瓦斯突出分布规律及其附近控制性断裂构造特点出发，建立了求解竖向凹形圆弧断裂周围构造应力的简化的二维力学模型。导出了断层上盘中水平应力和垂直附加构造应力的解析解，由此推得在断层的上盘中存

2、在一个范围较大的垂直应力升高区，升高后的垂直应力为自重应力的2～3倍，且垂直应力升高区的峰值距断层很近，这与数值模拟的结果完全一致。这一结论较好地解释了发生在断层上盘和发生在地壳浅层的煤与瓦斯突出现象，将有助于进一步深入研究煤与瓦斯突出机理和提出新的预测方法。关键词岩石力学，构造应力，解析解，煤与瓦斯突出分类号TD311，TD713文献标识码A文章编号1000-6915(2004)23-3984-06SIMPLIFIEDTECTONICSTRESSMODELANDANALYTICALSOLUTIONFORCONCAVE-CIRCULAR-ARCFAULT

3、1，21NanCunquan，FengXiating1(SchoolofResourcesandCivilEngineering，NortheasternUniversity，Shenyang110004China)2(CollegeofResourcesandEnvironmentEngineering，LiaoningTechnicalUniversity，Fuxin123000China)AbstractInthelightofthedistributionruleofcoalandgasoutburstandthetectoniccharacte

4、risticsofneighboringdominantfaultsinPanyimine，asimplifiedtwo-dimensionalmechanicsmodelissetuptoobtainthetectonicstressesaroundtheconcave-circular-arcfault.Then，theanalyticalsolutionsofhorizontalandverticaltectonicstressesofthetopwalloffaultarederived.Theseanalyticalsolutionsshowt

5、hatthereisanareawheretheverticalstressisincreasedto2～3timesmorethantherockweightinducedstress，whichisidenticalwiththenumericalsimulationresult.Thestudyresultcanbeappliedtoexplainwhythecoalandgasoutburstoccursinthetopwalloffaultandshallowlithosphere.Keywordsrockmechanics，tectonics

6、tress，analyticalsolution，coalandgasoutburst[2]出。中国自1950年以来已有200个煤矿发生约1引言[3]14000多次的煤与瓦斯突出，给煤矿生产带来巨大损失。经过几十年的研究和实践，在突出机理方煤与瓦斯突出是发生在煤矿采掘生产工作面的面已经取得了一些共识，提出了众多的预测方法，一种强烈的地质灾害。自从1843年法国Loire煤田其中钻销量法、瓦斯放散初速度法、D及K综合指[1]Issac煤矿发生首次煤与瓦斯突出以来，全世界已标法在生产中得到普遍应用，收到了一定成效，扭有约160个国家共发生约30000次的煤与

7、瓦斯突转了突出矿井的盲目被动局面。但鉴于突出机理的2004年2月27日收到初稿，2004年6月16日收到修改稿。*国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412708)和国家“十五”攻关项目(2001BA803B0404)资助课题。作者南存全简介：男，1962年生，1986年毕业于山西矿业学院采矿工程系采煤工程专业，现为东北大学博士研究生、辽宁工程技术大学副教授，主要从事地应力和煤与瓦斯突出方面的研究和教学工作。E-mail：nancq@163.com。第23卷第23期南存全等.凹形圆孤断裂构造的简化力学模型及其解析分析•3985•复杂性，目

8、前的预测方法准确率还不高，煤与瓦斯断层附近的煤层比其他位置遭受更严重的地质破突出