下盘开采对断层及上盘煤层影响数值模拟.pdf

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1、江西煤炭科技2015年第1期JIAN(；X1COAISCIENCE8．FECHN【)I()(；YN()．12O15下盘开采对断层及上盘煤层影响数值模拟张宝忠(汾两矿业集团正邦煤业公司，山两孝义032302)摘要：以某矿l301工作面从F。大断层的下盘穿过断层为研究对象，建立FIAC数值模型，研究r垂直应力、塑性区大小、垂直位移分布等关键参数，为确定煤柱大小提供依据。关键词：大断层；下盘；数值模拟中图分类号：TD325文献标识码：B文章编号：1006—2572(2015)01—0090—03NumericalSimulationofFootwallMin

2、ingEffectsOilFaultandTopwallSeamZhangBaozhong(ZhengbangCoalIndustryCo．，FenXiMiningIndustryGroupCo．，Xiaoyi，Shanxi032302)Abstract：Byresearchingon1301facecrossingthroughfaultfromthelargeFⅢfaultfootwall，thet)apersetupFIACnumericalmodelandresearchedthekeyparametersofvertiealstress，pl

3、asticzonesizeandverticaldis—placementdistribution，etc．，whichprovidedbasisforthedeterminationofcoalpillarsize．Keywords：largefault；footwall；numericalsimulationl区域地质概况断层位于井田的中部偏北，是区内大的逆断层，将北半部错断为．t：下两盘，最大重叠距离达400m，走I旬近东西，倾某煤矿七采区位于井田北部，采南北部以二、i维向近北，倾角45。，区内延展长度2．4km，落差6O～265m，物探所控制的

4、断层为界，南部为F。逆断层，北部为F断属较可靠～可靠断层。层，采区东西部均以3煤层第四系露头保护煤柱为界。F。断层的东南部为jE在开采的九采区，西南部的首采区已经2数值模型的建立【玎】采完毕，研究区域作面位置见图l。根据下盘_T作面及F断层上盘区域地质条件，运用FLAC模拟软件，建立数值模型埘下盘采动影响下断层及上盘区域工作面开采的嗣岩应力、位移分布规律进行模拟。模型尺寸为：850m×300nl×500m(长×宽×高)，共有268000个单元体。断层采用实体元模拟实现，F断层宽度为5n1．DF．断层宽度为2m。模型4个侧面为水平位移约束，底面为竖向位移

5、约束，顶面为载荷边界，载衙大小为模型上边界以上的上覆岩层自荸。数值模拟模型图2。图1工作面位置示薏七采区地质构造极为复杂。地层产状变化较大。整个采为一向斜构造，采中部为南北走向的向斜构造。采区煤层四周高、中间低，煤层倾角平均12。。根据三维勘探报告资料，区内断层极为发育，但无岩浆侵入、岩溶陷落柱及古河流冲刷等特殊地质现象。13Olll：作面区域位于F逆断层上盘，并在区域北部有DF断层，根据_二维地质勘探资料和实际掘进揭露，F。。图2数值模型·9O·本次模拟采用莫尔一库仑准则，结合实际地质情况将于矿山实际，如表l所示。地层近似简化为15层，模型巾锌岩层物

6、理力学参数来源表l岩层物理力学参数类型岩性层厚／m体积模量／GPa剪切模量／GPa摩擦角／。内聚力，／MPa抗拉强度／MPa细砂岩粉砂岩47．O沙质泥岩10．4顶板泥岩3．7中细砂岩12．2老顶粉砂岩3．8直接顶泥岩Z．3煤层煤层6．3直接底泥岩0．9老底粉砂岩4．73细砂4岩32331O．ZO12332244130385388835463OO底板泥岩27．O粉砂岩11．0兰灰层5．2粉砂岩断层破碎岩石色LLLL&LL文40495494945657O1数值模拟步骤如下：①模型加载计算初始应力场；②3．2下盘工作面采动后覆岩破坏情况位移归零(所有单元和节

7、点的位移重置为零)；③下盘工作利用数值模型对下盘1304工作面开采进行模拟汁面回采；④上盘工作而巷道掘进；⑤断层上盘：】二作而煤层算，图5为工作面开采后覆岩垂麻力分布云，冈6为开采。塑性区分布图，图7为垂直位移分布云图，图8为顶板下33333333333333312322222O22222225沉曲线。3模拟结果分析3．1模型初始平衡嚣蘸．1：一数值模型初始平衡时垂直应力及垂直位移分布见图3、图4。&文&Lu弓文255405188355555l2221321O12322228258O2898225692叫图3垂直应力分布云图图6塑性区分布云图从图5可以

8、看出，工作而采李后上覆岩层垂直应力降低，应力值自下往上逐渐升高。但在断层附近上盘力略小于下盘应