华北地区实测应力特征与断层稳定性分析

以中国大陆地壳应力环境基础数据库为基础,选取华北地区水压致裂法与应力解除法的实测地应力数据共计1 017条,得到华北地区及研究子区宏观应力场特征：（1）华北地壳浅层最大水平应力 、最小水平应力 随深度D呈线性增加;（2）在0~4 000 m测量深度范围内,华北各研究子区中间深度 值总体表现出“东高西低”的特征;（3）华北地区侧压系数Kav=225/D+0.61,浅部离散,随着深度增加而集中,并趋向0.61,D=577 m时Kav=1,是水平作用为主导向垂直作用为主导转换的“临界深度”;（4）华北各研究子区 的优势方向统计显示,华北东部研究区 优势方向基本上为近EW、NEE、NE向。鄂尔多斯块体及环鄂尔多斯的研究区 优势方向呈现出NE向或NEE向。华北平原的研究区 优势方向主要为NE、NEE向,部分研究区呈现出NW向。分析华北区域断层稳定性发现,500 m深度以下实测差应力值不超过理论临界值,区域内断层基本上处于相对稳定的状态;0~500 m深度之间部分差应力值已达到或接近走滑临界状态,在方位合适的断裂或节理面上发生走滑断层型活动的可能性较大。     

采动诱发断层活化导水试验研究

华北地区深部开采矿井,高地应力作用下煤层采动诱发断层活化引起的承压水突涌是矿井水害的主要形式之一,借助相似材料模拟试验台,通过自主设计的试验装置和试验方法,以五沟煤矿F13断层为工程背景,研究承压水上煤层开采的覆岩运动破坏形态、底板裂隙发育扩展特征、断层带应力和结构演化规律,再现断层活化导水全过程。以工作面距断层带的距离为时间参照,采动诱发断层活化导水存在4个明显阶段:断层带应力超限屈服、断层带拉裂延展、两盘错动滑移、承压水导升。以承压水沿断层带的导升高度为基准,寻找承压水导升高度的相关性因素:工作面距断层带的距离与导升高度近似呈负线性关系;水压力、断层带宽度与导升高度具有正相关性,试验过程中水压力与导升高度的相关性呈现强-弱-强的变化趋势;根据试验结果和规律设计断层防水煤柱宽度为40 m,现场观察未出现明显突漏水现象、效果良好。研究成果对于揭示断层活化突水机制、指导矿井防治水具有一定的意义。     

采动影响下逆断层活化规律的数值模拟

煤矿开采过程中断层活化时有发生,是矿井灾害防治研究的热点问题。为了揭示不同断层倾角条件下煤层开采对断层活化的影响,以淮南新集二矿地质采矿条件为例,采用FLAC^3D进行数值模拟,系统研究逆断层下煤层开采过程中断层的动态活化规律,阐明了断层活化位置与工作面推进距离、断层倾角之间的关系。研究表明,断层活化可分为累积期、形成期、破坏期3个发育阶段;当工作面回采至工作面推进距离的一半时,断层开始活化,至开采结束,断层滑移量最大;倾角越小的断层面越早开始活化,倾角越大的断层面滑移量越大。研究成果为断层发育区煤炭资源安全开采提供了理论依据和技术参考。     

采动影响下井筒壁后岩体空间附加应力变化规律

本文较为详细地介绍了某矿井筒应力观测情况。得出了井筒壁后岩体空间附加应力随工作面推进的变化规律。观测结果表明 :井筒上部壁后岩体在铅垂方向上受张应力影响 ,而井筒底部壁后岩体应力的大小和性质与工作面的布置方式、开采顺序以及井筒与工作面的相对位置有关。     

煤层采动条件下断层活化研究的现状分析及展望

采动条件下断层活化易于诱发冲击地压、底板突水等动力地质灾害,如何对采场断层活化引起的一系列动力地质灾害开展超前防治预警,一直是煤矿安全开采面临的科学技术难题.从数值模拟、相似物理模拟及现场测试三个方面,概述国内外采场断层活化方面的研究现状;围绕断层活化的监测预警方法,包括微震监测技术、声发射技术、视电阻率监测技术、光纤...     

多种采动影响区杆塔地基稳定性数值分析

煤炭开采中多种采动影响区包括老采空区、现采空区和未来采空区(规划区)等几种类型。本文对晋东南至南阳段1000kV特高压输电线路途经山西煤田采空区和规划区,评价规划区煤层开采对已建输电杆塔地基稳定性的影响,根据现场收集的资料,利用FLAC3D 数值方法对特高压线路N177输电杆塔下部3号煤层进行开采模拟,并在3号煤层已经开采条件下,进行9号煤层复采的数值模拟。结果表明, 9号煤层复采将对输电杆塔地基稳定性造成影响,地表最大沉降为1.15m,输电杆塔基础沿线最大倾斜为5.7,开采过程中如杆塔基础不采取抗变形措施,杆塔基础倾斜将会危及到特高压输电线路的稳定。     

矿井断层构造采动活化因素关联度分析

为研究断层活化因素的关联度,采用FLAC3D软件、DPS软件、SPSS20软件,通过数值模拟、灰色关联度分析以及单因素分析相结合的方式,列举了8种影响因素,分析了其对断层活化的影响程度,结果表明:所有因素关联度排序为采宽>采高>断层倾角>断层带宽度>采深>断层落差>回采步距>回采速度,且前四者对断层活化的影响程度远大于后四者。其中断层倾角、断层带宽度对断层活化的影响程度最大,确定为主控因素。分析了两者对断层活化的具体影响,发现倾角越大断层越易活化,断层带宽度越大断层越易活化。     

硬岩开挖诱发扰动应力旋转规律及其对岩体破裂的影响

针对深部地下工程扰动应力场变化诱发围岩损伤破裂的问题,在详细分析锦屏地下实验室Ⅱ期工程扰动应力场测试数据的基础上,解译了不同施工过程下扰动应力场的变化规律,分析了主应力方向的变化模式,通过对照分析岩体原位钻孔成像,揭示了主应力方向变化对围岩破裂的影响。研究结果表明：中导洞开挖阶段是扰动应力场变化最活跃的阶段,开挖掌子面向监测断面推进的过程中主应力方向的变化模式以应力回旋为主,开挖掌子面远离监测断面推进的过程中主应力方向的变化模式以应力旋转为主,主应力方向出现最大变化幅度的位置在距离边墙4.5 m测点处;边墙扩挖阶段,主应力方向的变化模式以应力旋转为主,主应力方向出现最大变化幅度的位置在距离边墙2.5 m测点处;扰动应力方向变化直接影响岩体裂隙发育的形态和走向,大角度旋转的应力容易诱发张拉裂隙以及拉-剪混合型裂隙,小角度旋转时更倾向于诱发破裂面偏转角度与应力旋转角度相当的、具有凹凸形态的剪切裂隙,大角度回旋的应力多形成相互交叉的“X”型剪切裂隙。基于实测扰动应力的研究结果可为深埋高应力硬岩开挖的扰动应力场变化规律及其对岩体破裂发展的影响研究提供参考。     

断层构造对煤层底板突水的影响分析

在原岩应力、地质构造、地下水等因素基础上,从应力场和渗流场共同作用的角度出发,研究含底板岩体在内的采场岩体系统的变形与破坏。研究结果表明,随着工作面向前推进,底板岩层的破坏深度和范围逐渐增加,底板岩层中水平应力低于承压水压力的深度也逐步增大。随着开挖接近断层,断层对应力分布情况的影响越来越明显,最终在断层处造成突水。为了预防底板突水的发生,合理留设防水煤岩柱是必要的工程措施。     

断层面摩擦强度对工作面开采影响数值模拟分析

断层面摩擦强度是评价煤炭开采中应力扰动诱发断层滑动危险性的依据。依托晋城矿区成庄井田,采用理论分析和数值模拟计算方法,分析了断层面摩擦强度对深部地应力的约束机制,研究了成庄井田F13断层及其在不同摩擦强度条件下对回采工作面顶板稳定性、超前支承压力分布和断层滑动的影响规律。研究结果表明：地壳深部最大与最小主应力比值受断层面摩擦强度的限制,当其达到临界方向断层的摩擦强度极限时,断层就会发生滑动;断层破碎带的存在导致初始应力场扰动,形成断层带低应力区及高应力集中区,在回采过程中将直接影响煤层顶板移动变形和采动应力分布;断层面摩擦强度较小时,工作面开采至断层附近顶板下沉量及断层上下盘错动位移较大,支承压力峰值由大变小明显,断层面上剪应力与正应力的比值易达到断层面的摩擦系数,断层滑动的危险性较大。     

海底矿体开挖下的断裂带突水效应研究

矿井水害是因井巷和采掘工作面与含水层、地表水体或含水的裂隙带、溶洞、构造破碎带等接近或沟通而突然发生的出水事故,由于其突发性和出水量巨大的特点,常常影响矿山生产甚至造成淹井等严重后果。断裂带作为岩体内的低强度带,受矿体开挖影响常常产生断层活化现象,而有可能成为矿坑突水的通道。本文根据三山岛金矿新立矿区海底采矿的地质条件,结合实际工况,采取数值模拟方法,对矿床开采引起断裂带活化的状况以及上覆海底粘土隔水层的沉陷变形进行了分析。模拟结果表明:断裂带与上盘围岩接触带是受到开采扰动强烈的地带,断裂带和上覆海底粘土隔水层的阻水效应随着采场的逐渐上移而弱化,当开采至-135m水平时,海底矿山的生产安全将受到海水溃入的威胁。     

考虑主应力轴旋转的基坑开挖应力路径研究

首先对应力路径的概念进行丰富和扩展,提出考虑主应力轴旋转的三维应力路径,然后采用数值方法,对基坑开挖过程中的应力路径进行了深入分析,研究了基坑内外各种应力路径及其规律,结果表明：开挖过程中无论横向还是竖向,应力路径都表现出卸荷特性,且坑内卸荷量大于坑外卸荷量,使得坑内应力变化及主应力轴旋转较坑外大;随着离基坑中心距离的增大,坑内应力变化减小,主应力轴旋转趋缓;开挖过程对坑外应力变化及主应力轴旋转的影响随离围护墙距离的增大而减小。坑内应力路径总体表现为平均压应力p减小,广义剪应力q减小,主应力轴偏转角? 增大;坑外应力路径总体表现为p减小,q增大,? 增大。最后归纳出基坑开挖过程中坑内与坑外的典型应力路径,以指导基坑工程实践设计分析和室内试验模拟。     

交通荷载引起的主应力轴旋转室内试验模拟探讨

为了通过室内试验研究交通荷载引起的主应力轴旋转对土体循环特性的影响,以单个移动荷载和列车荷载为例,分析了主应力轴旋转特点。以此为基础,结合空心圆柱仪的加载特点,给出了室内模拟主应力轴旋转的加载方法。竖向动应力可以用具有静偏应力的正弦荷载模拟,动剪应力可以用正弦荷载模拟,两者的相位差为 。为了模拟交通荷载引起的主应力差变化的特点,两种动应力的幅值应该是不同的。当试验中施加无应力反向的竖向动应力时,大主应力夹角在 ～ 和 ～ 之间变化。     

蒙山断裂地应力特征及其稳定性分析

蒙山断裂带是沂沭断裂（郯庐断裂带山东段）西侧的一条北西向断裂,控制着长清-临沂中强地震带,该蒙山断裂带的地应力状态对研究山东中部地震活动的危险性有重要的意义。在蒙山断裂附近开展了2个深孔的水压致裂地应力测量,得到最大水平主应力SH为7.0～17.0 MPa,最小水平主应力Sh为5.0～11.0 MPa。测量结果显示,300 m以上的三向主应力的相对大小表现为SH＞Sv≥Sh（Sv为垂直主应力）;400～450 m范围内,三向主应力相对大小表现为SH＞Sv＞Sh;最大水平主应力的方向为NE-NEE,与利用其他资料得到的结果一致;实测资料得到侧压力系数K的平均值,ZK134孔KHmax=1.54（KHmax为最大水平侧压系数）,ZK8孔KHmax=1.38。根据Byerlee定律判定蒙山断裂处于相对稳定的地应力状态,2个孔的? m(最大剪应力与平均主应之比)在2010－2011年间几乎没有变化,亦表明该断层处在一个稳定的状态。     

掘进巷道前方隐伏断层超前定量预报

介绍了一种利用断层影响带参数对掘进巷道前方隐伏断层的产状、性质、断层位置、断距进行超前预测的方法。若配合利用瑞利波探测法探测断裂面,可以对小断层的产状、性质、位置、断距进行准确预报。     

滕北煤田武所屯井田武所屯断层新认识

根据武所屯煤矿煤16井下钻探和物探等资料,通过分析、对比地层岩性和厚度,对武所屯断层存在与否及其性质进行了探讨。结果表明：在武所屯下组煤16101工作面以西至井田边界,所探查范围内未见武所屯逆断层。对此存在三种解释：该断层垂向上自三灰向下逐步尖灭,未切割至煤16;原断层的走向不正确或前人认识有误;武所屯逆断层不存在。通过进一步查阅以往资料,并经过物探对比和剖面分析等手段,综合分析认为,在赵坡井田与武所屯井田之间的武所屯逆断层不存在,原地质资料认识有误。该研究结果对矿井增储、延长服务年限有重要意义。     

基于断层擦痕侧伏角公式的构造应力张量反演

利用Aleksandrowski推导的断层擦痕侧伏角公式,提出了一种改进的构造应力张量反演法。根据不同应力比值下构造应力与断层擦痕侧伏角的关系,利用最小二乘法,详细推导了构造应力张量的反演方法,最后利用Matlab软件编制程序实现了该计算过程。在此基础上,现场调查了江西武山铜矿北矿带的断层滑动数据,利用上述改进方法反演了该地区的构造应力张量方向特征。将上述反演结果与由震源机制解获得的最新构造应力场结果进行对比分析,并结合研究区断层的展布特征及所在的地质构造背景,获得了该地区自晚侏罗世以来的构造应力场特征,表明该地区构造应力场具有一定的稳定性。改进后的构造应力张量求解过程及工程应用表明,将Aleksandrowski的图示法和Etchecopar等的反演法结合起来反演构造应力张量,是对已有方法的改进,具有更加简单、实现容易等特点,计算结果比较符合实际。     

断裂(带)对采空塌陷及地裂缝地质灾害的影响——以山东新泰市河山子村为例

新泰市河山子村东部较大范围集中发生地面裂缝和房屋裂缝,裂缝点沿莲花山断层呈线状分布,所在地段远离采空区,基岩裸露,经调查分析,排除了岩溶塌陷、区域构造活动引发的可能,结合有关研究认为,断层带的存在使采空塌陷及地裂缝的影响范围扩大,就本区而言,较传统理论预测范围扩大了243m,相当于采空地面变形影响角减小为48°.