井下地质构造受采动影响下的力学响应分析

范慧琪

(山西潞安集团 潞宁孟家窑煤业有限公司， 山西 忻州 036700)

0 引言

煤矿井下地质构造复杂，其中断层是矿产开采过程中常见的一种地质构造。断层破坏岩层的完整性和连续性，被视为影响矿产安全开采的重要因素之一[1-2]。在含有断层的井下条件中，采掘可能造成冲击地压、矿井突水、地表台阶式下沉等灾害[3]。文献[4]利用声发射监测与采场应力监测系统，研究了义马矿由于开采造成断层活化前后的采场顶底板矿压显现规律。文献[5]利用数值模拟，研究了断层倾角、煤柱留设宽度对断层滑移的影响。本文简述了断层力学模型，并利用离散元软件模拟了井下断层地质受工作面推采的影响。

1 断层力学模型

以断层走向所在面为剖面，取位于断层上盘且与断层下盘接触的微三角形单元为研究对象，建立如图1所示的力学模型。

对所选单元进行受力分析，有[6]：

(1)

图1 断层滑移力学模型

式中：Fx为单元沿x方向合力；Fy为单元沿y方向合力；ds为单元体与断层下盘的接触面积；φ为断层面岩体的内摩擦角，°；c为断层面内聚力，MPa，由于通常断层面岩体破碎，取c=0。

由于断层上下盘的限制，所选单元体只能沿断层面滑动，则有[7]：

(2)

从式(1)、式(2)看出，当Fx>0时，单元体有向上移动的趋势；当Fx<0时，单元体有向下移动的趋势。因ds非负，故断层滑移主要受断层倾角、断内摩擦角及内聚力影响。当断层物理力学参数已知时，则其所受竖直、水平应力影响。

2 断层构造数值模拟实例分析

2.1 断层面数值模型

以潞安某矿所处的断层构造为背景，建立离散元模型，模型使用摩尔库伦本构。模型的长×高=300 m×140 m，开采的煤层厚4 m，巷道位于煤层中。断层倾角60 °，落差5 m，断层带宽度4 m，建立的数值模拟模型见图2。模……