能源是我們工作和生活中離不開(kāi)的，也是社會(huì)發(fā)展必須的一種東西，但是很多能源并不是可再生的，地球上現(xiàn)有的一些能源，用完了也就沒(méi)有了。國(guó)家現(xiàn)在也在倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境共發(fā)展，共生存。本文是一篇省級(jí)能源類期刊投稿的論文范文，文章題目為急傾斜煤層深部開(kāi)采對(duì)淺部斷層活化影響的數(shù)值模擬研究。
　　摘要：淮南礦區(qū)某礦采區(qū)屬倒轉(zhuǎn)地層，灰?guī)r含水層位于煤層頂板，斷層的活化極易導(dǎo)通上部含水層，引發(fā)突水事故。面對(duì)急傾斜煤層開(kāi)采深度不斷增加的現(xiàn)狀，采用FLAC3D數(shù)值模擬的方法，對(duì)急傾斜煤層深部開(kāi)采對(duì)頂板淺部斷層活化影響的規(guī)律進(jìn)行了研究，總結(jié)了急傾斜煤層開(kāi)采深度與斷層活化之間的時(shí)空關(guān)系，驗(yàn)證了通過(guò)控制采高和隔離煤柱大小，可以有效降低急傾斜煤層開(kāi)采對(duì)斷層的擾動(dòng)作用，對(duì)急傾斜煤層后期深部開(kāi)采斷層突水預(yù)測(cè)與防治具有重要的理論指導(dǎo)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞：能源類期刊投稿,急傾斜煤層,深部開(kāi)采,數(shù)值模擬,斷層活化

　　Abstract： A certain ore mining area of Huainan mining area belongs to inversion formation， limestone aquifer located seam roof， the activation of fault easily conduct the upper aquifer， leading to water inrush disaster. Facing the continuously increased mining depth status of steep seam， using FLAC3D numerical simulation method， In steep seam mining deep effect on the fault activation of roof is studied， Summarizes the temporal relationship between the depth of steep seam and fault activation， verified by controlling the mining height and isolated coal pillar size， can effectively reduce the disturbance of steep seam faults， It has important theoretical guidance significance and engineering application value to the later stage of steep seam deep mining fault water inrush prediction and prevention.

　　Keywords： steep seam; deep mining; numerical; fault activation

　　中圖分類號(hào)：TD745

　　我國(guó)煤田水文地質(zhì)條件復(fù)雜，在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，礦井突水事故頻發(fā)。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，其中80%的煤礦突水事故是由斷層導(dǎo)水引發(fā)的[1]。斷層活化是指斷層在原始不導(dǎo)水的狀態(tài)下，受地下工程的擾動(dòng)作用，導(dǎo)水系數(shù)增大而成為導(dǎo)水通道。斷裂構(gòu)造作為一種重要的突水通道，研究分析斷層在采動(dòng)影響下的活化反應(yīng)，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)具有重要意義。對(duì)于斷層活化的研究，學(xué)者們普遍認(rèn)為，當(dāng)斷層面的切應(yīng)力τ大于斷層面的抗剪強(qiáng)度τn時(shí)，即τ≥τn時(shí)，斷層就會(huì)沿?cái)鄬用姘l(fā)生破裂，上下盤(pán)相對(duì)移動(dòng)形成導(dǎo)水通道[2]。姜耀東等[3]把斷層接觸面以庫(kù)倫剪切模型代替，研究了采動(dòng)過(guò)程中斷層接觸面上應(yīng)力時(shí)空演化規(guī)律和斷層兩盤(pán)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律;卜萬(wàn)奎等[4]從斷層傾角變化的角度研究了斷層活化的規(guī)律。

　　雖然目前的研究已經(jīng)對(duì)斷層活化的機(jī)理和規(guī)律有了一定的認(rèn)識(shí)[5]，但是對(duì)于如何預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)斷層活化仍有很大的困難。急傾斜煤層的賦存特征和開(kāi)采方式?jīng)Q定了其在開(kāi)采過(guò)程中對(duì)斷層活化的影響與水平煤層具有較大差別[6]。急傾斜煤層進(jìn)行淺部開(kāi)采時(shí)，擾動(dòng)作用強(qiáng)度和影響范圍有限，不具備誘發(fā)附近斷層活化的能力;但是隨著開(kāi)采深度的增加，不平衡力積累到一定程度，就會(huì)導(dǎo)致淺部斷層活化，導(dǎo)通含水層，引發(fā)斷層突水事故。本文采用數(shù)值模擬軟件FLAC3D，以急傾斜煤層為研究對(duì)象，對(duì)煤層深部開(kāi)采誘發(fā)淺部斷層活化進(jìn)行了模擬和預(yù)測(cè)，并提出了預(yù)防和控制斷層活化的后期開(kāi)采方案。

　　1 FLAC3D計(jì)算原理簡(jiǎn)介

　　FLAC3D采用了拉格朗日連續(xù)介質(zhì)法(Fast Lagrangian Analysis of Continua)，同時(shí)還采用了混合離散法和動(dòng)態(tài)松弛法，可以模擬和記錄地質(zhì)體在達(dá)到屈服極限時(shí)發(fā)生的破壞和塑性流動(dòng)情況，分析漸進(jìn)式破壞和模塊失穩(wěn)，并且適合于模擬大變形;其根據(jù)已知應(yīng)變?cè)隽�，可以方便地求得�?yīng)力增量、不平衡力并跟蹤系統(tǒng)的演化過(guò)程;由于計(jì)算過(guò)程中不會(huì)形成剛度矩陣，所以運(yùn)算所需內(nèi)存很小。除此之外，F(xiàn)LAC3D還具有內(nèi)嵌的程序語(yǔ)言FISH，使用戶可以自行開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，增強(qiáng)了程序的靈活性，充分?jǐn)U展了軟件的自身功能。[7]

　　煤層在采動(dòng)過(guò)程中，破壞了周圍巖石的應(yīng)力平衡，在重力和地應(yīng)力的作用下，巖石向采空區(qū)移動(dòng)，在不發(fā)生破壞的情況之下，相鄰巖石的位移變化相差不大，而斷層帶作為軟弱接觸面，當(dāng)采動(dòng)造成的不平衡力達(dá)到臨界值時(shí)，斷層就會(huì)在巖石移動(dòng)過(guò)程中沿?cái)鄬用姘l(fā)生斷裂，使斷層上、下兩盤(pán)發(fā)生錯(cuò)動(dòng)和滑移，增大了斷層上、下兩盤(pán)的位移差，即斷層進(jìn)入活化狀態(tài)。本文基于FLAC3D強(qiáng)大的數(shù)值模擬和監(jiān)測(cè)記錄功能，監(jiān)測(cè)在急傾斜煤層開(kāi)采到不同深部時(shí)斷層上、下盤(pán)的相對(duì)位移量，研究預(yù)測(cè)在不同煤層開(kāi)采強(qiáng)度下的斷層活化情況。

　　2 計(jì)算模型建立

　　2.1 工程概況

　　淮南礦區(qū)某礦為二疊系急傾斜煤層，地面標(biāo)高+20m。受推覆構(gòu)造作用，煤田地層發(fā)生倒轉(zhuǎn)，總體呈傾伏倒轉(zhuǎn)褶曲形態(tài)，主要可采煤層地層傾角為50°～80°，煤層頂?shù)装鍘r石主要為砂巖、泥巖和砂質(zhì)泥巖，第四系厚度140m。倒轉(zhuǎn)翼灰?guī)r含水層成為煤層頂板，可采煤層均位于倒轉(zhuǎn)褶曲帶下翼，灰?guī)r不僅上覆于煤系地層上方，而且是礦井主要水害威脅含水層。該礦急傾斜煤層自上而下分水平進(jìn)行開(kāi)采，每一水平的段高為30米，水平之間留設(shè)5m的隔離煤柱，開(kāi)采方法為偽傾斜柔性掩護(hù)支架采煤法，沿偽傾斜布置采煤工作面，工作面?zhèn)蝺A斜角度為30°。受區(qū)域推覆構(gòu)造影響，研究區(qū)域小斷層較發(fā)育，其中有正斷層位于煤層頂板，切割倒轉(zhuǎn)翼太原組灰?guī)r含水層。距離煤層約220m。煤層目前已開(kāi)采至-480m水平，繼續(xù)進(jìn)行深部開(kāi)采可能會(huì)引發(fā)該斷層的活化，導(dǎo)通太原組灰?guī)r含水層，引發(fā)突水事故。本文選擇了該煤層底板至太原組灰?guī)r，埋深140m～740m的地層范圍，建立了包含斷層的三維地質(zhì)模型。
　　能源類期刊投稿推薦雜志《中國(guó)能源》由國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)主管，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)能源研究所主辦，創(chuàng)刊于1978年，系全國(guó)能源領(lǐng)域唯 一的國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的綜合性月刊。辦刊宗旨：宣傳我國(guó)能源領(lǐng)域各項(xiàng)方針、政策、法規(guī);關(guān)注能源熱點(diǎn)領(lǐng)域， 反映最新研究成果;探討能源企業(yè)改革及上市公司運(yùn)作經(jīng)驗(yàn);傳播節(jié)能新技術(shù)、新產(chǎn)品及能源市場(chǎng)信息。

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