大埋深复杂断层切割覆岩运动规律的研究

大埋深复杂断层切割覆岩运动规律的研究

周长峰

大屯煤电集团公司 某矿 江苏省 沛县 221600

摘  要：大屯矿区某矿7431工作面系其某采区的首采工作面。7431工作面走向长度约1416.9～1407.0，倾斜长度约181.1m，煤厚2.90-7.50m，平均煤厚为4.65m；煤层倾角为12.0°-26.5°，平均22.6°；工作面标高-754.4~-864.1m，地面标高平均+30.4～+33.7m。工作面溜子道共发育15条断层，材料道共发育11条断层，切眼共发育5条断层。其中对工作面影响较大的是工作面中东部材料道发育的f26/73H=10.7m正断层，f25/73H=4.5m正断层，溜子道发育的f13/73H=6.1m正断层，f14/73H=2.2m正断层，对盘上升，f15/73H=2.2m正断层，对盘下降，上述5条断层，皆分别由材料道及溜子道发育至切眼，对工作面影响较大。另有溜子道中东部发育的f17/73H=2.8m正断层，对盘上升和f20/73H=3.8m正断层，对盘下降，将从溜子道向工作面内倾向方向发育，和中东部两道发育的断层相交，增加了工作面覆岩运动的复杂性。

关键词：首采工作面；断层；覆岩运动；

中图分类号：                文献标志码：                 文章编号：

1

1 课题提出

1.1 突出问题

在2021年11月08日至2021年12月25日期间7431工作面共发生270次矿震，103能量以下共253次，103～104能量共发生3次，矿震分布如图1-1所示。由图可以看出7431工作面矿震分布主要受到自身开采顶板活动影响，较为均匀的分布在推进位置前方80m及后方50m范围内。7431工作面在矿震频次上主要以小于101J的能量为主，矿震能量上以102～103的矿震事件为主。

图1-1  7431工作面回采初期矿震平面分布示意图

2 7431工作面回采初期顶板覆岩运动分析

2.1 断层构造影响

7431工作面回采初期区域断层构造分布较为密集，由于断层的存在，随着开采活动的临近，顶板往往沿断层面整体垮落，如图2-1所示；同时，顶板的变形、以及破断前后引起的静载应力场变化造成断层局部的应力调整，并产生失稳，7431工作面因煤层倾角（∠22.6°）较大，在自重应力影响下断层影响区域上覆岩层有下降的趋势，在断层切割面附近与其它上覆岩层产生挤压现象，当受到开采活动引起的支承压力影响（工作面靠近断层时）、或顶板破断（工作面处于、远离断层）时，断层面附近岩层在挤压状态下发产生错动，从而诱发较大能量矿震事件，断层附近开采时的顶板赋存形态。工作面近期回采受f∠46°H=3.2m正断层以及f∠40°H=3.2m正断层的影响，使顶板完整性一定程度上遭到破坏，结合回采初期较大能量矿震定位示意图可知，较大能量矿震多发生在断层影响区域，所以可以推断出断层构造的影响也是诱发近期较大能量矿震的主要因素之一。

图2-1  回采初期断层发育示意图

2.2 厚硬砂岩顶板影响

7431工作面煤层倾角约为22.6°，煤层上方3.6m附近存在一层厚为11.7m的中砂岩，由近期较大能量矿震定位示意图可知，较大能量矿震均发生在煤层上方顶板处。研究表明，顶板活动，特别是煤层上方坚硬厚层顶板是诱发矿震主要影响因素之一，其主要原因是坚硬厚层顶板容易聚积大量的弹性能。在坚硬顶板破碎或滑移过程中，大量的弹性能突然释放，形成强烈震动，导致冲击地压危害的发生。同时，大倾角煤层采场范围内支承应力分布具有明显的区划特征，倾斜中部支承应力峰值最大，下部次之，上部最小，如图2-2所示。顶煤在支承应力作用下的损伤程度与其表现出一致的区划特征，开采过程中顶煤由远离工作面至煤壁附近的渐进破坏，从能量转化的角度去看实质上就是在支承压力作用下煤体内裂隙、空隙压缩闭合积聚弹性能，进入卸压区后，顶煤积聚的弹性能释放转化为内部裂隙断裂扩展能量的动力过程。在煤体的赋存条件、物理属性一定的条件下，支承压力越大，顶煤的弹性能积聚越充分，最终释放转化的断裂扩展能越多，顶煤的损伤程度也相应增大，造成区域范围内的顶板活跃性加强。

因此，可以判断出厚硬顶板破断是诱发近期较大能量矿震的主要因素之一。

图2-2  工作面倾向方向不同位置支承应力演化特征

3 结论

1、7431工作面回采初期区域断层构造分布较为密集，由于断层的存在，随着开采活动的进一步临近，顶板往往沿断层面整体垮落。

2、顶板的变形、以及破断前后引起的静载应力场变化造成断层局部的应力调整，并产生失稳。

3、在煤体的赋存条件、物理属性一定的条件下，支承压力越大，顶煤的弹性能积聚越充分，最终释放转化的断裂扩展能越多，顶煤的损伤程度也相应增大，造成区域范围内的顶板活跃性加强。

参考文献:

《采矿地球物理学--矿山震动》

《煤矿冲击地压防治》

《煤矿冲击地压实用监测技术》

作者简介：

周长峰，男，具备工程师职称，现就任于大屯煤电集团有限公司某矿，掘进一队书记。周长峰从事多年的煤矿技术与生产管理工作，具有过硬的技术水平及丰富的生产管理经验。

作者联系方式：江苏省徐州市沛县大屯煤电公司。

1