承压水上工作面采动诱发断层活化及煤柱留设研究 论文

在现代矿山开采中，承压水和断层活化是影响矿井安全的两个重要问题。承压水指的是那些在一定压力下处于饱和状态的地下水，它存在于某些含水层内，并且一旦矿井开挖时遇到这些承压水层，极有可能导致突水事件的发生，造成严重的人员伤亡和财产损失。断层活化则是指在采动等外力作用下，原本稳定的断层重新活动，导致地质结构的不稳定性增加，进而可能诱发矿井突水、冒顶等灾害。因此，如何防范和控制这些灾害，特别是断层活化引发的矿井突水事件，成为了矿业工程领域的重要课题。在实际矿井开采中，为了降低断层活化和承压水引发的安全风险，通常需要在工作面附近留设煤柱，其目的是为了隔离采空区和承压水体，形成一个相对安全的隔离带。留设煤柱的宽度设置是一个关键技术参数，需要通过科学的方法确定，既保证矿井安全，又能最大限度地提高资源采出率。所提到的“承压水上工作面采动诱发断层活化及煤柱留设研究”，通过在五沟煤矿1026工作面开展的研究工作，探究回采过程中承压水上工作面的采动影响，以及断层活化与煤柱留设之间的相互作用。研究采用了室内相似材料模拟试验与数值模拟FLAC软件相结合的方法，分析了工作面推进对断层活化特征和渗流特性的影响，并在此基础上系统研究了煤柱的留设情况。相似材料模拟试验是一种物理模拟方法，利用与实际岩土相似比例的材料构建模型，模拟地质体在特定载荷作用下的变形和破坏过程。通过模拟，研究者可以直观地观察和分析断层活动的变化规律，以及煤柱留设对防止突水的影响。这种方法可以有效补充现场观测数据的不足，提高对复杂地质现象的理解。 FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）软件是一种专门用于岩土工程数值模拟的计算工具，它可以处理复杂的地质材料力学行为，尤其是对于那些非线性大变形、塑性破坏等问题。通过FLAC数值模拟，研究者能够对工作面的推进过程进行动态分析，了解采动影响下断层活化特征和渗流特性，评估煤柱留设的有效性，并据此优化开采方案。研究结果显示，随着工作面的不断推进，断层活化程度明显加剧，工作面突水威胁也随之增大。数值模拟结果表明，通过科学的方法留设煤柱，可以在保证工作面回采安全的基础上，进一步提高资源回采率。特别是在确保断层防水煤柱宽度符合标准的前提下，可以有效减少煤炭资源的浪费，提高经济效益。文章中提到的DF68断层下盘防水煤柱最小留设宽度这一指标，是通过综合相似材料试验和FLAC数值模拟分析得到的。研究发现，当该煤柱留设宽度达到一定程度时，能够有效避免断层活化引发的突水问题，实现安全和效益的双赢。承压水上工作面采动诱发断层活化及煤柱留设的研究对于保障矿井安全、高效开采具有重要意义。通过对断层活化特征的深入研究，结合先进的数值模拟技术，不仅可以更准确地预测矿井突水风险，还可以科学合理地设置煤柱宽度，从而在确保安全的前提下最大限度地提升矿井的经济效益。这类研究工作对于我国乃至世界范围内的矿山灾害预防和控制都有着重要的参考价值。