摘要
时至今日,煤矿安全已经成为人们关注的重点,解决煤矿安全问题日趋紧迫,然而在煤矿产业中,断层活化作为影响矿山地质灾害的重要因素之一,巷道的开挖,煤层的回采均能诱发前方断层的活化与滑移,究其根本是由于受采动的影响,导致煤岩体内部各种复杂的变化,造成断层活化甚至滑移事故,危及矿工的生命安全,更是造成了煤矿及国家的损失。本文先是通过对淮南矿区新庄孜矿B_(10)煤层62110采面过F10-5断层以及回采煤层的实际情况,运用RFPA~(2D)模拟软件,选取合适的参数,再现了F10-5断层活化的全过程,并分析其内部详细的发展变化过程。后又通过在建立的ESG矿山微震监测系统上对监测系统进行现场调试并正常运行后,对实际监测结果作分析,得出了断层活化在系统中的具体表现形式,并为回采工作提供了一定的指导,使其制定相应的过断层措施,用最小的损失顺利通过断层。最后通过对数值模拟和微震监测结果的相互比对,得出了数值模拟在断层活化方面的可行性与可靠性,同时也证实了断层活化在微震监测系统中的可被识别性,并得出提前模拟加之现场微震监测是研究断层活化的一种新方法,并可作为预防回采前方遇断层活化的一个分析手段,在最大程度上降低断层活化所造成的损失。
At the present time,coal mine safety has become a major concern ,solve coal mine safety problems are becoming urgent, however in coal mine industry ,fault activation as influence coal and gas outburst is one of the important factors. Roadway excavation, the front seam mining can induce the activation of the fault, the impact of mining is the basic reason,caused complex changes within the coal and rock, caused fault activation even slip, not only Critical life and safety of miners, but also Resulted in the loss of coal and the State. First, this paper based on the fact of Mining 62110 Coal Mine B10 fault F10-5 in XinZhuangZi Coal Mine, used simulation software RFPA~(2D) , selected the proper parameters, reappeared the whole process of the fault F10-5’s activation, and analyzes the process of its internal development; And then analyzed the actual monitoring results from ESG, got the useful data to help making proper plan to Avoid accidents; Finally, after the mutual comparison of the numerical simulation and the results of microseismic monitoring, we found RFPA can reappear the fault activation, add to the ESG’s real-time monitoring is a new way to research fault activation, and reduce the loss which caused by the fault activation.
引文
[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京:煤炭工业出版社,2001.
[2]王雪峰.我国煤矿安全问题浅议[J].中国煤田地质, 2006.2,18(1):6-7.
[3] 2003~2007年全国煤矿事故分析报告[R].中国煤炭经济研究(2005~2008)(上册), 2009.
[4]孟召平,彭苏萍,冯玉,雷志勇.断裂结构面对回采工作面矿压及顶板稳定性的影响[J].煤田地质与勘探, 2006.6, 34(3):24-27
[5] Muller W,Wutele M. Gebirgmechanische Modelltechniken zur Simulierung streckenartiger Hohlratume unter Berucksichtigung hoher Konvergenzen[J]. Berghau,1994,(9):394—01.
[6]钱鸣高,刘听成.矿山压力及其控制[M].北京:煤炭工业出版社,1984
[7]于广明,谢和平,扬伦.采动断层活化分形界面效应的数值模拟[J].煤炭学, 1998,23(4):396-399
[8]孟召平,彭苏平.正断层附近煤的物理力学性质变化及其对矿压分布的影响[J].煤炭学报,2001,26(6):561-566
[9]孟召平,彭苏萍,冯玉,雷志勇.断裂结构面对回采工作面矿压及顶板稳定性的影响[J].煤田地质与勘探,2006,34(3):24-27
[10]朱兴珊,徐风银.回采工作面断层附近岩石突出数值模拟研究[J].山东矿业学院学报,1995,14(3):26-27
[11]潘一山,王来贵.断层冲击地压发生的理论与试验研究[J].岩石力学与工程学报,1998,12(6):642-649
[12]刘咸卫,曹运兴,刘瑞等.正断层两盘的瓦斯突出分布特征及其地质成因浅析[J].煤炭学报,2000,25(6):571-575
[13]王金安,刘航,李铁.临近断层开采动力危险区划分数值模拟研究[J].岩石力学与工程学报,2007,26(1):28-35
[14]黎良杰,钱鸣高,殷有泉.采场底板突水相似材料模拟研究[J].煤田地质与勘探,1997,25(1):36
[15]谭志祥,何国清,断层影响下导水裂隙带的发育规律[J].煤炭科学技术,1997,25(1):36
[16]彭苏萍,孟召平,矿井工程地质理论与实践[M].北京:地质出版社,2002. 103
[17]张金才,张玉卓,刘天泉.岩体渗流与煤层底板突水[M].北京:地质出版社,1997.08
[18]赵海军,马风山,李国庆等.开挖引起断层活化对井巷围岩的变形破坏[J].金属矿山,2008,(6):9-12
[19]王玉珏,王元明.断层破碎带的围压应力对巷道的影响与控制[J].煤炭科技,1999,(2):35-38
[20]孙玉宁,周建荣,韩春晓等.回采巷道顶板事故浅析[J].矿山压力与顶板管理,2005(1):38
[21]于广明,谢和平,王金安.地质断裂面的分形性研究.[J]煤炭学报, 1996 ,16(5) :459~463
[22] Xie H , Wang J A , Xie W H. Fractal effects of surface rounghness on the mechanical behavior of rock joints[J]. Chaos Solitons& Fractals , 1997 , 8 (2) :221~252
[23]李树德.活动断层研究[J].水文地质工程地质1996 (5).
[24]谭周地.活动断层的工程地质评定[M].工程地质环境.长春:长春出版社,1999.
[25]李起彤.活断层及其工程评价[M ].北京:地震出版社, 1991.
[26]张倬元,王士天,王兰生等.工程地质分析原理(第二版)[M ].北京:地质出版社, 1994
[27] Celebi M. Seismic responses of two adjacent buildings. PartⅠ: Data and analyses[J]. Journal of Structural Engineering,ASCE,1993,119(8): 2461 - 2476.
[28]朱金芳,黄宗林.福建省城市活断层探测与地震危险性评价[J].福建地震, 2003, 19 (2).
[29]柴建峰.河北平原活断层评价及区域构造应力场分析[D].河北石家庄:河北理工学院,2003.
[30]赵春宏.活断层与工程建设关系的初步认识[J].云南电力技术. 2000, (1)
[31]李起彤.断层活动性定量评定之现状与展望[J].国际地震动态. 1994, (5).
[32]王宏军.山西省祁县地裂缝的成因初探[J].太原理工大学学报. 2005,36(1)
[33]晋华.山西霍州西部地裂缝地质灾害成因分析[J].自然灾害学报. 2006.l5(5),21-23
[34]朱志敏,崔洪庆等.阜新盆地煤层气成因分析[J].地质科技情报. 2007.5,26(3):67-68
[35]赵海军,马凤山等.开挖引起断层活化对井巷围岩的变形破坏[J].金属矿山. 2008.6, 384:9-10.
[36]王芝银,李云鹏.岩体流变理论及其数值模拟[M],北京:科学出版社,2008.1
[37]唐春安,王述红,傅宇方.岩石破裂过程数值试验[M].北京:科学教育出版社,2003
[38]李凤琴,张兴民,姜福兴.煤矿井下微震监测系统及应用[J].煤田地质与勘探,2006,34(4):68-70.
[39] K aiser.AcousticEmissionTesting,Vlo.S,Londestructive Testing Handbook[J],American society for nondestructive testing Edited by Ronnie K.Mller and Paul Mclntire.1987. (l):78-85.
[40]张银平,岩体声发射与微震监测定位技术及其应用[J],工程爆破,2002.8(l):58-61
[41]唐礼忠,杨承祥,潘长良等.大规模深井开采微震监测系统站网布置优化[J].岩石力学与工程学报,2006,25(10):2036- 2042.
[42]李庶林.试论微震监测技术在地下工程中的应用[J].地下空间与工程学报. 2009.2, 5(1)
[43]黄维新,贾明涛,陈有燎等.基于微震监测技术在矿山安全管理中的应用研究[J].中国安全科学学报, 2008, 18(1) : 165-170.
[44]李庶林,尹贤刚,李爱兵.多通道微震监测技术在大爆破余震监测中的应用[J].岩石力学与工程学报, 2005 ,24 ( Supp1 ): 4711 - 4714.
[45]沈明荣.岩体力学[M].上海:同济大学出版社,2006.6
[46]唐春安,刘红元,秦四清等.非均匀性对岩石介质中裂纹扩展模式的影响[J].地球物理学报,2000,43(l):116-12
[47]杨明辉,赵明华,曹文贵.岩石损伤软化统计本构模型参数的确定方法[J].水利学报, 2005,(03).
[48]李新平,夏元友,胡春林.岩体的宏观损伤性质与工程地质调查方法[J].水文地质工程地质, 1995,(02).
[49]李树茂,齐伟,刘红帅.岩体损伤力学理论进展[J].世界地质, 2001,(01)
[50]王士民,朱合华,冯夏庭等.细观非均匀性对脆性岩石材料宏观破坏形式的影响[J].岩土力学,2006,27(2):224一227
[51]王士民,朱合华,冯夏庭等.细观非均匀性对脆性岩石材料宏观破坏形式的影响[J].岩土力学,2006,27(2):224一227
[52]陈津民,李树森.岩石断裂破坏的机理研究[J].地球科学进展, 2004, (S1)
[53]唐春安,王述红,傅宇方.岩石破裂过程数值试验[M].北京:科学教育出版社,2003
[54]夏蒙棼.统计细观损伤力学和损伤演化诱致突变[J].力学进展, 1995, (01)
[55]曲双全,王会娟. Monte Carlo方法及其应用[J].统计教育.2009.1(1)45-47.
[56]徐涛,宋力.真实破裂过程分析软件与多物理场耦合软件结构力学模块对比研究[J].大连大学学报.2007.12.28(6)
[57]唐春安,傅宇方,林鹏等.短纤维增强复合材料破坏过程的数值模拟研究[J].力学学报, 2000, 32 (3) : 3732378.
[58]叶金汗等.岩石力学参数手册[M].北京:水力水电出版社,1995.5
[59]国家十五科技攻关专题“深井地压定位、预报与防治技术研究”报告[R].长沙:长沙矿山研究院,2004.
[60]李庶林,尹贤刚,郑文达, C. Trifu.凡口铅锌矿多通道微震监测系统及其应用研究[J].岩石力学与工程学报,2005,24(12):2048-2053.
[61]姜福兴,XunLuo.微震监测技术在深井岩层破裂监测中的应用[J].岩土工程学报. 2002.3, 24(2): 147.