断层倾角对断层活化及底板突水的影响研究.pdf

第 2 8卷第 2期 2 0 0 9年 2月 岩石力学与工程学报 C h i n e s e J o u r n a l o f R o c k Me c h a n i c s a n d E n g i n e e r i n g Vl0 1 _ 2 8 NO ． 2 Fe b． 。 20 0 9 断层倾角对断层活化及底板突水的影响研究 卜万奎， f 中国矿业大学 理学院， 茅献彪 江苏 徐州2 2 1 o o 8 摘要针对含断层缺陷底板的受力特征，建立相应的简化力学模型，分析得到断层面上的剪切应力和法向应力表 达式，并研究断层倾角对断层面上剪切应力、法向应力及断层活化的影响规律。同时运用 R F P A2 D - F l o w软件，模 拟 同倾角的正断层在采动影响下底板的裂隙分布、渗流分布及采空区底板涌水量变化特征。模拟结果在一定程 度上揭示含断层构造底板突水通道的形成机制及断层倾角对底板突水的影响规律。研究表明，断层倾角越大，断 层越容易活化与突水。研究结果对采场底板含断层缺陷时防水煤柱的留设具有重要的参考价值。 关键词采矿工程；断层倾角；断层活化；突水 中图分类号T D 1 6 3 ；P 6 4 文献标识码A 文章编号1 0 0 06 9 1 5 2 0 0 9 0 2 0 3 8 6 0 9 RESEARCH oN EFFECT oF FAU1 DI P oN FAUI ACTI VA LTI oN AND Ⅵ，A TER I NRUS H oF CoAL F LooR BU W a n k u i ， M AO Xi a n b i a o S c h o o l o f S c i e n c e s ，C h i n a U n i v e r s i ty o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y ，X u z h o u ，J i a n g s u 2 2 1 0 0 8 ，C h i n a Abs t r a c t Ac c o r di ng t o t h e s t r e s s c h a r a c t e r i s t i c s o f c oa l flo o r wi t h f a u l t s ， c o r r e s po nd i n g s i mp l i fie d m e c ha ni c a l m e d e 1 i s b u i l t t o o bt a i n t h e e q u a t i o ns o f s h e a r s t r e s s a n d n o r ma l s t r e s s o n t h e f a ul t ， a s we l l a s t h e i nflu e n t i a l r u l e s o f f a u l t d i p o n s h e a r s t r e s s ，n o rm a l s t r e s s a n d f a u l t a c t i v a t i o n ． At t h e s a me t i me ，u n d e r t h e c i r c u ms t a n c e s o f d i f f e r e n t n o r ma l f a u l t di ps ， t h e fra c t u r e d i s t r i b ut i o ns a n d s e e pa g e di s t r i b u t i o n o f c o a l flo o r a s we l l a s t he v a r i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f i n flo w q ua n t i t y o f c o a l flo o r i n t h e mi n e d a r e a a r e s i mul a t e d wi t h mi ni ng c a r r i e d o ut b y u s i n g the RFP A2 D_F l o w s oftwa r e ． Th e n u me r i c a l s i mul a t i o n r e ve a l s t he f o rm a t i o n pr i n c i pl e of wa t e r i n r u s h c h a nn e l i n c o a l flo o r wi t h f a ul t s t r uc t u r e a s we l l a s i n flue n t i a l ru l e o f f a u l t di p o n wa t e r i n r u s h i n c o a l flo o r ． Ov e r a l l ， t he r e s ul t s i n d i c a t e t h a t n o r ma l f a u l t s wi t h l o w d i p a n g l e s a r e mo r e e a s i l y a c t i v a t e d t o i n d u c e wa t e r i n r u s h i n c o a l fl o o r ， wh i c h ha s a n i mp o r t a n t v a l ue i n t h e c a s e o f c o a 1 flo o r wi t h f a ul t s whe n wa t e r pr oo f c o a l pi l l a r s a r e n e e d e d ． Ke y wor ds mi n i n g e ng i ne e r i n g； f a u l t d i p； f a u l t a c t i va t i o n； wa t e r i n ru s h 1 引 言 矿井突水是与瓦斯突出、顶板来压等并列的煤 矿开采中的重大灾害之一。近年来 ，随着煤矿开采 不断向深部延伸及开采强度的 口益加大 ，煤矿突水 事故发生的频度显著增加。矿井突水事故的原因较 多，但研究结果表明，煤矿采场工作面底板突水 事故的 7 9 ． 5 ％是发生在具有断层等构造缺陷的底 板 中l 1 ] 。有关煤矿断层突水机制 的研究，前人 已经 做了很多工作[ ，为我国煤矿安全状况 的改善起 到了重要作用。 收稿 日期2 0 0 8 0 91 0 ；修回日期2 0 0 81 2 3 0 基金项目国家重点基础研究发展计划 9 7 3 项 日 2 0 0 7 C B 2 0 9 4 0 0 国家 自然科学基金重点项 目 5 0 6 3 4 0 5 0 高等学校学科创新引智计划 B O 7 O 2 8 作者简介 万奎 1 9 8 1 一 ， 男， 2 0 0 4年毕业于中圉矿业大学_ [ 程力学专业 ， 现为博士研究生， 主要从事采动岩体力学与工程方面的研究工作。 E - ma i l b wk 2 3 9 1 2 6 ． c o m 第 2 8 卷第 2期 万奎 ，等 ．断层倾角对 断层活化及底板突水 的影 响研 究 3 8 7 一 般地 ，在开采正断层上盘煤层时更容易发生 突水I J 引 ，断层活化突水的影响因素众多，断层倾角 是引起突水的主要原因之一【 】 。因此 ，本文就断层 倾角这一 因素对正断层活化及突水 的影响进行研 究，以期对断层突水机制有进一步认识及对煤矿安 全生产有进一步提高。 2 断层倾 角对 断层活化机制 的力学 分析 2 ． 1 断层活化机制的力学分析 煤层开采之前 ，岩体处于原始应力的平衡状态 下；而煤层开采后 ，处于 自然平衡状态的应力场将 发生改变，原岩应力重新分布，工作面围岩 出现应 力集中现象 。根据矿山压力控制理论【 l J 或岩层控制 的关键层理论 引 ，在采场推进方向上，煤层底板支 撑压力峰值在工作面煤壁前方和切眼煤壁后方一定 距离 内，而采空区底板 由于垮落岩体被压实，其支 撑压力逐渐恢复到原岩应力值 y H ，如 图 1 所示。 图 1 断层活化机制分析 的力学模型 F i g ． 1 M e c h a n i c a l m o d e l f o r an a l y s i s o f f a u l t a c t i v a t i o n p r i n c i p l e 对于长壁开采工作面 ，沿工作面推进方向取采 场 中部围岩体为研究对象 ，可近似视其为平面应变 问题。假定采场底板岩体为弹性岩体，采场底板支 撑压力如图 1 所示，其中①，⑦区域为原岩应力 分布区，视为均布载荷；应力增高区中的应力简化 为线性增加 ③，⑤ 区域 ；应力降低区中的应力简 化为线性降低 ② ，⑥区域 ；采空区中由于岩体被 压 实而作用 在底板 上载 荷简 化为均 布载荷 ④ 区 域 ，为原岩应力的 倍 取 0 ～1 。设断层面与 X轴正向夹角为 0 ；工作面位于点 d处，工作面前方 应力集中系数为 ， 应力峰值点在底板上投影为点 C ，工作面前方应力降低区中降低到原岩应力的点在 底板上投影为点 b ；开切眼位于点 e ，开切眼后方应 力集 中系数为 ， 应力峰值点在底板上投影为点 开切眼后方应力降低区中降低到原岩应力的点在底 板上的投影为点g ；断层与煤层的交于点 a 。a b ，b c ， c ，沈， 及 詹 的距离分别为 ， ， ， ， 及 。断层面上任意一点 。坐标为 Z ， 。 根据弹性理论中半平面体边界上受法向分布力 的应力分析 ，经推导得出作用在采场底板的支撑压 力 ①～⑦区域 对断层面上任意一点 0引起的 ， 和 表达式为 q o Z _ X b 丽 - x 皇 堡 g 。 薏 兀 z 一 l 惹 兀 ． z f l 惫 叫竽 二 焉 兀 ‘ z 一 l 等c⋯ n 字 [ 鲁⋯ an 二 警 冀 -4- 毒 兀 z 一 f a n 争 q o z 哦 q o z [ 一 1 x g ] I z 一 。 I J_ x f 惫 - 1x g - x S 6 ]arcta n l 、 - x ⋯l Xg 3 8 8 岩石力学与工程学报 2 0 0 9证 q o Z X g X q 0 a r c t a n [ X g x ／ z ] 兀 [ z x g ] 兀 q o a r c t a n [ x b - x ／ z ] g 。 7 1 ； q z l n [ z 2 x - 2 ] K I -1 惫 ⋯字 二 二 墨 兀 z 一 。 Ix b q o z x [ S 2 一 K 1 1 x b ] Z 2 1 } 。 u S 2 z 一 x b _K l q Z l n [ z 2 x - ⋯ 等 “I S 3 考 I z 一 l [ ⋯n K 2 q o Zl n 【 z 2 一 兀 _ K2 q o x s K 2 q 。 ． 一 一 X e X X z f 一 q o __ 、 Z ， _ Z K 一1 l n [ z 。 十 x - x g x f 兀 。 q o [ K 2 _ 1x g _ x S 6]arctan 、 - x ⋯l xg ， q o z 6 q o z 二 二 二 f z 一 x f q o Z X X g q 0 a r c t a n [ x g x ／ z ] 兀 [ z X g ] 兀 ㈣ 一 goZ arctan 等 卜 妥 I 等， z毫 ] 『 ’ 1 P 三 l 兀z 一 Ixd [z 蔫 一 arctan -- X XfnS 5 l z 一 z ／ljI 兹 c an 等 q o z 式中q 。 为底板垂直方向上的原岩应力， 为变量。 由此可 以得到支撑压力作用下断层面上的法 向 应力和剪应力分别为 c r N s i n 0 c o s 0 2 r z x s i n 0 c o s 0 4 a z c r s i n O c o s O L x s i n 0一c o s 0 5 2 ． 2 断层倾角对断层活化的影响 由于式 4 ，f 5 不易化简，因此，采用软件编程 将其数值化。考虑到采场底板断层岩石为脆性材料， 断层活化过程实际上是断层的开采盘沿断层面产生 剪切运动 的过程 ，其破坏符合压剪破坏机制 。因 此 ，研究断层倾角对断层面上剪应力、法 向应力 的影响，即可分析对断层活化的影响。 如图 1所示，对于正断层而言，0即为断层倾 角 。因此，研究断层倾角对断层面上剪应力、法向 应力的影响，即为 0取值不同的情况。煤层埋深H 8 0 0 1T I ，岩层重度 2 4 ． 5 3 k N／ m ， S 5 0 m， 2 0 1- 171 ， 7 0 1 T I ， 1 0 m ， K1 3 ． 5， K， 2 ． 5 ， 0 ． 8 ，Z 0 ～1 5 0 m，而 0分别取 2 5 。 ， 3 5 。 ，4 5 。 ，5 5 。 ，6 5 。 ，7 5 。 及 8 5 。 。计算得到断层倾 角不同时正断层面上的剪应力和法 向应力分布，见 图 2 ，3 。其中图 2为断层倾角不同时断层面上的剪 应力分布。图 3为断层倾角不同时断层面上的法向 应力分布。 第 2 8 卷第 2期 万奎 ，等 ． 断层倾角对断层活化及底板突水 的影响研究 ． 3 8 9 ． 图 2 断层倾角不同时断层面上的剪应力分布 F i g ． 2 S h e a r s t r e s s d i s t r i b u t i o n o n f a u l t wi t h d i ffe r e n t f a u l t d i p s 0 1 5 3 0 4 5 6 0 7 5 9 0 l O 5 1 2 O l 3 5 l 5 O 深度／ m 02 5 。 4 03 5 。 十 45 。 一一 0 5 5 。 65 。 一0 7 5 。 8 5。 图 3 断层倾角不同时断层面上的法 向应力分布 F i g - 3 No r ma l s t r e s s d i s t r i b u t i o n o n f a u l t wi t h d i ff e r e n t f a u l t d i ps 从图 2可 以得出 1 断层倾角越小，断层面上 的剪应力正负交 替变化越剧烈。例如 02 5 。 时，深度在 0 ～1 5 m 范 围内的断层面上剪应力在一 0 _ 3 ～0 ． 0 MP a 之间变化 ； 深度在 1 5 3 5 m 范围内的断层面上剪应力为 0 ～ 4 ． 8 MP a ；而深度在 3 5 6 0 IT I 范围内的断层面上剪 应力又为负值；深度在 6 0 9 0 m 范围内的断层面上 剪应力却又为正值 。 2 随着断层倾角的不断增大，断层面上剪应 力变化程度减缓，而且剪应力峰值也不断减小，并 且剪应力峰值不断 向深部移动的趋势 。 例如 02 5 。 时，剪应力峰值为 4 ． 8 MP a ，剪应力峰值位置在深 度为 2 2 ． 5 m处 而0 8 5 。 时，剪应力峰值为一1 ． 5 MP a ，剪应力峰值位置在深度为 5 0 1 1 3 处。 采动条件下，小倾角正断层在正负交替 、峰值 较大的剪应力作用下， 产生 2种结果 ① 断层带 内 及断层带附近原有裂隙发展；② 断层带内及断层带 附近可能导致新的剪切裂隙产生。这说 明相对于大 倾角断层来说，小倾角断层 易使正断层带活化，进 而造成突水 。 从图 3可以得 出 f 1 断层倾角越小，断层面上的法应力变化越 剧烈。例如 0 2 5 。 时，深度在 0 ～1 5 m范围内的断 层面上法向应力变化不 明显；深度在 1 5 6 0 m范围 内断层面上法向应力 明显增大，最大为 2 9 ． 7 MP a ； 而深度在 6 0 ～1 5 0m范围内的断层面上法向应力却 增幅不大。 2 随着断层倾角的不断增大 ，断层面上法 向 应力分布逐渐趋于均匀 ， 而其峰值不断减小。例如 02 5 。 时，法 向应力峰值为 2 9 ． 7 MP a ；08 5 。 时， 法向应力峰值仅为 2 1 ． 3 MP a 。 由于正断层属于张性断层 ，断层带 内破碎岩石 松散，其强度较弱，其值大约只有正常值 的 3 0 ％左 右 ，容易产生压剪破坏。而小倾角正断层相对于大 倾角正断层来说，在采动影响下断层面上法向应力 增幅较大，法向应力值较大，故小倾角正断层容易 发生压缩破坏 ，易形成导水裂隙带，进而导致透水 性增大。由此说明小倾角正断层比较容易活化突水。 3 断层的倾角对断层突水影响的数值 模拟 在采动影响下，断层活化使得断层上、下盘之 间由 “ 黏接”状态转化为 “ 断开”状态，从而为断 层面成为突水通道提供 了条件 ，但是断层活化并不 是断层成为突水通道 的充分条件，断层成为突水通 道 的充分条件是断层面中的裂 隙张开并连通。这里 采用 R F P A 2 D _ F 1 o w软件研究正断层倾角对采场底板 突水的影响。R F P A 2 D _ F I o w 是一个渗流与应力耦合 分析系统，具有应力分析、渗流分析、耦合分析、 破坏分析 4个方面的功能，可以很好地模拟裂隙的 萌生、扩展及贯通的过程『 I l 。 3 ． 1 数值计算模型 采用二维平面应变模型，水平方向取 5 0 0 m，垂 直方 向取 2 0 0 m，共 5 0 0 x 2 0 0个单元。模型左、右 两侧为水平方 向位移约束，模型底部为铅垂方 向位 移约束；含水层左右两侧施加 6 MP a 水压力 。因本 文重点研究采动条件下采场底板裂隙分布及渗流特 性 ，所 以将距离上盘煤层 9 5 m 以上直至地表的上覆 岩层等效为一重块 简称 “ 等效块 ” ，厚 2 0 m，其 质量 由上覆岩层厚度及密度来确定，为了避免等效 块对计算结果的影响，其抗压强度人为增大至 2 0 0 MP a 。模拟开采正断层上盘煤层 ，开挖步距为 5 m， 垮落法顶板管理。根据断层倾角的取值，建立 8个 数值计算模型 见 图 4 。岩层物理力学参数见表 1 。 3 ．2 数值模拟结果 3 ． 2 ． 1底板破坏与裂 隙分布特征 5 5 5 5 5 5 5 2 3 4 5 6 7 8 一 一 口 } { 一 0 引 “ 要 足军 ， ． 3 9 0． 岩石力学与工程学报 2 0 0 9 年 。 j i 醴 j等效块 ； ； i j 胄 求互 五 五 i 五 岩性 弹性模m一／ G P a 抗压强度／ MP a 泊松比 密度／ g c m- 3 9 ,J N擦N／ 。 黏聚力／ k P a 渗透系数／ 【 m mi n 孔隙率 等效块 3 5 2 0 0 0 ． 2 5 0 ． 8 3 5 5 0 6 ．9 4 X 1 0 一 0 ． 0 1 岩层 1 3 0 3 5 0 ． 2 8 2 ． 4 3 4 2 5 6 ．9 4x1 0 一 0 ． 0 1 岩层 2 4 0 5 0 0 ． 2 5 2 ． 5 3 6 3 0 6 ． 9 4 1 0 一 0 ．0 5 岩层 3 2 5 2 0 0 ． 3 0 2 ． 3 3 2 2 0 6 ．9 4 1 0 一 0 ． 0 3 煤 1 0 1 5 0 ．3 2 1 ．4 3 0 1 0 2 ． 5 0 x1 0 一 0 ．0 6 软岩 2 0 2 5 0 ． 3 0 2 ． 2 3 2 1 8 6 ． 9 4 X1 0 一 0 ． 0 l 硬岩4 0 4 0 0 ．2 5 2 ． 5 3 8 3 0 3 ．4 7X1 0 0 ．0 5 软岩 2 0 2 5 0 ．3 0 2 ．2 3 2 1 8 6 ． 9 4 1 0 0 ．0 1 含水层 3 5 3 5 0 ．2 5 2 l 4 3 8 3 0 6 ． 9 4 1 0 0 ． 2 0 断 层 5 5 0 ． 3 5 2 ． 0 1 5 1 6 ． 9 4 x1 0 0 - l 0 煤层开采前，煤层底板岩层中存在着原生裂隙 结构面，它们相互交错、杂乱无章的分布，破坏了 岩体的完整性 。 当煤层开采后 ， 在支撑压力作用下， 原岩裂隙结构面产生不同程度的扩张、延展 ，新裂 隙的产生及断层带、断层带附近的岩体中裂隙的 “ 活 化” ，一旦底板产生具有连通性的裂隙结构面与承压 含水层相接， 承压水便由底板进入工作面， 发生突水。 图 5为采动条件下断层倾角不同时底板破坏及 裂隙分布 图，图中黑色部分表示裂隙，从图 5可 以 得出 f 1 采动过程中，正断层底板软岩和硬岩均会 发生破坏，产生裂隙。如果说软岩的破坏使得底板 失去了隔水性能，那么硬岩的破断则使得底板失去 了承载能力，两者同时破坏时就使得隔水关键层 失去阻水能力。另一方面，由于断层在采动影响下 产生活化，与此同时，含水层中承压水对断层带有 软化、水楔及冲刷侵蚀作用，导致切入到含水层中 的断层容易产生破坏。 2 在其他条件相 同的情况下，小倾角正断层 较容易产生贯通的裂隙。例如断层倾角为 2 5 。 时， 采场推进 7 5 m时就产生了明显的贯通底板、断层和 含水层的裂隙。而断层倾角为 8 5 。 时，却在采场推 进 1 1 0 m 时出现上述贯通裂隙。需要说明的是，在 所显示的裂隙分布图中，由于对破坏单元的处理方 式问题 ，使有些覆岩垮落的块体在没有接触或压实 情况下 ，图示只是被简单地描黑处理。 3 ． 2 ． 2底板渗流分布特征 图 6为采动条件下断层倾角不同时底板渗流分 布及相应的底板垂直渗流速度 曲线图，由此可以得 出 1 采动影响下，由于含有断层构造的底板产 生了贯通底板、断层和含水层的裂隙，渗流不可避 免地 以绝对优势发生在这些贯通的裂隙中，承压水 沿贯通裂隙不断渗透软化并凭借势能由此逐渐渗出 到煤层底板。由于断层是岩体 内最大的软弱面，在 其影响带内，岩石破碎、松散，特别是正断层，挤 第 2 8卷第 2期 万奎 ，等．断层倾角对断层活化及底板突水的影响研究 a 断层倾角 2 5 。 开挖 7 5 m c 断层倾角4 5 。 开挖 9 0 m e 断层倾角 6 5 。 开挖 l O 0 m b 断层倾角3 5 。 开挖 8 5 m d 断层倾角 5 5 。 开挖 9 5 m f 断层倾角 7 5 。 开挖 1 0 5 m g 断层倾角8 5 。 开挖 1 1 0 m 图 5 底板破坏及裂 隙分布 图 Fi g ． 5 F a i l u r e a n d f r a c t u r e s d i s t r i b u t i o n o f c o a l fl o o r 压程度低，张开性好 。一旦断层裂隙中有承压水渗 流时，其渗流速度将会发生突变 。 2 对于小倾角正断层 ，底板渗流主要集 中在 工作面下方，而对于大倾角正断层，底板渗流不仅 集中在工作面下方 ，在采空区中部也有明显渗流 。 这是 由于小倾角的正断层在较短的推进距离下就产 生贯通含水层的裂隙，且这些裂隙主要分布在工作 面下方 ，承压水只能沿这一通道流动 。对于大倾角 的正断层来说，由于采场推进距离较远，一方面由 于底板破坏深度和范围增加，另一方面由于承压水 对底板 的渗流软化及冲刷作用 ，煤层底板逐渐形成 一 个新的导水通道 。 图 7为断层倾角不同时，采空区底板随采场推 进距离涌水量。从图 7可以看出，在开挖初期，由 于工作面距离断层较远，煤层底板没有形成贯通 的 导水通道， 底板总涌水量非常小 ， 不构成突水危险。 随着采场的推进 ，裂隙的发展 、贯通，底板隔水能 力 的丧 失 ，总涌水 量 迅速 增加 ，当 总涌水 量超 过 1 ． O 0 I I l ／ mi n时，底板就由原来的渗水变 为突水。 如断层倾角为 2 5 。 时，工作面推进 7 5 m 时，底板总 渗流量到达了 1 ． 9 7 m ／ mi n ，即此时发生了突水 ；对 于大倾角的正断层而言，发生突水的推进距离要远 3 9 2 岩石力学与工程学报 2 0 0 9 a 断层倾角 2 5 。 开挖 7 5 b 断层倾角 3 5 。 开挖 8 5 l j { c 断层倾 4 5 。 开挖 9 O 【 I ‘≮拳 蔫荔 。 一’ d 断层倾角 5 5 。 开挖 9 5 e 断层倾角 6 5 。 开挖 1 0 0 iT I f ]断层倾角 7 5 。 开挖 1 0 5 m 采场推进距离， m O ． O 9 0 ． O 8 0 0 7 0 ． O 6 0 O 5 0 ． 0 4 0 0 3 0 ． O 2 0 0 l 0 ． O 0 0 1 5 3 0 4 5 6 0 7 5 9 0 1 O 51 2 0l 3 5l 5 0 采场推进距离／ m O 0 l 5 3 0 4 5 6 0 7 5 9 0 1 0 5 1 2 0 1 3 5 1 5 0 采场推进距离／ m O ． O 8 0 ． 0 7 0 ． 0 6 0 ． 0 5 0 ． 0 4 0 ． 0 3 0 0 2 0 ． 0 1 0 0 0 采场推进距离／ m 0 1 5 3 0 45 6 O 7 5 9 0 1 O 5 l 2 O 1 3 5 l 5 O 采场推进距离／ m 0 1 5 3 0 4 5 6 0 7 5 9 0 l O 5 l 2 0 1 3 5 l 5 0 采场推进距离／ m 一 一口 I Ⅲ． 目一 ＼ 蛉 一 一 d 一 目 ． g一 ＼ 蜷 硼懈 一 H 口 毛 ． g一 ＼ 埝 啪 一 一 口 I Ⅲ． 目一 ＼ 媳 O _【 H￡ l Ⅲ． g一 ＼ 爆赡 如 加 m ∞ O O O O 0 O O 一 一 g． 曼＼ 埝删蝴 第 2 8卷第 2期 卜 万 奎，等． 断层倾 角对 断层 活化及底板突水 的影响研究 3 9 3 2 ． 0 l ．i 1 ． 6 1 4 g 1 2 1 ． 0 0 ． 8 h 茹0 ．6 醛 O ．4 0 ．2 O ．O 0 ． 1 2 g 0 1 0 吕0 ． 0 8 0 ． 0 6 0 l 0 4 瞧0 ．O 2 0 ．0 0 g 断层倾角 8 5 。 开挖 1 1 0 m ／ ． 0 1 5 3 O 4 5 6 0 7 5 9 0 1 0 5 1 2 0 l 3 5 1 5 O 采场推进距离／ m 图 6 底板渗流分布 左 与相应垂直渗流速度 曲线 右 F i g ． 6 S e e p a g e d i s t r i b u t i o n s 1 e f t a n d c o r r e s p o n d i n g v e i c a l s e e p a g e v e l o c i t y c u r v e s r i g h t o f c o a l fl o o r ． _ _02 5 。 口3 5 。 4 5 。 * - I 5 5 。 6 5 。 7 5 。 08 5 。 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 O 6 O 7 O 8 0 9 0 1 0 0 l 1 0 采场推进距离／ m 图 7 采 空区底板 随采场推进距离 涌水量 Fi g ． 7 Wa t e r i n r u s h q u a n t i ty o f c o a l f l o o r wi t h a d v a n c i n g d i s t a n c e i n mi n e d o u t a r e a 一 些，即断层倾角越小，底板总涌水量达到突水的 推进距离就越短 ，换句话说 ，如果要阻止底板发生 突水，则断层倾角越小时所需要留设 的防水煤柱则 越宽。 4 结论 通过研究断层倾角对正断层活化及底板突水的 影响，可以得出以下结论 1 断层倾角的变化，对断层活化 的影响是不 同的。断层倾角较小时，断层面上的剪切应力呈正 负交替变化，且峰值较大，使得断层带围岩 内的原 有裂隙进一步发育及新的裂隙不断萌生；小倾角正 断层在采动影响下断层面上法向应力变化较大，法 向应力峰值也较大，容易发生压剪破坏，易形成导 水裂隙带。因此，相对 于大倾角的正断层来说，小 倾角正断层 比较容易活化 。 2 数值模拟表明，采动过程 中，小倾角正断 层的底板容易产生贯通煤层底板、断层和含水层的 裂隙，形成绝对优势的渗流，且渗流主要集中在工 作面下方 。在较短的采场推进距离下，小倾角正断 层底板就 由原来的渗水变为突水 ，因此，相对于大 倾角的正断层来说，小倾角正断层较容易引起突水 危险，在实际生产中应留设较宽的防水煤柱。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 缪协兴，刘卫群，陈占清．采动岩体渗流理论[ M] ． 北京科学出 版 社 ，2 0 0 4 ． MI AO Xie x i n g，L I U We i q u n，C H E N Z h a n q i n g ． Dy n a mi c s o f s y s t e ms o f s e e p a g e fl o w i n s u r r o u n d i n g r o c k a f f e c t e d b y m i n i n g [ M] ． B e U i n g S c i e n c e P r e s s ，2 0 0 4 ． i n C h i n e s e [ 2 】 杨善安． 采场底板断层突水及其防治方法I J 1 ．煤炭学报，1 9 9 4 ， l 9 6 6 2 0 6 2 5 ． Y A NG S h a n a i 1 ． P r e v e n t i o n a n d c o n t r o l o f wa t e r - i n r u s h fr o m f a u l t s i n fl o o r r o c k s in t h e w o r k i n g s [ J ] ． J o u r n a l o f C h i n a C o a l S o c i e t y ，1 9 9 4 ，1 9 6 6 2 0 6 2 5 ． i n C h i n e s e [ 3 ] 黎 良杰， 钱鸣高， 李树刚．断层突水机制分析[ J ] ．煤炭学报， 1 9 9 6 ， 2 1 2 1 1 91 2 3 ． L I L i ang j i e，Q N Mi n g g a o，L I S h u g a n g ． Me c h a n i s m o f wa t e r i n r u s h t h r o u g h f a u l t [ J ] ． J o u r n a l o f C h i n a C o a l S o c i e ty， 1 9 9 6 ，2 1 r 2 1 1 1 91 2 3 ． i n C h i n e s e [ 4 ] 施龙青，曲有刚， 徐望国． 采场底板断层突水判别方法【 J 】 ． 矿上压 力与顶板管理，2 0 0 0 ， 2 4 9 5 2 ． S H I L o n g q i n g ，QU Y o u g ang ， XU W a n g g u o ．M e t h o d t o d e t e r mi n e wa t e r i n r u s h f r o m a f a u l t i n fl o o r ] J ] ． G r o u n d P r e s s u r e a n d S t r a t a C o n t r o l ，2 0 0 0 ，f 2 4 9 5 2 ． i n C h i n e s e [ 5 】 谭志祥，周 鸣，邓喀中．断层对水体下采煤的影响及其防治[ J ] ． 煤炭学报，2 0 0 0 ，2 5 3 2 5 62 5 9 ． T A N Z h i x i a n g ，Z H O U Mi n g ， DE NG Ka z h o n g ． I n flu e n c e o f f a u l t o n mi n i n g un d e r wa t e r b o d i e s an d i t s c o n tr o l l i n g [ J ] ． J o u r n a l o f C h i n a C o a l S o c i e ty，2 0 0 0 ，2 5 f 3 1 2 5 6 2 5 9 ． i n C h i n e s e [ 6 ] 郑少河，朱维申，王书法．承压水上采煤的固流耦合问题研究I J 】 ． 岩石力学与工程学报，2 0 0 0 ，1 9 4 4 2 1 4 2 4 ． Z HE N G S h a o h e ， ZHU W e i s h e n．W ANG S h uf a ．S t u d y o n c o u pli n g p r o b l e m b e t we e n fl o w a n d s o l i d o f