煤矿活断层与巨厚硬覆岩采动安全评价方法技术

本发明专利技术提供了煤矿活断层与巨厚硬覆岩采动安全评价方法，属于煤矿开采安全评价技术领域。包括以下步骤：S1.采矿地质条件调查；S2.建立数值仿真模型；S3.设置监测点、监测线；S4.判断活断层继续活化形式；S5.判断硬覆岩是否破断；S6.活断层活化和硬覆岩破断释放弹性能量计算；S7.活断层活化和硬覆岩破断释放弹性能影响范围计算；S8.弹性能叠加效应计算；S9.活断层活化与硬覆岩破断安全评价。本发明专利技术在断层活化和巨厚硬覆岩破断强度方面，采用了物理量纲清晰的能量计算方法和能量衰减模型，考虑到了两种因素同步和异步发生能量叠加问题，完善了采矿安全评价技术，增加了采矿的安全性，在保障煤矿安全生产方面产生巨大的推动作用。保障煤矿安全生产方面产生巨大的推动作用。保障煤矿安全生产方面产生巨大的推动作用。

【技术实现步骤摘要】
煤矿活断层与巨厚硬覆岩采动安全评价方法


[0001]本专利技术涉及煤矿开采安全评价
，具体而言，涉及煤矿活断层与巨厚硬覆岩采动安全评价方法。

技术介绍

[0002]活断层与巨厚硬覆岩均是煤矿开采的不利采矿地质条件，采动过程容易诱发工程岩体动力灾害，是影响开采安全的重要因素。由于开采条件的复杂性和矿井的个性，开采过程对活断层与巨厚硬覆岩安全评价方法的普适性较差，目前对此类问题没有技术标准可依，也未见可资借鉴的相似安全评价方法，煤矿安全需开展此类问题的安全评价方法研究。
[0003]目前，煤矿开采工作面存在断层的开采条件比较常见，但活动断层且其上盘存在巨厚硬覆岩的开采环境条件鲜见，未见关于这方面的评价方法报导；活动断层采动继续活化和巨厚硬覆岩破断冲击复合因素的安全性评价指标和评价技术未见报导；断层活化强度方面的判断，以往根据运动速度振幅计算能量，缺少物理量纲清晰的能量计算方法，缺少针对性较强的能量衰减模型。
[0004]由于我国对煤炭资源的依赖性比较高，相当长的时间内仍需在深部复杂条件下开采，导致的采矿安全问题凸显，此方面的安全评价技术需要与时俱进不断完善，将在保障煤矿安全生产方面产生巨大的推动作用。为此设计了煤矿活断层与巨厚硬覆岩采动安全评价方法。

技术实现思路

[0005]为了弥补以上不足，本专利技术提供了煤矿活断层与巨厚硬覆岩采动安全评价方法，旨在改善上述
技术介绍
中的问题。
[0006]本专利技术实施例提供了煤矿活断层与巨厚硬覆岩采动安全评价方法，包括以下步骤：
>[0007]S1.采矿地质条件调查：为建立数值模拟模型，获取必要的参数和条件，进行采矿地质条件调查；
[0008]S2.建立数值仿真模型：根据调查结果，建立数值仿真模型；
[0009]S3.设置监测点、监测线：监测断层和硬覆岩位移、运动速率；
[0010]S4.判断活断层继续活化形式：根据活断层位移、运动速率监测结果，判断活断层继续活化力学性质和活化类型，决定下一步是否继续判断；
[0011]S5.判断硬覆岩是否破断：根据硬覆岩位移、运动速率监测结果，判断硬覆岩是否发生破断，决定下一步是否继续判断；
[0012]S6.活断层活化和硬覆岩破断释放弹性能量计算：对于蠕滑活化形式断层，终止判断弹性能量释放，对于粘滑活化断层，根据断层运动学监测结果和活断层理论，计算断层活化释放的弹性能量，对于破断的硬覆岩，计算破断释放的弹性能量；
[0013]S7.活断层活化和硬覆岩破断释放弹性能影响范围计算：对于粘滑活化断层和破
断的硬覆岩，根据能量衰减模型，计算弹性能量影响范围；
[0014]S8.弹性能叠加效应计算：对粘滑活化断层和硬覆岩破断同时发生，计算能量叠加效应，不同时发生分别结算；
[0015]S9.活断层活化与硬覆岩破断安全评价：根据最终计算的弹性能影响范围和强度，划分安全等级及指标，进行综合安全评价。
[0016]在一种具体的实施方案中，所述S1包括以下具体步骤：针对煤矿需要进行活断层与巨厚硬覆岩采动安全评价的区域开展采矿地质条件调查，所述调查内容为断层产状、断层与工作面的空间位置关系、断层规模、断层力学性质、断层带规模和岩性、断层上下盘岩层分布、岩石物理力学性质、巨厚硬覆岩空间分布及力学性质、断层和巨厚硬覆岩与开采活动的关系。
[0017]在一种具体的实施方案中，所述S2包括以下具体步骤：建立数值仿真模型，根据S1的调查结果，采用离散元数值分析软件UDEC，建立1:1比例尺的高仿真数值模型，精确把握断层和巨厚硬覆岩与采煤工作面的空间位置关系。
[0018]在一种具体的实施方案中，所述S3包括以下具体步骤：在断层和硬覆岩关键部位，分别设置监测点、监测线，监测断层和硬覆岩位移、运动速率，开始仿真开采。
[0019]在一种具体的实施方案中，所述S4包括以下具体步骤：
[0020]S401.判断活断层继续活化形式，根据断层位移、运动速率监测结果，判断断层继续活化力学性质和活化类型；
[0021]S402.根据断层两盘相对位移方向，判断断层活化力学性质为剪切、挤压或拉张；
[0022]S403.根据两盘位移速率判断断层活化类型，如果位移速率平稳，或有突变但速率绝对值小于30cm/s，则判定为蠕滑型；如果位移速率有突变，且位移速率绝对值大于等于30cm/s，则判定为粘滑型。
[0023]在一种具体的实施方案中，所述S5包括以下具体步骤：
[0024]S501.判断硬覆岩是否破断，根据硬覆岩位移、运动速率监测结果，判断硬覆岩是破断还是弯曲下沉；
[0025]S502.如果断层活化判断为蠕滑型，则终止判断，转入S9，进行综合评价；如果硬覆岩判断为弯曲下沉，则终止判断，转入S9，进行综合评价；
[0026]S503.如果断层活化判断为粘滑型，硬覆岩判断为破断，则继续S6直至S9；如果断层活化判断为蠕滑型，则断层转入S8等待，硬覆岩继续S6直至S8，然后进行S9综合评价；如果硬覆岩判断为弯曲下沉，则硬覆岩转入S8等待，粘滑型断层继续S6直至S8，然后进行S9综合评价。
[0027]在一种具体的实施方案中，所述S6包括以下具体步骤：
[0028]对于粘滑型活化断层和应覆岩破断，根据断层面和破断面位错量、面积、岩体切变模量、断层或破断力学性质，计算他们释放的弹性能量，计算公式如下：
[0029]M0＝μDA；
[0030]其中：M0为地震矩，单位Nm(牛顿米)；μ为介质的切变模量，单位Pa；D为破裂面的平均位错量，单位：m；A为破裂面的面积，单位m2；
[0031]M
W
＝(2/3)lgM
‑
6.033；
[0032]其中：M
W
为矩震级，单位：级；M0为地震矩，单位Nm(牛顿米)；
[0033]E0＝4.8+1.5M
W
；
[0034]其中：E0为震源释放的弹性能量，单位：J(焦耳)；M
W
为矩震级，单位：级；
[0035]E＝βE0；
[0036]其中：E为不同断层或破裂面力学性质的震源释放弹性能量，单位：J(焦耳)；β为断层或破裂面力学性质能量调节系数，无量纲，走滑断层取1.0，逆断层取1.2，正断层取0.8。
[0037]在一种具体的实施方案中，所述S8具体包括以下步骤：
[0038]S801.对于粘滑型断层和硬覆岩弯曲下沉，只计算粘滑型断层的影响范围；
[0039]S802.对于蠕滑型断层和硬覆岩破断，只计算应覆岩破断的影响范围；
[0040]S803.对于粘滑型断层和硬覆岩破断，如果两者发生在不同时刻，按单个因素的影响范围分别计算；如果两者发生在相同时刻，则计算断层活化和硬覆岩破断的弹性能量影响范围，在两者有交集的部分取其能量和，计算叠加效应。
[0041]在一种具体的实施方案中，所述S7中计算弹性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.煤矿活断层与巨厚硬覆岩采动安全评价方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.采矿地质条件调查：为建立数值模拟模型，获取必要的参数和条件，进行采矿地质条件调查；S2.建立数值仿真模型：根据调查结果，建立数值仿真模型；S3.设置监测点、监测线：监测断层和硬覆岩位移、运动速率；S4.判断活断层继续活化形式：根据活断层位移、运动速率监测结果，判断活断层继续活化力学性质和活化类型，决定下一步是否继续判断；S5.判断硬覆岩是否破断：根据硬覆岩位移、运动速率监测结果，判断硬覆岩是否发生破断，决定下一步是否继续判断；S6.活断层活化和硬覆岩破断释放弹性能量计算：对于蠕滑活化形式断层，终止判断弹性能量释放，对于粘滑活化断层，根据断层运动学监测结果和活断层理论，计算断层活化释放的弹性能量，对于破断的硬覆岩，计算破断释放的弹性能量；S7.活断层活化和硬覆岩破断释放弹性能影响范围计算：对于粘滑活化断层和破断的硬覆岩，根据能量衰减模型，计算弹性能量影响范围；S8.弹性能叠加效应计算：对粘滑活化断层和硬覆岩破断同时发生，计算能量叠加效应，不同时发生分别结算；S9.活断层活化与硬覆岩破断安全评价：根据最终计算的弹性能影响范围和强度，划分安全等级及指标，进行综合安全评价。2.根据权利要求1所述的煤矿活断层与巨厚硬覆岩采动安全评价方法，其特征在于，所述S1包括以下具体步骤：针对煤矿需要进行活断层与巨厚硬覆岩采动安全评价的区域开展采矿地质条件调查，所述调查内容为断层产状、断层与工作面的空间位置关系、断层规模、断层力学性质、断层带规模和岩性、断层上下盘岩层分布、岩石物理力学性质、巨厚硬覆岩空间分布及力学性质、断层和巨厚硬覆岩与开采活动的关系。3.根据权利要求2所述的煤矿活断层与巨厚硬覆岩采动安全评价方法，其特征在于，所述S2包括以下具体步骤：建立数值仿真模型，根据S1的调查结果，采用离散元数值分析软件UDEC，建立1:1比例尺的高仿真数值模型，精确把握断层和巨厚硬覆岩与采煤工作面的空间位置关系。4.根据权利要求3所述的煤矿活断层与巨厚硬覆岩采动安全评价方法，其特征在于，所述S3包括以下具体步骤：在断层和硬覆岩关键部位，分别设置监测点、监测线，监测断层和硬覆岩位移、运动速率，开始仿真开采。5.根据权利要求4所述的煤矿活断层与巨厚硬覆岩采动安全评价方法，其特征在于，所述S4包括以下具体步骤：S401.判断活断层继续活化形式，根据断层位移、运动速率监测结果，判断断层继续活化力学性质和活化类型；S402.根据断层两盘相对位移方向，判断断层活化力学性质为剪切、挤压或拉张；S403.根据两盘位移速率判断断层活化类型，如果位移速率平稳，或有突变但速率绝对值小于30cm/s，则判定为蠕滑型；如果位移速率有突变，且位移速率绝对值大于等于30cm/s，则判定为粘滑型。6.根据权利要求5所述的煤矿活断层与巨厚硬覆岩采动安全评价方法，其特征在于，所
述S5包括以下具体步骤：S501.判断硬覆岩是否破断，根据硬覆岩位移、运动速率监测结果，判断硬覆岩是破断还是弯曲下沉；S502...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铁，周学斌，田道春，陈昊熠，栾付根，张华伟，
申请(专利权)人：淮北矿业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：