断层活化导致井巷破坏的数值模拟分析

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在人类工程活动的影响下,采矿区重新活动的断层,我们称为矿区活化断层。采煤活动导致的断层活化是普遍存在的,它们不仅使地表建筑和公路遭受破坏,还可能导致地下水径流的改变,在煤矿生产中,瓦斯突出、冒顶、突水等灾害性事故,大多也与断层活化有关。本文针对活化断层问题,分析了地下开采对断层附近应力场和应变场的影响。并基于ANSYS有限元分析软件,模拟了实例中断层活化引起的竖井和巷道破坏。通过模拟发现,断层作为岩土体内的低强度带,受开挖影响,断层附近的应力场和应变场即发生变化,当区域应力场与采动应力场的叠加,使施加在断裂面上的剪应力大于裂面上的摩擦力时,断裂就发生滑移和进一步破坏,进而使井巷围岩产生变形和破裂,造成井巷的破坏。主要表现为:(1)开挖引起的岩移范围内存在断层时,断层的重新活动使断层附近的井巷承受的水平应力和剪应力增大,严重时会造成竖井或巷道的破坏,这和无断层时岩移造成的井巷破坏存在差异。(2)当沿断层走向在上盘和下盘附近开挖时,最易使断层活化,造成或加重巷道承受偏压,导致巷道局部变形、破坏严重。(3)当巷道与断层走向呈较大交角开挖时,采掘的影响使断层附近的应力场发生变化,巷道前方应力集中系数值逐渐增大,在距断面一定距离时,增到最大,在此区段最易引起巷道顶板破坏。(4)断层活化是造成井巷变形、破坏的主要原因之一,对断层活化的充分认识和研究对于受断层影响的井巷围岩变形、破坏的预测和防治有重要意义。
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