Metallurgical Engineering
Vol.1 No.02(2014), Article ID:13877,15 pages
DOI:10.12677/MEng.2014.12008

Numerical Simulation and Preliminary Analysis of pp 62110 Xin Zhuang Zi Mine Mining Area Fault Activation Process

Qun Zhang*, Kehai Huang#

China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute, Chongqing

Email: 378555801@qq.com

Received: Jul. 1st, 2014; revised: Jul. 14th, 2014; accepted: Jul. 29th, 2014

ABSTRACT

In order to improve the coal mine production safety in the process of excavation and mining, the precursor of fault activation is predicted reasonably and accurately, and adaptation measures in advance to prevent production accidents are adopted [1] -[3] . Based on numerical simulation of the process of fault activation of pp 62110 Xin Zhuang Zi mine mining area, using RFPA2D to modeling, calculation, and numerical simulation to predict, the influence of coal mining process to the fault and the activation process are analyzed.

Keywords:Fault Activation, RFPA2D, Numerical Modeling

Email: 378555801@qq.com

1. 引言

2. 地质概况

62110底板巷位于六二采区，是开采B10煤层时底板的抽采巷，又是B10煤层的运输巷道。南起F10-5(11)断层，北至F10-5(8)断层，走向长约820 m，巷道标高为−683 m。B10煤层属半暗~暗淡型煤，灰黑色，玻璃光泽，参差状断口，裂隙较发育，易碎成片状；赋存状况不稳定，煤厚变异系数较大；煤层中上部常发育1~2层不稳定粉砂质泥岩、含炭泥岩夹矸，厚0.3~0.8 m。施工范围内，B10煤层与B9煤层的层间距为24~29 m。地质构造，62110底板巷及顺槽位于F10-5(11)与F10-5(8)断层之间，地质构造较复杂，次生断层发育，地应力相对集中，地层产状变化较大，围岩破碎。地层走向325˚~330˚，倾角23˚~30˚，施工段内将见F10-5(10)、Fa断层，见表1。

Table 1. The table of geological structure

3. 计算模型的建立

4. 正断层数值模拟结果研究

1) 断层活化应力迁移过程分析，由RFPA2D模拟得到了回采过程中影响正断层活化的全过程及活化

(a)(b)

Figure 1. The schematic diagram of the complete model and load the simulation: (a) Normal fault; (b) Reverse fault

Figure 2. The integrated histogram and the situation of roof and floor

Table 2. The table of rock mechanics parameters—normal fault

Table 3. The table of rock mechanics parameters—reverse fault

(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)

Figure 3. The distribution of shear stress in numerical simulation of normal fault activation

①应力集中阶段

②应力继续蓄能阶段

③应力诱发导致断层微破裂产生、贯通及瓦斯运移阶段

④断层活化及上下盘滑移阶段

(i)(j)

Figure 4. The distribution of gas pressure in the activation process of simulation for normal fault

2) 断层活化过程破坏损伤(声发射AE)分析，相比上节讨论的应力分布图，破坏损伤(AE声发射)分布图，能够更加直观的看出拉、压应力的产生与分布情况，见图6。从图6(a)中我们可以清晰的看到，在回采的第一步，断层处便开始产生了压应力，所以断层的上下盘仅仅是在压紧，而回采面的附近煤层由于产生了拉应力，而致使煤体产生了微小的破碎；在图6(b)中，也就是第一次回采结束时，断层处开始产生了拉应力，虽然在拉、压应力的共同作用，但是不足以时断层处发生破碎，同时，回采面的附近煤层由于产生了拉应力在不断增大；在回采的第二次回采过程中，如图6(c)，断层对应煤层的中部偏上的位置便产生了一定程度的破碎，同时在回采第一次回采的后方，煤层也产生了破碎，这些均为拉、压应力的缓慢释放所导致的结果；随着第二次回采的继续推进，见图6(d)图6(e)，断层处的拉、压应力继续向下和上端迁移，尤其是向下端更为严重，同时在采面前方也产生大量的拉应力；到达第三次回采时，见图6(f)，基本上整个断层发生了大量的破碎，断层处大部分的剪应力得到了释放，处断层上端位置，基本达到了新的平衡状态；随着回采的继续增大，在第三次回采末，见图6(g)，断层的上端继而产生大量的拉应力，同时煤层也产生大量的拉应力，当到达第四次回采时，在大量拉应力的破坏下，断层处出现了大量的破碎，导致了上下盘的相对位移，最终导致了断层的活化与滑移现象，见图6(h)

Figure 5. The stress distribution of the activation process of simulation for normal fault

(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)

Figure 6. The distribution of AE in the activation process of simulation for normal fault

3) 断层活化过程的位移分析

5. 逆断层数值模拟研究结果

1) 断层活化应力迁移过程分析

Figure 7. The displacement map X-axis in the activation process of simulation for normal fault

Figure 8. The displacement map Y-axis in the activation process of simulation for normal fault

(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)

Figure 9. The distribution of shear stress in numerical simulation of reverse fault activation

①应力集中阶段

②应力继续蓄能阶段

③应力诱发导致断层微破裂产生、贯通及瓦斯运移阶段

④断层活化及上下盘滑移阶段

(i)(j)

Figure 10. The distribution of gas pressure in the activation process of simulation for reverse fault

2) 断层活化过程破坏损伤(AE声发射)分析

3) 断层活化过程的位移分析

Figure 11. The stress distribution of the activation process of simulation for reverse fault

(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)

Figure 12. The distribution of AE in the activation process of simulation for reverse fault

Figure 13. The displacement map X-axis in the activation process of simulation for reverse fault

Figure 14. The displacement map Y-axis in the activation process of simulation for reverse fault

6. 现场实践结果与数值模拟的相互验证

7. 结论

Figure 15. The comparison drawing of results of site monitoring and simulation

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NOTES

*第一作者。

#第二作者。