[发明专利]一种基于差应力的采动断层活化倾向性判别方法

说明书

本发明公开了一种基于差应力的采动断层活化倾向性判别方法，包括以下步骤：建立标准的二维断层活化分析地质力学模型，依据建立的模型分析断层面正应力、剪应力、最大主应力及最小主应力之间的关系；建立断层活化倾向性与断层面正应力、剪应力及断层面摩擦强度之间的关系；构建以差应力表达的断层活化倾向性状态函数；建立基于状态函数的断层活化倾向性判别准则；依据开采扰动下围岩应力重分布规律分析采动断层的活化倾向性，分析采动断层的活化稳定性；本发明提出的基于差应力的采动断层活化倾向性判别方法考虑了包括断层性状，区域环境的地应力状态，采动应力等的影响，是一种更综合更科学的采动断层稳定性分析评价方法。

技术领域

本发明属于矿山安全技术领域，具体涉及一种基于差应力的采动断层活化倾向性判别方法。

背景技术

在地下矿体开采过程中，动态的开采卸荷会打破采场周围岩体原始的应力平衡，导致围岩应力的重分布，这种重分布会使处于其中的断层的应力状态发生改变，使原本处于稳定状态的断层发生两盘相对滑移的再活化现象，断层活化过程中巨大的能量释放和断层带渗透性的突变往往是很多矿井地质灾害如突水、瓦斯突出、冲击地压、矿震等的根源，因此，在开采过程中对近场及远场断层的进行准确的活化倾向性分析，对矿井防灾减灾具有重大意义。

开采扰动下断层的活化是一个十分复杂的地质动力现象，受很多因素包括断层本身的性状(产状、摩擦特性、内聚作用等)，区域环境的地应力状态，采动应力等的共同影响。要对开采扰动下断层的活化稳定性进行分析，就必须要同时考虑到所有这些因素的作用。但就目前的研究现状来看，几乎所有的关于断层活化倾向性的评价方法都只是片面的考虑了其中的某一个或者某几个因素，因此，亟需构建一种综合考虑各因素的科学的准确的评价分析方法。

发明内容

针对目前断层活化倾向性的评价方法都只是片面的考虑各因素的问题，本发明的目的在于提供一种基于差应力的采动断层活化倾向性判别方法。

为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：一种基于差应力的采动断层活化倾向性判别方法，包括以下步骤：

(1)建立标准的二维断层活化分析地质力学模型，依据建立的模型分析断层面正应力、剪应力、最大主应力及最小主应力之间的关系；

(2)依据摩尔库伦破坏准则的具体理论，建立断层活化倾向性与断层面正应力、剪应力及断层面摩擦强度之间的关系；

(3)构建以差应力表达的断层活化倾向性状态函数

其中，差应力D_σ＝σ₁-σ₃，σ₁表示最大主应力，σ₃表示最小主应力；

(4)建立基于状态函数的断层活化倾向性判别准则；

(5)依据开采扰动下围岩应力重分布规律分析采动断层的活化倾向性，并结合上述(4)中的判别准则分析采动断层的活化稳定性；

具体分析方式为：根据开采方法，煤层倾角，煤层厚度等相关开采参数确定开采过程中工作面前方垂直应力集中系数(K)及水平应力的松弛系数(λ)，然后利用开采扰动下的差应力D_σ-mining＝Kσ₁-λσ₃，判别开采扰动下断层的活化稳定性，判别规则如下：

I.表示开采扰动下断层面的摩擦抵抗强于断层面的剪应力，采动断层没有活化倾向性；

II.表示开采扰动下断层面的摩擦抵抗与断层面的剪应力相等，采动断层处于活化临界状态；

III.表示开采扰动下断层面的摩擦抵抗弱于断层面的剪应力，采动断层具有活化倾向性。