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煤矿开采扰动了煤层和顶底板岩层,破坏了原岩体的应力平衡状态;逆冲断层破坏了煤层的连续性,当煤层开采时逆冲断层附近围岩应力升高,局部岩体出现滑移变形失稳。逆冲断层活化有可能诱发煤矿采场发生冲击矿压,严重时造成人员伤亡事故。 论文以耿村煤矿逆冲断层为工程地质背景,建立了数值计算力学模型,研究了断层倾角、落差和破碎带宽度,煤层采高、采深,以及煤层开采过程等地质和开采参数,对工作面前方支承压力、顶板下沉量、断层面正应力、剪应力及滑移量等因素的影响规律,研究了活化逆断层采场发生断层冲击矿压的机理。结合逆冲断层两盘“解锁”滑移的力学理论分析,研究了逆断层上、下两盘在水平构造应力及垂直应力共同作用下的启滑条件和滑移规律,初步提出了断层滑移的临界危险区域,并分析煤层开采、断层“活化”与冲击矿压之间内在关系。最后,根据耿村煤矿12220综放工作面在探巷掘进时,揭露 F16逆冲断层的特征,数值模拟煤层开采对F16逆冲断层活化的影响,以及活化逆冲断层对工作面推进过程的影响。 通过数值模拟、理论分析和现场实际监测得出结论,随着煤层开采范围的不断扩大,工作面越接近断层,断层带应力集中和滑移运动就越明显,应力和能量也不断积累;当活化断层附近围岩达到极限强度时,就会以剧烈方式释放积累的弹性能冲击采煤工作面,诱发断层冲击矿压的发生。总之,煤层开采是断层“活化”的前提条件,采场煤岩体承载力的减小或丧失是引起断层滑移的直接原因,断层滑移引起的冲击效应是采场大范围冲击失稳的原因。论文研究结论对于预测和预防综放工作面冲击矿压具有一定的指导意义。