一種斷裂構(gòu)造對沖擊地壓影響的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于礦井沖擊地壓防治技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種斷裂構(gòu)造對沖擊地壓影響的確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的進步和我國現(xiàn)代化礦井大規(guī)模建設(shè)的開展，我國多數(shù)礦井都已進入深部開采;隨著煤礦開采深度的不斷加大，礦井沖擊地壓災(zāi)害越發(fā)嚴(yán)重，沖擊地壓發(fā)生頻度、強度快速增加，沖擊地壓礦井?dāng)?shù)量已從1985年的32個發(fā)展到現(xiàn)在的142多個，分布于20多個省。沖擊地壓的發(fā)生可能誘發(fā)煤與瓦斯突出、冒頂?shù)却紊F(xiàn)象，造成嚴(yán)重的人員傷亡事故，嚴(yán)重影響煤礦安全高效生產(chǎn)；因此，沖擊地壓的防治技術(shù)顯得尤為重要?，F(xiàn)有沖擊地壓防治方法大都是基于礦井尺度的局部防治方法及區(qū)域防治方法，未能說明區(qū)域斷裂構(gòu)造環(huán)境對沖擊地壓的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種斷裂構(gòu)造對沖擊地壓影響的確定方法，以達到解決礦井沖擊地壓防治技術(shù)難題的目的。
[0004]—種斷裂構(gòu)造對沖擊地壓影響的確定方法，包括以下步驟:
[0005]步驟1、采用繪圖方式在地形圖中對斷裂構(gòu)造進行劃分，并以實地考察與航衛(wèi)片相結(jié)合的方式，修正斷裂構(gòu)造的位置，具體步驟如下:
[0006]步驟1-1、以井田邊界控制點經(jīng)瑋度為依據(jù)，在I級區(qū)劃圖中確定出所需區(qū)域范圍；
[0007]步驟1-2、將I級斷裂按照比例及相應(yīng)位置在II級地形圖中畫出，將所需區(qū)域范圍地形圖中的全部高程點標(biāo)出，并標(biāo)明高程，確定最大高程值和最小高程值；
[0008]步驟1-3、根據(jù)最大高程值和最小高程值獲得高程區(qū)間；
[0009]步驟1-4、根據(jù)所獲高程區(qū)間，在II級地形圖中將高程點進行標(biāo)號，將同一標(biāo)號的高程點用曲線圈出，劃分出斷裂及斷塊，獲得II級區(qū)劃圖；
[0010]步驟1-5、返回執(zhí)行步驟1-1至步驟1-4，直至劃分出N級斷裂構(gòu)造并將井田范圍在圖中標(biāo)出，得到最終的地質(zhì)動力區(qū)劃圖；
[0011]步驟1-6、采用實地考察與航衛(wèi)片相結(jié)合的方式對地質(zhì)動力區(qū)劃圖中斷裂位置進行修正；
[0012]步驟2、根據(jù)所需區(qū)域范圍的斷裂平均活動速率和歷史地震震級，判斷其是否為活動性斷裂，若是，則進一步判斷斷裂的活動性;否則，為非活動斷裂，方法結(jié)束;所述的活動性斷裂包括強活動斷裂、中等活動斷裂和弱活動斷裂；
[0013]步驟3、根據(jù)所需區(qū)域范圍的斷裂的活動性確定斷裂構(gòu)造活動性的系數(shù)，并獲得斷裂構(gòu)造影響寬度；
[0014]步驟4、以構(gòu)造斷裂在垂直方向與水平方向上的運動特征為基礎(chǔ)，采用模擬軟件模擬兩斷塊在水平擠壓、垂直升降的情況下對礦井沖擊地壓的影響。
[0015]步驟1-5所述的N級根據(jù)實際需求而定。
[0016]步驟2所述的根據(jù)所需區(qū)域范圍的斷裂平均活動速率和歷史地震震級，判斷其是否為活動性斷裂，若是，則進一步判斷斷裂的活動性;否則，為非活動斷裂，方法結(jié)束;具體如下:
[0017]當(dāng)斷裂平均活動速率V> 0.lmm/a且歷史地震震級M > 5時，則為活動斷裂，進一步判斷斷裂的活動性;否則，為非活動斷裂，方法結(jié)束；
[0018]所述的進一步判斷斷裂的活動性，具體為:若歷史地震震級M> 7，則屬于強活動斷裂;若歷史地震震級6 <M<7時，則屬于中等活動斷裂;若歷史地震震級M<6，則屬于弱活動斷裂。
[0019]步驟4所述的采用模擬軟件模擬兩斷塊在水平擠壓、垂直升降的情況下對礦井沖擊地壓的影響，具體步驟如下:
[0020]步驟4-1、采用GPS測量獲得礦井與斷裂構(gòu)造距離；
[0021]步驟4-2、判斷礦井與斷裂構(gòu)造距離是否小于等于斷裂構(gòu)造影響寬度，若是，則執(zhí)行步驟4-3，否則，斷裂構(gòu)造對該礦井無影響，方法結(jié)束；
[0022]步驟4-3、將礦井與斷裂構(gòu)造距離設(shè)置為斷裂構(gòu)造模型的長度，并根據(jù)實際需求設(shè)置斷裂構(gòu)造模型寬度和高度；
[0023]步驟4-4、對斷裂構(gòu)造模型進行劃分網(wǎng)格并根據(jù)煤層頂?shù)装宓膸r性對力學(xué)參數(shù)進行賦值；
[0024]步驟4-5、設(shè)置斷裂構(gòu)造模型的邊界條件，具體為:模型左右邊界施加位移邊界，左右邊界按照上下盤實際位移情況，施加位移的速率及方向；模型底部垂直方向位移限制，水平方向位移自由；模型上部為自由邊界;根據(jù)斷裂構(gòu)造的活動年代設(shè)置計算時步；
[0025]步驟4-6、分別模擬斷裂構(gòu)造在不受擠壓、受水平擠壓和受垂直升降影響下的最大主應(yīng)力分布應(yīng)力云圖；
[0026]步驟4-7、判斷最大主應(yīng)力的所屬范圍，具體為:
[0027]若最大主應(yīng)力為不受擠壓狀態(tài)下應(yīng)力值的1.05?1.50倍時，屬于弱影響區(qū)；
[0028]若最大主應(yīng)力為不受擠壓狀態(tài)下應(yīng)力值的1.50?2.0倍時，屬于中等影響區(qū)；
[0029]若最大主應(yīng)力為不受擠壓狀態(tài)下應(yīng)力值的2.0倍以上時，屬于強影響區(qū)。
[0030]本發(fā)明優(yōu)點:
[0031]本發(fā)明提出一種斷裂構(gòu)造對沖擊地壓影響的確定方法，本發(fā)明科學(xué)確定了斷裂構(gòu)造對沖擊地壓的控制作用和影響，對礦井是否具備沖擊地壓發(fā)生基礎(chǔ)給出了依據(jù)，并從理論角度計算得出了斷裂構(gòu)造對礦井沖擊地壓發(fā)生的影響范圍，建立了由板塊構(gòu)造學(xué)說尺度到礦區(qū)(井田)尺度的聯(lián)系，科學(xué)確定了斷裂構(gòu)造對沖擊地壓發(fā)生的影響作用，為礦井沖擊地壓災(zāi)害防治給出了一種新的確定方法。
【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明一種實施例的斷裂構(gòu)造對沖擊地壓影響的確定方法流程圖；
[0033]圖2是本發(fā)明一種實施例的中國I級區(qū)劃圖；
[0034]圖3是本發(fā)明一種實施例的II級斷裂構(gòu)造劃分圖；
[0035]圖4是本發(fā)明一種實施例的III級斷裂構(gòu)造劃分圖；
[0036]圖5是本發(fā)明一種實施例的IV級斷裂構(gòu)造劃分圖；
[0037]圖6是本發(fā)明一種實施例的V級斷裂構(gòu)造劃分圖；
[0038]圖7是本發(fā)明一種實施例的新構(gòu)造運動特征示意圖；
[0039]圖8是本發(fā)明一種實施例的斷裂運動形式及力學(xué)機制示意圖；
[0040]圖9是本發(fā)明一種實施例的受水平擠壓影響的斷裂周圍巖體最大主應(yīng)力三維分布圖；
[0041]圖10是本發(fā)明一種實施例的受垂直升降影響的斷裂周圍巖體最大主應(yīng)力三維分布圖；
[0042]圖11是本發(fā)明一種實施例的不受斷裂構(gòu)造影響下周圍巖體最大主應(yīng)力三維分布圖；
[0043]圖12是本發(fā)明一種實施例的沖擊地壓與構(gòu)造應(yīng)力關(guān)系示意圖.
【具體實施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明一種實施例做進一步說明。
[0045]本發(fā)明實施例中，斷裂構(gòu)造對沖擊地壓影響的確定方法，包括斷裂構(gòu)造的劃分方法、斷裂構(gòu)造活動性判別方法、斷裂構(gòu)造影響范圍計算方法及斷裂構(gòu)造活動特征對沖擊地壓的控制性確定方法；
[0046]本發(fā)明實施例中，如圖1所示，斷裂構(gòu)造對沖擊地壓影響的確定方法包括以下步驟:
[0047]步驟1、采用繪圖方式在地形圖中對斷裂構(gòu)造進行劃分，并以實地考察與航衛(wèi)片相結(jié)合的方式，修正斷裂構(gòu)造的位置；
[0048]本發(fā)明實施例中，斷裂構(gòu)造的劃分方法以地質(zhì)動力區(qū)劃方法為基礎(chǔ)，以繪圖法為主，結(jié)合航衛(wèi)片判讀、地面和井下考查、地震及區(qū)域構(gòu)造活動調(diào)查方法來進行的；具體步驟如下:
[0049]步驟1-1、以井田邊界控制點經(jīng)瑋度為依據(jù)，在I級區(qū)劃圖中確定出所需區(qū)域范圍；
[0050]本發(fā)明實施例中，同忻井田位于東經(jīng)112° 58,29"至113° 08,09";北瑋39° 57'40〃至40°057 54〃之間，如圖2所示，在中國I級區(qū)劃圖中選取井田范圍；
[0051]步驟1-2、將I級斷裂按照比例及相應(yīng)位置在II級地形圖中畫出，將所需區(qū)域范圍地形圖中的全部高程點標(biāo)出，并標(biāo)明高程，確定最大高程值和最小高程值；
[0052]本發(fā)明實施例中，如圖3所示，將I級斷裂構(gòu)造按照比例在II級地形圖中畫出，在II級地形圖中，標(biāo)出所有高程點的數(shù)值，并找出II級地形圖中最大高程值Hmax和最小高程值
Hmin ；
[0053]步驟1-3、根據(jù)最大高程值和最小高程值獲得高程區(qū)間；
[0054]本發(fā)明實施例中，ΔH= (Hmax-Hmin)/10，以Δ H的值將圖中的高程分為10個區(qū)間，由高程值從大到小編號為①?⑩；
[0055]步驟1-4、根據(jù)所獲高程區(qū)間，在II級地形圖中將高程點進行標(biāo)號，將同一標(biāo)號的高程點用曲線圈出，劃分出斷裂及斷塊，獲得II級區(qū)劃圖；
[0056]本發(fā)明實施例中，分別在II級地形圖中標(biāo)出序號①?⑩，得到II級區(qū)劃圖；
[0057]步驟1-5、返回執(zhí)行步驟1-1至步驟1-4，直至劃分出N級斷裂構(gòu)造并將井田范圍在圖中標(biāo)出，得到最終的地質(zhì)動力區(qū)劃圖；
[0058]步驟1-6、采用實地考察與航衛(wèi)片相結(jié)合的方式對地質(zhì)動力區(qū)劃圖中斷裂位置進行修正；
[0059]本發(fā)明實施例中，以此類推分別劃分出I?V級斷裂構(gòu)造(如圖4?圖6)結(jié)合地表實地考察確定了各級斷塊構(gòu)造的邊界-活動斷裂;分別在1:200萬、I: 100萬、1: 20萬、1:5萬、1:1萬比例的地形圖上查明1、I1、II1、IV、V級斷塊;本發(fā)明實施例中，在同忻礦研究區(qū)域內(nèi)共劃出I級活動斷裂15條，II級活動斷裂15條，III級活動斷裂14條，IV級斷裂17條，V級斷裂21條；圖6為適合同忻井田范圍的V級斷裂圖，在這些斷裂中，北東、北西向斷裂以及東西向斷裂構(gòu)成了井田的構(gòu)造格局。
[0060]步驟2、根據(jù)所需區(qū)域范圍的斷裂平均活動速率和歷史地震震級，判斷其是否為活動性斷裂，若是，則進一步判斷斷裂的活動性;否則，為非活動斷裂，方法結(jié)束;所述的活動性斷裂包括強活動斷裂、中等活動斷裂和弱活動斷裂；
[0061]本發(fā)明實施例中，所述的斷裂構(gòu)造活動性判別方法是以中晚更新世以來有活動且全新世活動較強烈為基礎(chǔ)，以斷裂平均活動速率大小和歷史地震震級為依據(jù)判斷斷裂的活動性，將其分為強活動斷裂、中等活動斷裂和弱活動斷裂，具體如下:
[0062]當(dāng)斷裂平均活動速率V> 0.lmm/a且歷史地震震級M > 5時，則為活動斷裂，進一步判斷斷裂的活動性;否則，為非活動斷裂，方法結(jié)束；
[0063]所述的進一步判斷斷裂的活動性，具體為:若歷史地震震級M2 7，則屬于強活動斷裂;若歷史地震震級6 <M<7時，則屬于中等活動斷裂;若歷史地震震級M<6，則屬于弱活動斷裂。
[0064]本發(fā)明實施例中，1990年?1998年口泉斷裂的上盤下降的平均速率為2.36mm/a，歷史地震震級為6.5級(6 <M<7)，中晚更新世以來有活動且全新世活動較強烈，表明該斷裂現(xiàn)今仍