上下盘开采下断层滑移失稳的力学机制与对比研究

本文主要探讨了上下盘开采对含有断层的地表沉降规律的影响以及断层滑移失稳的力学机制。针对这一问题，作者运用关键层理论构建了一个上下盘开采断层活化力学模型，该模型的关键在于理解断层带岩体在上下盘开采条件下的应力分布变化。 首先，研究指出相比于上盘开采，下盘开采的断层保持稳定性更为复杂。下盘开采不仅要求断层带岩体在断层面不发生滑移，而且还需要防止断层面产生离层，这使得下盘开采的断层活化条件更为苛刻。因此，下盘开采的断层更容易发生滑移失稳，这与上盘开采相比，显示出明显的力学差异。 其次，针对上盘开采，随着工作面的推进，浅部断层带岩体的正应力会逐渐减小，剪应力增加，表明断层带岩体在工作面前沿已进入活跃状态，可能导致裂隙产生和应力松弛。而深部断层带岩体则在逐渐积累能量准备活化，显示出断层活动的渐进性和区域性特征。 对于下盘开采，随着工作面推进，浅部和深部断层带岩体的应力状态相反，浅部剪应力和正应力增加，深部则减小。当工作面推进距离较小时，下盘断层便可能因应力集中而激活，显示出空间上的敏感性。 此外，研究发现工作面推进过程中，下盘开采断层带岩体的剪应力与正应力比值远高于上盘开采，这进一步强调了下盘开采下断层失稳的风险。 在断层活化时的表现上，上盘开采断层通常只会在断层露头处出现轻微地表裂隙，而不形成明显的台阶，而下盘开采断层则可能伴随着更明显的地表变形，反映出不同开采方式对地表稳定性的影响。 上下盘开采对含有断层的地层的处理方式对断层滑移失稳的影响是显著的，深入理解这种力学机制对于矿产开采安全和环境保护至关重要。本文的研究成果对于优化开采策略、预防地质灾害以及确保煤炭行业的可持续发展具有重要的理论和实践意义。