一种断裂构造对冲击地压影响的确定方法
【技术领域】
[0001]本发明属于矿井冲击地压防治技术领域，具体涉及一种断裂构造对冲击地压影响的确定方法。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的进步和我国现代化矿井大规模建设的开展，我国多数矿井都已进入深部开采;随着煤矿开采深度的不断加大，矿井冲击地压灾害越发严重，冲击地压发生频度、强度快速增加，冲击地压矿井数量已从1985年的32个发展到现在的142多个，分布于20多个省。冲击地压的发生可能诱发煤与瓦斯突出、冒顶等次生现象，造成严重的人员伤亡事故，严重影响煤矿安全高效生产；因此，冲击地压的防治技术显得尤为重要。现有冲击地压防治方法大都是基于矿井尺度的局部防治方法及区域防治方法，未能说明区域断裂构造环境对冲击地压的影响。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明提出一种断裂构造对冲击地压影响的确定方法，以达到解决矿井冲击地压防治技术难题的目的。
[0004]—种断裂构造对冲击地压影响的确定方法，包括以下步骤:
[0005]步骤1、采用绘图方式在地形图中对断裂构造进行划分，并以实地考察与航卫片相结合的方式，修正断裂构造的位置，具体步骤如下:
[0006]步骤1-1、以井田边界控制点经玮度为依据，在I级区划图中确定出所需区域范围；
[0007]步骤1-2、将I级断裂按照比例及相应位置在II级地形图中画出，将所需区域范围地形图中的全部高程点标出，并标明高程，确定最大高程值和最小高程值；
[0008]步骤1-3、根据最大高程值和最小高程值获得高程区间；
[0009]步骤1-4、根据所获高程区间，在II级地形图中将高程点进行标号，将同一标号的高程点用曲线圈出，划分出断裂及断块，获得II级区划图；
[0010]步骤1-5、返回执行步骤1-1至步骤1-4，直至划分出N级断裂构造并将井田范围在图中标出，得到最终的地质动力区划图；
[0011]步骤1-6、采用实地考察与航卫片相结合的方式对地质动力区划图中断裂位置进行修正；
[0012]步骤2、根据所需区域范围的断裂平均活动速率和历史地震震级，判断其是否为活动性断裂，若是，则进一步判断断裂的活动性;否则，为非活动断裂，方法结束;所述的活动性断裂包括强活动断裂、中等活动断裂和弱活动断裂；
[0013]步骤3、根据所需区域范围的断裂的活动性确定断裂构造活动性的系数，并获得断裂构造影响宽度；
[0014]步骤4、以构造断裂在垂直方向与水平方向上的运动特征为基础，采用模拟软件模拟两断块在水平挤压、垂直升降的情况下对矿井冲击地压的影响。
[0015]步骤1-5所述的N级根据实际需求而定。
[0016]步骤2所述的根据所需区域范围的断裂平均活动速率和历史地震震级，判断其是否为活动性断裂，若是，则进一步判断断裂的活动性;否则，为非活动断裂，方法结束;具体如下:
[0017]当断裂平均活动速率V> 0.lmm/a且历史地震震级M > 5时，则为活动断裂，进一步判断断裂的活动性;否则，为非活动断裂，方法结束；
[0018]所述的进一步判断断裂的活动性，具体为:若历史地震震级M> 7，则属于强活动断裂;若历史地震震级6 <M<7时，则属于中等活动断裂;若历史地震震级M<6，则属于弱活动断裂。
[0019]步骤4所述的采用模拟软件模拟两断块在水平挤压、垂直升降的情况下对矿井冲击地压的影响，具体步骤如下:
[0020]步骤4-1、采用GPS测量获得矿井与断裂构造距离；
[0021]步骤4-2、判断矿井与断裂构造距离是否小于等于断裂构造影响宽度，若是，则执行步骤4-3，否则，断裂构造对该矿井无影响，方法结束；
[0022]步骤4-3、将矿井与断裂构造距离设置为断裂构造模型的长度，并根据实际需求设置断裂构造模型宽度和高度；
[0023]步骤4-4、对断裂构造模型进行划分网格并根据煤层顶底板的岩性对力学参数进行赋值；
[0024]步骤4-5、设置断裂构造模型的边界条件，具体为:模型左右边界施加位移边界，左右边界按照上下盘实际位移情况，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；模型上部为自由边界;根据断裂构造的活动年代设置计算时步；
[0025]步骤4-6、分别模拟断裂构造在不受挤压、受水平挤压和受垂直升降影响下的最大主应力分布应力云图；
[0026]步骤4-7、判断最大主应力的所属范围，具体为:
[0027]若最大主应力为不受挤压状态下应力值的1.05?1.50倍时，属于弱影响区；
[0028]若最大主应力为不受挤压状态下应力值的1.50?2.0倍时，属于中等影响区；
[0029]若最大主应力为不受挤压状态下应力值的2.0倍以上时，属于强影响区。
[0030]本发明优点:
[0031]本发明提出一种断裂构造对冲击地压影响的确定方法，本发明科学确定了断裂构造对冲击地压的控制作用和影响，对矿井是否具备冲击地压发生基础给出了依据，并从理论角度计算得出了断裂构造对矿井冲击地压发生的影响范围，建立了由板块构造学说尺度到矿区(井田)尺度的联系，科学确定了断裂构造对冲击地压发生的影响作用，为矿井冲击地压灾害防治给出了一种新的确定方法。
【附图说明】
[0032]图1是本发明一种实施例的断裂构造对冲击地压影响的确定方法流程图；
[0033]图2是本发明一种实施例的中国I级区划图；
[0034]图3是本发明一种实施例的II级断裂构造划分图；
[0035]图4是本发明一种实施例的III级断裂构造划分图；
[0036]图5是本发明一种实施例的IV级断裂构造划分图；
[0037]图6是本发明一种实施例的V级断裂构造划分图；
[0038]图7是本发明一种实施例的新构造运动特征示意图；
[0039]图8是本发明一种实施例的断裂运动形式及力学机制示意图；
[0040]图9是本发明一种实施例的受水平挤压影响的断裂周围岩体最大主应力三维分布图；
[0041]图10是本发明一种实施例的受垂直升降影响的断裂周围岩体最大主应力三维分布图；
[0042]图11是本发明一种实施例的不受断裂构造影响下周围岩体最大主应力三维分布图；
[0043]图12是本发明一种实施例的冲击地压与构造应力关系示意图.
【具体实施方式】
[0044]下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
[0045]本发明实施例中，断裂构造对冲击地压影响的确定方法，包括断裂构造的划分方法、断裂构造活动性判别方法、断裂构造影响范围计算方法及断裂构造活动特征对冲击地压的控制性确定方法；
[0046]本发明实施例中，如图1所示，断裂构造对冲击地压影响的确定方法包括以下步骤:
[0047]步骤1、采用绘图方式在地形图中对断裂构造进行划分，并以实地考察与航卫片相结合的方式，修正断裂构造的位置；
[0048]本发明实施例中，断裂构造的划分方法以地质动力区划方法为基础，以绘图法为主，结合航卫片判读、地面和井下考查、地震及区域构造活动调查方法来进行的；具体步骤如下:
[0049]步骤1-1、以井田边界控制点经玮度为依据，在I级区划图中确定出所需区域范围；
[0050]本发明实施例中，同忻井田位于东经112° 58,29"至113° 08,09";北玮39° 57'40〃至40°057 54〃之间，如图2所示，在中国I级区划图中选取井田范围；
[0051]步骤1-2、将I级断裂按照比例及相应位置在II级地形图中画出，将所需区域范围地形图中的全部高程点标出，并标明高程，确定最大高程值和最小高程值；
[0052]本发明实施例中，如图3所示，将I级断裂构造按照比例在II级地形图中画出，在II级地形图中，标出所有高程点的数值，并找出II级地形图中最大高程值Hmax和最小高程值
Hmin ；
[0053]步骤1-3、根据最大高程值和最小高程值获得高程区间；
[0054]本发明实施例中，ΔH= (Hmax-Hmin)/10，以Δ H的值将图中的高程分为10个区间，由高程值从大到小编号为①?⑩；
[0055]步骤1-4、根据所获高程区间，在II级地形图中将高程点进行标号，将同一标号的高程点用曲线圈出，划分出断裂及断块，获得II级区划图；
[0056]本发明实施例中，分别在II级地形图中标出序号①?⑩，得到II级区划图；
[0057]步骤1-5、返回执行步骤1-1至步骤1-4，直至划分出N级断裂构造并将井田范围在图中标出，得到最终的地质动力区划图；
[0058]步骤1-6、采用实地考察与航卫片相结合的方式对地质动力区划图中断裂位置进行修正；
[0059]本发明实施例中，以此类推分别划分出I?V级断裂构造(如图4?图6)结合地表实地考察确定了各级断块构造的边界-活动断裂;分别在1:200万、I: 100万、1: 20万、1:5万、1:1万比例的地形图上查明1、I1、II1、IV、V级断块;本发明实施例中，在同忻矿研究区域内共划出I级活动断裂15条，II级活动断裂15条，III级活动断裂14条，IV级断裂17条，V级断裂21条；图6为适合同忻井田范围的V级断裂图，在这些断裂中，北东、北西向断裂以及东西向断裂构成了井田的构造格局。
[0060]步骤2、根据所需区域范围的断裂平均活动速率和历史地震震级，判断其是否为活动性断裂，若是，则进一步判断断裂的活动性;否则，为非活动断裂，方法结束;所述的活动性断裂包括强活动断裂、中等活动断裂和弱活动断裂；
[0061]本发明实施例中，所述的断裂构造活动性判别方法是以中晚更新世以来有活动且全新世活动较强烈为基础，以断裂平均活动速率大小和历史地震震级为依据判断断裂的活动性，将其分为强活动断裂、中等活动断裂和弱活动断裂，具体如下:
[0062]当断裂平均活动速率V> 0.lmm/a且历史地震震级M > 5时，则为活动断裂，进一步判断断裂的活动性;否则，为非活动断裂，方法结束；
[0063]所述的进一步判断断裂的活动性，具体为:若历史地震震级M2 7，则属于强活动断裂;若历史地震震级6 <M<7时，则属于中等活动断裂;若历史地震震级M<6，则属于弱活动断裂。
[0064]本发明实施例中，1990年?1998年口泉断裂的上盘下降的平均速率为2.36mm/a，历史地震震级为6.5级(6 <M<7)，中晚更新世以来有活动且全新世活动较强烈，表明该断裂现今仍