活动，判别口泉断裂为中等活动断裂。
[0065]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；
[0066]本发明实施例中，所述的断裂构造影响范围计算方法为是以构造断裂活动性强弱等级为依据，系数K = I，2，3分别对应弱活动断裂、中等活动断裂和强活动断裂。
[0067]断裂构造的影响范围的计算公式如下:
[0068]b=K.1h (I)
[0069]式中:b-断裂构造影响宽度，m;
[0070]K-断裂构造活动性的系数；
[0071]h_断裂构造的落差。
[0072]本发明实施例中，口泉断裂落差大约380m，则按照(I)计算得口泉断裂的影响宽度:
[0073]b=K.10h = 2X10X380 = 7600m；
[0074]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；
[0075]本发明实施例中，所述的断裂构造活动特征对冲击地压的控制性确定方法，以构造断裂在垂直方向与水平方向上的运动特征为基础，利用FLAC3d模拟软件进行该条件下的数值计算，确定两断块在水平挤压、垂直升降的情况下对矿井冲击地压的影响，具体步骤如下:
[0076]步骤4-1、采用GPS测量获得矿井与断裂构造距离I;
[0077]步骤4-2、判断矿井与断裂构造距离I是否小于等于断裂构造影响宽度b，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；
[0078]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；
[0079]本发明实施例中，以边界块断裂口泉所划分的桑干河新裂陷的大块下沉和云冈块坳的相对大块上升是大同区新构造运动的基本特征，如图7所示。云R块坳内部的冲沟、河道发育，黄土坪割切为丘陵地貌，横切台地东缘口泉山脉的沟、谷相对狭深，以及沿山脉东麓特别是南段，冲积扇及冲积坡发育等现象均可以证明其上升特征。
[0080]本发明实施例中，根据上述计算b = 7600m，同忻矿距口泉断裂距离I < 1200m，I <b，为保证模型计算速度确定数值模型断裂上下盘的长度为1500m，宽度为100m，断裂落差为380m，故模型高度为1140m;
[0081]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；
[0082]本发明实施例中，共建立了177200单元，191688个节点。同忻矿3-5#煤层底板主要为炭质泥岩，顶板为粗砂岩，粗砂岩层以上为侏罗系煤层，侏罗系煤层顶板岩性以中砂岩为主，共建立四种岩性分别赋力学参数。
[0083]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；
[0084]本发明实施例中，口泉断裂位于鄂尔多斯断块与山西断陷带的边界处，利用GPS空间大地测量数据(1996?2001)计算得到鄂尔多斯断块的相对运动速度为3.2mm/a，山西断陷带的相对运动速度为2.2mm/a，其运动形式如图8所示。根据口泉断裂的实际情况，在模型左右边界施加位移边界，左边界施加方向向右的3.2mm/时步的边界条件，即每计算I个时步左边界向右移动3.2mm;模型右边界施加方向向右的2.2mm/时步的边界条件，即每计算I个时步右边界向右移动2.2mm;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;模型时步以全新世时期计算，为12000步。
[0085]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；
[0086]本发明实施例中，计算出水平挤压情况下口泉断裂两侧岩体最大主应力分布云图如图9所示，由图可知，断裂面及其附近区域形成了应力集中，位于+100m?+IlOOm高程以下的煤岩体，由于受到口泉断裂东侧地层的约束，不存在释放能量的自由边界，当受到挤压时可积聚大量的弹性潜能；
[0087]本发明实施例中，由于受新生代的主张力的作用，除口泉断裂本身，断裂两侧的岩体都出现了主张力作用下的地貌形态，如大同矿区分布着较多的正断层。设置断裂上盘的位移速度值，方向向上，即断裂下盘底部施加向上位移，大小为2.36mm/a，下盘顶部位移自由；断裂上盘顶部施加向下位移，大小为2.36mm/时步，上盘底部为自由边界;计算时步以全新世计算，为12000步。口泉断裂持续升降过程中岩体的最大主应力分布图，如图10所示。由图可知，两侧岩体的升降运动，导致断裂面处形成挤压应力，岩体中应力分布呈层状分布。石炭二叠系煤层应力水平高于侏罗系煤层应力水平。
[0088]步骤4-7、判断最大主应力的所属范围，具体为:若最大主应力为不受挤压状态下应力值的I.05?I.50倍时，属于弱影响区；若最大主应力为不受挤压状态下应力值的I.50?2.0倍时，属于中等影响区;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。
[0089]本发明实施例中，相比自重应力条件下(如图11所示)，在水平挤压作用下，中等影响范围约为250m，弱影响区范围约为250?1000m;在垂直升降作用下，强影响范围约为375m，中等影响区范围约为375?1500m。
[0090]本发明实施例中，口泉断裂对整个同忻井田的应力状态具有重要作用。8107、8105和8104工作面在开采过程中回风巷道发生多次冲击地压或强矿压，如图12所示。将井田内划分出的活动断裂同发生的冲击地压或强矿压显现点的信息进行对比分析得出:同忻矿发生冲击地压或强矿压显现区域距口泉断裂约为500?600m位于断裂构造影响区内，受口泉断裂控制的次级断裂(V-11断裂)影响，其距冲击地压最为严重的8105工作面距离仅有60m，8105工作面推进450m时5105巷道超前12m处发生的冲击地压(2012年12月30日)造成人员伤亡，受到地质构造的影响强烈，从而验证了本发明的正确性。
【主权项】
1.一种断裂构造对冲击地压影响的确定方法，其特征在于，包括以下步骤: 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: 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； 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； 步骤1-3、根据最大高程值和最小高程值获得高程区间； 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； 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； 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； 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； 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； 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。2.根据权利要求1所述的断裂构造对冲击地压影响的确定方法，其特征在于，步骤1-5所述的N级根据实际需求而定。3.根据权利要求1所述的断裂构造对冲击地压影响的确定方法，其特征在于，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: 当断裂平均活动速率V 20.lmm/a且历史地震震级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； 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m O4.根据权利要求1所述的断裂构造对冲击地压影响的确定方法，其特征在于，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: 步骤4-1、采用GPS测量获得矿井与断裂构造距离； 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； 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； 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； 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； 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； 步骤4-7、判断最大主应力的所属范围，具体为: 若最大主应力为不受挤压状态下应力值的I.05?I.50倍时，属于弱影响区； 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； 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。
【专利摘要】本发明一种断裂构造对冲击地压影响的确定方法，属于矿井冲击地压防治技术领域，本发明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；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。
【IPC分类】G01V1/40
【公开号】CN105589104
【申请号】CN201510946722
【发明人】张宏伟, 李云鹏, 陈蓥, 朱志洁, 朱峰, 邵凌峰
【申请人】辽宁工程技术大学
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2015年12月16日