开采扰动下断层应力-能量演化与渐进-级联滑移特征研究

摘要

为理清断层区域物理场演化特征，揭示采动作用下断层的滑移失稳规律，以唐山矿大巷煤柱区域为工程背景，采用相似模拟、数值模拟和理论分析相结合的研究方法，研究了开采扰动下断层应力-能量演化与渐进-级联滑移特征.结果表明：覆岩支承压力随推进呈“速升—骤降—缓升—稳定”的阶段性变化规律，并在贯通过断层前后达到峰值；断层面剪应力经历“上升—震荡—下降”过程，中期受覆岩垮落卸载影响出现突降并表现出黏滑特征，后期随持续滑移而衰减；断层阻隔导致应力“上盘集中、下盘弱响应”，且响应具有滞后性；声发射事件与能量释放出现2次突增，分别对应贯通后断层上盘黏滑变形与过断层后滑移空间扩大引发的岩层错动，能量在贯通阶段瞬时释放、过断层后再积聚，并呈随测点距工作面距离增大而延迟的传播特征；断层滑移倾向性指标在过断层前达峰后骤降，表征滑移启动及由局部活化向整体失稳的扩展；断层滑移具有“下部启动-中部传递-上部联动”的演化特征，裂隙贯通形成滑移体并最终诱发整体失稳垮落；理论分析表明断层局部滑移会引起剪应力非均匀传递并触发邻区级联滑移.综合来看，断层附近应力集中会促使能量积聚，能量突释将驱动断层发生滑移失稳，研究结果可为预测断层区域动力灾害及制定差异化防控方案提供理论依据.

关键词

断层滑移 / 级联传递 / 开采扰动 / 应力演化 / 能量演化