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近年来由于我国煤炭资源开采强度的不断加大,浅部煤炭资源日趋减少,煤炭的开采逐步由浅部开采转向深部开采,而深部煤层所赋存的地质条件大都较为复杂,开采难度较大,开采面临的问题较多,在水文地质条件较为发育的地区容易引发矿井突水,据相关资料统计,绝大多数的矿井突水事故都与断层有关,工作面回采诱发断层活化,活化后的断层与采动产生的裂隙贯通从而形成导水通道,引发矿井突水。本文通过理论分析、相似材料试验模拟、数值模拟计算、现场试验监测等方法,系统地研究了断层两盘工作面依次回采过程中断层活化的机理及活化特性,为断层防水煤柱的合理留设提供理论依据。本文主要研究内容及主要研究成果如下: (1)从断层带的力学性质及水文地质特征出发,分析了断层带突水的影响因素,建立了断层突水的力学模型,研究了断层的隔水性能及活化机理。 (2)根据五沟煤矿实际地质资料,运用相似材料模拟试验的方法,对断层下盘和上盘工作面依次回采诱发断层活化进行研究,得出了断层附近煤层顶、底板及断层带的应力演化规律、断层两盘工作面覆岩的塑性破坏特征及采动影响下断层的活化规律。 (3)采用3DFlac5.0数值模拟软件,对断层落差、含水层水压、断层倾角等多种工况下F2断层下盘和上盘工作面的依次回采及对活化后断层的注浆效果进行数值模拟研究,研究在不同含水层水压、不同断层落差及不同断层倾角条件下,断层下盘和上盘工作面依次回采过程中覆岩应力及塑性破坏特征、断层活化及渗流特征,研究得出了不同影响因素条件下断层的活化规律及渗流特征。 (4)运用现场试验的方法,对1033工作面开采过程中产生的超前支承压力进行研究,研究得出了超前支承压力的显现位置、峰值位置及影响范围,对判断断层防水保护煤柱留设尺寸的合理性提供依据。