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作者：晏俊生;刘再斌;杨辉;武谋达;张永涛;周对对;李鹏;刘文明;
单位：西安煤科透明地质科技有限公司;中煤科工西安研究院(集团)有限公司;煤炭无人化开采数智技术全国重点实验室;煤炭科学研究总院;陕西彬长矿业集团有限公司;陕西彬长大佛寺矿业有限公司;
摘要：断层作为煤矿地质构造的重要组成部分,其复杂程度直接影响煤矿采掘的稳定性及断层型灾害的发生。针对矿井级断层复杂度无法量化评价断层对工作面采掘作业影响的不足,提出一种将透明地质模型与数值模型相结合的工作面断层三维复杂度计算方法。一方面,基于工作面透明地质几何模型,通过递归搜索算法及最小二乘原理对断层面曲面方程进行数学解析,获取断层面空间曲率特征;另一方面,以Anderson断层模型、M-C破裂准则为力学模型基础,构建含断层工作面数值模型,模拟开采条件下反映断层带活化程度的区域岩体应力累积水平特征。在此基础上,利用熵权法将2种断层特征相融合,对断层构造统计量进行补偿,将三维分形维数作为框架计算了采动条件下的全工作面断层三维复杂度。以彬长矿区大佛寺煤矿40103工作面为研究区,获取了开采位置距离DF5逆断层100、80、60、40、20、0 m时的工作面断层三维复杂度,并根据断层空间分布与微.震数据分析了不同开采位置断层复杂度的变化趋势。研究表明:在40103工作面近DF5逆断层开采过程中,断层三维复杂度总体水平不断提高,结合断层分布情况发现,断层三维复杂度变化主要是因为采动过程中断层处于失稳状态,且随开采位置变化在横纵方向转移,靠近断层时尤为明显,此外,多断层交错区比单一断层受采动干扰更大,断层特征由单一结构向交错区域演化。同时,高能量微震事件也主要集中在断层三维复杂度较高的区域,其演化规律与断层三维复杂度变化趋势相似,断层结构越复杂,微震事件的空间分布越不均匀,高能量事件的发生频率也越高,说明了采动条件下工作面断层三维复杂度模型所反映的失稳状态转移现象与岩体应力变化的相关性。
关键词：地质构造;;透明地质模型;;曲率特征;;岩体应力;;分形维数
基金资助：陕西省重点研发计划资助项目(2025CY-YBXM-485);; 陕西省创新能力支撑计划-科技创新团队资助项目(2025RS-CXTD-005);; 天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项资助项目(2024-TD-ZD001-02);; 西安煤科透明地质科技有限公司科技创新基金资助项目(2024-TM-ZX001)
