贾庆辉

（山东省煤田地质局第二勘探队，山东 济宁 272000）

断层赋存条件下矿层移动变形较为复杂，断层赋存条件下矿层正常的移动变化规律被掩藏，矿层移动变形的方式，过程，分布状态难以预料，可能给矿区生产工作带来人员的伤亡和财产的严重损失[1]。关于这类问题国内外的学者提出类比法，方案比较法等多种方法，这些传统的分析方法较简单，未考虑矿层的复杂性，有一定的片面性。为了保证矿区采矿工作的安全性，合理利用资源，节约成本等，需要研究矿层移动变形的规律，获得矿层移动变形的相关参数，以便更好的进行采矿等安全生产工作。

1 断层赋存条件对矿层移动变形规律影响

（1）断层赋存条件下矿层移动变形情况。断层是由于地壳岩层因为摩擦等状态无法承受受力而发生破裂，并且沿着破裂的断面有一段相对移动的距离的构造[2]。断层赋存条件对矿层移动变形的影响有几种形式，弯曲，塌落，移动，隆起。断层赋存条件下，矿层沿着断层层面的法线方向逐渐弯曲。断层赋存条件下，使矿层顶部岩层弯曲进而拉伸变形，当拉伸的程度超过岩层所能承受的抗拉强度时，矿层顶部与整体分裂碎成不同形态的块状。断层赋存条件下，由于矿层的重力方向，矿层除了会发生弯曲外，还会沿着层面方向移动。当矿层的底部较软且矿层倾角大，断层赋存条件下，矿层底部会向断层方向隆起。断层赋存条件下矿层移动变形分三个阶段，加速阶段，矿层明显发生变动，不断推进，同时出现一个高峰值，之后有高速运动的一段时间，持续大幅度的运动，最后变动速度开始减小，运动逐渐趋于稳定，最后停止变动[3]。

（2）断层赋存条件下矿层移动变形规律。断层赋存条件下矿层移动变形是一个十分复杂的过程，受到矿层，岩层，断层等 多种因素的影响，由于研究过程中对断层做了多种假设，通过实地测量有很大的局限性[4]。通过三维数据模型模拟可以严格的控制断层赋存条件数据，不受环境等外界因素的影响，同时模型成本低，周期短，所以测试选用三维数据模型来得到研究结果。计算模型选取某一矿区的中段，矿层等数据根据矿区实际情况进行真实布置，模型取矿层边界，x方向取100m，y方向取100m，深度z方向取500m，模型为四边形。建立模型的相似条件，比例条件公式如下。

在公式（1）中，α代表模型比例，又叫几何相似常数，ls表示的是模型的尺寸，ly是实际尺寸。

时间条件公式如下。

在公式（2）中，αt代表时间相似常数，ts表示的是模型的运动时间，ty表示的是实际运动时间。

运动条件公式如下。

在公式（3）中，αm代表质量相似常数，Ms表示的是模型的体积质量，My实际体积质量。

在公式（4）中，αF代表作用力相似常数，Fs代表的是模型质点受力，Fy代表的是实际质点受力。

在三维数据模型中断层的性质由数值来表现，测试所取的断层赋存条件如下表所示。

表1 断层详细赋存条件

如果矿层是水平的，矿层下沉量公式如下。

在公式（5）中，P代表下沉量，Wmax表示的是该地质下矿层最大的下沉值，m表示的是断层厚度。

对于地下倾斜的矿层，下沉量公式如下。

在公式（6）中，β表示的是断层摩擦角度。

把断层的赋存条件带入模型中进行计算处理，得出的结果如下图1所示。

在y坐标（62,67）之间有一段特殊区域，这个区域内断层赋存条件对矿层的影响几乎为零。以这项发现为研究点投放多个断层赋存条件进入数据模拟模型进行测量，扩大y坐标的范围，选择（30,90）区间，每一米设置一个断层D进行数据分析，根据分析发现，断层赋存条件在特殊区域以内存在，断层对该区域矿层影响较弱，断层赋存条件在特殊区域的两侧分布，矿层发生剧烈沉降变形。

图1 断层赋存条件对矿层移动变形影响

2 结语

本文主要通过三维数据模型进行矿区实地环境还原，真实模拟矿层情况，通过不同的断层赋存条件来进行模拟仿真测试，通过计算分析断层赋存条件对矿层移动变形规律影响。研究的优势在于成本低，多角度测试，得出结果的速度快。不足之处在于断层赋存条件和矿层移动变形之间有复杂的变化规律，某些实地环境的因素没有在模型中体现，还有很多可以研究的方面，有待以后进行完善。