隧道超前地质预报之07断层参数预测法

断层参数预测法

一、基本原理

 （一）断层预报的普遍原理

    断层作为强大地应力能量的释放对象，其能量的释放形式主要有四种：其一是断层两盘的位移（上冲、下滑或平移），动能转化为势能;其二是形成摩擦热，动能转化为热能;其三是形成断层破碎带和各种形变的断层影响带，动能转化为形变能;其四是产生冲击波动能，转化为波动能。

    其原始积累能量的大小，同样也可表现为四个方面：断层两盘位移的幅度，用断层断距来表证;产生摩擦热的多少，用两盘岩石变质程度和影响距离来表证；形变能的大小，用断层影响带及其组分的强度、宽度来表证；冲击波的强度，用地震的破坏性来表证。

    断层形成的力学机制和地应力能量释放形式的基本理论告诉我们：断层断距和断层破碎带的厚度（统称断层规模）必然与断层影响带和其所有组分宽度和强度有事物本质上的联系——它们的相互关系可以用数学公式加以表达。

（二）煤层巷道断层位置和断距预报的原理

    断层前兆参数预测法是从煤层巷道隐伏断层的超前预报开始的。隧道断层的预报借鉴了前者的经验又有所创造。其基本原理是：

    ①同一条断层（地层断距N固定），其11节理（小断层）带的厚度（B节）与煤岩强度逐渐降低带的厚度（B强）不同，即B节>B强。

    ②不同断层（地层断距N不同），其相同的异常带的厚度亦不同，即B1节≠B2节或B1强≠B2强。断距大的断层，其异常带的厚度亦大;断距小的断层，相同异常带的厚度亦小。

    ③断层断距与两个异常带的厚度具有数学本质上的联系，可以用一定的函数形式来表达;两个异常带的厚度也具有一定比例关系，也可以用数学公式来表述。

    在上述原理的指导下，通过大量、各种类型、不同方位断层的调查、总结出经验公式。即可用经验公式实现超前预报煤层巷道工作面前方隐伏断层的位置和断距。这是预报煤矿巷道断层的基本原理。

（三）山岭隧道断层破碎带位置和规模预报的原理

    第一、发现断层破碎带厚度（宽度）同断层断距一样，也与断层影响带内的两个异常带的厚度（宽度）具有数学本质上的联系，也可以用一定函数形式来表达；破碎带的宽窄与两个异常带的厚度（宽度），同样具有一定的比例关系，可以用公式来表达。

    第二、为了寻找可以替代煤岩强度降低带厚度（宽度）这个参数（B强），在大量煤层断裂影响带的调研中，发现11节理（小断层）的第Ⅲ带始见点，恰好与煤强度逐渐降低的始见点一致或接近。因为，11节理（小断层）带的形成主要受地应力状态控制，受岩性影响很小。

    因此，在断层破碎带厚度（宽度）与两个异常带厚度（宽度）关系的经验公式确定以后，也可以应用经验公式超前预报隧道工作面前隐伏断层的位置和破碎带厚度（宽度），并且通过断层产状与隧道走向和隧道断面的高度和宽度资料，预测其影响隧道的长度。这就是断层参数预测法预报隧道断层的基本原理。

二、Liu Zhigang公式

（一）煤矿巷道断层位置和断距预报公式

①断层上盘公式之一

   BⅠ＝37.7379N-4.8501    BⅢ＝17.5536N-2.8272     

BⅠ~Ⅲ＝20.1843N—2.0229

②断层下盘公式之一

   BⅠ＝34.4974N-0.8071    BⅢ＝15.8532N-1.6853     

  BⅠ~Ⅲ＝18.42N-0.8782

③断层上盘公式之二

   BⅠ＝34.9943N          BⅢ＝16.2157N           BⅠ~Ⅲ＝18.7786N

④断层下盘公式之二

   BⅠ＝34.3692N          BⅢ＝14.8677N            BⅠ~Ⅲ＝19.5051N

（二）山岭隧道断层破碎带位置和规模预报公式

⑤断层上盘公式之三

   B碎：BⅢ：BⅠ~Ⅲ：BⅠ＝0.026：0.4634：0.5366：1

⑥断层下盘公式之三

   B碎：B Ⅲ：BⅠ~Ⅲ：BⅠ＝0.026：0.4326：0.5674：1

三、关键技术

就是11节理的辨认和分带