煤矿矿井突水与断层构造的非线性分析_段李宏.docx
《煤矿矿井突水与断层构造的非线性分析_段李宏.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《煤矿矿井突水与断层构造的非线性分析_段李宏.docx(5页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、 煤炭科技 地质与勘探 兖州煤业股份有限公司协办 煤矿矿井突水与断层构造的非线性分析 段 李 宏 冉 德 立 (_河南煤业化工集团永煤公司陈四楼煤矿,河南省商丘市 , 476000) 摘 要 陈 四 楼 煤 矿 南 部 深 部 采 K的断层构造较多,是煤矿深部煤层开采突水的重要影响 因素 .通过对南部深部采 K断层的非线性量化分析 .获得研究 K断层的分维值平均为 110,在 0. 7925 1.4534之间,断层构造复杂程度为屮等。并获得了研究 K突水的单位涌水量与断层构 造分维之间的关系 .且随着断层分维的增大 .矿井突水的单位涌水量也会增大。 关 键 词 深 部 煤 层 开 采 断 层
2、构 造 非 线 性 突 水 屮图分类号 P641 文献标识码 A Nonlinear analysis of coal mine water in-flows and fault structure Duan Lihong, Ran Deli (Chensilou Coal Mine, Yongmei Company, Henan Coal Chemical Industry Group, Shangqiu, Henan 476000, China) Abstract There are many fault structures in deep mining areas within Che
3、nsilou southern coal mine that are affected by water irrflows within deep coal mining areas. Nonlinear quantita- tive analysis has been conducted within these faults. The results showed that the faults average fractal dimension is 1 10. Between the range of 0 7925 1. 4534, the fault structure degree
4、 of complexity was considered medium. The relationship between the volume of water irrflow and fault fractal dimensions have been obtained. The results indicate that with increasing fault fractal dimensions, the volume of water irrflow will also increase. Key words deep coal mining, fault structure,
5、 nonlinear, water irrflow 陈四楼煤矿位于豫、皖两省交界的河南省永城 市北部,为城厢、陈集、顺和乡所辖。本区位于华 北台块东南隅之山东台背斜徐蚌凹折带中,秦岭 昆仑纬向构造带东段北支的南侧,新华夏系第二沉 降带 的东侧。本区和华北地台区一样,经过多次构 造运动,于燕山期形成了现在的构造格局。区内以 近东西向构造为主体,近南北向构造次之,伴随有 岩浆活动。永城煤田煤系地层的展布形态严格受两 组构造的控制。地质构造,尤其是断层是造成煤层 底板突水的主要原因之一。本井田位于永城隐伏背 斜的西翼 .构造形态与 K域构造一致。井田内部构 造近东西向以断层表现为主。 1矿 IX水文
6、地质及地质构造 系地层与煤系地层相互接触 .水力联系十分微弱, 边界较弱。西部和南部都以正断层为界,并形成了 相对的隔水边界。而东部 K域的二 煤层露头处分 布的灰岩面积不大 .并被厚层粘土所覆盖 .灰岩水 侧向补给井田的途径在 K域上受到了一定限制,总 体上本矿井为一个半封闭的水文地质单兀,其有利 于煤层的开采。在垂直方向 .根据含水层及隔水层 沉积层序与岩性 .研究 IX自上而下可划分为 4个含 水组:古近系、新近系和第四系孔隙含水组;二叠 系裂隙孔隙含水组;石炭系太原组溶洞裂隙承压含 水组;奥陶系溶洞裂隙强含水组。主要隔水层:新 生界底部隔水层;山西组底部隔水层。根据陈四楼 矿井 水文地
7、质条件分析 .开采二 2煤时受顶板和底 板砂岩水、太原组灰岩水影响。在矿井开采初期及 新采 K首采 K.采掘工作面顶、底板有出水现象 . 但煤层顶、底板砂岩裂隙水富水性差,储量小,易 于疏干,随着采掘面积扩大,煤层顶、底板砂岩裂 隙水对采掘影响逐渐减小。 2断层构造线性分形研宄 线性分形是具有自相似性的分形,而自相似性 主要是指局部与整体在其形态、功能以及信息等方 面具有相似性,是整体的缩影,而在断层的研宄 中,主要用容量维 Dk , 信 息 维 相 似 维 认 来 定 义 。 (1) 式中 : N (c/) - 能够覆盖住一个点集的直径为 d的小球的最小数目; P, id) 研宄对象落在第
8、个球中的概率; d 小球直径。 2. 1分形与分形维数 目前分形理论已成为非线性科学中的前沿课 题,分形定义可以由维数意义出发,非线性的实质 是事物之间的相互作用,非线性的基本特点是产生 多样性和多尺度性。在多尺度系统中,物理量是随 尺度而变化的,关键的问题是寻找该系统随尺度变 化而不变的量。分形只能在非线性系统中产生,其 中分形维数就是这种不变量。所以,分维数是表征 分形的重要参数。 由于传统的对断层的分析方法是以密度作为分 析指标,其只包含了断裂条数、断层延伸长度、断 层断距中的一方面的变化信息。但是断层分维则包 含了断裂构造的各个方面的变化信息,可以作为一 项综合性的评价指标。它可以对密
9、度指标无法区分 的情况进行区分。因此,采用断层的分维指标来代 替传统的密度指标,对矿井断裂的复杂程度进行评 价更加合理和准确。相似维和信息维是在对断层网 络的研宄中所主要采用的 .虽然信息维较相似维更 精确,但信息维的量测和计算却非常复杂,但相似 维和信息维是呈正相关的线性关系。因而,本文只 利用相似维 作为断层构造的评价指标。 图 1 研究区主要构造 2. 2研宄区断层分维计算 矿区主要构造见图 1。井田西起 &与 &2断层, 南至 F6断层且与城郊井田为邻,北至 F断层, 东至二2煤层露头线为界。研宄区井田构造形态与 总体区域构造一致,井田内部近东西向构造主要为 断层,褶曲表现次之;而近南
10、北向的构造主要为褶 曲,断层表现次之。根据勘探资料及开采情况,井 田内发现断层共 1008条,其中落差小于 10 m的有 煤矿矿井突水弓断层构造的非线性分析 33 909条,落差在 10 20 m的有 65条,落差在 20 30 m的有 13条,落差大于 30 m的有 21条。决定 井田边界及采区划分的大中型断层共计 34条。本 文主要针对井田南部的深部采区进行研宄。 煤矿实际生产应用中,如何合理、准确地用一 指标来定量评价断裂网络的复杂程度是目前研宄的 难点。近年来,随着国内外许多学者的深入研宄, 虽然断裂网络比较复杂,但是其分形体系都具有自 相似性。从而可以选用能够定量地描述几何不规则 性
11、的分维值作为断层定量评价的指标。且分维值包 含了断裂条数、交叉关系及延展长度等多方面的变 化信息,可以作为一项综合性评价指标。其分维值 越大,表示断裂的长度越长,其中小断层及分支断 层越多,对岩体的切割程度越严重,反之分维值越 小,则表示岩体受到的切割程度较弱。首先将矿区 南部研宄采区划分为边长 500 m, 共 88个 正 方 形 网格,对其逐一进行标记,见图 2。然后取其相似 比分别 r=l, 1/2, 1/4, 1/8,获得 N (r)为每 一级别下断层迹线所穿过的网格的数目,并计算平 均值,最后通过式 ( 2)求得各个网格断层网络的 相似维 Ds,计算结果见表 1。最后绘制研宄区断层
12、分维等值线图,见图 3。 D ,( 2) logr 式中 : JV o) 每一级别下断层迹线所穿过的 网格的数目。 3断层分维值与突水量的关系 自 1997年生产以来研宄区矿井共发生过 7次 突水,其最大突水量为 860 m3/h, 见表 2。 表 1矿区南部采区断层分维值 区间值 分维值 区间值 分维值 区间值 分维值 区间值 分维值 1 1. 161 23 1. 2297 45 0 67 1. 0715 2 1. 085 24 0 46 1. 1112 68 1. 1384 3 1. 161 25 1 47 1. 2165 69 1 4 1. 3502 26 1. 2075 48 0. 9
13、534 70 1. 161 5 1. 2203 27 0. 9514 49 0. 9465 71 0 6 1 28 1. 0577 50 1 72 1. 161 7 1. 161 29 1. 085 51 1. 0776 73 0. 9372 8 0. 7925 30 1. 4534 52 0. 9798 74 1. 037 9 0 7925 31 1. 161 53 1. 1205 75 0. 9817 10 L 161 32 1. 085 54 0. 9116 76 1. 0903 11 1. 161 33 1. 1282 55 1 77 1. 2297 12 1. 3502 34 1.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 煤矿 矿井 断层 构造 非线性 分析 段李宏
限制150内