分形理论在断层构造复杂评价中的应用

矿井地质构造是影响煤矿生产建设最重要的地质条件(因素),这是因为地质构造具有普遍性和控制性的特点。本文在古书院煤矿地质勘探和矿井开采资料分析和统计的基础上,应用分形理论和方法对矿井构造进行了构造复杂程度评价。煤矿中的断层网络是一种具有分形结构的复杂系统,其复杂程度可用分维来描述。用分维作为评价指标,对古书院煤矿的断层网络的复杂程度进行了初步评价。     

翟镇井田断裂构造分布特征定量化分析

针对翟镇井田因断裂构造发育而导致底板频繁发生突水的现状,研究翟镇井田断裂构造对突水的影响程度。根据井田11煤层地质资料,采用统计分析法及断层影响因子法,对翟镇井田的断裂构造分布特征进行了定量化分析,并对断层性质、走向、落差、倾角等进行了统计分析,阐明了断层要素对矿井生产的影响。基于断层影响因子法对井田的断裂构造复杂程度定量化分区,结果表明,翟镇井田存在3种构造分区,即构造简单区、构造中等区和构造复杂区,其中构造复杂区为突水危险区。     

断层定量化在突水危险性评价中的应用

良庄井田目前已进入深度开采,以断层为通道的奥灰岩溶水对底板突水问题的影响越来越大。针对该井田11煤层开采底板断层突水问题,在概述良庄井田构造发育特征的基础上,以分形理论为指导,提出采用断层分维值及断层强度指数对良庄井田煤层底板断层进行定量化描述,并融合突水系数和涌水量对井田的突水危险性进行了分区。利用灰度分析Python编程确定断层分维值、强度指数和突水系数的权重,采用Surfer中的插值法将3个参数融合分析突水危险性,根据突水危险性将该区域划分为突水危险区和开采安全区。     

基于主成分分析法的奥灰富水性评价

针对因钻孔单位涌水量数据严重不足而无法评判整个井田奥灰含水层富水性的实际情况,选取了新汶煤田良庄井田井下奥灰水文孔钻孔涌水量、影响煤层安全开采的奥灰上部马家沟组上段含水层厚度、井田内断层分维值、井田内褶皱分维值和奥灰上部峰峰组含水层深度5个影响因素,作为评价奥灰富水性的指标,采用主成分分析法从这5个因素中提取出主控影响因素并获得对应的权重,建立了富水性指数的数学模型。通过确定分区阈值,绘制了以富水性指数为依据的良庄井田奥灰富水性分区图,为煤矿的安全开采提供基础资料。     

沉积和构造特征对含水层富水性的影响

为了从含水层本质特征定量评价含水层富水性及其影响指标的相关性,根据研究区含水层沉积和构造特征,并结合地质及水文地质补充勘探资料,确定了影响含水层富水性的指标包括含水层砂地比、含水层厚度、粗砂岩厚度、粗砂岩层数、断层分维值和褶皱分维值,采用灰色关联度对6项影响指标与含水层富水性的相关性进行了研究。通过计算分析,对含水层富水性影响由大到小依次为断层分维值、含水层厚度、含水层砂地比、砂岩层数、粗砂岩厚度和褶皱分维值。说明了含水层富水性受到构造的影响较大,但是沉积特征同样对含水层富水性起到了重要的影响作用。在对含水层富水性进行分析的过程中,考虑到构造控水的同时,含水层沉积控水作用同样应该受到重视。     

趋势面分析在鄂庄井田构造研究中的应用

针对鄂庄井田断裂构造严重影响开采、开拓及采煤巷道布置的现状,选取7煤层底板标高为地质变量,运用趋势面分析方法,利用最小二乘法拟合,建立了4个二维多项式趋势面数学模型。通过拟合度检验、显著性检验和适度逐次检验,选取1~3次模型进行构造趋势面分析,避免盲目提高次数而使拟合方程产生不利影响。趋势分析结果与勘探成果相互验证,研究表明:鄂庄井田总体为一向斜构造,轴向NE;该向斜自井田中东部发生分叉,形成东、西两向斜,东部向斜是由2个次级向斜和1个背斜相间排列构成的复向斜构造;落差大于30m的断层在剩余图上均有较好的反映,预测了部分勘探并未查明的构造异常区域。     

基于三维地震资料的河南永夏煤矿区李大庄煤矿探区构造精细解释

河南永夏矿区李大庄矿探区内煤层构造发育.结合区域构造地质背景,在三维地震勘探区开展地层对比追踪、断点解释和组合断层等工作,查明了探区褶皱形态与类型,刻画了断层的数量、密度、性质、断距和展布等特征.研究结果表明:探区褶曲及小的波状起伏较多,主要发育有6个褶皱;共组合煤层断层274条,正断层273条,逆断层1条,其中7条为...     

开滦范各庄井田突水特征及煤层底板 突水地质条件分析

 煤层顶底板突水危险性预测与评价是煤矿突水灾害防治的基础和依据,以开滦范各庄井田为依托,从促发与阻抗突水2方面系统分析矿井突水特征和12～14煤层间砂岩裂隙含水层厚度及其特征、突水介质条件(岩性、层间距)和突水构造条件,建立煤层底板突水与地质条件之间的相关关系和模型,并探讨控制机制。研究结果表明,本区发生突水的水源以12～14煤层间砂岩裂隙承压含水层为主,其砂岩裂隙含水层的厚度由井田的浅部向深部增厚;含水层水压随其埋藏深度的增加而增高,呈线性相关关系,且富水性增强。煤层底板隔水性能取决于隔水层厚度及其泥岩百分比含量,底板泥岩极限厚度与水压之间呈正相关关系,随着底板泥岩厚度的增加,泥岩层抵抗水压的能力增强,隔水性能变好,且完整底板泥岩层的抗水能力明显大于含裂隙的底板泥岩层。突水与构造密切相关,突水点最大涌水量与断层密度呈正相关关系。断层突水是由于断层对煤岩层的破坏作用导致在断层附近煤岩层裂隙和孔隙增加,力学强度大幅度降低的结果,且受控于区域构造和现代构造应力环境。这些成果为井田12煤层底板突水危险性评价与预测和井下突水防治提供理论依据。     

包裹体方法在工程勘察中的应用

在工程勘察中一般采用传统的地质分析法来判定断层的发育情况和活动性,但在许多情况下却难以作出准确的判断。我们在一些工程的地基勘察及稳定性评价中引入了地球化学方法,即通过矿物包裹体的类型、大小、形状和分布情况以及均一化温度等特征研究,结合显微构造分析,判定断层的规模、切割深度、相互切割关系及活动性等特性,取得了较满意的结果。     

断层及滑动构造复合构造区煤层顶板含水层渗流特征及突水危险性分析

 断层及褶皱的存在乃是导致煤矿突水的最重要的因素。为了研究均存在断层及滑动构造的华北型煤田的直接充水含水层的渗流特征,以平煤集团梨园矿宁庄矿井为例,应用有限差分软件MODFLOW,在空间离散、应力期确定、源汇项嵌入处理的基础上,对同时存在断层及滑动构造的内部边界进行了WALL的处理,建立煤层顶板砂岩含水层渗流场模型,并预测了第5,10年后的渗流场的变化规律。研究结果表明,认为在平煤宁庄矿井四7煤底板含水层的水位仍然保持较高的水平,尤其当WN方向开拓经过滑动构造时,突水的危险性仍然较大。