潞安常村矿煤矿安全开采地质保障体系

河南理工大学王恩营教授/博导煤矿安全高效开采地质保障体系潞安集团常村煤矿讲座汇报内容一、矿井地质工作的目的及任务二、矿井三大构造特征、预测及探测三、矿井构造的水文/瓦斯地质研究四、主要矿井地质工作一、矿井地质工作的目的及任务目的：研究/解决生产中遇到的地质问题（开采技术条件），保障矿井安全高效生产。任务：（1）基础研究——包括煤厚、构造、陷落柱、岩浆岩等。（2）应用研究——水文地质、瓦斯地质等。（3）其他——生产勘探、采/掘地质说明书、地质报告、储量估算、巷道编录、煤厚探测等。二、矿井三大构造特征、预测及探测（一）构造特征——包括褶皱、断裂、陷落柱等（1）褶皱（2）断裂构造——节理/劈理、断层节理——包括张节理和剪节理。劈理——破劈理、流劈理、折劈理。断层——包括正断层、逆断层、平移断层。（3）陷落柱（二）矿井构造的预测及探测（一）预测预测的目的是掌握未知区构造发育规律，指导…预测方法是依据已知区构造发育规律，在相似条件下对未知区构造预测。？预测的局限性（二）探测探测的目的是掌握单条构造发育特征，直接服务…探测方法物探（地面+井下）钻探？探测的局限性三、矿井构造的水文/瓦斯地质研究（一）矿井构造的水文地质研究（1）研究意义（2）涌水量/突水危险性预测与防治研究结果表明：F29断层属于压剪性右旋正-平移断层，而非张性正断层。（位置、落差、特征、性质）（一）断层的位置（1）F29断层的地面位置：根据井田中北部孔沟、老代窝、井沟三个点观察，其出露点与勘探阶段确定的出露点吻合。综合判断该断层地面出露位置可靠。（2）断层的断煤交线位置（意义）：根据地面出露、勘探钻孔揭露、物探探查、井下钻探揭露，二1煤中断煤交线实际西移约20m。钻孔号据地面上盘断煤交点较勘探西移（m）据钻孔西移（m）据物探西移（m）据井下钻探西移（m）280263.8826.61无202703124.4976.74无/2602′106.1325.2445.0/25014175.851.25无/（二）F29断层落差根据地面出露、勘探钻孔揭露、物探探查、煤层底板等高线，断层落差有以下特点：（1）断层落差最大约42m，位于2802孔附近，向南北延伸逐渐减小至尖灭，非勘探时认为的越向北延伸越大。（2）纵向上，断层落差有向浅部减小、向深部增大的趋势。（3）不同方法确定的落差虽然都有误差，但仍然基本可信。（三）F29断层特征（1）断层面特征：断层面形态光滑平直，倾角65～70°断层面上可见擦痕（擦沟）（擦痕倾向北、倾角约20°，局部近水平）、反阶步两种伴生构造现象（孔沟）。反映了断层右旋剪切平移运动的性质。（2）构造岩特征:据地面、井下钻孔观察，主要是青灰色断层泥，偶含大小不等的角砾，最大厚度约1m。反应断层形成时受到强烈的压剪应力作用。（3）断层两盘伴生构造特征：上盘形成牵引向斜、下盘牵引不明显（平、剖面）；断层两盘节理或劈理发育。反映断层形成时受到强烈的剪切应力作用。（四）断层的力学性质:根据断层面特征、构造岩特征、断层两盘伴生构造特征及应力场等综合分析，F29断层属于压剪性右旋正-平移断层。（五）断层的导（富）水性研究结果表明：F29断层导（含）水性弱，并非强富（导）水断层。（1）钻探证实导（含）水性弱（a）勘探钻孔证实3501孔：q=0.0011；λ=0.0158.井田内勘探时有2802、2703、2602′和25014孔见断层，虽然见断层的层位不同，但均未见明显的泥浆漏失异常。（b）井下探查钻孔证实井下施工3个穿见断层钻孔，断层两盘不论岩性是砂岩或泥岩，均为出现出水现象。（2）物探证实导（含）水性弱（a）地面瞬变电磁证实2005年中国煤炭地质总局物探测量队在正村井田首采区域进行了地面II期三维地震及瞬变电磁勘探，提交了《×××综合报告》，证实断层导（含）水性不明显。（b）井下瞬变电磁证实研究中，在1#钻场和2#钻场分别做了2次瞬变电磁探测，探测结果均显示该断层含水性差。（3）F29断层导（含）水性分析（a）断层性质：构造岩破碎致密，导（含）水性较差；但断层两（上）盘影响带裂隙发育，其含水性好于断层破碎带和下盘。（b）断层两盘岩性结构：脆韧性互层，富水性差。（c）断层落差：最大约42m，上盘裂隙带宽度大约20m，下盘没有明显的裂隙带,断层破碎带宽度最大约1.0m，判断该断层地面补给有限，富水性较弱。（d）断层埋深：井田内二1煤层的埋深600～1000m，属于地下水滞流带5O～60m至15O～200m（应力集中带或块状结构带）。因此，导（含）水性也差。（e）现代构造应力场：根据研究，新安煤田主压应力轴方位角介于N60--70°E之间，属强烈现今构造活动区。该应力场与F29断层大角度相交，使断层面（带）处于压剪应力状态，断层破碎带构造岩中孔隙、裂隙闭合，断层两盘与断层走向一致的节理面也趋于闭合，而断层方向恰恰是地下水的径流方向，因此，现代构造应力场作用的结果是，断层面及断层方向的节理裂隙受到强烈挤压应力作用而闭合，导水性及含水性变差。特别说明的是，以上对断层导（含）水性的研究主要限于在含煤地层条件下的含水性，对于奥陶系灰岩中的断层来说，由于灰岩属于可溶性岩，一般认为是导（含）水的。陷落柱？（二）矿井构造的瓦斯地质研究（1）研究意义（2）涌出量/突出危险性预测与防治（a）地应力——构造、埋深、岩性、地形等。（b）瓦斯含量--“六大”因素影响因素：埋深、构造、围岩、煤层煤质、水文地质条件、岩浆岩侵入等。一般认为：逆断层--属于压性断层或封闭型断层，有利于瓦斯赋存；正断层--属于张性断层或开放型断层，有利于瓦斯逸散；平移断层？断层对煤层瓦斯含量的影响--“六大”因素：断层性质断层规模断层埋深两盘岩性构造应力场断层产状（1）断层性质一般认为：正断层张性、逆断层压性、平移断层剪性？实际上只有极少数正断层是张性，绝大多数正断层属于张剪性、逆断层属于压剪性和平移断层属于剪性。根据研究，断层形成过程中，断层面上受到的正应力和剪应力总是逆断层最大，正断层最小，平移断层介于之间。即：逆断层≥平移断层≥正断层（2）断层规模破碎带宽度及性质、影响带宽度等。小断层一般具有张剪性特点，影响带宽度30-50m不等。大断层一般具有压剪性特点，影响带宽度300-500m不等。断层影响带宽度一般上盘大于下盘。（3）两盘岩性脆性、韧性；两盘差异性。（4）断层埋深≤50m应力释放带（散碎结构）50-150m应力集中带（块裂结构）≥150m正常应力带（块状结构）（5）现代构造应力场构造应力场：古构造应力场、现代构造应力场，主要决定于现代构造应力场（水平），与断层的关系—平行、垂直、斜交。（6）断层产状倾向断层：除沿倾向和垂向逸散外，还沿断层“逸散”，因此，断层两盘瓦斯总体上减小，断层两盘瓦斯含量决定于埋深。走向断层：如果断层是封闭的，只有一盘瓦斯“逸散”，另一盘“封闭”；如果断层是开放的，高瓦斯区所在盘相反。以上研究表明：断层力学性质只是影响瓦斯含量因素之一，而且不是主要因素，两盘岩性、现代应力场都更重要，断层的封闭性或透气性要依据“六大”断层要素具体分析。（c）构造煤构造煤分布规律：（1）构造煤区域分布规律主要受构造控制。（a）挤压构造带是构造煤主要分布区；（b）伸展构造带边缘是构造煤的次要分布区；（c）伸展构造带内部主要是原生结构煤分布区。（2）构造煤层域分布规律主要受煤厚控制，厚煤层最有利于构造煤发育。（d）煤与瓦斯突出预测一般规律：断层上盘一定距离有利于瓦斯突出。控制机理：地应力、瓦斯含量、构造煤。典型实例：张沟矿、金龙矿、白坪矿、大平矿等。表4-5煤与瓦斯突出与断层关系一览表矿区矿井突出次数突出位置/突出频次备注平顶山八矿8小型正断层上盘/100%根据突出与断层的关系统计分析十二矿11小型正断层上盘/100%安阳矿区龙山矿35正断层上盘/100%淮南矿区59正断层上盘/62%谢二矿F13-5、F13-6、F13-7正断层的上盘潘二矿F1-4和F11正断层的上盘潘三矿F39和F37正断层的上盘等北票矿区16正断层上盘/87.5％统计的突出强度大于100t。上盘的突出强度也远大于下盘,上盘平均295.3t，下盘平均110.0t。褶皱、陷落柱的瓦斯地质特征？四、主要矿井地质工作（1）矿井褶皱、断层、陷落柱发育规律的统计、分析及预测（2）矿井褶皱、断层、陷落柱物探查疑及钻探验证（3）矿井节理/劈理统计分析与煤层瓦斯高效抽采技术体系（4）构造煤分布规律及煤层瓦斯抽采技术优化（5）断层及陷落柱涌水/突水灾害危险性分析及防治技术（6）褶皱、断层及陷落柱与煤层瓦斯赋存、煤体结构、地应力的关系（7）褶皱、断层及陷落柱瓦斯异常涌出及防治技术敬请各位专家批评指正谢谢大家!