沙梁井田主要开采地质条件评价与沟道溃水危险性预测.pdf

分类号 学 号 Q 垒 鱼垒 。鼐u 点缝E 蕊杰篁 密级 硕士学位论文 T h esisf O rM a s t e r ，sDe g r e e 沙梁井田主要开采地质条件评价 与沟道溃水危险性预测 申请人姓名王晓玮 指导教师侯恩科 校内 段中会 校外 类别非全日制专业学位硕士 工程领域地质工程 研究方向煤田地质与矿井地质 2 0 2 0 年12 月 万方数据 压姿料技大学 学位论文独创性说明 本人郑重声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得 研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集体 已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学 位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 做了明确说明并表示了谢意。 I 学位论文作者签名谢剖b 日期渺．I 土． ／汐 l 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工 作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文 的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文a 同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位 为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 靴做储鹕孤中特刻稚轹 ／D 日封年 彳耽 蜘腓 缓 万方数据 论文题目沙梁井田主要开采地质条件评价与沟道溃水危险性预测 工程领域地质工程 硕士生王晓玮 导师侯恩科 段中会 摘要 签名＼j l 上1 ] ， 签名 签名＼出1 ] ， 沙梁井田位于陕北侏罗纪煤田庙哈孤矿区的西北部，煤层埋藏浅、基岩薄，基岩厚 度比较薄的区域遭受不同程度的风化作用后，在局部存在软弱顶板基岩，对矿井巷道掘 进和煤层安全回采存在一定影响，井田范围内断层较发育，并且沟道局部区域的2 之煤层、 5 ．2 煤层埋深较浅，煤层回采结束后存在沟道溃水危险。本文以沙梁井田为研究区域开展 构造复杂程度预测评价、煤层顶板分类分级与分区预测及沟道溃水危险性预测研究，对 矿井安全生产具有重要理论意义和实际意义。 通过对沙梁井田地质条件进行研究分析，结合物探和钻探揭露断层情况，确定对沙 梁井田构造复杂程度的分析评判的3 个主控因素分别为断层分维值、断层强度指数、 断层密度。根据剐船、熵权法两者耦合的方法综合得出的结果对各主控因素赋予权重值， 应用觚G I S 对各个专题图叠加，并对沙梁井田构造复杂程度进行了评价，将井田范围 内的复杂程度分为4 个等级区域。沙梁井田的中西部地段为复杂构造区；中部地段为较 复杂构造区；D F 2 断层以北区域为中等构造区；D F 2 断层以南区域、D F 2 断层和D F 3 断 层之间的区域为简单构造区。 通过对沙梁井田5 之煤层钻孔资料进行统计分析，对5 也煤层直接顶和基本项的岩层 结构类型进行了分类，其中井田范围内的直接顶岩层结构类型分为无直接顶、细砂岩类、 中砂岩类和泥岩类4 大类，基本顶岩层结构类型分为细砂岩类、中砂岩类和粗砂岩类3 大类。利用理论计算和综合分析等方法，结合研究区钻孔统计的5 。2 煤层直接项和基本顶 岩性、岩层组合与岩石强度的关系及初次跨落步距和初次来压当量与基载比、冒采比、 岩层强度、采高等参数之间的关系，确定并使用了直接顶初次跨落步距和老顶初次来压 当量的预测模型，对整个研究区范围内的直接项类型和基本顶类型进行了分区预测。 结合研究区沟道洪水流量预测结果，在溃水量分级标准、沟道冒裂安全性分区预测 结果叠加分析的基础上，制定了沟道溃水危险性评价标准，将危险| 生分为5 个等级，按 照此划分标准，对买卖沟沟道洪水期的沟道溃水量进行了预测，结合沟道冒裂安全性预 测结果，最终得到2 。2 煤、5 之煤赋存区回采过程中买卖沟沟道不同沟段溃水危险性分区 预测图。其中2 之煤回采过程中在其所在赋存范围内溃水危险程度为危险性中等，5 ‘2 煤 回采过程中买卖沟道区域D F 2 断层以北以相对安全段为主，D F 2 断层以南以危险性较 大段为主。 关键词沙梁井田；构造复杂程度；顶板稳定性；沟道溃水；评价 研究类型应用研究 万方数据 S u b j e c t S p e c i a l 锣 N a m e 砷■J‘ 一 ●●●●●■ ●J ● ．匕V a l U a t l o nO Im a l n m I n I n gg e O I O g l C a IC O n d I t l O n Sa n d p r e d i c t i o no fg u l l yb u r S tw a t e r r i s ki nS h a l i a n gn e l d G e o I o g i c a lE n g i n e e r i n g W | a n gX i a O w e i I n s t r u c t O rH o uE n k e D 曲nZ h o n g h u i A b s t r ac t s i g n a t u №迎垃正迪 S i g n a t ur | e S i g n a t ur e 批厶轧 S h a l i a I l gM i n e f i e l di sl o c a t e di l lt 1 1 en o n h w e s t e mp a r to ft h eM i a o h a g um m i n ga r 韶 w h i c hb e l o n g St om e 如m s s i cc o a l f i e l di nt l l en o m l e mo fS h 雅l l 】【ip r o v i I m ．1 kc o a ls e 锄i s b u r i e ds h a l l o wa I l dt h eb e d r o c ki s Ⅱl m ．Ⅵm e nt h e 盯∞w 池m i nb e d r o c k 锄c h l e s si ss 喇洲 t 0d i f r e r e n td e g r e e so fw e a 血e r i n g ，w e a kr o o fb e d r o c kw i na p p e a ri I ll o c a la r e 船．A 1 1o f 日1 e s e h a v ec e 俩ni n n u e n c eo nm ed r i v i l l go fm i n er o a d w a ya n d 廿l es a f em i n i n go fc o a ls e 绷．T h e f I a u l t s 盯er e l a t i v e l yd e v e l o p e di I lm em i I l e f i e l d ，a n d 舭2 。2c o a ls e 锄a n d5 。2c o a ls e 姗mm e l o c a la r e ao fm ec h a n n e la r es h a l l o w e LT h e r ei sar i s ko fw 2 她r b u r S t i n g 洫也ec h 黜e l 世e rm e ■●●● 一 ●T．T■‘●，-1■． C 0 a lS e 锄m l n m gI St m l s h e d ．Ⅱlt | l l Sp a p e r S n a l l 锄gm m e 士I e l dl St a k e na Sm er e S e a r c na r e at o c a r r yo u tm er e s e a r C ho nm ep r e d i C t i o na n de v a l u a t i o no f 蛐m c t u m lc o m p l e X i ．嘎c l 丛s i f i c a t i o n o fc o a ls e 龇nr D o fa n dD r e d i c t i o no f 窖V U yw a t e rb u r S tr i s k ．O tC O a lS e 龇nr 0 0 ta n dp r e d I C t l O nO I 霉m 儿yW a t e rb U r S tn S K ． T h r o u 曲t 1 1 e 咖d ya n da n a l y s i s o f 廿l eg e o l o g i c a lc o n d i t i o n so fs h a l i a n gm i n e f i e l d ， g e o p h y s i c a le X p I o r a t i o na I l dd r i l l 证gt or e v e a lt 1 1 ef - a u l ts i n 斌i o n ，t h e 岫em a i l lc o n 仃0 lf ‰r s f o rt h e 锄a l y s i sa n de v a l u a t i o no fm es 艄J c t u r a lc o m p l e 【i _ 够o fs h a l i a n gm i n e f i e l da r ea s f o l l o w s 触c t a ld i m e n s i o nV a l u e ，s t r e n g mi n d e xa n dd e n s 晦A c c o r d i n gt 0t h ec o m b i I l e d r e s u I t so ft 1 1 eA H P 舡l dm ee n 仃o p ym e 也od ，m em a i nc o n t r 0 If ．a c t o r sa r ea u s s i g n e dw e i g h t v a l u e s ，a n d 廿l et h e m a t i cm a p sa r es u p e r i m p o s e db yA r C 、I S ，a n dt h es 椭c t u m lc o I n p l e x 时o f m eS h a l i 孤gm i n e f i e l di sp r e d i c t e d 粕de V a l u a t e d ，a n d 也er a n g co f Ⅱl em i n e 丘e l d ’I h ed e 野e e o fc o m D l e x i t vi sd i v i d e di n t o4 羽f a d e 锄．e a s ，h l c l u d i I l gc o m p l e xs 仃u c 缸l r ea r e a ，m o r ec o m D l e xO tC O m D l e X l t yl Sd l V I d e d1 m 04 掣a n e 锄．e a S ，m C l U d m gC 0 m p l e XS 咖C 硼r ea r e a ，m o r ec o m p I e X s t m c t u r ca r c a ，m e d i u m 蛐m c 恤r ea r e ≈a n ds i r r l p l e 蛐m c t u r ea r e a ．T h em i d d I e 髓dw e s t e mp a r t o fs h a l i a n g 、№1 lf i e l di sac o I n p l e xs 打u c t u m la r e a ．T h em i d d l ep a r ti sac o 埘I p l e xS t r u c n J r a l a r e a ．T h ea r e at om en o r l l lo f1 1 1 eD F 2f a u l ti sam e d i u l ns 仃u c t u r a la r e a ．T 1 1 ea r e as o u mo ft h e D F 2f a u l ta n d b e 嘶e e nt I l eD F 2f a u l ta I l dt 1 1 eD F 3f a u l ta r es 脚l es 劬咖r a la r e a s ． T h r o u 曲吐l es 诅t i s t i c a la n a l y s i so fm ed r i l l 啦d a 协o ft 1 1 e 5 ‘2c o a ls e 锄i nS h a l i a I l g M i n e f i e l d ，t h ed i r e c tr o o fa n db a S i cr 0 0 fr o c k 咖c t u r et y p e so fm e5 ．2c o a ls e a ma r ec l 私s i f i e d ． A m o n gm e m ，m ed i r c c tr o o fr o c ks 仃l 坞t u r e 咖e sw 曲i I lm em i n e 丘e I da r ed i v i d e di r I t o 万方数据 n o n - d l r e c tr o o fa n dt h e r ea r ef o u rt y p e so f ’f i n es a n d s t o n e ，m e d l u ms a n d s t o n ea n d Ⅱm d s t o n e ． T h eb a s i ct o pr o c kl a y e rs t r I J c t l l r et y p e sa r ed i V i d e di n t ot h r e et y p e s f i n es a n d s t o n e ，m e d i u m s a n d s t o n ea n dc o a r s es a n d s t o n e ．U s i n gt h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o n sa n dc o m p r e h e n s i V ea n a l y s i s m e t h o d s ，c o m b i n e dw i t h “l l i n gs t a t i s t i c si nm es t l l d ya r e a ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e d i r e c tr o o fa n db a s i cr o o f1 i t h o l o g yo ft h e5 2c o a ls e 锄，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nr o c k f o n n a t i o na n dr o c ks t r e n g t h ，t h ei n i t i a ls t e pd i s t a n c ea n dt h ei n i t i a lp r e s s l 】∽e q u i V a l e n ta n d b a s el o a dr a t i oT h er e l a t i o n s h i p 锄o n gp a r a m e t e r ss u c ha s ，c a V i n gr a t i o ，r o c ks 订a t as t I ．e n 粤吐h ， m i n i n gh e i g h t ，e t c ．，h a sd e t e m i n e da n du s e dt h ep r e d i c t i o nm o d e lo ft h ed i r e c tr o o fi n i t i a l s t 印p i n gd i s 伽1 c ea n dt h eo l dr o o fi n i t i a lp r e s s u r ee q u i V a l e n t ，a n dt h ed i r e c tr o o ft y p ea n d b a s i cT h et o pt y p ei sp r e d i c t e db yp a r t i t i o n ． C o m b i n i n gt h er e s u l t so fn o o dn o wp r e d i c t i o ni nt h ec h a n n e l i nt h es t l l d ya r e a ，b a s e do n t h es u p e r i Ⅱ1 p o s e da n a l y s i so ft h ew a t e rb r e a c hc l a s s i f i c a t i o ns t a n d a 订sa n dt h ep r e d i c t i o n r e s u l t so ft h ec h 锄e l 仃a c t l l r es a f e t yz o n i n g ，t h ec h a n n e lw a t e rb u r s tr i s ke V a l u a t i o ns t a n d a r d w a sf o 皿u l a t e d ，a n dt h er i s kw a sd i V i d e di n t o s a f I e 哆z o n e ，A c c o r d i n gt ot h i sc l a s s i f i c a t i o n s 切n d a r d ，t h ec h a n n e lw a t e rb l u s ta m o u n td u r i n gt h en o o dp e r i o do ft h et r a d i n gd i t c hc h a n n e l i sp r e d i c t e d ，a n dt h ec h a r m e lc r a c k i n gs a f - e t yi sc o m b i n e dw i mt h ef i V el e V e l so fl o wr i s k ， s m a Ur i s k ，m e d i 啪r i s k ，a n ds 仃o n gr i s k ．B a s e do nt h ep r e d i c t i V er e s u l t s ，w ef i n a l l yg e tm e r e g i o n a lp r e d i c t i o nm 印so fw a t e rb u r s tr i s ki nd i 腩r e n ts e c t i o n so ft h eM a i m a i g o uc h a n n e l d W i n gt h em i n i n gp r o c e s si nt h e2 。2 c o a la n d5 。2 c o a ls t o r a g ea r e a s ．I nt h em i n i n gp r o c e s so f2 。2 c o a l ，t h ed e 伊e eo fw a t e rb u r s t i n gd a n g e rw i t h i ni t so c c w r e n c er a n g ei sm o d e r a t e ．1 1 1t h e m i n i n gp r o c e s so f5 。2c o a l ，t h en o r t ho fD F 2f a u l ti nt h eg u l l ya r e ai sm a i n l yr e l a t i V e l ys a f e s e c t i o n ，w h i l et h es o u mo fD F 2 f ．a u l ti sm a i n l yd a n g e r o u ss e c t i o n ． K e yw o r d s S h a l i a n gm i n e f i e l d ；S t m c 劬r ec o m p l e x i t y ；I 沁o fs t a b i l i t y ；g u l l yw a t e r b u r s tr i s k ； e v a l u a t e T h e s i s A p p l i c a t i o nR e s e a r c h 万方数据 目录 目录 1 绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1 ．1 选题背景与研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．1 选题背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．2 研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．1 构造复杂程度评价研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．2 煤层顶板稳定性评价及预测研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 ．2 ．3 矿井沟道溃水危险性预测研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．3 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．4 研究方法与技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 ．4 ．1 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 ．4 ．2 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 地形地貌及水文地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．1 矿井概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 2 ．2 地形地貌⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．3 地层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 ．3 ．1 区域地层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．3 ．2 井田地层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 2 ．4 含煤地层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．5 水文地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．5 ．1 主要含 隔 水层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 2 ．5 ．2 地下水的补给、径流和排泄⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 2 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 3 构造复杂程度评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 3 ．1 区域构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 3 ．2 沙梁井田地质构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 3 ．3 构造复杂程度评价方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21 3 ．3 ．1 断层分维⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．21 万方数据 西安科技大学工程硕士学位论文 3 ．3 ．2 断层强度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 4 3 - 3 ．3 断层密度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．4 构造复杂程度综合评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．4 ．1 数据归一化处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．4 ．2 权重的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 3 ．4 ．3 矿井构造复杂程度定量评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 3 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 煤层顶板稳定性评价及预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．15 。2 煤层顶板岩层结构类型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．1 ．15 。2 煤层直接顶岩层结构类型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．1 ．25 也煤层基本顶岩层结构类型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．25 。2 煤层顶板分类分级方法与指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．2 ．1 直接顶分类方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 4 ．2 ．2 直接顶分类指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 4 ．2 ．3 基本顶分级方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 4 ．2 ．4 基本顶分级指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 4 ．35 。2 煤层直接顶类型分区预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 4 ．3 ．15 。2 煤层直接顶岩性厚度分布规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 4 ．3 ．25 。2 煤层直接顶岩层结构类型分区⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 4 ．3 ．35 。2 煤层直接顶类型分区预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 2 4 ．45 。2 煤层基本顶级别分区预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 4 ．4 ．15 之煤层基本顶岩性厚度分布规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 4 ．4 ．25 。2 煤层基本顶岩层结构类型分区⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．4 ．35 。2 煤层基本顶级别分区预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51 5 矿井充水条件评价与沟道溃水危险性预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 5 ．1 矿井充水条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 5 ．1 ．1 充水水源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 3 5 ．1 ．2 充水通道⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 5 ．1 ．3 充水强度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 8 万方数据 目录 5 ．1 ．4 沟道洪水流量预计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 8 5 ．2 地表沟道溃水危险性预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 5 ．2 ．1 地表沟道冒裂安全性预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 5 ．2 ．2 地表沟道溃水危险性预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 6 5 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0 6 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。7 l 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 3 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 4 万方数据 1 绪论 1 ．1 选题背景与研究意义 1 绪论 1 ．1 ．1 选题背景 煤炭在我们生活之中是一种不可或缺的固体可燃有机岩，也被人们誉为黑色的金子， 工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。我国有着丰富的煤炭储 量，总量有5 ．9 万亿吨，在一次能源总量中占比高达9 4 ％。2 0 1 6 年陕西省累计生产原煤 5 1 1 5 1 ．3 7 万吨，市场对煤炭的需求量也是居高不下，在2 0 1 5 年中对煤炭的消费量在总资 源量中就达到了6 4 ％之多，这个数据与一些清洁能源，例如天然气、风力发电、水利发 电、核电等在总资源总量中的占比为1 7 ．9 ％，煤炭的占比要高出很多，因此不难看出煤 炭在能源消费中还是占了主导地位，预计2 0 3 0 年随着经济的不断发展和人民生活的普遍 提高，对煤炭的需求量仍将超过2 0 亿吨【1 1 ，并且直到2 0 5 0 年国家对一次能源的消费结 构中，煤炭在能源消费总量中仍将是5 0 ％以上，煤炭工业提供了我国6 5 ％的化工原料以 及7 5 ％的工业、8 5 ％的民用燃料【2 1 。 沙梁井田位于陕西省榆林市府谷县西北的庙哈孤矿区的西北部，庙哈孤矿区位于陕 北侏罗纪煤田新民区东侧，神府矿区东部边缘地带，井田内可采煤层共5 层 2 ～、3 ～、 4 ～、5 ～、5 。2 煤层 。井田呈典型的黄土梁峁沟壑地貌，井田内水系较发育，研究区的水 系均为季节性河流，流量随季节降雨变化较大。结合研究区的前期勘探、物探等技术手 段以及巷道掘进过程中揭露的断层情况，可知沙梁井田的断层构造相对比较发育，在煤 层开采后覆岩垮落带及裂隙带有可能与断层面直接勾通的可能性，导致顶板水涌入井下 对矿井安全生产造成威胁。研究区煤层埋藏浅，基岩薄，基岩风化严重的区域呈软弱顶 板，巷道掘进和煤层开采过程中可能会受到软弱顶板区域的影响，且在沟道区域工作面 过沟回采时可能会造成导水裂隙带直接贯通沟道地表，遭遇沟道洪水溃水水害危险性。 针对研究区可能受到断层、顶板软弱带以及沟道溃水水害等隐患威胁，本文以沙梁 井田作为研究区，开展研究区构造复杂程度的定量评价、5 。2 煤层顶板稳定性评价预测及 主沟道溃水水害预测等方面研究，为煤矿后续安全生产提供地质保障。 1 ．1 ．2 研究意义 本论文的研究意义在于通过对沙梁井田构造复杂程度、煤层顶板稳定性以及沟道溃 水危险性程度进行预测，丰富了研究区构造复杂程度、煤层顶板分类预测理论方法具有 一定意义，并且为矿井过沟开采溃水水害危险性预测问题提供重要参考，也对周边具有 万方数据 西安科技大学工程硕士学位论文 类似地质条件的矿区进行主要地质条件评价预测具有重要理论意义和实际意义。 1 ．2 国内外研究现状 1 ．2 ．1 构造复杂程度评价研究现状 地质构造对于煤矿的建设和生产，以及煤矿安全方面有着巨大的影响。因此研究构 造复杂程度就成了一个重要的课题。煤层的顶板稳定性古今中外的技术人员在不断的进 行研究，因为这关系到煤矿的安全问题，解决了这个问题，对于煤矿安全生产有着十分 重要的意义。 1 ．2 ．1 ．1 矿井构造特征研究 控制煤层形成和复存的重要地质因素[ 3 1 。地壳运动破坏了煤层的完整和连续性，这 样就把煤层分为了大大小小的煤田或是井田[ 4 ] 。 2 0 世纪7 0 年代，我国的煤田地质行业主要是以地质力学为主导理论，从地质现象， 构造应力和作用方式，来分析构造演化的历史，这样进行构造的预测，主要就是要以现 场研究、野外调查和室内实验分析等，将构造研究运用到煤矿生产中[ 4 1 。 煤矿的生产对构造地质条件的研究越来越深入，而且煤矿的开采肯定是越开发，所 遇到的地质构造也越复杂。在这种情况下，研究的重点就要放在中小型构造的研究上， 井田构造的方向性、分区性等方面，主要运用了构造运动学分析和应力分析方法[ 5 - 9 ] 。 在不同性质的构造应力作用下就会形成矿井构造，不同的构造应力就会形成不同的 构造特征。通过观察分析这些不同的构造特征，找出构造应力场的规律。例如沉积岩， 研究节理就尤为重要【1 0 ] 。分析构造形变特征和组构，在研究矿井的构造应力和应力场中 得到了重要的应用【1 l 】【12 1 。 1 ．2 ．1 ．2 矿井构造定量评价研究 研究这个方面主要是为了对井田进行合理的设计和开采方式的选择提供依据[ 1 3 ] 。矿 井构造定量是根据构造规律，找到合适的定量指标，用合适的数学模型，用计算机技术， 对构造复杂程度定量评价，并划分构造等级。 评价的模型有定性～半定量评价、数理统计综合评价和模糊综合评价3 个阶段。 1 定性～半定量评价 由原西德地质人员提出的构造指数法【1 4 】和我国地质工作人员提出的构造等性块段 法[ 1 5 。17 1 。这两种方法都是用矿井构造复杂程度的地质特征作为评价标准，用构造规律作 为分析基础。这个方法优点是评价指标少、计算简单，缺点是带有较大的主观性，评价 精度不高。 7 万方数据 1 绪论 2 数理统计综合评价 研究人员在不断的改进评价指标和评价模型，来改善定性～半定量评价方法的缺点。 现在用的比较多的方法是数理统计，根据数据来计算评价指标，这样可以去除人为因素 的影响。评价模型的构造复杂程度指数是用加权合成计算出来的，层次分析法、统计法 和经验公式法等方法用于权重的确定[ 1 8 】。这个方法的优点是评价模型简单、指标丰富、 客观性较强。 3 模糊综合评价 矿井构造复杂程度的评价应用模糊学所构建的模型和评价更加的客观，更加的能反 应地质现剩1 9 ] 。自从矿井构造研究开始运用模糊数学的研究方法，就形成了以模糊综合 评价为主，灰色关联分析为辅的矿井构造评价预测体系。这种研究方法在陕西、四川等 地区有很好的应用效果【2 0 1 ，是矿井构造复杂程度定量评价的主要发展趋势。构造指标的 统计和计算是主要的研究方法，运用计算机软件可以更加方便和快捷的进行，研究人员 在一直努力的对地质构造进行研究，不断的进行新的改进和尝试，从数据统计分析到利 用现代计算机技术，得到了一些成果。例如夏玉成【2 1 】的矿井构造量化预测系统软件 M S P S 就是借助了计算机技术，运用数学理论和G I S 技术来创建的。可以看出想在 这方面的研究有大的突破，一定要运用计算机软件的开发、利用。汪吉林【2 2 】等建立了模 糊人工神经系统，在预测的效果方面比人工神经网络要更加的快速和准确。这种神经网 络和M a t l a b 语言结合起来，应用计算机编程技术，让建立模型的过程变得更简便，因此 在矿井中应用的非常广泛【2 3 。2 5 ] 。 1 ．2 ．2 煤层顶板稳定性评价及预测研究现状 1 ．2 ．2 ．1 煤层顶板稳定性评价及预测国外研究现状 顶板分类分级的主要目的是指导采煤工作面的顶板管理，选择与顶板条件相适应的 支架形式、支护方法和采空区处理措施，提高采煤工作面的安全程度。为高产高效矿井 建设和降低煤炭生产成本创造条件。国内外的研究人员进行了