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淺談斷層及其對開采影響的分析方法論文

時間:2024-07-18 21:13:53 其他類論文 我要投稿

淺談斷層及其對開采影響的分析方法論文

  摘要:本文介紹了斷層落差與走向長度規(guī)律的分析方法、斷層走向的分析方法、斷層對開采影響的分析方法,總結(jié)了各分析方法的特點和適用性以及對煤礦生產(chǎn)的指導(dǎo)意義。

淺談斷層及其對開采影響的分析方法論文

  關(guān)鍵詞:斷層;落差;走向長度:裂隙頻率:分析方法

  斷層是影響煤礦開采的主要地質(zhì)因素。大型及特大型斷層一般在井田勘探時就已查明,礦井初步設(shè)計階段已作了考慮,這些斷層影響井田的劃分和水平劃分,而中、小型斷層則影響巷道掘進和回采。

  在煤礦生產(chǎn)中,資源條件評價大量遇到的是小斷層。下面根據(jù)錢家營礦業(yè)分公司井田的構(gòu)造特點再結(jié)合自己工作實踐,提出以下幾種小斷層規(guī)律及其對開采影響的分析方法。

  一、斷層落差與走向長度規(guī)律的分析方法

  (一)分析的目的與意義

  小型斷層直接影響巷道和工作面回采,當(dāng)工作面遇到斷層時,頂

  板壓力增大,開采工效降低,灰分、成本增高,甚至由于斷層展布規(guī)律和破壞程度掌握不清造成停工減產(chǎn),釀成安全事故。因此研究小斷層規(guī)律,準確預(yù)測、預(yù)報小斷層特征對資源評價及煤炭生產(chǎn)具有重要意義,在開灤礦區(qū)加強這方面的研究意義更顯重大。

  (二)分析方法

  1、目前主要有三類分析方法

  一是地質(zhì)分析方法,該法主要利用鉆孔揭露的斷層資料綜合地質(zhì)力學(xué)及地質(zhì)成因研究地層規(guī)律;二是物探方法,它通過三維地震和電法勘探來探測斷層,該法對大、中型斷層是可行的,但在探測小斷層方面,目前仍存在一些技術(shù)及經(jīng)濟上的問題:三是統(tǒng)計分析方法,該法是近幾年興起的,它試圖通過對已有小斷層資料的統(tǒng)計分析,找出其規(guī)律,進而對待采區(qū)的小斷層及其破壞程度進行預(yù)測。下面具體介紹斷層落差與走向長度規(guī)律的統(tǒng)計分析方法

  2、斷層走向長度與落差的分析方法

  斷層走向長度與落差是斷層的兩個重要參數(shù),走向長度與落差越大,斷層對煤炭生產(chǎn)的影響也越大,生產(chǎn)實踐表明:一般情況下走向長度隨著落差的增大而增大。隨著礦井勘探、巷道掘進及工作面回采,可以不斷查明小斷層的落差,但其延展長度往往難以確定。如果找出落差與走向長度的統(tǒng)計關(guān)系,就可以利用落差來預(yù)測其延展區(qū)間。尤其當(dāng)工作面周圍巷道掘好后,可以根據(jù)已揭露的小斷層落差來預(yù)測其在未采的采區(qū)及工作面內(nèi)的延展長度,進而預(yù)測斷層對該采區(qū)及工作面的影響程度,因此,收集井田內(nèi)小斷層的資料,分析正斷層、逆斷層所占比例,小斷層落差與走向長度散點圖,用線性函數(shù)、冪函數(shù)和指數(shù)函數(shù)等函數(shù)對井田小斷層落差與走向長度進行回歸分析,找出最優(yōu)回歸方程,就可以定性地來表示斷層落差h(m)與走向長度1(m)的關(guān)系。

  3、斷層落差及走向長度與總體頻率的分析方法

  根據(jù)生產(chǎn)區(qū)域已揭露的小斷層,按一定的間距對落差、走向長度分別進行分組,計算出每一落差及走向長度區(qū)間內(nèi)小斷層的出現(xiàn)頻率,建立數(shù)學(xué)統(tǒng)計關(guān)系。這樣當(dāng)知道在某工作面可能出現(xiàn)的斷層總數(shù)時,據(jù)此即可估計預(yù)測某一斷層落差及走向長度下斷層指數(shù)的期望值,進而可以預(yù)測工作面內(nèi)斷層對開采的影響程度。用平均落差及平均走向長度與頻率的直方圖可以直觀地看出關(guān)系,同時還可能總結(jié)出最佳回歸方程。

  4、斷層落差與裂隙密度的分析方法

  生產(chǎn)實踐表明:斷層落差與該斷層附近頂板的裂隙密度有一定的關(guān)系,裂隙密度隨落差的增大而增加。而裂隙密度越大,頂板往往越破碎。在錢礦井田巷道較大斷層或小斷層群處,裂隙非常發(fā)育。在煤層頂板正常地段(即無斷層),裂隙條數(shù)一般在10條/米以下,接近較大斷層處(范圍5~30米)裂隙密度逐漸增加,到斷層處可達15條/米以上,裂隙方向大都與斷層方向平行。通過收集的有關(guān)巷道25條斷層及其相鄰頂板裂隙的資料進行回歸分析得出回歸方程如下:

  h=-0.79+0.106n

  式中:n為斷層附近10米內(nèi)的頂板裂隙密度(條/米);h為斷層落差(m),從回歸方程可見,h=0時,n=7.5條/米;當(dāng)n>i米時,n>12條/米。再考慮斷層拓展區(qū)間,通過觀測掘進巷道頂板裂隙,即可預(yù)測掘進前方有無斷層及斷層落差,據(jù)此可以調(diào)整掘進方向和坡度,采取過斷層的準備措施,加強頂板支護,做好防水、防冒頂工作,以減少廢巷。

  二、斷層走向的分析方法

  (一)研究斷層走向的目的與意義

  斷層走向?qū)﹂_采有直接影響。對大、中型斷層其走向井田、水平及采區(qū)的劃分,開拓、開采方式以及開拓巷道、準備巷道的布置;對小型斷層其走向不同,即與工作面的夾角不同,斷層對回采工作面的影響程度也不同。當(dāng)工作面遇到斷層時可通過調(diào)整工作面推進方向以減小斷層的影響。因此,若掌握大斷層的走向,則可以選擇合理的開拓方式,若能夠預(yù)測工作面小斷層走向的期望值,則可以有意識地將工作面布置成與期望值呈一個有利的夾角,使開采方便高效地進行,所以對斷層走向進行統(tǒng)計分析,找出其規(guī)律是非常重要的。另一方面礦井投產(chǎn)時,大、中型斷層已基本查明,但小斷層大都在開采時才能揭露,因此,如果我們能掌握某區(qū)域內(nèi)大、中型斷層與小斷層走向之間及相鄰區(qū)域小斷層走向間的關(guān)系,就可以根據(jù)大型斷層及己已采采區(qū)的小斷層估計未采采區(qū)小斷層的走向,即可以據(jù)此確定開拓、開采方案,預(yù)測斷層對開采指標的影響,制定有關(guān)生產(chǎn)或目標定額。

  (二)斷層走向的分析方法

  現(xiàn)有的各種統(tǒng)計方法中尚不能圓滿解決有關(guān)斷層走向估計等方面的問題,不便得出某一區(qū)域(工作面、采區(qū)、礦井)斷層走向的期望值及其離散程度,因而難以預(yù)測該區(qū)域斷層(走向)對開采的影響程度,更不便進一步研究斷層間的關(guān)系及斷層預(yù)測。主要研究方法有以下三種:一是斷層走向的頻率分布分析方法,它是用圓周直方圖、直線直方圖、玫瑰圖示方法來表示;二是斷層的平均走向與圓上方差分析法。

  三是小斷層走向及小斷層與大斷層走向間關(guān)系統(tǒng)計分析方法。由于斷層走向統(tǒng)計分析主要用數(shù)值統(tǒng)計知識,這里不多介紹。

  三、斷層對開采影響的分析方法

  工作面小斷層對開采的主要影響可能有斷層落差、走向長度、傾角及斷層走向與工作面夾角,但對各影響因素的重要程度、影響方式看法不一。下面用四個變量作為斷層的影響因素來介紹幾種分析方法。

  (一)落差h與煤厚m的比值u

  一般來說,u值越大,即斷層落差越大,煤厚越小,工作面過斷層就越困難,因而對生產(chǎn)影響也越大。此比值能反映斷層兩翼煤層中斷開部分的厚度。對于綜采,如果該厚度大于或稍大于支架的最低高度,則支架容易移動,對綜采影響不大;反之影響較大,甚至于倒面搬家。

  (二)斷層面傾角β

  斷層面傾角小,在工作面出現(xiàn)的破碎帶寬度較大,冒頂危險程度也加大,反之則影響小。

  (三)斷層走向與工作面的夾角0當(dāng)斷層走向與工作面平行或近似平行時,斷層全部或大于部分

  同時暴露于工作面,頂板破碎面積大,來壓集中,頂板不易管理,支架移動困難,容易造成工作面切頂,對開采最為不利。因此,當(dāng)斷層走向與工作面夾角在0°~20°時,斷層難以通過;當(dāng)20°<0<65°時較難通過;當(dāng)o>65°~90°容易通過,但也有時此斷層會對采面長期正常生產(chǎn)產(chǎn)生影響,并不十分有利。

  (四)斷層走向長度l和面積s的比值v

  s為影響面積或評價單元面積。1為某斷層在該影響面積內(nèi)的走向長度。顯然,l越大,s越小,對開采影響越大。需要指出的是,斷層對開采的影響還與頂?shù)装鍘r性有關(guān),當(dāng)u較大時,巖性較時,則過斷層較容易,否則較難。但巖性太軟,頂板則難以控制,也不利于過斷層。

  四、經(jīng)驗與體會

  斷層及其對開采影響的分析方法,主要適用于煤礦生產(chǎn)階段。它通過對已回采工作面和采區(qū)揭露的小斷層資料進行統(tǒng)計分析從而建立數(shù)據(jù)模型。得出必要參數(shù)和回歸方程,定量地得出斷層及其對開采的影響程度,進一步對未投入采區(qū)和工作面進行預(yù)測、預(yù)報。

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