晋城矿区胡底矿煤岩裂隙发育规律及其预测研究

摘要

本文以晋城矿区胡底矿煤、岩裂隙为研究对象，深入分析了矿区的构造特征，恢复了矿区古构造应力场，探讨了矿区的构造演化史。在构造背景下分析煤、岩裂隙发育的规律及其相关性，分析了裂隙发育的控制因素，建立煤、岩裂隙相关性数学模型，通过地面岩层裂隙发育的程度来预测井下煤层裂隙的发育程度。
　　通过大量的地面及煤矿井下节理、褶皱构造的实地观测统计，结合矿区地质资料，利用赤平投影的方法，运用节理恢复软件，进行胡底矿主应力的恢复，通过分析可知研究区主要经历了三期构造应力作用的改造，分别是印支期、燕山期、喜马拉雅期的构造作用，并且探讨了胡底矿的构造演化史。
　　对研究区地面岩层节理的产状、密度、几何特征及组合形态等方面进行了系统的观测统计，得到岩层节理发育规律。采用控制变量法，分析构造部位、岩性、层厚等因素对岩层节理发育的控制作用，得到了不同变量与岩层节理密度的函数关系。对煤矿井下煤层裂隙进行系统观测并采集煤样，利用显微镜进行煤样显微裂隙观测，得到煤层裂隙的发育规律。
　　在相同的构造背景下，对比分析煤层节理和岩层节理的产状、几何特征、密度，得出煤、岩节理发育的优势方位具有一致性。通过煤、岩三轴试验测试得出煤岩比地面岩石具有相对较低的杨氏模量和较高泊松比，导致煤层裂隙长度相对较小宽度相对较大；煤岩具有较低的粘聚力和内摩擦角，导致研究区煤层剪裂角大于岩层剪裂角；煤岩具有较低的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度，导致煤层裂隙密度高于岩层裂隙密度。拟合出不同岩性、层厚与节理密度的数学关系，岩层节理密度与煤层裂隙密度的数学关系，煤层宏观节理密度与微观节理密度的数学关系，根据已知的地面岩层的节理密度数据，预测出胡底矿井下煤层裂隙的密度，并利用suffer绘制出胡底矿3＃煤层节理密度等值线图，得出裂隙发育的程度与构造变形程度较为一致。
　　利用地面岩层节理发育程度数据来预测井下煤层裂隙发育程度的方法切合实际，操作可行，简单便捷，为矿井生产等提供了基础地质数据。