地质动力条件对平煤八矿煤与瓦斯突出控制作用研究

摘要

煤与瓦斯突出是一种复杂的矿井动力现象,严重威胁煤矿安全生产。研究发现,板块运动、地质构造、构造凹地、地应力等地质动力条件对煤与瓦斯突出的发生具有控制作用。通过对板块运动、地形地貌、区域构造的研究,查明平顶山矿区地质构造、构造块体的时间空间形态。运用地质动力区划方法划分平顶山天安煤业公司八矿Ⅰ~Ⅴ级活动断裂,构建构造活动的格架,并运用分形理论对查明的活动断裂进行研究。结果表明,华北聚煤区南缘逆冲推覆构造带对矿区的挤压,造成矿区的构造应力集中,增加了矿区煤岩体的弹性能;活动断裂的逆冲造成断裂面受压,也产生构造应力集中;断裂的方位角与最大主应力方向夹角、断裂的活动性等对煤与瓦斯突出具有控制作用。通过数值模拟手段模拟煤层顶板岩性组合对突出的影响。结果表明,砂质顶板并不是通过自身重力对下伏煤层的突出产生影响,而是巨厚砂质顶板聚集了巨大的弹性能,为突出提供动力。通过岩体应力状态计算分析,得知断裂对突出的影响表现为在煤层顶板形成应力升高区、应力梯度区。通过能量计算,得出井田戊9-10煤层顶板的弹性潜能,最大值为0.025MJ/m~3,聚集的弹性潜能足够支持煤与瓦斯突出所需的能量。通过井田弹性潜能的分布和突出点的对比,突出区域弹性潜能大于0.015MJ/m~3。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外煤与瓦斯突出概况

1.3 国内外研究成果综述

1.3.1 煤与瓦斯突出机理研究成果概述

1.3.2 地质构造控制煤与瓦斯突出的研究现状

1.3.3 煤与瓦斯突出区域预测的研究成果概述

1.4 论文主要研究内容

2 平顶山矿区地质动力条件分析

2.1 平顶山煤田形成期

2.2 地质构造对煤与瓦斯突出控制作用分析

2.2.1 地质构造宏观特征

2.2.2 平顶山矿区地质构造特征

2.2.3 活动断裂对煤与瓦斯突出的控制

2.3 构造凹地对煤与瓦斯突出的控制作用

2.3.1 构造对地貌形态的控制作用

2.3.2 构造凹地的地质动力特征

2.4 地应力对煤与瓦斯突出的控制作用

2.4.1 地应力场概述

2.4.2 地应力在煤与瓦斯突出中的作用

2.4.3 八矿地应力测量

2.4.4 地应力对八矿煤与瓦斯突出的影响

3 断裂形式对煤与瓦斯突出的影响

3.1 断块构造划分

3.1.1 地质动力区划方法

3.1.2 地质动力区划的原理

3.1.3 平顶山矿区各级断块构造划分

3.2 断裂形式对煤与瓦斯突出的控制作用

3.2.1 划分的活动断裂对煤与瓦斯突出影响

3.2.2 断裂方位角对煤与瓦斯突出影响分析

3.3 活动断裂的分形

3.3.1 断裂的分形特征

3.3.2 断裂分维数的意义和计算方法

3.3.3 八矿断裂分形研究

4 煤层顶板岩性组合对煤与瓦斯突出的影响

4.1 煤层顶板岩性组合对应力分布的影响

4.1.1 煤岩组合的力学性能

4.1.2 煤层顶板岩性组合应力数值计算

4.1.3 数值计算结果分析

4.2 八矿井田顶板岩性组合对煤与瓦斯突出影响

5 岩体能量分析及对煤与瓦斯突出影响

5.1 岩体应力状态分析

5.1.1 岩体应力状态计算

5.1.2 八矿煤层构造应力区划分

5.2 煤与瓦斯突出发生的能量理论

5.3 煤与瓦斯突出的能量准则

5.4 煤与瓦斯突出动力条件

5.5 八矿戊9-10 煤层能量分析

5.5.1 戊9-10 煤层煤岩体弹性潜能计算

5.5.2 井田特征区域煤岩体弹性潜能计算

5.5.3 八矿戊9-10-12131 综采面煤层弹性潜能计算

5.6 本章小结

6 结论

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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