亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        城郊煤礦二水平煤層底板突水危險(xiǎn)性綜合評(píng)價(jià)研究

        2021-02-04 11:34:20段李宏張金陵
        煤炭工程 2021年1期
        關(guān)鍵詞:分維突水水系

        段李宏,張金陵

        (河南能源化工集團(tuán)永城煤電控股集團(tuán)有限公司,河南 永城 476600)

        煤層底板高承壓含水層在采掘擾動(dòng)下誘發(fā)突水事故,是煤層開(kāi)采過(guò)程中的一種嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害,常造成嚴(yán)重的人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失,嚴(yán)重威脅煤炭資源的安全高效開(kāi)采[1,2]。而且,采掘誘發(fā)煤層底板突水是一項(xiàng)具有高承壓性、突發(fā)性、破壞性強(qiáng)特點(diǎn)的復(fù)雜動(dòng)力地質(zhì)災(zāi)害,具有很高的不確定性,且難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和有效控制。隨著我國(guó)淺部煤炭資源的日益枯竭,開(kāi)采深部煤炭資源必將是我國(guó)今后主要的資源來(lái)源,而深部煤炭資源開(kāi)采必將面臨煤層底板突水災(zāi)害的嚴(yán)重威脅[3,4]。煤層底板高承壓水突水災(zāi)害的誘發(fā)機(jī)理十分復(fù)雜,突水水源主要是煤層底板奧灰?guī)r溶水、太灰?guī)r溶水、老空水等,導(dǎo)水通道多為底板裂縫帶、隱伏陷落柱、導(dǎo)水?dāng)鄬拥?。例如?988年10月24日淮北楊莊煤礦Ⅱ617綜采工作面底板突發(fā)特大型突水災(zāi)害,實(shí)測(cè)瞬時(shí)最大突水量達(dá)3153m3/h,導(dǎo)致4個(gè)采區(qū)被淹,直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)1.50億元,原因主要是煤層底板隱伏構(gòu)造斷裂帶溝通底板太原群灰?guī)r高承壓含水層,同時(shí)奧灰水側(cè)向補(bǔ)給導(dǎo)致突水[5]。2010年3月1日,駱駝山煤礦16號(hào)煤+870m水平回風(fēng)大巷掘進(jìn)工作面發(fā)生突水,涌水量65000m3/h,造成全礦井淹沒(méi),32人遇難,其誘發(fā)機(jī)理就是煤層底板隱伏陷落柱導(dǎo)通底板高承壓奧灰水[6]。2017年5月22日,東于煤礦井下三采區(qū)03304巷底板發(fā)生老空水突水事故,造成6人死亡,直接經(jīng)濟(jì)損失505.50萬(wàn)元[7]。由此可見(jiàn),煤層底板高承壓水突水事故已經(jīng)成為制約我國(guó)煤炭資源安全、高效開(kāi)采的重要威脅之一。

        目前,開(kāi)展煤層底板突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)主要采用的是“突水系數(shù)法”,此種方法是基于大量的突水實(shí)例分析得出的一種經(jīng)驗(yàn)規(guī)律性方法,被廣泛應(yīng)用于各種地質(zhì)條件的煤礦開(kāi)采實(shí)踐中[8]。但是,由于各類(lèi)煤層底板地質(zhì)構(gòu)造差異巨大,“突水系數(shù)法”具有一定的局限性,無(wú)法考慮到煤層底板地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜程度,而這些地質(zhì)構(gòu)造又往往是造成煤礦底板突水的重要導(dǎo)水通道,其中最主要的就是導(dǎo)水?dāng)鄬訕?gòu)造,而通過(guò)預(yù)留安全煤柱的方法又會(huì)造成大量可采資源的浪費(fèi)[9]。本文就在充分分析城郊煤礦二水平煤層底板斷層構(gòu)造復(fù)雜程度的基礎(chǔ)上,采用“突水系數(shù)法”和“分形分維理論”對(duì)底板突水危險(xiǎn)性進(jìn)行了綜合分區(qū)評(píng)價(jià),為指導(dǎo)城郊煤礦二水平煤炭資源的安全開(kāi)采提供了必要的理論支撐。

        1 城郊煤礦概況

        1.1 礦山基本情況

        城郊煤礦位于河南省永城市境內(nèi),礦井采用立井多水平開(kāi)拓方式,一水平標(biāo)高-495m,二水平標(biāo)高-800m,礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力2.40Mt/a。采用分區(qū)上行開(kāi)采的開(kāi)采方式,目前主采一水平東翼采區(qū)二2煤層。隨著礦井生產(chǎn)能力的提高,一水平服務(wù)年限逐漸減少,礦井開(kāi)采水平將逐步轉(zhuǎn)入二水平,主采煤層埋深最大即將達(dá)到1000m。城郊煤礦二水平二2煤層分布相對(duì)穩(wěn)定,資源儲(chǔ)量大,是礦井接續(xù)資源開(kāi)采的重要方向。

        但是城郊煤礦二水平二2煤層受到太原組灰?guī)r含水層的威脅較大,預(yù)計(jì)太原組灰?guī)r含水層水壓高達(dá)6~7MPa,突水系數(shù)均超過(guò)《煤礦防治水細(xì)則》的正常地段0.1MPa/m的推薦值。二水平二2煤層處于“三高一擾動(dòng)”的復(fù)雜地質(zhì)與力學(xué)環(huán)境中,為保證其安全開(kāi)采,對(duì)其進(jìn)行更加合理的突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)十分重要。

        1.2 井田地層條件

        根據(jù)礦區(qū)鉆孔揭露的地層自下而上分別為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組(O2m)灰?guī)r、石炭系中統(tǒng)本溪組(C2b)鋁質(zhì)泥巖、上石炭統(tǒng)太原組(C2t)灰?guī)r與泥巖互層、二疊系下統(tǒng)山西組(P1s)泥巖砂巖互層、下統(tǒng)下石盒子組(P1x)泥巖、上統(tǒng)上石盒子組(P2s)灰?guī)r、上統(tǒng)石千峰組(P2sh)砂巖。其中主要含煤地層自下而上為上石炭統(tǒng)太原組,下二疊統(tǒng)山系組、下石盒子組,上二疊統(tǒng)上石盒子組地層。城郊煤礦二水平二2煤層主要受太原組群灰?guī)r含水層和奧陶系灰?guī)r含水層威脅,局部煤層底板距太原組灰?guī)r含水層僅有13.50m,平均50.36m,厚度差異巨大。

        1.3 主要隔水層特征

        礦區(qū)主要隔水層為山西組底部泥巖、砂質(zhì)泥巖隔水層,山西組可采煤層為二水平二2煤,該煤層與太原組L11灰間距32.14~72.58m,平均51m左右,層位穩(wěn)定。泥巖與砂質(zhì)泥巖互層隔水層累計(jì)平均厚度26.5m,形成了較好的隔水層,在無(wú)構(gòu)造破壞條件下,可以避免發(fā)生太原組灰?guī)r突水事故。但是,城郊煤礦自建井以來(lái)發(fā)生過(guò)多次底板斷層突水事故,最大突水量達(dá)300m3/h,鉆孔資料也證實(shí)了煤層底板斷層構(gòu)造極為發(fā)育,且多為小型斷層,成為制約二水平二2煤層安全開(kāi)采的巨大威脅。

        2 二水平煤層底板斷層構(gòu)造特征分析

        2.1 斷層特征

        城郊煤礦二水平底板斷層構(gòu)造極為發(fā)育,大中型斷層數(shù)量較少,小型斷層占大多數(shù),大部分為正斷層,斷層構(gòu)造發(fā)育簡(jiǎn)圖如圖1所示。斷層走向在0°~360°區(qū)間基本上呈現(xiàn)均勻分布,且走向以NE、NW為主,近SN方向較少,斷層走向玫瑰花圖,如圖2所示。斷層傾角主要集中在41°~70°之間,約占斷層總數(shù)的95%左右,可見(jiàn)二水平底板以高角度斷層發(fā)育為主,且斷層落差以小于5m的最多。由于小斷層數(shù)量多,勘探精度較低,多數(shù)是在采掘過(guò)程中被揭露的,因此是礦井水害防治的重點(diǎn)對(duì)象。

        圖1 城郊煤礦二水平底板斷層分布與網(wǎng)格劃分

        圖2 底板斷層走向玫瑰花圖

        2.2 斷層密度分布

        在城郊煤礦二水平二2煤層底板斷層分布圖的基礎(chǔ)上,以500m×500m的正方形將其總共劃分為160個(gè)塊段,依次編號(hào)為K1~K160,如圖1所示。然后對(duì)每個(gè)塊段的斷層數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),依次得出各個(gè)塊段的斷層密度,將得到的斷層密度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),通過(guò)ArcGIS空間插值克里金法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,得到了斷層密度等值面平面圖,如圖3所示。

        圖3 底板斷層密度等值面

        由圖3中可以看出,該區(qū)斷層密度東西部大多在15條/km2以上,表明二水平總體斷層構(gòu)造格局復(fù)雜,從井田的斷層密度分布可以看出,中部地段的密度相對(duì)較小,分布區(qū)間主要8條/km2以下。

        2.3 斷層強(qiáng)度分布

        對(duì)每個(gè)塊段的斷層落差和延伸長(zhǎng)度分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì),斷層強(qiáng)度可以采用式(1)進(jìn)行計(jì)算:

        式中,Li為單元內(nèi)第i條斷層的水平延伸長(zhǎng)度,m;Hi為第i條斷層的落差,m;S為統(tǒng)計(jì)面積,104m2。

        根據(jù)依次算出每個(gè)段塊的斷層強(qiáng)度,將得到的斷層強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)通過(guò)ArcGIS空間插值克里金法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,得到了研究區(qū)斷層強(qiáng)度等值面平面圖,如圖4所示。

        圖4 底板斷層強(qiáng)度等值面

        由圖4中可以看出,該區(qū)斷層強(qiáng)度大多在500以上,表明井田的總體斷層構(gòu)造格局復(fù)雜,從井田的斷層強(qiáng)度分布可以看出,中部地段的強(qiáng)度相對(duì)較小,分布區(qū)間主要500以下。根據(jù)斷層強(qiáng)度等值面圖可以看出,強(qiáng)度高的地區(qū),一般是大中型斷層延伸長(zhǎng)度較長(zhǎng)的區(qū)域;強(qiáng)度低的區(qū)域,一般是小型斷層所在區(qū)域。

        3 二水平底板突水系數(shù)法危險(xiǎn)性分區(qū)

        2018年9月實(shí)施的《煤礦防治水細(xì)則》中的突水系數(shù)計(jì)算公式如式(2):

        T=P/M

        (2)

        式中,T為突水系數(shù),MPa/m;P為含水層水壓,MPa;M為隔水層厚度,m。

        突水系數(shù)值來(lái)衡量承壓開(kāi)采所導(dǎo)致的煤層底板突水危險(xiǎn)性,即單位隔水層厚度所能承受的極限水壓,突水系數(shù)越大,表明突水的危險(xiǎn)性也就越大。

        城郊煤礦二水平二2煤層底板距離最近的含水層為L(zhǎng)11太灰含水層,且通過(guò)礦山長(zhǎng)期的水文地質(zhì)觀測(cè)資料可以確定該含水層的水壓為4.6MPa。L11太灰含水層與二水平二2煤層底板之間的直接隔水層為山西組底部泥巖、砂質(zhì)泥巖隔水層。通過(guò)礦山歷年的地質(zhì)鉆孔資料,可以對(duì)該隔水層的厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,從而計(jì)算得到在L11太灰含水層直接威脅下,二水平二2煤層底板的突水系數(shù)。結(jié)合鉆孔孔位信息,便可以繪制出突水系數(shù)等值線,如圖5所示。

        圖5 底板突水系數(shù)等值線

        從圖5中可以主直觀的看出,二水平二2煤層底板東西兩側(cè)的突水系數(shù)明顯大于中間位置,這是因?yàn)閮蓚?cè)的隔水層厚度較薄,且變化較大所致。

        4 基于分形分維理論的底板突水危險(xiǎn)性分區(qū)

        分形分維理論是法國(guó)數(shù)學(xué)家Manderbrot于1975年率先提出的,在具有相似性的曲線與圖形及自反射分形集等方面有較多研究與應(yīng)用[10,11]。分形理論作為研究不規(guī)則形體的自相似性與復(fù)雜性的理論,為定量化研究地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性提供了一種新方法[12]。分形分維理論作為評(píng)價(jià)斷層復(fù)雜程度的優(yōu)越性十分明顯,可以將斷層的數(shù)量、水平延伸長(zhǎng)度、斷層分布范圍和分布的不均勻性等關(guān)鍵信息綜合涵蓋,可以作為礦井地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度的綜合性指標(biāo)。故本文采用基于礦區(qū)二水平斷層構(gòu)造跡線的分形分維評(píng)價(jià)方法對(duì)其底板斷層發(fā)育的復(fù)雜程度進(jìn)行定量評(píng)價(jià)[13]。

        4.1 分形分維基本理論

        目前研究斷層構(gòu)造主要應(yīng)用較多的是具有自相似性的分形,即線性分形。可以采用網(wǎng)格覆蓋法在斷層網(wǎng)格上計(jì)算分維值,即用尺寸為r的網(wǎng)格去覆蓋斷層構(gòu)造跡線,記錄下含有斷層跡線的網(wǎng)格數(shù)N(r),再用按一定比例縮小后的尺寸ri的網(wǎng)格繼續(xù)覆蓋,再得到相應(yīng)的網(wǎng)格數(shù)N(ri),繪制一條以ln(r)-lnN(r)為橫豎坐標(biāo)軸的雙對(duì)數(shù)曲線,經(jīng)過(guò)線性擬合后其直線斜率就是分形維數(shù)[14,15]。

        根據(jù)二水平劃分的160個(gè)網(wǎng)格塊段,可得到每種網(wǎng)格間距下塊段內(nèi)的斷層跡線的網(wǎng)格數(shù)。采用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系,以K1塊段為例,計(jì)算結(jié)果如圖6所示,由圖6可知,K1塊段的分形維數(shù)為0.903,相關(guān)系數(shù)R2為0.967,按此方法依次計(jì)算出剩余塊段的分形維數(shù)。

        圖6 塊段K1分維值計(jì)算

        4.2 二水平底板構(gòu)造復(fù)雜程度分區(qū)

        通過(guò)雙對(duì)數(shù)線性回歸分析表明,斷層網(wǎng)絡(luò)分布的單元數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)較大,絕大多數(shù)相關(guān)性好,擬合直線的斜率即為該單元的斷層相似維值。單元網(wǎng)格中心的分維值即相似維值,反映斷層的復(fù)雜程度。然后將網(wǎng)格單元的中心經(jīng)緯度和斷層相似維值繪制斷層的分維等值線平面圖,得到底板二水平斷層分維平面分布,如圖7所示。從圖7中還可以看出,分維值高的地區(qū),屬于斷裂構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域,往往就是斷裂構(gòu)造非常發(fā)育的區(qū)域,一般斷裂交叉點(diǎn)多,斷裂的規(guī)模也比較大;分維值低的區(qū)域,屬于斷裂構(gòu)造簡(jiǎn)單區(qū)域,實(shí)際條件斷裂構(gòu)造一般較為稀疏,斷裂出現(xiàn)交叉的情況也較少,斷裂的規(guī)模一般也不大,對(duì)開(kāi)采較為有利。

        圖7 城郊煤礦斷層復(fù)雜程度分維值平面分區(qū)分布

        4.3 與突水系數(shù)法的對(duì)比分析

        綜合斷層復(fù)雜程度分形分維值與突水系數(shù)值,將兩種危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法擬合在一起,整體觀察該研究區(qū)的突水危險(xiǎn)性,得到突水危險(xiǎn)性綜合評(píng)價(jià)圖,如圖8所示。由圖8還可以看出,在二水平底板突水不安全區(qū)或安全區(qū)同時(shí)也是斷層構(gòu)造復(fù)雜區(qū)或簡(jiǎn)單區(qū),二者在一定程度上存在關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)關(guān)系。由兩種危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法綜合得出城郊煤礦二水平底板的東西部開(kāi)采突水危險(xiǎn)性大,開(kāi)采不安全;而在二水平礦區(qū)的中部,則是比較安全,但也不是絕對(duì)的,因?yàn)閺膱D8可看出在該區(qū)的北部也出現(xiàn)構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)它的突水系數(shù)值卻不大,或者突水系數(shù)值較大的地區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度比較簡(jiǎn)單,這也與構(gòu)造分布程度有一定的關(guān)系。

        圖8 突水危險(xiǎn)性綜合對(duì)比分區(qū)評(píng)價(jià)

        5 結(jié) 論

        1)運(yùn)用突水系數(shù)法繪制的城郊煤礦二水平二2煤層底板突水系數(shù)等值線和運(yùn)用分形分維理論計(jì)算得到的底板斷層構(gòu)造復(fù)雜程度分布,均可以直觀的得出二水平底板東西部突水危險(xiǎn)性較中部位置較大。

        2)結(jié)合突水系數(shù)法和分形分維發(fā)對(duì)二水平底板突水危險(xiǎn)性進(jìn)行了量化與綜合對(duì)比分析評(píng)價(jià)。表明兩種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果具有較好的一致性。斷裂構(gòu)造復(fù)雜程度分維值與突水系數(shù)值存在明顯的正相關(guān)性,斷裂構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域則對(duì)應(yīng)的突水系數(shù)值明顯偏大,綜合對(duì)比得到了二水平煤層底板在東部和西部突水危險(xiǎn)性均較大,中間區(qū)域偏安全。

        猜你喜歡
        分維突水水系
        木質(zhì)材料視覺(jué)感觀語(yǔ)義分維量化評(píng)價(jià)研究
        包裝工程(2023年16期)2023-08-25 11:36:32
        鄱陽(yáng)湖水系之潦河
        礦井突水水源的判別方法
        礦井滯后突水機(jī)理探討
        環(huán)水系旅游方案打造探析——以臨沂市開(kāi)發(fā)區(qū)水系為例
        改進(jìn)的投影覆蓋方法對(duì)遼河河道粗糙床面分維量化研究
        水系魔法之止水術(shù)
        李雅莊礦滯后突水主控因素分析
        大相嶺隧道高壓突水機(jī)理與預(yù)測(cè)分析
        基于分形滲流模型的導(dǎo)電瀝青混凝土的分維計(jì)算
        国产日韩欧美网站| 热re99久久精品国99热| 国产精品自在线拍国产手机版| 国内久久婷婷激情五月天| 成人免费丝袜美腿视频| 国产黄色一区二区在线看| 日韩日韩日韩日韩日韩日韩| 久久久久久久久888| 日韩激情网| 狼狼色丁香久久女婷婷综合| 婷婷色香五月综合缴缴情| 天天做天天躁天天躁| 亚欧同人精品天堂| 一区二区高清免费日本| 无码中文亚洲av影音先锋| 超薄肉色丝袜一区二区| 亚洲精品国产福利在线观看 | 亚洲av无码乱码在线观看牲色| 成人爽a毛片在线播放| 国产精品国产三级国产av品爱网| 色综合中文综合网| 久久国产精品老人性| 国产午夜精品视频观看| 日本熟妇色xxxxx日本妇| 麻豆国产成人av高清在线观看| av无码电影一区二区三区| 中文字幕日韩有码国产| 亚洲av日韩av在线观看| 亚洲天堂中文| 中文字幕乱码在线婷婷| 欧美成人国产精品高潮| 国产精品免费久久久久影院| 中文字幕精品亚洲无线码二区| 中文字幕av人妻少妇一区二区| 久久视频在线| 伊人久久一区二区三区无码| 日韩人妻美乳中文字幕在线| 欧美日韩精品乱国产| 国产精品-区区久久久狼| 日韩精品夜色二区91久久久| 成人av一区二区三区四区 |