断层影响因子在突水危险性分区中的应用_施龙青

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安全，建议矿方针对富水异常区进行打钻验证，做 好提前疏放水的准备。 后经钻探验证，此次勘探测量所圈定的富水性 异常区域与实际情况基本相符。通过本次探查充分 证明矿井瞬变电磁法技术在解决煤矿含水层富水性 分布规律、有效隔水层厚度、顶板潜在的突水通道 等方面十分有效，矿井瞬变电磁法具有对地下含水 导水构造敏感和成图多样性、施工灵活等特点，对 矿井水害防治具有科学指导意义，值得推广应用。
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研究区概况
协庄井田位于山东省新汶煤田，属华北型煤系
收稿日期 2016-06-29 基金项目 国家自然科学基金 (41572244)；教育部高等学校博士 学科点专项科研基金（20133718110004）；山东省自然科学基金 (ZR2015DM013)；泰山学者建设工程专项经费资助 作者简介 施龙青 (1964-)，男，江苏扬州人，教授，主要从事矿 井水防治方面的研究。
2015. ［3］ 施 龙 青 , 腾 超， 李 常 松， 王 丹 丹 . 华 恒 井 田 断 层 量 化 及 对 底 板 灰 岩 突 水 的 影 响 [J]. 煤 矿 安 全 ,2015,46(9):23-26. ［4］ 韩 进， 李 常 松， 曹 晓 莉， 高 卫 富 . 某 井 田 15 煤 层 三 采 区 构 造 定 量 化 分 析 [J]. 煤 炭 技 术， 2015,34(6):91-93.
（1）协庄井田断裂构造以高角度正断层为主， 徐灰与奥灰是主要含水层，区内落差较大的断层造 成含水层与煤系地层对接，易造成矿井突水。 （2）由于草灰与上覆徐灰含水层之间间距较 小，可通过小断层发生较密切的水力联系，造成矿 井突水。 （3）煤层断层影响因子等值线图反映了断裂 构造复杂程度，断层影响因子的值越大，其突水的 （下转第 120 页）
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断层突水危险性分区
利用断层影响因子理论统计，计算出煤层的断
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结论
层影响因子值， 然后用 SURFER 软件进行样条插值， 绘制出各个井田不同煤层范围内的断裂构造影响因 子等值线图。现对研究区 13 煤层断层影响因子等 值线分布图分述如下： 图 1 为协庄井田 13 煤范围内断层影响因子等值 线分布特征图， 根据此图进行突水影响危险性分区。 Ⅰ区（E ≤ 0.4）：该区位于协庄井田的西南部 和东南部，即图中所标注的斜线区域。该区域的特
中图分类号
TD745
文献标识码 B
Application of fault influencing factors in water inrush danger division Shi Long-qing1 Zhao Yun-ping1 Liu Yu2 Wang Xin-hua3 (1. College of Earth Sciences & Engineering, Shandong University of Science and Technology, Shandong Qingdao 266590; 2. General Survey Brigade of North China Geological Survey Bureau, Hebei Langfang 065201； 3. The Safety Supervision Department of Shangdong Feicheng Baizhuang Coal Mine Co.Ltd., Shandong Feicheng 271613)
摘 要 协庄井田目前开采下组煤 13 煤层，其开采受徐、奥灰水威胁。为研究断层对矿井底板突水的危险性的影响，根
据 13 煤层的地质资料，从断层的长度、落差及交点和端点的个数等特征入手，绘制断层影响因子等值线图，并根据其分 布特征进行突水危险性分区，为该矿受徐、奥灰水威胁的下组煤安全开采提供基础理论资料。 关键词 协庄井田 断层影响因子 突水危险性 doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2016.07.051
【参考文献】
［3］ 王粤 , 龚育龄 . 瞬变电磁法在探测煤矿采空积水区 中的应用 [J]. 工程地球物理学报 ,2012,01(9):71-74. ［4］ 于景 邨 , 刘振庆等 . 全空间瞬变电磁法在煤矿防 治水中的应用 [J]. 煤炭科学技术 ,2011,09(39):110113. ［5］ 郭威 , 王玉和 , 刘文 . 基于瞬变电磁法探测结果 的煤层底板突水数值模拟研究 [J]. 矿业安全与环 保 ,2013,02(40):20-23;27.
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结论
结合工作面具体水文地质资料及所测视电阻
率断面成果图，对 -405m 水平 11# 护顶巷工作面 的低阻异常区进行圈定。在巷道顶板竖直方向， 0~100m 岩层视电阻率相对较低，在 0~10m 位置探 测深度 30~80m，20~50m 位置探测深度 35~75m， 50~70m 位置探测深度 45~80m，65~80m 位置探测 深度 40~100m 范围岩层局部出现低阻异常区域，判 断上述范围地层相对弱含水。所探查的富水性区域， 可能会造成工作面回采时突水灾害，威胁煤矿生产 （上接第 117 页） 可能性越大。
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点是：断层影响因子等值线相对稀疏，等值线的变 化梯度较小，大型断裂构造发育相对简单，主要发 育一组相互平行的 NNE 向断裂构造，不存在大型 断裂构造的交点，且伴生的次级构造不发育，断裂 端点相对较少，断裂构造的落差皆小于 30 m。因此， 属于相对较安全区域，该区域发生断层突水的可能 性较小。
［1］ 施龙青 , 韩进 . 底板突水机理及预测预报 [M]. 徐州： 中国矿业大学出版社，2004. ［2］ 施龙青 , 卜昌森 , 魏久传 , 等 . 华北型煤田奥灰岩 溶水防治理论与技术 [M]. 北京：煤炭工业出版社，
图3
顶板向上竖直方向视电阻率断面
图5
【参考文献】
右侧帮仰角 45°方向视电阻率断面图
［1］ 图4 左侧帮仰角 45°方向视电阻率断面图 ［2］
刘树才 , 刘志新 , 姜志海 . 瞬变电磁法在煤矿 采 区 水 文 勘 探 中 的 应 用 [J]. 中 国 矿 业 大 学 学 报 ,2005,04(2):414-417. 于景 邨，刘志新等 . 用瞬变电磁法探查综放工 作 面 顶 板 水 体 的 研 究 [J]. 中 国 矿 业 大 学 学 报， 2007,36(4):126-130.
Abstract: Xiezhuang coal mine is mining the lower coal seam 13,which are seriously threatened by the Xujiazhuang limestone water and Ordovician limestone water. In order to study the effect of fault to the coal mine inrush risk, according to the geological data of coal seam 13, starting with the characteristic of the length of the fault, drop, the number of intersection point and endpoint, we draw the fault impact factor contour map, and according to the distribution characteristics, divide into different regions of water inrush risk, which provide basic theoretical information for the safe mining of the lower coal seam under the threat of the Xujiazhuang limestone water and Ordovician limestone water . Keywords: xiezhuang coal mine fault influencing factors water inrush risk
E li hi S M
i
n
（1）
图1
协庄井田 13 煤层断层影响因子等值线图
Ⅱ区 （E=0.4~0.8） ： 该区域位于协庄井田的中部， 即图中所标注的横线区域。该区域的特点是：断层 影响因子等值线相对较密，等值线的变化梯度较大， 大型断裂构造发育相对较复杂，主要发育二组相互 交叉同一时期的 NNE~NNW 向断裂构造，大型断 裂构造的交点较多，且伴生的次级构造较发育，断 裂端点相对较多， 断裂构造的落差多数在 30~50 m。 因此，属于相对较危险区域，该区域发生断层突水 的可能性较大。 Ⅲ区（E ≥ 0.8）：该区域位于协庄井田的深部 区域，即图中标注的十字线区域。该区域的的特点 是：断层影响因子等值线相对密集，等值线的变化 梯度大，大型断裂构造相对复杂，主要发育二组不 同时期的断裂构造，NW 和 NNE 向断裂构造，其 中 NNE 向断裂构造被 NW 向断裂构造切割，两组 大型断裂构造的交点多，且伴生的次级断裂构造发 育，断裂端点相对多，断裂构造的落差大于 50 m。 因此，属于相对危险区域，该区域发生断层突水的 可能性大。
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Βιβλιοθήκη Baidu
·矿井地质与水文地质·
断层影响因子在突水危险性分区中的应用
施龙青 1 赵云平 1 刘 玉 2 王新华 3
（1. 山东科技大学 地球科学与工程学院，山东 青岛 266590； 2. 华北地质勘查局综合普查大队，河北 廊坊 065201； 3. 肥城白庄煤矿有限公司安监处，山东 肥城 271613）
式中： E- 断层影响因子； li- 第 i 条断层落在单元内的走向长度，m； hi- 第 i 条断层的落差，m； S- 单元面积，m2； n- 落在单元内的断层条数； M- 构造交点和端点的归一化值。 断层影响因子即考虑了构造交点与端点的影 响，又考虑了断层规模和发育程度，能综合反映断 裂构造的复杂程度及其对煤层底板突水的影响，即 断层影响因子越大表明断层的规模越大，发育程度 越好，发生突水的可能性也就越大。具体方法是： 先建立单元网格，提取网格的中心点坐标，然后统 计单元网格内各个断层的落差及对应的走向长度， 计算其断层的规模指数，并统计单元网格内构造的 交点和端点，归一化后与断层规模指数相加，得到 断层影响因子，以此绘制出断层影响因子等值线图。
过小断层可发生比较密切的水力联系。
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断层影响因子概念
在《煤矿地质工作规定》，地质构造复杂程度
分为简单、中等、复杂、极复杂。这种划分属于定 性划分。如何采用定量化方法评价地质构造复杂程 度，一直是地学界重要研究课题。断层影响因子就 是采用定量化的方法评价断裂构造的复杂程度。断 层影响因子考虑的因素包括：断层的延展长度、断 层落差、断层密度、断层交叉点及断层端点。具体 定义为：单位面积内断层规模指数与构造交点和端 点归一化之和，其中断层规模指数是单位面积内所 有断层的落差和长度乘积之和。断层影响因子的表 达式为：
矿井水害是由多种因素影响造成的，但资料统 计表明，绝大多数煤层底板突水都与断层有直接的 关系。随着协庄井田下组煤开采力度的增大，因断 裂构造引发的徐、奥灰突水时常发生。因此，研究 断层在底板突水过程中的影响作用是非常必要的。
地层。 井田内揭露的地层自下而上为奥陶系、 石炭系、 二叠系、侏罗系、古近系、第四系。该井田山西组 的上组煤全部开采殆尽，目前主要开采太原组下组 煤 13 煤层，因距徐、奥灰距离较近，其受底板突水 威胁严重。协庄井田总体为一倾向北的单斜构造， 仅局部发育宽缓褶曲，伴生以北东向为主的断裂构 造，且以高角度正断层为主，断层落差较大，可造 成各可采煤层与含水层对接。例如矿井西部边界为 羊流断层，落差 >1000 m，区内煤系地层与对盘的 寒武、奥陶系石灰岩相接触，构成西部补给边界； 矿井东及东北部边界为 F10 断层，落差 100~520 m， 区内煤系地层与对盘徐灰、草灰及奥灰含水层相接 触，构成东及东北部补给边界。草灰与上覆徐灰通