青东煤矿层滑构造对煤层稳定性的影响毕业论文.doc

本科毕业论文本科毕业论文 青东煤矿层滑构造对煤层稳定性的影响青东煤矿层滑构造对煤层稳定性的影响 the effect form interlayer gliding structure to the stability of coal seam in qingdong coal mine 学院（部）： 地球与环境学院 专业班级： 地质 09 学生姓名： 指导教师： 教授 2013 年 6 月 10 日 i 摘要摘要 层间滑动构造是指由层间滑动派生出来的层内揉皱和层内断层，它是发育 在煤系地层中的一种特殊的地质构造。层滑构造在煤层及其顶底板中滑动现象 极为普遍，是导致煤层不稳定的主要因素。青东煤矿 82煤层的层间滑动构造普 遍发育，严重影响矿井的生产安全建设。本文通过分析青东煤矿 82煤的层滑构 造表现形式，来分析该构造对煤层稳定性的影响。 关键词：关键词： 青东煤矿，青东煤矿， 层滑构造，层滑构造， 煤层稳定性煤层稳定性 ii abstract the interlayer gliding structure, which was scrunch and faults in seams derived from interlayer gliding, was a special tectonic in coal measure strata. it is very common for sliding phenomenon in coal seam and its roof and floor. however, its became the main factor for unstable coal seam, for it wildly developing in the 82 coal seam in qingdong coal mine, and, it seriously affected the construction of coal mine production safety. by means of the pattern of manifestation of interlayer gliding structure in 82 coal seam of qingdong coal mine, this paper analysis the effect from this structure to the stability of coal seam. key words： qingdong coal mine; interlayer gliding structure；the stability of coal seam 目录 摘要摘要i abstract.ii 1 前言前言.1 1.1 层滑构造简述层滑构造简述.1 1.2 层滑构造的研究内容层滑构造的研究内容.1 1.3 层滑构造的研究目的及其意义层滑构造的研究目的及其意义1 1.4 层滑构造研究现状层滑构造研究现状2 2 区域地质概况区域地质概况3 2.1 区域地层区域地层3 2.2 区域地质构造特征区域地质构造特征.3 3 井田地质概况井田地质概况.7 3.1 井田自然地理井田自然地理.7 3.2 矿井概况矿井概况.7 3.3 井田地层特征井田地层特征.8 3.4 井田煤层特征井田煤层特征.11 3.5 矿井水文地质特征矿井水文地质特征.12 3.6 矿井地质构造分布特征矿井地质构造分布特征.12 4 层间滑动构造及其对煤层稳定性的影响层间滑动构造及其对煤层稳定性的影响.14 4.1 概述概述.14 4.2 82煤层层滑构造表现形式煤层层滑构造表现形式.14 4.3 煤层稳定性的内容煤层稳定性的内容21 4.4 层滑构造对煤层稳定性的影响层滑构造对煤层稳定性的影响.22 5 结论结论.24 参考文献参考文献 谢辞谢辞 安徽理工大学毕业论文 1 1 前言前言 1.1 层滑构造简述层滑构造简述 层间滑动构造（简称层滑构造）是指由层间滑动派生出来的层内揉皱和层 内断层，它是发育在煤系地层中的一种特殊的地质构造。层滑构造在许多矿区 都较为发育，主要发育在地质构造复杂地区和层间软弱带，在煤层顶底板间也 极为发育。其成因复杂，形态各异，对矿井生产危害性极大。 层滑构造在煤系地层中常形成“三软”地段，即顶软、煤软、底软。 1.2 层滑构造的研究内容层滑构造的研究内容 青东煤矿为新建矿井，地质研究程度低，尤其作为首采煤层的 82煤层，分 叉、合并现象普遍，甚至发生煤层尖灭，煤层分布不稳定，煤层厚变化大，层 滑构造是导致其不稳定的主要因素。由于这种构造基本上水泥层滑动、地层缺 乏明显的“重复”和“缺失” ，在生产过程中很容易被忽视，从而给生产带来很 大困难。有必要对该区主采煤层的层间滑动构造发育规律进行研究哎，探讨其 对煤层稳定性的影响。 论文以青东煤矿 8 煤层为探讨对象，对煤层中发育的层滑构造特征、展布 规律及其影响因素进行研究，采用模糊综合评判的方法对 82煤层层滑构造进行 宣评价，探讨层滑构造分布发育规律及其对煤层稳定性的影响。主要研究内容 如下： （1）结合区域地质背景资料，分析矿区地层、岩性、地质构造、水文地质 条件等。分析井田地质背景条件，了解该区构造应力场特征，划分力学性质薄 弱带； （2）结合勘探及巷道掘进资料，研究 82煤层中层滑构造的特征、类型层 滑构造的形成机制及与其它构造的关系； （3）建立矿井层滑构造宣评价体系，通过模糊综合评判法对 82煤层层滑 构造进行定量评价，进一步划分出层滑构造分布范围； （4）在上述研究基础上，探讨层滑构造分布发育特征与煤变化和赋存深度 之间的相关关系，深入揭示 82煤层的赋存规律。 1.3 层滑构造的研究目的及其意义层滑构造的研究目的及其意义 研究 82煤层层滑构造的发育规律，探讨其对煤层稳定性的影响，进一步提 示煤层的同在规律，为断层开采提供技术依据。 煤层及其顶底板中滑动现象极为普遍，层滑构造是导致煤层不稳定的主要 因素。按传统的沉积学以及地质构造观点，很难对井下所见异常地质现象作出 正确判识，给生产带来很大困难，不仅增加了掘进中的无效进尺，而且常造成 工作面改造不当，带来大量煤炭损失。层间滑动构造对井巷设计、工作面布置、 安徽理工大学毕业论文 2 构造预测及安全生产都有重要意义。但是因为这种构造基本上顺层滑动、地层 缺乏明显的“重复”和“缺失” ，勘探过程很难发现，因此往往被忽视。特别是 如何利用研究层滑构造的成果进行宣预测预报，是当今矿井地质研究的热点和 难点，开展项目研究具有重要的科学理论意义和生产实际意义。 1.4 层滑构造研究现状层滑构造研究现状 曹运兴等（1993）研究探讨了矿井层滑构造的基本特征，而且还认识了层 滑构造的形成机制，构造对瓦斯突出的控制作用及与煤层流变的关系，层滑构 造类型对煤层厚度的变化影响。 王桂梁等（1988）探讨了断层与层滑构造形成的主导因素，断层与层滑构 造对瓦斯突出的控制作用，层滑构造与煤层流变，断层与层间滑动构造组合形 式及其形成机制。 通过顺磁共振波谱研究构造煤取得了重要进展，前苏联学者在研究顿巴期 矿区突出煤层的 epr 信号明显强于非突出煤层，袁崇孚等（1990）通过测定南 柚煤层不同破坏结构和突出煤层各分层的顺磁中心深度，研究认为煤体的受到 破坏的程度与顺磁中心深度呈正相关的关系。 在利用测井曲线判识构造煤方面，美国的 sw rambert、 ma telivits 利 用密度测井曲线将煤体结构分为脆煤和硬煤， mj samuel lun 在研究胡安盆地 东南部煤层时，利用高精度的能谱密度测井曲线，认为煤样解析实测的甲烷含 量与测井煤样体积密之间的单因素呈现线性相关的关系，并以此得到三个能预 测未知区域的煤层甲烷含量的经验公式；前苏联 bm ivanov 在地质钻孔中做 了有关测试地球物理参数的试验，并以此对煤与瓦斯突出的危险性做出定性评 价。 基于地质构造的三维可视化技术和 gis 技术，澳大利亚的 leblanc smith g 和 caris c (1997)根据 trap gully 矿区和 appin colliery 地下煤矿的资料，利用 多煤体虚拟现实技术建成“虚拟采矿”系统，将其与采矿和地质勘查专业软件 相结合，能校为快速的生成各种参考信息和实时显示真三维（四维）空间关系 的各种图件。加拿大阿波罗公司开发出的矿山开采的信息可以做到即时处理。 gis 用于矿井地质工作已取得许多重要成果，例如煤科院西安分院开发的 cgis、日本 osaka city 大学开发的基于 gis 和 rdbms 的资源勘查分析系统等。 然而目前基于 gisr 矿井地质信息系统，虽然具有很强的自动成图功能，但其矿 井构造量化预测能力并不能满足实际生产要求。 安徽理工大学毕业论文 3 2 区域地质概况区域地质概况 2.1 区域地层区域地层 淮北煤田的地层类型属华北型地层，为其中淮河地层分区之淮北地层小区（安 徽省地层志，1985） 。在地层层序中，除部分缺失外，一般均发育比较齐全，各 地岩性和厚度虽存在一些差异，但均可对比。区域内主要地层层序、厚度及岩 性特 征见表 2-1。 2.2 区域地质构造特征区域地质构造特征 淮北煤田位于华北板块南缘，中生代及其之前属于华北型的地壳结构。大 地构造上属于华北板块南部东侧，构造演化既受华北板块构造演化控制，又受 大别郯庐苏鲁造山带演化的控制，经历了古生代相对稳定发展阶段和中、 新生代活动阶段两个发展阶段。石炭、二叠纪含煤岩系的形成是在这一相对稳 定发展阶段后期形成的。三叠纪陆块内活动加剧，构造分宜和沉积分异增强， 导致华北地区缺失三叠纪沉积，在中、新生代活动阶段，印支运动、燕山运动 和喜马拉雅运动，对华北聚煤期试探、二叠系煤系的保存和分布具有重要的影 响。淮北煤田是华北晚古生代两淮煤田聚煤盆地的重要组成，构造演化受郯庐 断裂带、徐淮弧形构造和蚌埠隆起的影响（见图 2-1） 。 图 2-1 淮北煤田区域构造位置 淮北煤田位于华北板块东南缘之淮北坳陷内，东以郯庐断裂与扬子板块相 接，南依蚌埠隆起和淮南煤田相望，煤田构造的形成和发展与华北板块总体构 安徽理工大学毕业论文 4 造的形成及板缘构造的演化有密切联系。 表 2-1 区域地层简表 界 系统组厚度 （m） 主要岩性 大礅组515粉砂质粘土与粘土质粉砂互层 全新统 怀远组2050粉砂质粘土，粘土质砂，砂砾石 茆塘组1535 砂质粘土，细粉砂，含钙质结核 （砂礓）及铁锰质小球 潘集组4060 砂质粘土与含砾粗砂，中细砂互 层 第 四 系 更新统 蒙城组67197细粉砂，砂质粘土，时呈互层 上新统明化镇组598745 粉砂岩，粉砂泥岩，中砂岩，泥质 粉砂岩，含铁锰质结核 新 近 系 中新统馆陶组243305 泥岩与泥质粉砂岩互层，细砂岩， 含砾粗砂岩 始新统界首组513 粉砂质泥岩与细砂岩，泥质粉砂岩 互层 新 生 界 古 近 系 古新统双浮组692714细砂岩与泥岩、粉砂质泥岩互层 上统张桥组692741 中细粒砂岩，含砾砂岩，砂质泥岩 和粉砂岩等 白 垩 系下统新庄组99562 中细粒砂岩、泥岩、泥质粉砂岩为 主，夹粉砂岩和灰岩 黑石渡组78190 砂质页岩、页岩夹砂岩；中细粒长 石石英砂岩，含砾砂岩 侏 罗 系 上统 毛坦厂组450 为一套陆相基性火山岩和火山碎屑 沉积岩 和尚沟组123 泥岩、砂质泥岩为主，夹粉砂岩或 含砾细砂岩 中 生 界 三 叠 系 下统 刘家沟组193313 石英砂岩、粉砂岩夹薄层砂质泥岩 和层间砾石岩 上统石千峰组310 中粗粒长石石英砂岩或砂岩，粉砂 岩，泥岩，含钙质结核 中统 上石盒 子组 150660粉砂岩，泥岩，砂岩和煤层组成 下石盒 子组 139305 泥岩，粉砂岩，中、细砂岩和煤层 组成；下部含铝质泥岩 二 叠 系 下统 山西组21140泥岩，粉砂岩，砂岩及煤层 上统太原组110150 灰岩，砂岩，泥岩，炭质泥岩及薄 层煤层 石 炭 系下统本溪组340泥岩，铝质泥岩，局部夹薄层灰岩 中统老虎山组3441 灰质白云岩，白云岩，夹薄层中 厚层灰岩 古 生 界奥 陶下统马家沟组150200豹皮状白云质灰岩，灰岩 安徽理工大学毕业论文 5 萧县组250灰岩，白云质灰岩，灰质白云岩 贾汪组218页岩，泥质白云岩，白云质灰岩系 韩家组20白云岩，硅质条带白云岩 续表 2-1 区域地层简表 界 系统组厚度 （m） 主要岩性 凤山组108196 含泥质白云岩，白云质灰岩，含灰 质白云岩夹薄层灰岩 长山组2166 鲕状白云质灰岩，豹皮状、竹叶状 灰岩 上统 崮山组2887 薄中厚层鲕状含白云质灰岩，灰 岩 张夏组177265 中厚层鲕状白云质灰岩，具豹皮状 构造，局部含叠层石 中统 徐庄组84146 鲕状含白云质灰岩，灰岩，石英砂 岩 毛庄组1337 页岩，灰岩，粉砂岩，含白云质灰 岩 馒头组249325 灰岩，泥质灰岩，豹皮状、鲕状、 竹叶状灰岩，杂色页岩 古 生 界 寒 武 系 下统 猴家山组3650 含砾砂质灰岩，泥灰岩，白云岩， 砾岩，豹皮状灰岩 沟后组116 重力石英砂岩，泥灰岩，白云岩， 含燧石结核 金山寨组23页岩，细砂岩，灰岩，含叠层石 望山组473 泥质条带白云质灰岩，页岩，含燧 石结核灰岩 上统 史家组401 中厚层条带状白云质灰岩，泥灰岩， 页岩，含铁钙质结核 魏集组319 灰岩，钙质页岩，泥灰岩，含叠层 石灰岩 张渠组135378 灰岩，含白云质灰岩，钙质页岩， 结晶白云岩，含叠层石 九顶山组61113灰岩，白云岩，底部夹竹叶状灰岩 倪园组370 泥质条带灰岩，灰质白云岩及泥、 砂质白云岩 四顶山组22343薄厚层灰岩，白云岩，钙质页岩 九里桥组150 钙质粉砂岩，泥岩，白云质灰岩， 灰岩，含叠层石 上 元 古 界 震 旦 系 下统 四十里 长山组 24 巨厚层细粒含铁、钙质石英砂岩， 钙质页岩 淮北煤田分为四个矿区，本区所在的临涣矿区位于煤田的中部、宿县涡 阳凹褶带内。 安徽理工大学毕业论文 6 淮北煤田的总体构造保持了华北板块初始的东西向基本格局，早起形成并 在聚煤期后继续活动发展的近东西向断裂严格控制着煤田展布。燕山早起的挤 压机制及其后至喜山期拉张机制下形成的近南北向断裂、褶皱及推覆构造交叉、 复合、叠置在近东西向构造线上，形成近似网格状的断块构造格局。具体表现 为近南北向构造切割、改造早起的近东西向构造。属配套成份或低序次的北西 和北东向断裂分布在各断块内，使已存在的构造变形进一步复杂化。 聚煤期后发生的多次构造运动，使得淮北煤田内二叠纪煤系的赋存由原始 的统一连续状态解体为许多种、小型构造断块，煤田内主导控煤构造除在东部、 南部部分块段存在滑脱式，褶皱式控煤构造外，大部分二叠纪煤系的赋存以断 块式控煤构造形式存在。主要表现为近东西向和近南北向两组断裂的联合控制， 煤系被切割成若干网格状块体，相对抬升的遭受剥蚀，下降的得以保留，且两 组断裂有过不会一次的活动历史。已有资料证实，现存控煤构造从其生成到 “定格” ，经历过两期以上的地质构造运动，形成两套以上叠加、复合的构造应 力场，使本区一直处在一种多变的应力状态之中，构造形迹因此而得到不断的 改造和加强，存在追踪、交接、叠加等多种复合形式。 总之，印支期以来淮北煤田经历了复杂的构造演化历程，多期不同方向、 不同性质和不同强度构造应力场的转换与叠加，对煤体结构产生了巨大破坏。 其原因在于，自印支期以来强烈的挤压和伸张作用的交替，无论是压应力还是 张应力，都是的质软的煤层比威严更容易成为应力释放层而发生顺层滑动，这 种滑动可能发生在整个煤层或是统一煤层的某个阶段，煤体结构被破坏，易形 成构造煤。 淮北煤田中生代有四次岩浆侵入活动。第一次主要为中性岩浆岩侵入，分 布于宿北断裂带附近,岩性主要为闪长岩、闪长玢岩、石英闪长岩等，地表零星 出露，大部为隐伏岩体，呈岩墙、岩瘤、岩床等形式产出。第二次主要为中酸 性岩浆岩侵入，分布于张大屯一带。如侵入丰涡断裂与张大屯断层交汇处的杨 套楼岩体，其岩性为二长花岗岩。第三次主要为酸性岩浆岩侵入，主要分布于 苏州夹沟、萧县丁里、泗县大涂庄等地，岩性为花岗岩、花岗斑岩，呈岩株、 岩床产出。如丁里岩体，为此期出露原岩体，面积约为 18km2。岩体呈岩株状 侵入萧县东翼，岩性为花岗斑岩。第四次为基性、超基性岩浆侵入，主要为辉 绿岩和辉长岩，分布于淮北煤田东部闸河向斜及宿南向斜等地，如淮北烈山南 马丁岩体、濉溪三铺岩体。 安徽理工大学毕业论文 7 3 井田地质概况井田地质概况 3.1 井田自然地理井田自然地理 井田位于安徽省淮北市濉溪县李小庙至大刘家一带，行政区划属濉溪县。 东距宿州市，北东距淮北市均 45km。井田东以大刘家断层为界，西止 f9 断层， 南以太原组顶界灰岩露头线为界，北至 f19 断层和 3-2 断层-1200m 水平投影线， 东西长约 13km，南北宽约 3.56.5km，面积约 57.85km2。 区内陆路交通便利，濉阜铁路经临涣镇和青疃镇从本区穿过，至阜阳与京 九线连接；青疃、临涣镇均有公路与干线相连可达涡阳、淮北、徐州、宿州等 地。人工开挖的界洪新河是区内重要河流，但不具水运通行能力，见图 3-1。 区内地势较平坦，海拔标高+27.62+31.37m，一般+29m 左右，略呈西高 东低之势。区内村庄密布，有一些人工开挖的灌溉沟渠与界洪新河相连。界洪 新河为人工开挖河，由西南向东北流经青疃镇注入包河。本区属季风暖温带半 湿润气候，平均气温为+14.4，年平均降雨量为 834mm，雨量多集中在七、 八两月。 图 3-1 青东矿交通位置示意图 安徽理工大学毕业论文 8 3.2 矿井概况矿井概况 本井田内赋存可采煤层 5 层，其中 7、81和 82煤为主要可采煤层。井田煤 炭资源总量 476228.2kt，可采储量 168779.2kt；矿井设计井型规模为 1.8mt/a， 服务年限 52.5 年。 矿井开拓方式采用立井、分区开拓、分区通风、集中出煤开拓方式。工业 场地布置主井、副井、回风井 3 个井筒。全井田采用两个水平开采。一水平标 高-585m，二水平标高-900m。一水平采用上、下山开采方式，下山采至- 900m，一水平下山开采时，在-900m 建立辅助水平，以解决排水、瓦斯、通风 等安全问题；在开采二水平-900m-1200m 煤层时，在-900m 补建煤炭运输系 统，建立生产水平，在-1200m 建立辅助水平。受井筒下方太原组灰岩的制约， 二水平采用暗斜井延深。32煤层回采上限标高为-270-310m，10 煤层回采上 限标高为-260-310m；各煤层回采下限均为-1200m。 采用综采为主、高档普采为辅的采煤工艺，走向长壁和倾斜长壁相结合的 采煤方法。矿井初期开采块断西翼采用走向长壁布置，东翼采用倾斜长壁布置， 全部冒落法管理顶板。通风方式为中央并列式；副井、主井进风，中央风井回 风；通风方法采用抽出式通风、中后期先后增加东回风井和西区进、回风井， 通风方式为分区式。 矿井初期首采 7 煤层。首采区为 82 采区，首采面为 726 工作面。矿井现有 10 个掘井工作面，其中矿井西翼 82 采区 5 个，分别为：726 抽排措施巷 2 个， 726 机、风巷各 1 个，82 轨道上山 1 个。矿井东翼 5 个：西翼三条大巷各一个， 81 采区瓦斯抽放泵站和 814 顺槽各 1 个。 3.3 井田地层特征井田地层特征 淮北煤田属华北型地层淮河地层分区之淮北地层小区。地层层序中，除部 分缺失外发育较齐全。 井田范围内古生界地层隐伏于新生界松散层之下。经钻孔揭露，自下而上 分别为石炭系本溪组、太原组，二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组、石 千峰组，新生界新近系和第四系。各组岩性特征由老到新简述如下： 石炭系本溪组（c1b）： 据邻区临涣煤矿资料，本组地层揭露厚 15.71m，为泥岩、铝质泥岩夹粉砂 岩，铝质泥岩为灰白色、紫红色，含少量菱铁鲕粒。 太原组（c2t）： 区内有 65 个钻孔揭露本组上部，揭露最大厚度 60.96m，为灰深灰色泥 晶生物碎屑灰岩 4 层夹深灰色泥岩及薄层细砂岩。灰岩中含较多蜓类、腕足类、 珊瑚、海百合等动物化石。 安徽理工大学毕业论文 9 据领取临涣煤矿资料，本组地层厚 120.30m，含灰岩 912 层，中下部灰 岩之间发育薄煤 6 层，均不可采。 二叠系山西组（p1s）： 与下伏太原组整合接触，底界以太原组 l1 灰岩之顶为界，顶界至铝质泥 岩下骆驼钵砂岩之底，厚 71.00103.50m，平均厚 90.20m。由砂岩、粉砂岩、 泥岩和煤层组成。含 10、11 两煤层（组） ，含煤 12 层，平均厚 2.03m，含煤 系数 2.25%，其中 10 煤层为大部可采煤层，根据岩性特征分述如下： 下段：自太原组 l1 灰岩顶自 10 煤层，厚度约 49m。底部由深灰色粉砂岩 和泥岩组成，局部相变为细砂岩，向上为灰色细砂岩，10 煤组下常发育泥质线 理或相变为砂泥岩互层。发育交错层理、平行层理。层面多含炭屑及云母片， 常见菱铁结合或薄层，具底栖动物通道。 上段：自 10 煤层至本组顶界，厚约 41m。下部以浅灰灰绿色中粒石英砂 岩为主，常见粉砂岩、泥岩和煤包裹体，可见冲刷痕迹。10 煤组附近常发育泥 质线理或相变为泥岩及砂泥岩互层。上部以灰色泥岩夹粉砂岩或细砂岩薄层， 部分泥岩含铝质及菱铁鲕粒，发育交错层理、水平层理。 下石盒子组（p1xs）: 与下伏山西组呈整合接触，上界至 3 煤组下 k3砂岩之底，厚度为 202.5280.3m，平均厚 243.6m。岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成。含 4、5、6、 7、8 五个煤组，含煤 410 层，平均总厚 9.65m，含煤系数 3.96%。其中 7、81、82煤层为主要可采煤层。分述如下： 下段：8 煤组以下，厚约 27m。底部为灰色中细粒含砾石英砂岩（骆驼钵 砂岩） ，成份以石英为主，含长石、暗色矿物及泥质砾石，钙质胶结。其上以泥 岩为主，夹细砂岩及粉砂岩，发育平行层理，其中铝质泥岩为标志层，绿灰色， 具紫斑，富含铝质及菱铁鲕粒。 中段：58 煤组间，为本区主要含煤段，厚约 86m，下部的细粒石英砂岩 常夹粉砂岩、泥岩薄层或相变为砂泥岩互层，可为 8 煤层直接顶板，7 煤组向 上以泥岩为主，次为细砂岩和粉砂岩，泥岩为灰深灰色，可见菱铁鲕粒，细 砂岩多为浅灰色灰白色，下部常含泥质包裹体，发育平行层理及交错层理。 上段：5 煤组至顶界，厚约 130.6m。灰深灰色泥岩夹细粒石英砂岩及粉砂岩。 泥岩为厚层状，局部含铝质及菱铁鲕粒，顶部偶夹暗紫色花斑，4 煤组附近产 瓣轮叶化石，细砂岩多为灰色浅灰色，成份以石英为主，含暗色矿物，发育 平行层理及交错层理。 上石盒子组（p2ss）： 安徽理工大学毕业论文 10 与下伏下石盒子组整合接触，下界为 k3砂岩，上界至平顶山砂岩之底，厚 约 512570m，平均厚 548.4m。由砂岩、粉砂岩、泥岩、和煤层组成。含 1、2、3 三个煤层（组） 。含煤 213 层，平均总厚 3.86m，含煤系数 0.70%。 其中 32煤层为大部可采煤层。分述如下： 下段：1 煤组以下，厚约 230m。以灰绿灰色的泥岩、粉砂岩为主，含暗 紫色花斑，3 煤附近含菱铁鲕粒及铝质，次为细、中粒砂岩，区域性标志层 k3 砂岩在区内薄且不稳定，常相变为粉砂岩或泥岩，3 煤组附近可见平行层理及 交错层理。 上段：1 煤组以上，厚约 318m。以灰灰绿色泥岩、粉砂岩为主，次为细、 中粒及粗粒长石石英砂岩。泥岩中暗紫色花斑含量比下部略多，砂岩分选差， 成份成熟度低，厚层状，偶具平行层理及韵律层理，层面含云母片，可见泥质， 砂纸包体。 石千峰组（p3sh）： 与下伏上石盒子组整合接触，揭露厚度320m，未见顶。下段厚度约 68120m。为浅灰灰白色、粗中粒石英砂岩夹棕褐色粉砂岩、泥岩薄层，成 份以石英为主，含长石及重矿物，分选中等到差，泥质胶结，底部含砾石，厚 层状，层理不发育。上段以棕褐色局部含灰色斑点的粉砂岩为主，夹细砂岩薄 层，常见钙质结核，平行层理发育，层面含白云母片。 新近系（n）： 区内揭露有中新统、上新统地层，揭露厚度为 106.4230.6m，平均厚度 153.67m。 中新统：与下伏二叠系不整合接触，厚度在 43.9128.9m，平均厚 72.33m。根据岩性特征分析，分为上部湖积相、下部残坡积相沉积物。下段厚 度在 031m 之间，平均 11.31m，局部缺失。岩性较复杂，一半由棕黄色、灰 黄色及灰绿色的粘土、砂纸粘土、粘土质砂及粉砂组成，局部夹砂砾及粘土质 砾石。上段厚度 42.7102m，平均 65.57m。岩性主要为灰绿色的粘土和灰白色 的钙质粘土、泥灰岩，局部夹 23 层粉砂、细砂和粘土质砂。粘土和钙质粘土 质较纯，可塑性强，少数泥灰岩层中局部块段具溶蚀现象，发育有小溶洞、溶 孔等。 上新统：与下伏中新统整合接触，厚度在 62.5101.7m 之间，平均 81.34m。为河湖相沉积物。按岩性特征分为上、中、下三段。下段厚度为 16.0525.80m，平均 18.29m。岩性主要为灰绿色、棕红色的粘土、砂纸岩土， 局部加油薄层透镜状的细砂、粘土质砂等，粘土致密，粘塑性强，具滑面，砂 层质不纯，含泥质成分高。中段厚度 36.347.2m，平均 45.6m。岩性上部以浅 安徽理工大学毕业论文 11 棕红、棕褐色及灰绿色细砂、粉砂、粘土质砂为主，夹 34 层粘土、砂纸粘土， 砂层层数较多，质较纯，松散，并夹有 12 层细砂岩（盘）透镜体；中部岩性 为灰黄色、浅棕红色，灰绿色、灰白色的细砂、粘土质砂，夹 23 层薄层粘土； 下部以浅褐色、灰绿色的粘土为主，平均 17.45m。岩性由灰黄色、棕红色、灰 绿色的粘土、砂纸粘土为主，粘土可塑性强，分布稳定，顶部富含钙质和黑色 铁锰结合，为沉积间断的古土壤层，是新近系和第四系的分界。 第四系（q）： 区内揭露厚度 94.90114.35m，平均 92.18m。 更新统：假整合于下伏新近系之上，厚度在 46.3078.40m 之间，平均 60.73m。一半分为上、下两段。下段厚度 33.4050.65m，平均 41.81m。岩性 以灰黄色、棕黄色及棕红的细砂、粉砂、粘土质砂为主，间夹粘土和砂纸粘土。 粘土和砂纸粘土一般均具铁锰质浸染现象，并含有铁锰质和钙质结核。上段厚 度 12.9027.75m，平均 18.91m。上部 10m 左右主要为灰黄色、褐黄色的粘土、 砂纸粘土组成，夹 23 层粉砂、粘土质砂透镜体，一般含有较多的钙质、铁锰 质结核。 全新统：与下伏更新统假整合接触，厚度为 28.6035.95m，平均 31.45m。岩性主要有灰黄色、黄褐色粉砂、粘土、砂纸粘土。具二元结构，粉 砂与粘土、砂纸粘土组成 23 个韵律层，本统顶部为耕植土，在深度 35m 段富含砂礓结核；底部普遍发育一层厚 12m 的砂纸粘土，并保存有完好的蚌 螺化石及其碎片，含有钙质结核，局部地段相变为粉砂层，是区内全新统与更 新统的分界标志。 3.4 井田煤层特征井田煤层特征 区内主要含煤地层为二叠系上石盒子组、下石盒子组和山西组，含煤地层 平均总厚 882.2m。自上而下含 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11 是个煤组， 含煤 718 层，平均总厚 15.54m，含煤系数 1.76%。其中全区可采和大部可采 煤层由 32、7、81、82、10 煤层五层，可采煤层平均总厚 10.76m，占可采煤层 厚度的 68.03%。可采煤层自上而下分述如下： 32煤层位于上石盒子组下部，煤层厚度 03.97m，平均 1.64m，煤层结构 简单较简单。全区含煤面积 34.03km2，其中可采面积 21.03km2，可采系数 61.8%，受岩浆侵入及沉积环境影响，在东西深部形成 2 个面积较大的不可采区， 为大部可采的不稳定煤层。 7 煤层位于下石盒子组下部，厚度 04.25m，平均 1.69m。全区含煤面积 37.62km2，其中可采面积 29.03km2，可采系数 77.2%。煤类变化不大，煤层结 构简单较简单，属全区大部可采的较稳定煤层。 安徽理工大学毕业论文 12 81煤层全区平均厚 0.83m。该煤层 83 个正常见煤点中，与 82煤层的合并点 多达 58 个，在 7 到 10 勘探线中浅部亦有合并区，合并区面积占煤层总面积的 54.64%，因此 81煤层可视为 82煤层的分叉煤层。合并区以外，81煤层集中分布 在 10 勘探线以西及 7 勘探线以东地段，其它地段零星分布。煤层结构简单，属 全区可采的较稳定煤层。 82煤层位于下石盒子组下部，含煤面积 37.48km2，其中可采面积 36.64km2，可采系数 97.8%，煤层厚度 0.313.48m，平均 4.15m，在与 81煤层 合并区内，其厚度一般较大且厚度变化也较大，个别点突然变薄，可能与小构 造影响有关。在 7 到 10 勘探线间中浅部形成厚煤带，煤厚一般 58m，其中厚 度在 10m 以上的特厚点多达 5 个，但向深部煤层厚度逐渐变薄。在非合并区煤 层相对较薄，一般为 35m，厚度变化相对也较小。受岩浆岩侵蚀影响，10 东 5、9101孔所揭露的 82煤层被吞蚀或变质为天然焦，形成小范围的侵蚀区。 煤层结构简单较简单，为全区可采的较稳定煤层。 10 煤层位于山西组中部，煤层厚度 05.59m，平均 1.81m，含煤面积 37.91km2，其中可采面积 24.92km2，可采系数 65.7%，煤层厚度变化较大。在 84 个见煤点中，不可采 9 个、尖灭点 10 个，岩浆岩侵蚀点 4 个。井田内有 6 个面积不等的不可采区。煤层结构简单，为大部可采的不稳定煤层。 3.5 矿井水文地质特征矿井水文地质特征 区内地层中有多个含水层（组、段） ，也有多个对应的隔水层（组、段）所 阻隔，不同（组、段）的地下水对矿坑充水影响明显不同。由于有隔水良好的 松散层第三隔水层（组）的存在，大气降水、地表水和尊重界松散层一、二、 三含水层地下水对矿井充水没有影响。矿井主要充水因素如下： 新生界第四含水层（组）地下水，在浅部沿风化裂隙带和采空区塌陷裂隙 带、或顺煤层进入矿井，在留有防水煤柱情况下，是煤层开采的主要补给水源。 各主采煤层板岩裂隙水是矿井开拓和煤层开采的直接充水水源，是矿井涌 水量的主要组成部分。由于砂岩裂隙发育的不均一性，一般富水性弱，以存储 量为主，补给量不足。 石灰岩岩溶裂隙水：太原组和奥陶系石灰岩岩溶裂隙水在正常情况下，对 开采 10 煤层无直接充水影响，但当遇到断层或陷落柱时，使煤层与灰岩“对口” 接触或间距缩短时，可能对矿坑产生直接充水。 据淮北生产矿井所揭露的断层水文地质特征分析，由于采掘比钻孔揭露的 面积大，破坏程度高，破坏了原来的地质、水文地质天然平衡条件，使断层的 导水性有所增强（采掘中大部分落差大于 2m 的断层有淋水、滴水及渗水现象， 安徽理工大学毕业论文 13 具导水现象） ，若沟能了富水岩层，而隔水层厚度小且较破碎时，就可能产生突 水。预防断层的突水重点应放在与富水层“对口”部位。 在自然状态下，区内断层一般富水性弱，导水性差，但在井巷开拓和煤层 开采时，会破坏地下水的天然平衡状态，使断层的导水性有所改变，若断层沟 通了富水含水含水层时，有可能产生突水。 3.6 矿井地质构造分布特征矿井地质构造分布特征 青东矿矿井地质构造分布特征简略总结如下： （1）青东井田位于淮北煤田的中部，临涣矿区的西部。东以大刘家断层 与海孜煤矿相邻，西至 f9 断层，北有宿北断层，南有孟集断层，处在近东西向 与近南北向断层形成的夹块内，属箕状断块式控煤构造。 （2）区内构造主题表现为走向北西近东西，局部略有转折，向北、北 东倾斜的单斜。地层倾角多在 1020，沿地层走向方向出现小规模的地层起 伏或次级褶曲；共发育断层 218 条，其中正断层 214 条，逆断层 4 条；以北东 向断层为主，其次为北西向、近东西向和北北东向断层。 （3）井田范围内构造形态主体表现为一走向北西近北西，局部略有转 折，向北、北东倾斜的单斜。地层倾角 1020，沿走向出现较小规模的地层 起伏或次级褶曲；断层发育，组合规律性强。 （4）次生褶皱多属于断层的派生构造，主要受北东向断层的局部应力场 作用形成的宽缓褶皱，背斜多向 ne 向倾伏，而向斜则向 nw 向扬起，沿地层 延伸方向形成波状起伏的构造。 （5）断层间平行排列，断层走向基本一致。北东向断裂发育程度最高， 其次为北西向、近东西向断裂，北北东向断裂发育程度最低。 （6）近东西向断层主要分布于井田中东部，各断层大致平行延伸，横剖 面上构成地堑组合形式；北东向断层为主要断层组，平面上多呈弧形，延伸较 远。在井田东部往往构成地堑-地垒及阶梯状断层组合，井田西部构成帚状构造 组合；北北东向断层主要分布于井田中西部，平面上延伸较远，多呈“s”形或 反“s”形；北西向断层构成“入”字形构造，在井田西部呈放射状排列，可能 与局部地壳隆伸有关。 （7）断层间的交叉组合主要表现为两组或两组以上的断层以一定的角度 交切。在井田中部及东部，主要表现为近东西向断层与北东向断层之间的叠加， 形成风格状；井田西部主要表现为北东向与北西向断层之间的叠加，形成放射 状，或次级断裂与主干断裂斜交，构成帚状构造组合。 （8）根据断层之间的相互切割关系，认为断层的形成时间序列为：最早 为近东西向断裂，依次为北东向、北北东向和北西向断裂。 安徽理工大学毕业论文 14 4 层间滑动构造及其对煤层稳定性的影响层间滑动构造及其对煤层稳定性的影响 4.1 概述概述 在地质构造变动中，由于软弱层与其围岩在应变上的差异而产生滑动变形， 以适应构造形态的变化，软弱岩层则易成为层滑构造的发育面。青东矿煤系地 层中砂岩、泥岩、粘土岩及煤等软硬相间，这种岩性组合在岩层褶皱时，易发 生顺层剪切形成层滑构造。 青东矿 82煤层伪顶板一般为炭质泥岩，厚度 0.230.99m，岩层薄弱容易 冒落；直接顶板以泥岩为主，其次为粉砂岩和砂岩。老顶有两种煤类型：一为 砂岩直覆于煤层之上，另一为老顶砂岩位于直接顶之上，岩性有细砂岩和中砂 岩。82煤直接底以泥岩为主，其次为粉砂岩。泥岩厚度 0.5515.57m。岩性为 底板层滑提供了条件，特别是产生底板揉皱现象及煤层的穿刺构造。 82煤层顶底板岩性主要为泥岩、粉砂岩和砂岩。从层测定发生的岩性组合 条件看，矿区岩性组合力学差异较大，为层滑发育提供了有得的条件；同时由 于煤层顶底板岩性属于硬岩类，故井田范围内层滑构造总体属断裂型层滑，少 量为揉皱型，揉皱型层滑主要发生于煤层顶底板为伪顶时。 由于区内断层发育，在断层形成的过程中，由于煤层相对岩石来说为软弱 体，特别是厚煤层，更易形成层间滑动。 4.2 82煤层层滑构造表现形式煤层层滑构造表现形式 82煤层层滑构造主要变现为层间滑动、伴生断裂构造、伴生小褶皱、穿刺 构 造等。 （1）层间滑动 层间滑动是层滑构造中最基本的构造形迹。它使煤层结构遭到破坏，煤厚 安徽理工大学毕业论文 15 发生变化。有煤层顶、底板单滑，层组滑动，岩层层滑，煤层层滑。岩层层滑， 往往呈现滑面擦痕，硬岩破碎，软岩揉皱或呈滑片矸，滑面上有糜棱泥，原岩 层理、结构破坏。煤层层滑在 82煤层中层间滑动现象十分发育，造成煤层结构 常呈鳞片状、粉末状、碎粒状，揉皱，软分层，条带软煤等现象（如图 4-1） 。 （2）煤层受强烈挤压揉皱破碎 当煤层顶板或底板较软弱时，煤岩层韧性或粘性多变，滑动带煤层结构强 烈破坏，表现为煤层或夹矸层整体揉皱呈漩涡状或向某一方向流变，是的某一 部位煤层厚度突然变化，形态极不规则，有时煤层中穿插有破碎岩石。煤层镜 面发育或呈鳞片状，均为中间厚四周薄的透镜体，用手搓易呈粉末状，且与顶 板不协调，甚至彼此斜交。青东矿 82煤层受强烈揉皱破碎十分发育，在工作面 由于层滑导致书斜式断裂构造，导致煤层顶底板揉皱，挤压煤层导致煤层揉皱 破碎，煤层厚度及其不稳定，如图 4-2、图 4-3。 图 4-1 青东矿东翼轨道石门剖面图 安徽理工大学毕业论文 16 图 4-2 青东矿 82 采区边界上山剖面图 图 4-3 青东矿 726 工作面里段切眼剖面图 （3）伴生断裂构造 图 4-4 青东矿 726 工作面机巷剖面图 层间滑动过程中引起的断裂面与滑动相互改造，形成断裂滑动面，消失于 煤层中或延伸方向上与煤层走向夹角较小，煤层结构呈鳞片状、粉末状，滑动 带的煤厚剧变。82煤层顶底板与煤层理学差异较大，为层滑的发生提供了有力 的条件，其顶底板多为硬岩，由于层滑产生脆性断裂。 安徽理工大学毕业论文 17 图 4-5 青东矿 726 工作面风巷剖面图 图 4-6 青东矿 726 工作面风巷剖面图 书斜式断裂构造 82煤层层滑过程中，在顺层剪应力的作用下，是相对较硬岩层产生脆性断 裂，并组合成多种样式（图 4-7） 。 图 4-7 青东矿 728 工作面腰巷剖面图 阶梯状断层 单向顺层平拉且作用力较大时，形成一系列同向正断层，切割煤层，剖面 上呈阶梯状，层滑导致正断层错开形成台阶式断层（图 4-8） 。 图 4-8 青东矿 i3 回风大巷剖面图 垒堑式断层 硬岩夹层（煤层顶、底板中的厚层砂岩） ，在双向拉伸作用下沿画面上产生 安徽理工大学毕业论文 18 的断裂组合，表现为一系列正断层，走向基本平行，剖面上或在巷道中常呈倾 向依次相反的小断层组（图 4-9、10） 。 （4）伴生小褶皱 在 82煤层层间滑动过程中，煤层及其顶底板所形成的塑性变形构造，往往 出现滑面上下部协调现象，有顶褶底平、底褶顶平，顶底共褶等，这种构造在 青东矿 82煤层中常见，增加了掘进和开采的难度。在大型层间滑动中，当滑面 距煤层较远，使煤层与其顶底板岩层组合在一起共同滑动，共同揉皱成各种各 样的褶曲形式（图 4-11、12、13） 。 图 4-9 青东矿 728 工作面腰巷剖面图 图 4-10 青东矿 728 工作面腰巷剖面图 安徽理工大学毕业论文 19 图 4-11 青东矿 814 工作面机巷剖面图 （5）穿刺构造 82煤层的顶底板岩层，尤其是伪顶，在层间滑动过程中，沿破裂面插入煤 层或煤层入顶板中，形成岩楔、岩刺或煤刺等。顶底板岩层在华星过程中以强 烈揉皱形式挤入煤层汇总而形成所谓的滑脱夹矸或包卷夹矸。若强烈滑行挤压， 孤立煤层而成为煤层混杂体（图 4-14、15） 。 图 4-12 青东矿 814 机巷底抽巷剖面图 图 4-13 青东矿 726 工作面机巷剖面图 安徽理工大学毕业论文 20 图 4-14 青东矿 i3 运输大巷剖面图 （6）煤层剥蚀 煤层顶板或地板的弧形断层在滑动中常造成煤层被剥蚀，以及伪顶地层泥 岩被剥蚀，剥蚀多成条带状出现。弧形破裂面岩石呈破碎状，接触面上见糜棱 状或泥状滑面，岩层与煤层多呈不整合接触关系。这种现象，在矿井地质工作 中常被误判为古河床冲刷带。见图 4-16。 图 4-15 青东矿 726 工作面里段切眼剖面图 图 4-16 青东矿 814 工作面机巷剖面图 （7）波状折曲、卷曲 波状折曲多出现在复式褶皱中年的次级褶皱顶部及大逆断层附近，系层组 滑动构造形迹的表现。折曲轴向与次级褶皱多呈平行状，具有定向倾斜频率递 变性和间隔性，对煤层增厚变薄的改造及破坏性较大。在应力集中区，受层滑 构造影响，煤层在走向上和倾向上均产生“s”型弯曲。同事，由于煤层的塑性 流动在褶曲的肘部煤层厚度增大。如图 4-17. 安徽理工大学毕业论文 21 图 4-17 青东矿 104 轨道大巷剖面图 巷道掘进中，发现煤层顶、底板呈波状起伏，其连续性未遭破坏，煤层的 揉皱与顶底板的弯曲基本一致，煤层厚度随顶、底板起伏时厚时薄。如图 4- 18。 图 4-18 青东矿 726 工作面风巷剖面图 （8）煤层增厚变薄 由滑动面两侧煤层相互错动使得大片的煤层被携带迁移和堆积，造成煤层 大面积减薄、缺失或老增厚。因受层滑构造的影响煤层厚度极不稳定，时而增 厚进而变薄，甚至出现无煤带。如图 4-19、20。 图 4-19 青东矿 104 回风大巷剖面图 安徽理工大学毕业论文 22 图 4-20 青东矿 814 风巷底抽巷剖面图 4.3 煤层稳定性的内容煤层稳定性的内容 煤层的稳定性通常是指煤层厚度、煤质和结构在工作区范围内变化的情况。 其中，煤层厚度的变化直接影响勘查工程的密度和开采方法，是划分煤层稳定 性的主要因素。煤层的稳定性可分为四型：稳定型：煤层厚度和煤质变化很 小，或变化规律明显，结构简单到较简单，全区可采或基本可采；较稳定型： 煤层厚度和煤质均有一定变化，但规律性较明显，结构简单到复杂，全区可采 或大部分可采，在可采范围内厚度变化不大；不稳定型：煤层厚度或煤质变 化较大，无明显规律，结构复杂到极复杂，常有煤层不符合工业指标要求的地 段出现，包括难以分层对比而可以进行层组对比的复煤层；极不稳定型：煤 层厚度和煤质变化极大，一般不连续，很难找出规律，可采块段分布零星，包 括层组对比也有困难的复杂结构煤层。 引起煤厚变化的原因是多方面的，其中包括原声变化和后生变化，前者比 如聚煤拗陷基底不均衡沉降、沉积环境及古地理等的影响，后者则主要包括构 造变动、岩浆侵入等英气的煤层加厚和变薄。对同一矿区来说，地质构造运动 影响煤层厚度变化的规律基本不变，根据已经开采的煤厚变化规律与地质构造 的关系，就可推测深部为开采的煤层遭遇同样的地质构造的煤厚变化，对煤矿 有效组织生产、合理布局井下采掘巷道、提高采掘效率等具有积极的知道意义。 4.4 层滑构造对煤层稳定性的影响层滑构造对煤层稳定性的影响 层滑构造对煤层稳定性的影响主要表现在对断层厚度的影响。在纵弯褶皱 或断层的形成过程中，岩层间要发生相对滑动，在层间滑动产生的剪切力作用 下，由于断层强度低，往往要产生塑性流变，从而导致煤层厚度的变化。主要 表现为分叉、变薄、叠置增厚等现象，给回采工作增加了一定的难度。但不同 矿区或同一矿区不同部位表现形式不同。 82煤层层滑构造造成煤厚突变，形成一定范围的不可采区或无煤区，降低 了煤炭储量的可靠性，同时由于煤厚的复杂变化，加大了开采难度；在回采或 掘进通过这些区域时，被迫挑顶、破底，易造成采掘设备损坏和人身伤害，给 生产造成严重影响；同时由于层滑构造造成煤层变薄、底鼓、顶底板岩锲穿刺 及大量围岩块体滑入煤层等情况都会导致开采时原煤含矸率增加，严重影响煤 质。 其影响主要有以下几点： （1）煤系地层中的层间滑动构造易引起煤层层滑，易造成煤层结构呈鳞片 状、粉末状、碎粒状等现象。 安徽理工大学毕业论文 23 （2）煤层受强烈挤压揉皱破碎，致使滑动带煤层结构强烈破坏。某一部位 煤层厚度突然变化，形态极不规则，有时煤层中穿插有破碎岩石。 （3）层滑过程中，煤层顶底析接触面上，