地测资料数据库管理系统PPT课件

1 煤矿断层概论 主讲人 张文芳 2 主要内容 第一节断层第二节断层对煤矿采掘过程的影响第三节井下识别断层第四节对盘煤层寻找和断层预测第五节采掘过程中对断层的处理 3 第一节断层 4 主要内容 断层的定义一 断层面和断层带二 断盘三 断层的位移四 断层的分类五 断层的形成 5 断层的定义断层是岩石圈中顺破裂面发生明显位移的一种断裂构造 断层在自然界里发育广泛 是岩石圈中最重要的地质构造类型 对断层的研究具有重要的理论意义和实际意义 6 断层 节理 劈理的区别 7 一 断层面和断层带 1 断面 岩石断开并籍以滑动的破裂面 1 由走向 倾向 倾角三要素确定 2 非绝对平面 2 断层带 一系列破裂面或次级断层组成的带 同时形成 相互平行 性质相同 3 断层线 断层面与地面的交线 8 断层面 断层带 断层线 断层线 9 二 断盘 岩石断开之后 被分隔为两部分的岩块 1 按断面的空间状态 1 断面直立 按方位称谓 如走向南北 则称东盘 西盘 如走向东西 则称北盘 南盘 2 断面倾斜 称上盘 称下盘2 按运动方式 称上升盘 称下降盘 10 第一节断层的几何要素 断层线 上盘 下盘 断层面 上升盘 下降盘 上升盘 下降盘 NE盘 SW盘 倾向 走向 11 下盘 上盘 地表断层露头 12 三 断层的位移 断层相邻盘运动所产生的空间位置距离 断盘的运动有两种类型 直移 线 运动断层运动轨迹为一条直线 两断盘上未错动前的平行直线 运动后仍然平行 理论 旋转 曲线 运动断层运动轨迹为一条曲线 两断盘上未错动前的平行直线 运动后不再平行 实际 13 1 滑距断层两盘对应点的位移距离 1 总滑距 ab 对应点的真实位移距离 2 走向滑距 bc 总滑距在断面走向的分量 3 倾向滑距 ac 总滑距在断面倾斜线上的分量 4 水平滑距 am 总滑距在水平面上的投影长度 5 平错 cm 落差 bm 14 总滑距 ab 走向滑距 bc 倾向滑距 ac 水平滑距 am 15 2 断距断层两盘相当层之间的相对距离 参照不同方位剖面 可有不同称谓的断距 1 在垂直岩层走向的剖面上可测得地层断距A 垂直地层断距 ho 对应层间的垂直距离B 铅直地层断距 hg 对应层间的铅直距离C 水平地层断距 hf 对应层间的水平距离 16 垂直岩层走向的剖面 17 2 在垂直断层走向的剖面上可测得视地层断距A 视垂直地层断距 h o B 视铅直地层断距 h g hg C 视水平地层断距 hf 垂直于断层走向的剖面图 18 四 断层的分类 断层走向与岩层走向的关系 1 走向断层 断层走向与岩层走向基本一致 2 倾 横 向断层 断层走向与岩层走向直交 3 斜向断层 断层走向与岩层走向斜交 4 顺层断层 断层面与岩层面基本一致 1 按断层与构造的方位关系分类 19 断层走向与褶皱走向的关系 1 纵断层 断层走向与褶皱轴向平行 2 横断层 断层走向与褶皱轴向垂直 3 斜断层 断层走向与褶皱轴向斜交 20 纵 横 斜断层 21 2 按断层两盘相对运动分类 1 正断层 上盘下降 下盘上升的断层 一般为陡倾角断面 22 正断层 上盘相对下盘向下滑动的断层 上盘下降 下盘上升 23 2 逆断层 上盘上升 下盘下降的断层 一般断面倾角较小 24 逆断层 断层上盘相对下盘向上滑动的断层 逆掩断层 指断层倾角 45 的逆断层 上盘上升 下盘下降 25 3 平移断层 对水平运动的断两盘岩块沿断层走向作相层 也称走滑断层 左行走滑 反时针 垂直断层走向 见对盘向右滑动 右行走滑 顺时针 垂直断层走向 见对盘向左滑动 26 平移断层 断层两盘顺断层面走向相对滑动的断层 规模巨大的平移断层称为走向滑动断层 水平错动 27 4 正 平移 逆 平移断层 平移 正 平移 逆断层 兼有垂直升降和平移两向运动 常见斜向擦线 于是也称斜落 斜冲断层 依据擦线侧伏角大小有下列进一步分类 1 平移 正 逆 断层 侧伏角45 80 2 正 逆 平移断层 侧伏角10 45 28 上盘斜向下降 正平移断层和平移正断层属斜向 滑动 断层 因此 总位移在走向和倾向上有两个分量 当平移分量 下降分量 称为正平移断层 当水平分量 下降分量 称为平移正断层 29 上盘斜向上升 逆平移断层和平移逆断层也属斜向 滑动 断层因此 总位移在走向和倾向上有两个分量 当平移分量 上升分量 称为逆平移断层 当水平分量 上升分量 称为平移逆断层 30 5 枢纽断层 两盘岩块具相对旋转运动的断层 两种旋转枢纽断层 31 五 断层的形成 1 断层的形成过程岩石受力超过其强度时 即应力差超过其强度时 便开始发生破裂 破裂之初 先出现微裂隙 微裂隙逐渐发展 相互联合 形成一条明显的破裂面 断层两盘藉以相对滑动 32 2 形成断层的应力状态Hubbert的沙箱实验 用沙子代替岩石 很好的说明了莫尔 库仑破裂准则 沙箱中的隔板运动以前 两个室沙子的应力状况相同 隔板向右运动左室内水平应力减小 右室的水平应力则加强 两室处于不同的应力状态 左室 3水平 1直立 形成正断层 右室 1水平 3直立 形成逆断层 33 34 现在一般认为 断层面是一个剪裂面 根据应力莫尔圆和剪裂角分析知道莫尔 库仑破裂准则 1 1方向与两剪裂面的锐角平分线一致 2 3方向与两剪裂面的钝角平分线一致 3 1所在盘向锐角顶方向滑动 即断层两盘滑动方向垂直于 2 35 安德森 E M Anderson 等学者分析断层的应力状态 提出了形成正断层 逆断层 平移断层的三种应力状态 被称为安德森模式 该模式广泛被地质学家所接受 作为分析脆性断层的依据 1 若 1直立 2 3水平 则产生正断层 36 2 若 3直立 1 2水平 则产生逆断层 37 3 若 2直立 1 3水平 则产生平移断层 38 第二节断层对煤矿采掘过程的影响 39 目前 对断层规模的划分标准尚不统一 根据煤矿工作实践 建议采用下列划分标准 1 特大型断层落差大于50m 2 大型断层落差20m 50m 3 中型断层落差5m 20m 4 小型断层落差小于5m 40 断层破坏了煤层的连续性和完整性 对煤矿矿生产造成了很大影响 断层对煤矿生产的影响主要表现为以下6个方面 1 影响井田的划分和开拓方式 2 影响采区的划分和工作面的布置 3 影响安全生产 4 增加巷道的掘进量 5 造成煤炭损失 6 影响煤矿综合经济效益 41 1 影响井田的划分和开拓方式 断层是井田划分的主要依据之一 在井田划分时 若井田内存在着大断层 必然会增加岩石巷道掘进量 并给掘进 运输 巷道维护 矿井水和矿井瓦斯防治等带来困难 若井田内存在大型断层 煤层必然被截割成若干不连续的块段 断层附近煤层倾角加大 井田内煤层产状变化复杂 开拓方式的选择受到限制 42 2 影响采区的划分和工作面的布置 井田内中 小型断层的存在 会给回采 运输 顶板管理和正规作业循环等带来困难 使煤矿生产水平划分 采区划分和工作面布置受到不同程度的影响 43 3 影响安全生产 1 断层是良好的导水储水构造 容易导致突水事故 案例 2 断层具有良好的储气性 是瓦斯的天然仓库 易引起瓦斯与突出事故 案例 3 断层附近围岩应力集中 围岩破碎 容易引起煤与瓦斯突出和顶板事故 案例 44 4 增加巷道掘进量 在巷道掘进中遇到断层 可能会引起生产设计方案调整和寻找断失煤层 导致巷道掘进量增加 甚至会造出大量废巷 45 5 造成煤炭损失 断层两侧需留有一定宽度 20m 的防隔水断层煤柱 形成煤炭损失 断层越多断距越大 则断层煤柱损失量就越大 46 6 影响煤矿综合经济效益 煤层内断层的破坏程度是与煤矿劳动生产率 以及吨煤成本 千吨掘进率 煤损失率和机械化开采水平等有着密切的关系 直接影响着煤矿生产的经济效益 47 2012年5月20日11时30分 沈煤集团沈焦公司清水二井煤矿发生冒顶事故 12名工人下井处理过程中遭遇冒顶 截至昨晚8时 3人获救 4人死亡 5人被困 事故原因是巷道经过一条正断层 48 2004年10月20日郑煤集团某矿由于揭露了一条落差10米左右的逆断层 据巷顶5米左右的下盘煤层发生了一次特大煤与瓦斯突出 后又引起瓦斯爆炸造成148人遇难的特重大事故 49 2004年10月21日 武安市德胜煤矿越界开采8号煤 工作面上部遇到落差1 5m左右的断层 导致工作面滞后透水 最大涌水量4315m h 造成29人死亡 50 第三节井下识别断层 51 主要内容 1 断层的判断2 断层的观测3 断层形成年代的确定 52 1 断层的判断1 煤岩层产状发生急剧变化 断层附近的煤岩层 由于受断层两盘相对运动影响 往往会发生显著变化 煤岩层不连续 53 2 煤层厚度发生变化 煤层顶 底板出现不平行现象 煤层受断层影响易发生塑性变形 使厚度改变 54 3 接近断层时 煤层和顶 底板中裂隙显著增加 并具有一定的规律性 4 煤层结构发生变化 滑面增多 出现揉皱 煤呈鳞片状粉末状 常有小褶曲出现 55 4 在大断层附近常伴生一系列小断层 这些小断层是预兆大断层的重要标志 56 5 瓦斯涌出量增加 断层可以赋存瓦斯 当巷道揭露到断层附近时 断层中的瓦斯就可以通过煤岩层中的裂隙进入到巷道 57 6 断层角砾岩和断层泥在断层破碎带中 由于岩石收到强大的压力作用而破碎成大小不等的岩石碎块 经过碎屑基质胶结后 形成断层角砾岩 在泥质岩或煤层的断面上 常夹有北磨得很细的泥称为断层泥 断层角砾岩和断层泥都是岩层错动形成的产物 可作为确定断层存在的标志 7 涌水量增加 往往有滴水 淋水 涌水现象 要多加注意 58 8 煤岩层的重复与缺失一般走线正断层或逆断层可造成煤 岩层的重复或缺失 由于断层位移类型不同 断层与岩层的倾向 倾角不同 会造成6种基本的重复和缺失情况 59 9 地质界线突然中断地层 矿层 岩脉 相带 构造线等界线的突然中断或错位 也是断层存在的直接标志 60 2 断层的观测1 断层位置的确定通过测量点确定断层位置 边投绘到巷道平面图上 若断层成组出现 应分别测定各断层面位置 并确定主断层面 2 断层带特征的观测断层带的宽度 带内构造岩 断面擦痕 破碎带充填物特征 61 3 断层两侧煤岩层层位 产状 厚度 伴生及派生构造 4 确定断层性质及断层力学性质 5 测量断层面产状 62 6 确定断层的断距和落差一般落差是指断层两盘同一层面断失点之间的标高差 当断距小于巷道高度时 可在井下直接测量落差和地层断距 当断距较大时 根据断层两盘煤岩层层位对比结合地层柱状图 可推算出断距 63 7 对断层进行素描图 采用巷道平面图加数字 巷道剖面图加注数字或巷道平面图加横断面图多种方法 把断层的性质和主要参数表示出来 64 3 断层形成年代的确定1 角度不整合接触分析法断层形成于被该断层所切穿的最新地层之后 未被切穿的最老地层之前 2 相关岩浆岩体分析法根据与断层有关的岩浆岩体的同位素年龄来加以间接确定 一般来说 断层形成时代稍早于有关的岩浆岩体的形成年代 3 相关构造分析法根据有关的褶皱的形成时代来加以间接确定 一般来说 断层形成时代稍晚于有关的褶皱的形成时代 65 F1 F2 66 第四节对盘煤层寻找和断层预测 67 一 对盘煤层寻找0 层位对比法根据巷道揭示的断层两盘煤岩层层位 寻找缺失煤层位置 1 构造形迹判定法是指根据与断层伴生和派生的小型和微型构造来判断断层性质 预测前方是否存在断层的一种方法 a 牵引褶曲b 羽状节理c 擦痕阶步 a 牵引褶曲 b 羽状节理分布在断层一侧或两侧 与断层面斜交呈羽状排列的节理 它是由断层两盘相对运动位移产生的局部应力场的产物 羽状张解理 T与断层面呈45 锐角尖端指示本盘运动 羽状剪节理 S2与断层面近直交 锐角不稳定 S1夹角15 以下 锐角尖端指示本盘运动 69 c 擦痕 阶步阶步由缓到陡或陡坡的倾向指示对盘运动 在垂直于断层走向的掘进工作面可以通过擦痕 阶步判断前方是否有断层 阶步 70 2 规律类推法根据已掌握的该区的发育特征和规律 确定断层性质 指明断失翼煤层寻找方向的一种方法 适用于开采时间长 资料丰富的矿井 如陶一矿所揭露断层大多为正断层 井田范围内揭露的106条断层中只有2条逆断层 其它全为正断层 71 3 生产勘探法如果遇到断层 通过观测和综合分析 仍不能确定断层性质或已确定断层性质 但断距无法确定时 需用生产勘探的方法来解决 其手段是巷探 钻探 物探 72 4 作图分析法利用各种地质图件 地质剖面图 水平切面图 底板等高线图 根据断层的揭露点和断层面的产状进行对比连接作图 73 二 断层预测1 单个断层的延伸预测根据已见断层的延伸来预测断层的分布 这种方法是将地表或上部煤层或巷道中所见的断层 进行向下或左右延伸 以预测没有发现的或未采掘区域中的该断层位置 2 应用剖面图预测深部断层的位置将上部煤层或上部水平的巷道中所见的断层 填绘到相应的剖面图中 然后利用断层面的倾角 落差和煤层间距 推测该断层向深部延伸的情况 这样便可预测下部煤层或下一水平设计巷道中可能出现断层的情况 74 第五节采掘过程中断层的处理 75 主要内容 1 开拓设计阶段2 掘进阶段3 回采阶段 76 1 开拓设计阶段1 井田 采区边界的确定H 50m的断层 应考虑该断层作为井田边界 这样使断层煤柱和边界煤柱和为一体 避免出现三角煤 提高回采率 水文地质条件复杂的地区 以大断层作为井田边界 尽量不使巷道穿过断层 可以减少突水事故的发生 划分采区时 也应该以断层为界 77 78