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探地雷达在华阳一矿隐伏断层构造探测中的应用

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煤炭与化工 2024年第4期47卷 62-67页

作者：乔旭齐振洪杨智华王卫光杨峰中国矿业大学(北京) 北京100083 山西华阳集团新能股份有限公司山西阳泉045000 山西华阳集团新能股份有限公司一矿山西阳泉045000

断层构造破坏煤系地层、降低煤炭资源储量,采煤工作面通过断层,增加采煤成本,带来突水、瓦斯积聚风险,有必要在采煤工作面开展隐伏断层构造探测。目前,采煤工作面的主要物探方法有地震波法和电磁法两类,作为精细地质勘探方法,探地雷达... 详细信息

断层构造破坏煤系地层、降低煤炭资源储量,采煤工作面通过断层,增加采煤成本,带来突水、瓦斯积聚风险,有必要在采煤工作面开展隐伏断层构造探测。目前,采煤工作面的主要物探方法有地震波法和电磁法两类,作为精细地质勘探方法,探地雷达技术可以在隐伏断层构造探测中发挥重要作用。本文针对华阳一矿地质特点分析了断层类型及其成因,采用有限时域差分法模拟了不同走向断层构造的探地雷达探测数据,分析了不同构造的数据特征,提出了基于电磁波反射路径的断层走向推断方法。通过100 MHz探地雷达对矿区内隐伏断层构造进行了探测,探测结果表明:通过结合目标反射波振幅、层位变化等信息,可以估计断层构造在回采区内的走向和范围,结合已揭露的倾角、落差等信息,为预先调整回采工作面提供依据。

关键词：地质探测断层构造探地雷达数据处理

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鹰骏一号矿井断层构造富导水性分析与研究

能源科技 2024年第1期22卷 27-31页

作者：潘长斌吕兆海王斌蒙晓斌朱宏内蒙古维华矿业有限责任公司内蒙古鄂托克前旗016215 国家能源集团国际发展有限公司北京100011

断层构造是划分井田及其采区边界的重要依据,也是作为矿井充水通道影响含水层富水性的重要因素。断层构造富导水性一定程度上决定矿井防治水工作的难易程度。鹰骏一号矿井分布突水危险性较大的剥蚀区域,基于三维地震探测基础上采用瞬变... 详细信息

断层构造是划分井田及其采区边界的重要依据,也是作为矿井充水通道影响含水层富水性的重要因素。断层构造富导水性一定程度上决定矿井防治水工作的难易程度。鹰骏一号矿井分布突水危险性较大的剥蚀区域,基于三维地震探测基础上采用瞬变电磁探测法,并结合钻孔测井曲线物性反应分析与研究出11条断层部位的富导水性。井田内断层富导水性部位主要位于二煤层与八煤层顶板砂岩层中,确定出7条断层在二煤层顶板砂岩层中存在局部富水异常区,4条断层在该部位未见富水异常区;确定出8条断层在八煤层顶板砂岩层中存在局部富水异常区,3条断层在该部位未见富水异常区。通过2个地质勘探钻孔在施工阶段存在跳钻与卡钻、孔内缩径与岩层跨落、泥浆漏失现象以及含水层抽水试验水位标高等资料综合分析出DF37断层具有富导水性。采用钻孔内岩层密度、电阻率、自然伽马异常测井资料与含水层水质含量差异性研究断层破碎带的富导水性取得了一定效果。采用以上方法确定断层富导水性,为矿井防治水工作及安全生产提供了地质保障。

关键词：断层构造富导水性瞬变电磁测井成果

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复杂环境下隧道施工涌水致灾机理及影响分析

铁道科学与工程学报 2024年

作者：蔡子勇乔世范刘屹颀中湘海外建设发展有限公司中南大学土木工程学院

涌水是隧道施工常见的地质灾害之一，严重威胁隧道施工安全。以下穿水库及穿越断层构造带隧道涌水案例为背景，从地质特征、围岩揭露、地质雷达探测及涌水形态多维度出发，系统分析隧道涌水致灾原因，以此建立隧道涌水分析模型。基于极... 详细信息

涌水是隧道施工常见的地质灾害之一，严重威胁隧道施工安全。以下穿水库及穿越断层构造带隧道涌水案例为背景，从地质特征、围岩揭露、地质雷达探测及涌水形态多维度出发，系统分析隧道涌水致灾原因，以此建立隧道涌水分析模型。基于极限平衡理论及渗流理论，推导隧道涌水安全临界厚度计算公式，提出隧道涌水稳定性判据，并基于单因素变量法及灰色关联法，探讨隧道涌水影响机制。研究结果表明：1）此次隧道涌水实质是隧道拱部潜伏着规模不大的含水溶腔，隧道开挖引起围岩应力重分布及地下水能量释放，在动水压力及渗透冲刷作用下，加之开挖扰动对围岩渗透系数改变及渗流影响，促使裂隙水运动诱发裂隙通道扩展贯通形成的小规模管道型涌水渐进性渗透破坏；2）提出了该隧道涌水致灾形成的3个基本要素：地表集水、地质构造及渗透水压；3）隧道临界安全厚度随着含水溶腔水压及裂隙通道直径的增加而增大，随着黏聚力的增大而减少，随着内摩擦角的增大其影响甚小，得到其影响因素敏感性先后排序为：裂隙通道直径>溶腔水位高度>填充介质黏聚力>内摩擦角，裂隙通道直径对隧道安全稳定影响最大。4）研究成果对理解隧道涌水机理及其为类似工程涌水安全防控提供参考。

关键词：隧道施工断层构造涌水临界安全厚度灰色关联法

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断层构造对煤结构及氧化自燃特性的影响

煤炭学报 2023年第3期48卷 1246-1254页

作者：李宗翔张明乾杨志斌刘宇丁聪黄戈辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学安全科学与工程研究院辽宁阜新123000

为探究断层构造对煤结构及自燃特性的影响规律,以红庆梁煤矿11301工作面断层构造煤和原生煤为对象,采用红外光谱FT-IR实验、热重分析实验、低温氮气吸附实验和封闭式煤氧化实验,分别从微观和宏观角度对煤样的活性基团含量、燃烧特征温... 详细信息

为探究断层构造对煤结构及自燃特性的影响规律,以红庆梁煤矿11301工作面断层构造煤和原生煤为对象,采用红外光谱FT-IR实验、热重分析实验、低温氮气吸附实验和封闭式煤氧化实验,分别从微观和宏观角度对煤样的活性基团含量、燃烧特征温度、孔隙结构特征、耗氧速度和氧化放热强度进行分析。红外光谱FT-IR实验结果表明,断层构造煤的活性基团多于本煤层原生煤,断层构造煤的氧化活性高;热重分析实验表明,断层构造煤的裂解温度、临界温度、着火温度、峰值温度和燃尽温度均低于原生煤,断层构造煤表现出更强的自燃倾向性;低温氮气吸附实验结果表明,断层构造改变了煤的孔隙结构,相较于原生煤,断层构造煤比表面积增幅为2.5倍、平均孔径增幅为2.36倍、微孔孔容增幅为2.71倍、介孔孔容增幅为1.69倍。断层构造作用对煤体的孔隙结构特征的影响,便于氧气进入煤体与孔隙中的活性基团发生氧化反应;通过封闭式煤氧化实验可知,温度25~70℃条件,煤的耗氧速度、CO释放速度、CO_(2)释放速度和氧化放热强度随温度升高呈指数增长;在氧体积分数为20%、温度25~70℃条件,红庆梁煤矿11301工作面断层构造煤的氧化放热强度是原生煤的1.37~2.00倍。断层构造煤相对于本煤层原生煤自燃倾向性更强。本次研究从微观和宏观角度揭示了实际采掘环境中断层构造煤更易发生自燃的原因是改变煤自身结构和自燃环境因素,使之更有利于自燃。

关键词：断层构造煤自燃红外光谱低温氮气吸附热重分析氧化放热强度

FTIR和XRD在断层构造煤结构分析中的应用

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光谱学与光谱分析 2023年第2期43卷 657-664页

作者：李宗翔张明乾杨志斌丁聪刘宇黄戈辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学安全科学与工程研究院辽宁阜新123000

为探究断层构造作用对煤化学结构特征和微晶结构特征的影响,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)分析,对红庆梁矿和段王矿的原生煤及断层构造煤进行分析。结果表明,受断层构造作用影响,红庆梁、段王断层构造煤中苯环二取代、... 详细信息

为探究断层构造作用对煤化学结构特征和微晶结构特征的影响,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)分析,对红庆梁矿和段王矿的原生煤及断层构造煤进行分析。结果表明,受断层构造作用影响,红庆梁、段王断层构造煤中苯环二取代、苯环四取代的含量明显大于原生煤,苯环三取代和苯环五取代的含量低于原生煤,断层构造煤中C—O—C伸缩振动、—CH_(2)反对称弯曲振动、—CH_(3)、—CH_(2)和芳环—OH含量均多于原生煤,断层构造煤中醚C—O振动、芳烃CC、—CH和OH—π含量低于原生煤。红庆梁、段王断层构造煤的芳碳率fa是原生煤的1.01和1.03倍,芳环缩合度DOC是原生煤的1.01倍和3.7倍,CH_(2)/CH_(3)值是原生煤样的0.933倍和0.94倍,芳香度I分别是原生煤样的1.01倍和1.34倍。说明断层构造作用促使官能团和脂肪链脱落,增加煤的缩聚程度,降低煤中脂肪侧链的长度,增大芳香结构含量。XRD测试结果表明,原生煤和断层构造煤具有相近的矿物组分,断层构造作用未对煤中矿物组分的类型产生明显的改变。在2θ=26°附近存在特征(002)带,表明存在少量的层状石墨结构,然而在2θ=45°附近并没有清楚地显示(100)带,说明煤中石墨结构的基面生长水平较低。红庆梁、段王断层构造煤的晶间间距d_(002)值与原生煤相比变化很小,微晶堆积高度L_(c)值分别是原生煤的0.9045倍和0.9027倍,芳香度f_(a)-XRD值分别是原生煤的1.1439倍和1.0669倍,晶体堆叠平均层数N_(ave)值分别是原生煤的0.90945倍和0.92356倍。断层构造作用减小煤的芳香层片堆砌度,增大煤的芳香度,减少了煤微晶结构单元的堆叠层数,说明断层构造促进煤中非芳香化合物向芳香化合物的转化。断层构造煤的芳香度、成熟度更高,断层构造煤的燃烧反应性弱于原生煤。

关键词：煤结构分析官能团 FTIR XRD 断层构造

煤矿冲击地压与断层构造失稳的多物理场互馈机制研究进展

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煤炭学报 2022年第2期47卷 762-790页

作者：王宏伟王晴石瑞明姜耀东田政中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

煤矿冲击地压与断层构造失稳的多物理场互馈机制研究对于保障煤炭资源安全高效开采具有重要的科学意义和工程指导价值。人类采掘活动使得在地壳运动等强挤压过程中形成的断层等复杂地质构造受到扰动,结构面的活化和失稳将释放大量在构... 详细信息

煤矿冲击地压与断层构造失稳的多物理场互馈机制研究对于保障煤炭资源安全高效开采具有重要的科学意义和工程指导价值。人类采掘活动使得在地壳运动等强挤压过程中形成的断层等复杂地质构造受到扰动,结构面的活化和失稳将释放大量在构造成型期间所积聚的弹性应变能,进而极易诱发冲击地压等动力灾害。从断层构造成因、地质赋存状态和高水平原岩应力环境的角度介绍了冲击地压发生的地质环境特征,总结了与断层构造相关的冲击地压发生模式,凝练了开采扰动下断层滑移失稳的力学机理和断层构造失稳诱冲的多物理场前兆特征等2个关键科学问题,建立了考虑工作面开采影响的断层结构力学模型和厚层顶板赋存的物理模型,推导了断层面上下盘相对滑动位移计算的逐点积分方法,提出了可表征断层滑动摩擦与能量释放相关性的断层结构势能的概念,分析了开采扰动下断层面位移场、应力场和能量场的动态演化特征,系统阐述了断层构造的失稳特点和诱冲力学机理。研究结果显示,工作面开采条件下断层区域位移场表现为由局部静态滑移突然向整体剧烈滑动转变的非线性动态演化过程,并伴随着断层面上下盘之间的相对位移出现由缓慢滑动突然变化为急剧滑移的失稳现象,断层面最大位移也由断层顶部突然转移至断层中部靠近煤层的区域,对工作面造成极大冲击破坏。随着煤层的逐步开采,断层面正应力和剪应力在同步演化发展过程中发生了分化的现象,表现出正应力增加而剪应力降低或剪应力增加而正应力降低的特征。断层结构面和上覆厚层顶板的交界区域在上覆岩层下沉和侧向压力的共同作用下完成了最大滑动静摩擦向滑动失稳摩擦的动态转换过程,位移场的缓急突变和应力场的正剪分化现象均出现在该转换期间,而最大位移的出现也预示着断层结构发生了剧烈的滑移失稳。断层结构失稳前,由于厚层顶板坚硬且不易破断使得断层结构保持相对稳定,此时断层结构势能处于长期积聚而未释放的状态。监测数据显示,与断层结构势能相关的微震事件数、声发射事件数和电磁辐射强度值等数据均出现缺失的现象。断层滑移失稳后,该类监测数据又由几乎为零转为突然激增,并伴随着剧烈的滑动和对工作面的冲击破坏。综上所述,在复杂断层构造赋存、高水平原岩应力环境和开采扰动下,岩层运动与断层滑移的耦合作用是断层失稳的主要原因,而伴随的位移场缓急突变、应力场正剪分化和能量场激增滞后等多物理场演化规律均可作为冲击地压发生的前兆特征。

关键词：冲击地压断层构造多物理场开采扰动前兆特征

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小保当煤矿首采区三维地质特征研究

煤炭与化工 2024年第3期47卷 65-69,73页

作者：杨彪李杰杨小勇席义苗陕西小保当矿业有限公司陕西榆林719302

地质构造的复杂多变性严重制约了现场的生产,传统地质勘探难以实现全方位勘察,结果存在较大误差,难以满足实际生产需求。针对以上问题,本文选取陕北小保当一号井首采区为研究背景,采用三维地震勘探的方法对采区断层地质构造和上覆岩土... 详细信息

地质构造的复杂多变性严重制约了现场的生产,传统地质勘探难以实现全方位勘察,结果存在较大误差,难以满足实际生产需求。针对以上问题,本文选取陕北小保当一号井首采区为研究背景,采用三维地震勘探的方法对采区断层地质构造和上覆岩土覆盖层厚度变化趋势开展勘探作业。勘探研究表明,小保当一号井首采区共发现9条断层,均为正断层,其中2^(-2)煤层分布2条断层,5^(-2)煤层分布7条断层,断层落差相对较小;2-2煤上覆岩土覆盖层厚度为50~115 m,勘探区覆盖层厚度由东北向西南逐渐变厚,最大厚度为115 m。在开采该区西南部时,应选取较大工作阻力支架,采区东北区域开采时,加强矿井涌水量和漏风等问题的监管,对突发灾害开展防治工作。

关键词：三维地震断层构造首采区岩土覆盖层灾害防治

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过断层压气储能巷道围岩变形特征与支护优化

安徽理工大学学报(自然科学版) 2024年第2期 67-74页

作者：刘钦节陈强付强吴犇牛杨卿干安徽理工大学矿业工程学院合肥综合性国家科学中心能源研究院煤炭清洁高效利用研究中心

目的为解决断层附近储气巷道围岩变形不协调、在储气循环荷载作用下易发生损伤失稳的问题。方法采用FLAC3D建立数值模型，基于淮南潘一矿第一水平西翼轨道石门实际地质条件和原有支护方案，分别开展单一内压荷载作用和循环荷载作用下... 详细信息

目的为解决断层附近储气巷道围岩变形不协调、在储气循环荷载作用下易发生损伤失稳的问题。方法采用FLAC3D建立数值模型，基于淮南潘一矿第一水平西翼轨道石门实际地质条件和原有支护方案，分别开展单一内压荷载作用和循环荷载作用下，储气巷道穿越Fe3正断层附近区域围岩变形破坏特征与支护方案优化模拟分析，针对该区域提出注浆加固方案，并通过数值模拟方法对注浆效果进行考察。结果随着内部储气上限压力的增大，储气库围岩变形加剧。尤其穿越破碎带区域，在循环荷载作用下，围岩累积损伤导致储气巷道极限承载能力大幅度降低，位移增加显著，成为潜在破坏区。注浆后巷道围岩顶底板及两帮位移量明显降低，对储气巷道围岩稳定性具有良好的控制作用。结论研究结果可指导破碎区域注浆加固提高储气巷道内压上限，为同类高压储气巷道的稳定性和安全性提供参考。

关键词：地下储气库断层构造数值模拟循环荷载注浆加固

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比德向斜北西翼勘查区水文地质特征分析

四川地质学报 2024年第1期44卷 67-69页

作者：黎尚源贵州省煤田地质局一四二队贵阳550000

依据比德向斜北西翼勘查地质资料,分析勘查区水文地质特征。地下水类型为碳酸盐岩岩溶裂隙水、基岩裂隙水、孔隙水;勘查区含水层分为富水性弱、富水性中等、富水性强;勘查区内断层多期活动强烈、断距大、断层倾角大,其中F1、F2断层对煤... 详细信息

依据比德向斜北西翼勘查地质资料,分析勘查区水文地质特征。地下水类型为碳酸盐岩岩溶裂隙水、基岩裂隙水、孔隙水;勘查区含水层分为富水性弱、富水性中等、富水性强;勘查区内断层多期活动强烈、断距大、断层倾角大,其中F1、F2断层对煤系地层影响较大,断层破碎带宽,其导水性和富水性强。

关键词：比德向斜水文地质特征含水岩组富水性断层构造裂隙水