基于非线性理论水体下采煤方案优化及安全性研究报告书(编辑修改稿)

基于非线性理论水体下采煤方案优化及安全性研究报告书(编辑修改稿)内容摘要：

6。 邻接 F19 断层处地表位置有西柏涧村西蓄水池，蓄水量不大，通过测量及地理信息系统计算，蓄水量为 8857m3。 F19 断层揭露资料较少，因此 F19 正断层在该区的延展及富水性情况及地表蓄水池对 1501 工作面正常回采影响需要论证；因1501 工作面煤层较厚，为安全合理留设断层防水煤柱，解放更多的煤炭可采资源，对该断层进行固液耦合数值模拟，以验证煤柱的稳定性具有必要性。 技术目标 根据实测资料，利用非线性理论，分析研究不同回采方案上覆岩层裂隙带的发育范围，进行回采方案优化，在资源回收最大化的前提下，提出能够满足生产需要的解决方案 技术内容 ①利用非线性理论，分析研究水体下采煤的安全性，为水体下采煤基于非线性理论水体下采煤方案优化及安全性研究报告 第 2 页 2 提供理论上的支承； ②提供上覆岩层裂隙发育范围的图纸； ③在划定的范围内，设计各回采方案并进行优化，并提各方案的施工图纸； ④ 提供《基于非线性理论水体下采煤方案优化及安全性研究》报告。 技术方法和路线 ①利用非线性理论，根据实测资料， 研究上覆岩层主要影响半径的分布形态； ②利用上覆岩层内主要影响半径的分布形态，研究覆岩内裂隙带的发范围； ③利用数字标高投影法、临界变形值法划定煤层回采时的保护范围； ④ 在划定的范围内，设计各回采方案并进行优化，最终达到安全回采的目的。 基于非线性理论水体下采煤方案优化及安全性研究报告 第 3 页 3 2．地质概况 地层 因基岩在区内没有出露，仅据矿井和钻孔揭露资料情况，本区发育地层有：古生界奥陶系中统马家沟组 (O2m)，石炭系上统本溪组 (C2b)、太原组(C2t)，二叠系下统山西组 (P1sh)、下石盒子组 (P1x)，上统上石盒子组 (P2s)、石千峰组 (P2sh)，新生界新近系、第四系 (N+Q)。 现由老到新分述如下： (一） 、 奥陶系中统马家沟组（ O2m） 在区外北部奥陶系中统马家沟组（ O2m）有大面积出露，区内无出露，有 12 个孔揭露，揭露最大厚度 （ 102 孔）。 其岩性以浅灰色厚层状灰岩为主，细晶质结构、块状构造，局部为白云质灰岩。 上部夹少许角砾状灰岩，呈浅灰～深灰色，角砾间充填有浅灰色铝土质泥岩及深灰色泥岩透镜体，具黄铁矿晶体及结核，发育有溶洞和裂隙，裂隙多被次生方解石脉充填。 本组产主要动物化 石： Actinoceras 珠角石 Armtnoceras 门角石 （二）、石炭系（ C） （ 1） 上统本溪组（ C2b） 由奥陶系石灰岩顶到一 11 煤底，地层厚度为 ～ ，平均厚度为。 区内有 15 个孔见及，岩性以浅灰色铝土质泥岩为主，具鲕粒结构，含黄铁矿结核及晶体。 局部为深灰色泥岩，产植物化石碎片；中部偶尔发育一层薄灰岩（ L0）或薄煤层一 0 煤；中下部为灰白色细～中粗粒砂岩和铝土质泥岩。 与下伏奥陶系中统马家沟组呈平行不整合接 触。 基于非线性理论水体下采煤方案优化及安全性研究报告 第 4 页 4 （ 2） 上统太原组（ C2t） 从一 11 煤层底到 L9灰岩顶，如 L9灰岩不发育，则以二 1煤层下的一层厚砂岩为界。 该组地层厚 ～ ，平均厚度为。 岩性主要由灰～深灰色、灰黑色泥岩、砂质泥岩、砂岩、石灰岩和煤层交互组成，为一典型的海陆交互相沉积。 一般含 7～ 9 层灰岩 (即 L1～ L9)。 其中 L8 、 L2灰岩全区发育，层位稳定，为井田内主要标志层。 与下伏本溪组呈整合接触。 本组产植物化石： Taeniopteris sp. 带羊齿属 Pecopteris sp. 栉羊齿属 Callipteris sp. 美羊齿属 Annularia sp. 轮叶属 Calamites sp. 芦木属 产动物化石： Sinocrinus sp. 中国海百合属 Dictyoclostus taiyuanfuensis 太原 府网格长身贝属 Dictyoclostus sp. 网格长身贝属 Pentamerus sp. 五房贝属 Pseudoschwagerina sp. 假希瓦格筳属 Triticites sp. 麦粒筳属 Sphenophyllum sp. 楔叶属 Brachythyrina sp. 准腕孔贝属 Linopteris neuropteroides. 麦网羊齿 （三）、二叠系（ P） （ 1） 二叠系下统山西组（ P1sh） 由 L9 灰岩顶或二 1 煤层下的一层厚砂岩底至砂锅窑砂岩（ Ss）底，厚～ ， 平均厚 ，由砂岩、泥岩、砂质泥岩和煤层组成。 含基于非线性理论水体下采煤方案优化及安全性研究报告 第 5 页 5 煤 6 层（二 0、二 二 二 二 二 6），二 1煤层为全区主要可采煤层。 与下伏太原组呈整合接触。 本组产植物化石： Sphenopteris sp. 楔羊齿属 Pecopteris sp. 栉羊齿属 Neuropteris sp. 脉羊齿属 Calamites sp. 芦木属 Lepidodendron sp. 鳞木属 Tingia carbonica(Scheuk) Halle 石炭齿叶 Tingia hamaguchii 菱齿叶 （ 2） 二叠系下统下石盒子组（ P1x） 由砂锅窑砂岩（ Ss）底至田家沟砂岩（ St）底，厚 ～ ，平均为 ，主要由砂岩、砂质泥岩、泥岩组成。 据其沉积特征可划分为三、四、五、六 4 个煤段。 与下伏山西组呈整合接触。 ① 三煤段 由砂锅窑砂岩（ Ss）底至四煤底砂岩（ S4）底，厚 ～ ，平均为。 底部砂锅窑砂岩厚 ～ ，平均为 ，为灰绿～灰白色，中～细粒砂岩，含黑色泥岩包体，具交错层理，是下石盒子组较好的 标志层；其上为一层灰白、浅灰色铝质泥岩，具紫斑，富含菱铁质鲕粒，层位不稳定，多相变为砂质泥岩或泥岩；中上部由紫斑泥岩、灰色砂质泥岩及浅灰色、灰色砂岩组成。 砂岩、砂质泥岩中含丰富的植物化石碎片。 ② 四煤段 由四煤底砂岩（ S4）底至五煤底砂岩（ S5）底，厚 ～ ，平均为。 下部为四煤底砂岩，厚 ～ ，平均为 ，为浅灰色、灰绿色粗～中粒砂岩，硅质胶结，含深灰色泥岩包体，具交错层理；中上部为深灰、灰色砂质泥岩、泥岩，含铝质具紫斑及菱铁质鲕粒，局部基于非线性理论水体下采煤方案优化及安全性研究报告 第 6 页 6 夹砂岩、粉砂岩透镜 体。 ③ 五煤段 由五煤底砂岩（ S5）底至六煤底砂岩（ S6）底，厚 ～ ，平均为 ，主要由砂岩、砂质泥岩、泥岩组成。 下部为五煤底板砂岩，厚 ～ ，平均为 ，为灰白色、浅灰色细～粗中粒砂岩，含泥质条带及团块，具平行层理及交错层理，局部夹泥岩、砂质泥岩；上部为紫斑泥岩、砂质泥岩。 ④ 六煤段 从六煤底砂岩（ S6）底至田家沟砂岩（ St）底，厚 ～ ，平均为。 底部为六煤底砂岩，厚 ～ ，平均为 ，为灰白色、浅灰色的 中粒砂岩，交错层理，含泥质包体，局部夹紫斑泥岩；其上为灰色泥岩、砂质泥岩，具紫斑，含铝质及鲕粒，产植物化石，局部夹铝质泥岩及砂岩、粉砂岩透镜体。 本组产植物化石： Lobatannularia heianeisis 平安瓣轮叶 Lobatannularia sinensis 中国瓣轮叶 Gigantopteris sp 大羽羊齿属 Pecopteris sp 栉羊齿属 Taeniopteris multinervis 多脉带羊齿 （ 3）二叠系上统上石盒子组（ P2s） 由田家沟砂岩（ St）底至平顶山砂岩（ Sp）底，厚 ～ ，平均为 ，主要有砂岩、砂质泥岩、泥岩组成。 按其岩性特征可分为七、八、九三个煤段。 与下伏地层呈整合接触。 ① 七煤段 由田家沟砂岩（ St）底至八煤底砂岩（ S8）底，厚 ～ ，平均为 ， 主要由泥岩、砂质泥岩及砂岩组成。 底部为田家沟砂岩，厚 ～ ，平均为 m，为浅灰色、灰白色细粒～粗粒砂岩，成基于非线性理论水体下采煤方案优化及安全性研究报告 第 7 页 7 分主要为石 英，含少量长石及岩屑，硅质胶结，为该区较好的标志层之一。 下部为灰色、深灰色泥岩、砂质泥岩，夹砂岩透镜体，产植物化石及碎片，含 2～ 5 层灰色、深灰色硅质泥岩，富含海绵骨针。 上部为灰色、紫灰色泥岩、砂质泥岩，具紫斑。 ② 八煤段：由八煤底砂岩（ S8）底至九煤底砂岩（ S9）底，厚 ～ ，平均为 m。 底部八煤底砂岩厚 ～ ，平均为 ，为灰紫色、灰绿色中～细粒砂岩，局部夹薄层灰紫色砂质泥岩及灰绿色粉砂岩，主要矿物成分为石英，次为肉红色长 石，硅质胶结；下部为灰紫色～灰黑色泥岩、砂质泥岩、砂岩及局部为细砾岩组成；中上部主要由灰绿色、暗紫红色紫斑泥岩、砂质泥岩、砂岩组成。 ③ 九煤段：由九煤底砂岩（ S9）底至 平顶山 砂岩（ Sp）底，厚 (仅一孔见全 )。 底部九煤底砂岩厚 ～ ，平均为 ，为中粒、细粒砂岩，间夹薄层泥岩，分选较差，泥硅质胶结；中下部为灰绿色、浅灰色细、中粒砂岩，灰绿～紫灰色砂质泥岩、泥岩、粉砂岩组成，砂质泥岩、泥岩具紫斑，含铝质，砂岩局部夹暗紫色泥岩薄层；上部为暗紫色～紫 红色泥岩及砂质泥岩，具绿斑 、紫斑，含铝质，夹薄层浅灰色中、细粒砂岩。 该组产植物化石： Taeniopteris sp. 带羊齿属 Gigantopteris sp. 大羽羊齿属 Annularia sp. 轮叶属 Pecopteris sp. 栉羊齿属 （ 4） 二叠系上统石千峰组（ P2sh） 由平顶山砂岩 （ Sp） 底至金斗山砂岩 （ Sj） 底，井田内仅 9－ 7 孔见及， ，且仅发育 砂、泥岩段 和 平顶山砂岩段 ，揭露最大厚度为。 与下伏地层呈整合接触。 ① 平顶山砂岩段：井田内仅 9－ 7 孔见及，其揭露厚度为。 岩性为灰白～浅灰色中、粗粒长石石英砂岩， 主要矿物成分为石英，次为长基于非线性理论水体下采煤方案优化及安全性研究报告 第 8 页 8 石及暗色矿物， 长石呈肉红色或灰白色，硅质胶结，具大型交错层理，分选性差，含绿色矿物、泥岩包体及石英细砾石，硅质胶结。 据钻孔及基岩出露 资料，岩石多已被风化，风化后颜色呈褐黄色 、 浅红色， 局部中间夹1 层紫红色、灰绿色泥岩薄层。 ② 砂、泥岩段：本区钻孔揭露最大厚度为。 岩性以紫红色、灰绿色砂质泥岩、泥岩为主，夹灰绿色、紫红色砂岩。 （四）、新近系＋第 四系 (N+Q) 本井田内新生界地层 厚 度为 ～ ，平均 为。 主要为 浅灰红色、灰黄色及灰绿色 砾石、粘土 质 砾石、砂质粘土、粘土组成，砾石大小不一 ，局部为细砂；顶部为 黄色 坡积物及表土组成。 与下伏地层呈不整合接触 井田内含煤地层主要为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组。 ㈠ 石炭系上统太原组（ C2t） （ 1）地层特征 从一 11 煤层底到 L9灰岩顶，如 L9灰岩或二 1煤层下的一层厚砂岩为界，平均厚度为 ，与下伏本 溪组呈整合接触。 据其岩性组合及沉积特征，自下而上分为三段： ① 下部灰岩段 自 11一 煤层底到 L4石灰岩顶，厚 ～ ，平均厚 ，以石灰岩为主，夹灰黑色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩薄层，含灰岩 4 层（ L LL L4）。 L2全区发育，厚 ～ ，平均 ，为灰色～深灰色中厚～厚层状隐晶质石灰岩，含燧石结核及大量动物化石，为该 区 主要标志层之一。 除 L3石灰岩外，各层灰岩之下均有煤层赋存，分为 11一 、 21一 、一 一4煤层，其中 11一 煤层较稳定，大部可采，一 2煤层局部可采。 ② 中部砂泥岩段 由 L4石灰岩顶到 L7石灰岩底，厚 ～ ，平均厚 m，主基于非线性理论水体下采煤方案优化及安全性研究报告。