滕南煤田构造发育规律及控水机理

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矿井突水的预测与防治制约着煤矿的安全生产,巷道过断层突水和临近断层工作面突水是矿井突水的主要形式之一。本文应用显微构造学、构造岩组学、地质力学等理论,讨论了滕南煤田构造发育特征及演化模式;综合水文地质资料,利用实验测试、数值模拟,综合评价法及(TEM)瞬变电磁法等手段对煤田内各断层导(富)水性进行研究,分析其控水作用,并综合评价断层影响区域突水危险性。  (1)对以往钻孔资料、生产资料、矿井水文地质资料、矿体产状及形态特征,小构造发育特征等进行整理,对煤田主要控水构造控水情况进行分析研究,并推演矿区构造演化成因及形成模式。得出滕县煤田内控水构造构造以断裂为主。断裂构造按其展布方向及力学性质分为二组,即 NEE向和近南北向。煤田中生代以来构造演化经历5个主要活动期次。印支期鲁西地区在该近NS向的地应力作用下形成了鲁西区域构造雏形,发育形成了NEE向压性断层、近NS向的张性断层,滕县向斜、滕县背斜的雏形。燕山期在近东西向地应力场作用下,煤田构造格架基本形成,沿NEE向张性正断层组发生岩浆侵入。华北期在近东西向主压应力作用下,产生一系列煤田内盖层构造:NEE向阶梯状伸展断层组,南北向间隔断层组大致相互平行排列的地垒、地堑,将煤田切割成若干个宽窄不一的条带状断块,NEE向张性正断层发生岩浆二次侵入。喜马拉雅期煤田在近南北向挤压地应力作用下,产生一系列层间构造,主要有北东向逆断层组,原有的NNE~近SN向和NEE向两大断层组改变力学性质。新构造期滕南煤田在北北西向和近南北向挤压应力压下,产生NNE~近SN向高角度张性断层组、NEE向高角度压性断层组和大量的小断层、节理等层间构造。  (2)结合煤田区域内水文地质资料,分析地下水补给、迳流与排泄条件、含(隔)水层水文地质特征和充水因素,分析断裂阻水、贮水形式,分析区域内主要断裂的构造导(富)水性和构造阻(隔)水性,得出地质构造对地下水富集控制规律,南北向迳流流动趋势较弱,东西向迳流流动趋势较强。矿区西部为地下水的汇聚区,地下水资源量比中东部丰富,但断层较不发育,西北部断层发育地区具有较强的构造导水性,并分析煤矿井下突水点与构造控水的关系。  (3)利用综合评价法,构建指标体系,归纳出断裂构造的主要控水影响因素为断裂构造的发育规模、力学性质、小断层(裂隙)的发育程度及水文地质条件,并结合层次分析法和熵值法分别计算4敏感指标的权重,建立断裂构造突水评价层次分析结构模型,最终确定各指标的权重。利用MAPGIS等软件将量化处理与突水相关的数据信息采集成图,绘制各评价指标的参数图层,并进行叠加分析,综合评价断裂构造导水危险性。得出滕南煤田NNE~近NS向断裂组富水性能好,特别是在断层的转弯、交汇、首尾衔接部位富水性好,这些部位是良好的储水构造,在可溶岩石中易引起岩溶发育,控制着陷落柱的空间展布。NEE向断裂组富水性能差,在可溶岩石中不易引起岩溶发育。煤田内褶皱构造除滕县背斜、滕县向斜外,还存在一系列次一级的褶皱构造。煤田内上组含水层水主要富集在次一级向斜的核部,在有断裂构造沟通的条件下容易引起煤矿突水。在滕县背斜的核部出露有奥陶系石灰岩,它们接受大气降水不给,水量充沛,岩溶发育。  (4)利用TEM井下电磁法对巷道过断层或断层附近工作面赋水性进行探测,分析煤田内探测断裂构造的导(富)水性特征,通过对不同探测深度电性参数变化的分析,探讨了岩层在平面上的分布特征,并与现场揭露突水点位置和涌水量比较印证。得出走向近南北向断层组含(富)水性总体较强,各断层存在差异。靠近峄山断层、田岗断层和煤田中部断层密集发育区域发育的南北向断层具有强含(富)水性,在煤田西部区域导水性较弱。区域内近东西向断层组含(富)水性总体较弱,与综合评价断层导水危险性结果相一致。
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