巨野煤田龙固井田3煤层顶板结构及其影响因素
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摘要
本文采用沉积学、岩石学、构造-地层学和岩体结构-岩石力学等学科交叉的研究思路，综合多学科的研究方法和技术路线，以巨野煤田龙固井田3煤层顶板结构及其稳定性影响因素为实例，对煤层顶板岩性构成及组合特征、3煤层顶板的地质属性特征和岩石力学属性特征进行了系统研究，提出了龙固井田3煤层顶板稳定性分析方案，并就顶板稳定性研究、评价和预测的新方法进行了探讨。
以沉积学、地层学等方法为技术手段，详细研究了煤层顶板岩性分布特点、沉积层序及组合结构特征，总结出了五种顶板岩性组合类型：煤层．厚层状砂岩(老顶)组合、粉砂岩-厚层状砂岩(老顶)组合、泥岩-粉砂岩-厚层状砂岩(老顶)组合、粉砂岩-泥岩-厚层状砂岩(老顶)组合、泥岩．厚层状砂岩(老顶)组合。
对煤层顶板构造尤其小断层特征及分布特点进行了精细分析，并与顶板构造-地层分析方法(如强岩层效应值分析法)结合起来，两者相互渗透、相互映证，对相关参数进行了深入分析，将研究区煤层顶板构造稳定性划分为五个级别：稳定，较稳定，中等稳定，较不稳定、不稳定。
对煤层顶板岩性特征、岩层结构特点、沉积变化规律、地下水的影响、不同岩层组合关系及其总体力学效应进行了详细研究，总结出了煤层顶板岩石抗压强度空间分布规律，并据此对顶板稳定性进行了岩石力学分区。
综合分析煤层顶板结构及影响煤层顶板稳定性的各种因素，确定了顶板稳定性相关因素的定量关系。在此基础上，建立BP人工神经网络模型，对龙固井田煤层顶板稳定性进行定量预测，分析了煤层顶板稳定性，提出了综合评价成果。
This paper provides systematic analysis for lithology composition characteristics of coal roof, geological property and rock mechanics property of coal 3th seam's roof by using sedimentology, petrology, Tectonic Stratigraphy and structure of rock mass-rock mechanics, with Longgu coalfield in Juye mine as an example. A stability analysis scheme is concluded for coal 3th seam's roof; and a new method for evaluate and forecast the coal roof stability is discussed here.
Use sedimentology and stratigraphy technology to analyze lithology distribution, sediment sequence and structure of coal roof. Five types of coal roof are concluded: coal-thick bedded sandstone (main roof), siltstone-thick bedded sandstone, mud rock-siltstone-thick bedded sandstone, siltstone-mud rock-thick bedded sandstone and mud rock-thick bedded sandstone.
Analyze the coal roof structure, especially minor faults in details. This method can be used together with coal roof structure-strata analysis method (such as competent strata effect) to provide more detailed parameters. The coal roof under research can be divided into five levels: stable, relative stable, medium, less stable; unstable.
Study the lithology property of coal roof, strata structure, sediment change rules, influence of underground water, relation between strata and overall mechanical effect. A distribution rule about anti-pressure intensity of coal roof stones is concluded and the rock division based on stability is determined.
The analysis to factors that may affect coal roof stability decides the correlation among them. On top of that, the BP artificial neural network model is used for quantitative forecast. The system forecasts the coal 3th seam's roof stability in the first mining area and puts forward the evaluation result.
以沉积学、地层学等方法为技术手段，详细研究了煤层顶板岩性分布特点、沉积层序及组合结构特征，总结出了五种顶板岩性组合类型：煤层．厚层状砂岩(老顶)组合、粉砂岩-厚层状砂岩(老顶)组合、泥岩-粉砂岩-厚层状砂岩(老顶)组合、粉砂岩-泥岩-厚层状砂岩(老顶)组合、泥岩．厚层状砂岩(老顶)组合。
对煤层顶板构造尤其小断层特征及分布特点进行了精细分析，并与顶板构造-地层分析方法(如强岩层效应值分析法)结合起来，两者相互渗透、相互映证，对相关参数进行了深入分析，将研究区煤层顶板构造稳定性划分为五个级别：稳定，较稳定，中等稳定，较不稳定、不稳定。
对煤层顶板岩性特征、岩层结构特点、沉积变化规律、地下水的影响、不同岩层组合关系及其总体力学效应进行了详细研究，总结出了煤层顶板岩石抗压强度空间分布规律，并据此对顶板稳定性进行了岩石力学分区。
综合分析煤层顶板结构及影响煤层顶板稳定性的各种因素，确定了顶板稳定性相关因素的定量关系。在此基础上，建立BP人工神经网络模型，对龙固井田煤层顶板稳定性进行定量预测，分析了煤层顶板稳定性，提出了综合评价成果。
This paper provides systematic analysis for lithology composition characteristics of coal roof, geological property and rock mechanics property of coal 3th seam's roof by using sedimentology, petrology, Tectonic Stratigraphy and structure of rock mass-rock mechanics, with Longgu coalfield in Juye mine as an example. A stability analysis scheme is concluded for coal 3th seam's roof; and a new method for evaluate and forecast the coal roof stability is discussed here.
Use sedimentology and stratigraphy technology to analyze lithology distribution, sediment sequence and structure of coal roof. Five types of coal roof are concluded: coal-thick bedded sandstone (main roof), siltstone-thick bedded sandstone, mud rock-siltstone-thick bedded sandstone, siltstone-mud rock-thick bedded sandstone and mud rock-thick bedded sandstone.
Analyze the coal roof structure, especially minor faults in details. This method can be used together with coal roof structure-strata analysis method (such as competent strata effect) to provide more detailed parameters. The coal roof under research can be divided into five levels: stable, relative stable, medium, less stable; unstable.
Study the lithology property of coal roof, strata structure, sediment change rules, influence of underground water, relation between strata and overall mechanical effect. A distribution rule about anti-pressure intensity of coal roof stones is concluded and the rock division based on stability is determined.
The analysis to factors that may affect coal roof stability decides the correlation among them. On top of that, the BP artificial neural network model is used for quantitative forecast. The system forecasts the coal 3th seam's roof stability in the first mining area and puts forward the evaluation result.
引文
1．谢和平等．可持续发展与煤炭工业报告文集[M]．北京：煤炭工业出版社，1998：1-15
2．侯公羽．锚拉支架支护理及其应用研究[D1，北京：中国矿业大学，1997
3．彭苏萍，中国煤矿高产高效矿井的地质保障系统[J]，见：谢和平等主编跨世纪的矿业科学与高新技术：中国科协第14次”青年科学家论坛”报告文集，北京：煤炭工业出版社，1996
4．彭苏萍．建立与完善我国煤矿高产高效矿井的地质保障系统的几个问题[J]，见：谢和平等主编可持续发展与煤炭工业报告文集，北京：煤炭工业出版社，1998，19-25
5．谭云亮．关于煤矿顶板安全的现状与对策，山东青岛，2007
6. Elliott R E. The mine geologist and risk reduction. The Mining Engineer, 1974, (133): 173-184
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9. Hylbert D V.Developing geological structural criteria for predicting unstable mine roof rocks, Bumines Open File Rept 9-78, United States Department of the Interior, 1977
10. Petranoff T V, Carlson G D,Home J C,Levey R A, McKenna E.The effects of a rider coal and splay deposits on roof conditions in the Stansbury Mine[J], Proceedings of the Fourth Symposium on the Geology of Rocky Mountain Coal, 1980:29-33
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15. Shear-Albin R. Geological features that contribute to ground control problems in underground coal mine. USBM: IC9370, 1993
16．于双忠，彭向峰，李文平等．煤矿工程地质学[M]，北京：煤炭工业出版社，1994，275-278
17．刘海燕．兖州煤田主采煤层顶板稳定性评价[D]，山东泰安：山东科技大学，2004
18．孟召平，程浪洪，雷志勇．淮南矿区地应力条件及其对煤层顶底板稳定性的影响[J]，煤田地质与勘探，2007，35(1)：21-25
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20．涂敏．运用模糊聚类法分析煤层顶板稳定性[J]，矿山压力与顶板管理，1995，3
21．杨双锁，靳钟铭．采场顶板稳定性定量分析分类研究[J]，山西矿业学院学报，15(1)
22．张树光，张向东．离散元在顶板稳定性分析中的应用[J]，煤，2000，9(4)：15-24
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36．徐东强，温军锁．金厂峪金矿难采矿体顶板稳定性研究[J]，金属矿山，1999，6：8-10
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