基于分形理论的潘三矿西翼8煤层底板断层构造分析.pdf

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1、2012年第6期能源技术与管理9doi：lO．39696．issn．1672—9943．2012．06．004基于分形理论的潘三矿西翼8煤层底板断层构造分析昂正娇，姚多喜，董旭(安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南232001)[摘要]煤层底板断层构造的复杂程度对煤矿开采、瓦斯突出、矿井突水等都有一定的影响。根据矿井的生产资料，主要利用分形理论对潘三矿西翼8煤层底板断层构造进行定性分析。结果表明，研究区内对勘探阶段所进行的断裂分维可以代表井田的断裂构造发育程度，井田内断裂分维值分布具有明显的差异性等。[关键词]分维：计盒维数：断层构造[中图分类号]

2、P613[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2012)06-0009-03统。新生界松散含水层自上而下包含第四系含隔1矿井概况水层，上新统含隔水层，中新统上、中、下端，如图1．1地层与煤层1所示，其中主要为承压水。富水程度在不同地区淮南矿业集团潘三矿位于淮南市洞山西北，的差别很大。为第四系地层所覆盖，属全隐蔽井田，第四系地层基岩含水系统受三条走向逆断层的控制，将厚186—484m，含煤地层为石炭二叠系，煤系下伏复式向斜盆地切割成南中北含水亚区系统。南含为寒武、奥陶系地层。水系统亚区，夹在阜凤与舜耕山逆冲断层之间。因煤系中定名煤层共34层

3、，8煤层厚0．51断层的阻水作用，导致了灰岩水沿断层面溢出，形7．15m，平均3．21m，可采率99％，变异系数33％，成了许多泉眼，有的灰岩水涌出量为35m3／h。由为全区可采煤层，煤层结构较简单，一般含一层夹于开采A组煤的影响，灰岩水通过底板隔水层的矸，夹矸率38％。顶板以泥岩为主，局部为中细砂破碎薄弱带涌向矿井，最大涌水量为771m。中岩，底板主要为泥岩及砂质泥岩。西部局部受岩浆部含水系统亚区复向斜为主体。北部含水系统岩影响，煤层有吞蚀现象，属稳定煤层。亚区与南含系统相似，上窑泉、井涌水量为51．2水文地质条件60m3／h，为低矿化度的重碳酸

4、盐水。第四系砂层孔淮南煤田按含水层形成特征，将分为两套含隙含水层由上、中、下3个含水层和1个隔水层组水层系统：新生界松散层含水层系统，基岩含水系成，可通过断裂构造，风化裂隙以及构造裂隙间接图1淮南煤田水文地质分布图l0昂正娇，等基于分形理论的潘三矿西翼8煤层底板断层构造分析2012年第6期渗流，所以底板断层复杂程度对矿井水害有重要研究表明[z-，分维值包含着断裂条数、延伸长影响。度、交叉关系等多方面的变化信息，是一项综合性指标。分维值越大，表示断裂长度较长，小断层及2西翼8煤顶底板岩层断裂构造的分形分支断层繁多，则对岩体切割越严重；反之，分维研究值

5、越小，则断层较为稀少，小断层及分支断层也相2．1分形概况应较少，对岩体的切割相对较轻。因此，利用分维分形源于20世纪80年代初，由拉丁语值可以在断裂构造复杂程度的基础上，对岩体结Frangere一词音译而成的，包含~acture(分裂)和构进行分类评价，近一步划分岩体类型l3]。~action(分数)两层意义，意为“不规则，支离破2．2分维计算碎”，是将复杂现象与精细结构定量化。分形维数是描述分形的重要参数，常见的有相断裂网络是一种复杂的、具有自相似性的分似维数，豪斯道夫维数，容量维数，计盒维数等]。形体系。煤矿中断裂网络对开采条件、瓦斯突出、分维

6、计算的方法很多，其中盒维数法是一种既简矿井突水等都具有显著的影响。文章主要利用分单又客观的分维量测方法，此次采用盒维数法，具维指标选取的是选用统计面积内的断裂条数、水体做法如下：平延伸长度、落差、断裂的影响面积等作为定量评(1)首先按相同比例尺(1：5000或1：2000)价指标来评价煤层底板断层构造的复杂程度。将煤层底板等高线图上的所有断裂转绘到透明纸分形的度量称为分数值，简称分维。分维的种上。类很多，最常用的为相似维()。其定义为：设(2)选取边长为20cm作为一个单位长度的F(r)是n上任意非空有界子集，Ⅳ为覆盖Ffrj正方形网格覆盖研究区，

7、采用重合迭加覆盖法。所需的分形基元B的相似集的最小个数集合，(3)对初始网格所圈闭的块段进行编号，记如果r—O时，Ⅳ(r)一∞，则定义集合F(r)的相似在每个方格的中心位置，全西翼共计为84个编维为：号，如图2所示。Ds：dimr)：lim图2断裂迹线网络与块段划分(4)在初始网格的基础上，r分别取1／2、1／4、／1／8、1／16网格分别求得各标度下含有断裂迹线的网格N(r)，在lg(r)一l(r)坐标系中作图，分维值／f／／．／求测方法示意图如图3所示。用计算机回归技术耄／／求得最佳回归直线的斜率即为分维值，同时求得相关系数R。瓣垂。＼、／／图

8、3分维值求测方法示意图2012年第6期能源技术与管理11某块段回归直线及其分维示意图如图4所根据断裂发育程度与分维值之间的