神東礦區(qū)是我國最大的煤炭生產基地,其所屬布爾臺礦是一個年產20Mt的大型現(xiàn)代化礦井。在煤礦開采過程中,礦井多次出現(xiàn)上覆巖層切落的安全事故;同時,由于埋深淺、薄基巖和厚風化層等特殊的地質條件導致其經常受煤層動壓威脅。因此,急需查明頂板巖石的物理力學特性,進而解決煤層頂板的安全問題,為管理煤層頂板提供科學依據。本文結合地質背景資料分析了研究區(qū)的沉積環(huán)境,研究了頂板巖體的沉積特征,并利用GMS軟件建立三維地質模型分析了頂板巖層的空間展布規(guī)律及巖體結構特征,并從宏觀角度探討了層理、裂隙面和巖層面等結構面與巖體質量的關系。同時,通過巖石單軸抗壓試驗、薄片偏光顯微鏡實驗和聲波速度測定試驗、XRD及數(shù)理統(tǒng)計等方法,從微觀角度研究了影響巖石物理力學性質的因素,建立了巖石微觀特征與其物理力學性質的關系。結果表明:(1)布爾臺井田形成于陸相沉積環(huán)境,陸相沉積因介質動力與環(huán)境變化不定,巖性比較復雜,一般以陸源碎屑沉積巖為主,顆粒大小不均勻,類型多樣,巖相變化大,研究區(qū)頂板在垂向上具有旋回結構,具體表現(xiàn)為同種巖性和巖相在垂直方向上重復出現(xiàn),巖層厚度變化明顯;在橫向上沒有明顯的規(guī)律性,巖性變化不定,層厚也有較大起伏。(2)研究區(qū)構造展布方向以北北東向為主,北北西向次之,礦區(qū)內無大型構造,中小型構造比較發(fā)育,其中以中小型正斷層為主,無逆斷層;布爾臺礦巖體結構面主要以Ⅲ級、Ⅳ級結構面為主,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級結構面控制著頂板巖體的力學行為。(3)研究區(qū)頂板由一套碎屑巖組成,以砂巖為主;布爾臺礦常見層理構造有平行層理、波狀層理、交錯層理;砂巖中含有大量植物碎片或根莖化石,炭化嚴重,巖體結構中炭屑含量不同導致其巖體完整性破壞不一。(4)研究區(qū)砂巖結構較疏松,礦物顆粒無定向排列,磨圓度中等,膠結類型主要為泥質膠結,部分為鈣質膠結;顆粒接觸關系以點接觸為主,少量為線接觸;顆粒支撐類型以雜基支撐為主,少量為顆粒支撐;砂巖礦物主要為石英,其次為長石、云母和巖屑,有機質含量相對較少;石英以單晶石英為主,長石有條紋現(xiàn)象,其蝕變作用明顯。(5)布爾臺礦砂巖的礦物成分影響其宏觀力學性能,石英含量越高,長石含量越低,巖樣的力學性能越強;沉積巖的微觀結構特征對巖樣的力學性質也有重要影響,當顆粒平均粒徑減小、分選性變好,巖樣的力學性質增強。(6)巖樣的聲波速度與平均粒徑、分選性有關,當巖樣平均粒徑減小,顆粒分選性越好,巖樣的聲波速度越大,則巖樣的致密性越高,利于巖石力學性質的提高。
【學位單位】：河南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TD327
【部分圖文】：

技術路線圖

斷層走向玫瑰花圖

F5-7和F5-8斷層組成的小型地塹構造素描（4-2煤層）
【參考文獻】

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本文編號：2871039