绪论
1论文研究意义
项目来源于安徽理工大学与淮北矿业股份有限公司2010年科研计划。根据煤层顶板的工程地质性质，科学地组织和管理生产，才能够创造安全、高效的生产局面。否则，将会给煤矿安全生产带来极大的隐患，甚至人员伤亡事故。本文主要通过对芦岭煤矿矿区地质结构和应力场的综合考虑，在顶板岩性组特征研究的基础上，运用数值模拟技术对8煤层开采顶板进行了模拟，并借助于GIS对其稳定性作出定量综合评价。这对煤矿支护选型、开采方式的决策具有指导性的作用，可保证工作面安全生产，减少顶板事故，改善工作面安全生产状况。
2国内外研究动态
2.1国外研究现状
沉积学理论由Elliott, Ferm, Horne,Hylbert等学者在20世纪70年代引入到了顶板稳定性的研究中，并分析了河道作用与决口扇沉积对顶板稳定性的影响。Houseknecht等学者于80年代初期进一步将沉积条件与煤瓦斯突出和煤层变化相联系，Truman和Horne己开始尝试将此类研究成果应用于指导生产，查明了影响顶板岩层稳定性的主要沉积地质因素有冲刷与凸顶、滑面、擦痕、夹薄煤层的砂页岩互层等，并发现，煤层顶板岩层在垂向和横向上的厚度、岩性变化较大，在矿井煤炭开采过程岩煤层突出往往发生在基本顶砂岩与页岩的过渡部位。Petranoff T. V和Damberger H. H.指出，矿井回采时，煤层顶板的质量取决于各种岩石类型的内在联系、沉积早期的压实作用、同沉积构造和后期构造特征等因素。其中顶板的大部分特征可能与沉积作用或早期压实过程有关，后期的构造运动起着强化这些早期特征的作用。九十年代，Shear-Albin VR.(1993)总结认为煤矿井下遇到的大多数顶板控制性问题可归因于开采煤层围岩的沉积作用或早期压实强度和后期构造特征等因素。在地质构造复杂的矿区采用仪器探测法，如利用地质雷达探测工作面前方地质构造和地质异常体等技术，联邦德国在鲁尔区采用构造成因解析法、槽波地震等方法对工作面前方构造及顶板稳定性进行分析预测，均取得了良好的效果
2.2国内研究现状
国内一些学者从含煤地层沉积环境入手，在分析煤层及其顶板形成、顶板岩体沉积条件的基础上，按不同沉积模式分别建立了区域性沉积模式与顶板稳定性关系，并认为相背倾向的两条断层可产生离层三角岩块，对顶板管理危害极大。煤层顶板的岩性及组合是由沉积环境变化所决定的，沉积环境不同会造成煤层顶板稳定性的明显差异。煤层顶板中常含有煤线和碳质泥岩，形成复合顶板，这样的顶板类型很容易沿构造弱面发生顶板漏顶、冒顶事故。近年来部分学者从工程地质分析方法入手提出了煤矿巷道围岩稳定性定量评价新方法。首先选定四个主要的影响因素:即岩石强度、结构面、水对岩体的影响以及原岩地应力状态，然后把这四个指标综合成一张分类图表。丁述理[[I O)等人进行的单因素分析，综合评判的研究方法:根据能反映某地区某段岩石(体)工程稳定性的一些独立的因素或变数，如岩石的单向抗压强度、分层厚度、裂隙发育程度、岩性、岩石的形成环境、岩芯完整性、岩芯采取率等钻孔资料获得的信息，然后分析这些单因素的评价结果，去粗取精，去伪存真，再进行综合评判，从而有效地削弱各种技术因素、自然因素和人为因素的影响，使最终分析结果能更准确地反应顶板岩石工程稳定性的实际情况。另外，其它使用过的分析煤层顶板稳定性研究方法还有层次分析法、神经网络法、模糊聚类法、物理模拟和数值模拟等方法。
2.3 GIS资源评价体系的研究
我国应用GIS进行矿产资源评价的工作开始于20世纪80年代中期，原地矿部李裕伟研究院在川西扬子地台西缘开展中比例尺区域矿产资源评价时应用了GIS技术。近年来，我国GIS资源评价取得了显著的成效，GIS作为集获取、存储、管理以及分析地理信息为一体的计算机系统，不仅可以有效地集成管理各种属性数据和图形数据，还可以利用分析、检索功能为危险源预警提供强有力的技术支持。国土资源部曾组织GIS应用系统的二次开发研究工作，初步完成国家1/50万、20万化探数据库，完成全国近一半1 /20万数字化地质图，建立了国家级矿产资源远景评价信息系统、矿产资源储量数据库[}2-}s)。随着数据的不断积累，评价方法的深入和硬件设备的不断提高，GIS必将在矿产资源评价的实际工作中越来越能发挥它的作用。
2 研究区背景.............. 20-33
2.1 井田位置、交通及生产.............. 20-22
2.2 地层.............. 22-26
2.2.1 区域地层.............. 22
2.2.2 井田地层及含煤情.............. 22-26
2.3 矿井地质构造特.............. 26-33
2.3.1 褶曲特征及控制.............. 28-30
2.3.2 断层特征及控制.............. 30-31
2.3.3 构造应力场特征.............. 31-33
3 顶板沉积特征.............. 33-44
3.1 岩石结构构造.............. 33-35
3.1.1 砂岩颗粒概率曲线类型.............. 33-34
3.1.2 层理.............. 34-35
3.2 泥岩中微量元素含量.............. 35-37
3.3 测井曲线特征及.............. 37-38
3.4 8煤层顶板砂体形态及.............. 38-39
3.5 下石盒子组下段沉积.............. 39-44
3.5.1 滨海冲积平原曲流河沉积.............. 41-42
3.5.2 浅水三角洲沉积.............. 42-44
4 顶板岩体结构特征.............. 44-56
4.1 顶板沉积岩体结构及其稳定性.............. 44-46
4.2 构造结构面发育特征及.............. 46-50
4.2.1 主体构造发育.............. 46-48
4.2.2 小断层发育特征.............. 48-50
结论成果
本课题在矿井资料整理、统计及分析的基础上，从8煤层顶底板岩石特征及组合特征入手，分析了8煤层顶板沉积体系及沉积相特征，总结了煤层顶板岩石分布特征，结合岩石物理、力学性质参数测定，分析了不同沉积相顶板岩石力特征，并借助于岩石破裂全过程分析系统RFPAZD软件，对8煤层不同顶板组合特征区域回采顶板冒裂特征进行了数值模拟。在8煤层顶部岩石组成、结构及地质构造等研究基础上，运用GIS技术，采用模糊评判方法，对研究区8煤层开采顶板稳定性进行了综合定量评价。本项目取得的主要成果如下:
1.分析了研究区8煤层顶板岩石沉积环境及岩相组成。在详细研究了8煤层顶板主要岩石的矿物成分、砂岩岩石结构特征、泥岩的微量成分、岩层石层理特征及顶板砂体分布特征分析的基础，提出征研究区8煤层为一套高建设性浅水三角洲沉积体系，煤层顶板发育一前三角洲泥、三角洲前缘席状砂及下三角洲河道沉积，并根据三角洲沉积相序，总结了研究区8煤层顶板不同的岩相组合类型。由于浅水三角洲沉积体系中，河道相发育且易对三角洲下部单元造成冲刷，本区多处发育河道砂岩覆盖于8煤层之上。