【正文】 段 符號 厚度 （ m） （ 最小 最大 ） 一般 巖性描述 新生界 第四系 Q 0330 礫石，黃土及砂層，左權(quán)縣羊角一帶有玄武 巖。 井田附近河流主要為丹河，在井田東部邊界處由北向南流過，屬沁河支流，黃河水系?，F(xiàn)有礦井工業(yè)場地位于太洛公路西側(cè)約 500m，北距太焦線趙莊車 站 ，南距西陽村車站 。 太（原）～焦（作）鐵路和太（原）～洛（陽）公路（ 207國道）由井田東側(cè)南北穿過，公路和鐵路基本平行，間距約 400m。 1 項(xiàng)目的提出及研究的必要性 2 圖 11 長平井田 交通位置圖 本井田位于太行山西緣南段，沁水煤田盆地之東緣，地貌屬丹河流域侵蝕低山 — 丘陵區(qū)，井田東部為開闊的丹河河床，中西部為低山和黃土梁峁，總的地勢為西高東低，地形最高點(diǎn)位于西南部山頂，標(biāo)高 +，最低點(diǎn)為東部丹河河床，標(biāo)高 +，最大相對高差 。 區(qū)域地 層及地質(zhì)構(gòu)造 井田位于沁水煤田南部，區(qū)域地層自下而上為：太古界、元古界、古生界 （ 寒武系、奧陶系、石炭系、二迭系 ） 、中生界 （ 三迭系 ） 、新生界 （ 第三系、第四系 ） ， 見區(qū)域地層簡表 （ 詳見表 11） 。 E 485576 砂紅色長石石英砂巖夾透鏡狀礫巖，下部為 巨礫巖。 井田應(yīng)力狀態(tài)與大采高工作面巷道支護(hù)技術(shù)研究 中期研究報(bào)告 3 界 系 統(tǒng)（群） 組 段 符號 厚度 （ m） （ 最小 最大 ） 一般 巖性描述 系 中 統(tǒng) 銅川組 二段 T2t2 272433 上部紫色砂質(zhì)泥巖、泥巖夾中細(xì)粒長石砂巖，中部淺肉紅色、灰紫色、灰紅色厚層中細(xì)粒長石砂巖，下部灰紫、灰綠色砂質(zhì)泥巖、頁巖夾砂巖。 一段 T2er1 193327 灰綠色厚 中薄層中細(xì)粒長石砂巖夾紫紅色泥巖及灰綠色泥巖。 上石盒子組 三段 P2s3 17236 140 黃綠、灰紫色砂巖，粉砂巖互層、夾遂石層。 山西組 P1s 3572 60 灰白、灰綠色石英砂巖、粉砂巖、泥巖、煤層。 上馬家溝組 O2s 170308 230 頂部為白云泥灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r夾泥質(zhì)灰，中上部灰黑色中厚狀豹皮狀灰?guī)r夾泥巖，下部為泥灰?guī)r，角礫狀泥灰?guī)r。 崮山組 ?3g 1542 35 薄層泥質(zhì)條帶灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r、黃綠色頁巖互層， 泥質(zhì)條帶白云質(zhì)灰?guī)r，鮞狀灰?guī)r。 饅頭組 ?1m 3586 60 黃綠色頁巖、泥灰?guī)r、底部為黃色含礫砂巖。太行山隆起褶帶系西緩東陡的大型復(fù)背斜隆起。 長平井田處 于晉獲褶斷帶南部 西側(cè)，沁水盆地南緣東西 — 北東向斷裂帶的北東部。 圖 12 長平井田 構(gòu)造綱要 圖 煤層及頂?shù)装遒x存條件 井田內(nèi)主要含煤地層為上石炭統(tǒng)太原組與下二疊統(tǒng)山西組，（二者厚 ～，一般 ）含煤多達(dá) 19層，主要煤層情況見表 12。煤層厚 ，1 項(xiàng)目的提出及研究的必要性 6 平均厚 ；含泥巖、炭質(zhì)泥巖夾矸 02層，以距頂板約 右的兩層較為穩(wěn)定 （ 厚度 ） 。變異系數(shù)（ Cv） =S（標(biāo)準(zhǔn)差） /X（平均值）； 穩(wěn)定； 較穩(wěn)定； 不穩(wěn)定； 極不穩(wěn)定。 （ 1） 礦區(qū)的地質(zhì) 動(dòng)力環(huán)境研究； （ 2） 活動(dòng)構(gòu)造劃分與斷塊動(dòng)力相互作用評估； （ 3） 煤巖體物理力學(xué)參數(shù)研究； （ 4） 井田巖體應(yīng)力狀態(tài)信息系統(tǒng)開發(fā)、井田巖體應(yīng)力狀態(tài)分析與構(gòu)造應(yīng)力區(qū)劃分； （ 5） 巖體應(yīng)力狀態(tài)與巷道布置方式、巷道斷面形式和尺寸、支護(hù)參數(shù)、煤柱尺寸之間關(guān)系的研究； （ 6） 巖體應(yīng)力狀態(tài)與巷道壓力顯現(xiàn)規(guī)律之間的聯(lián)系研究； （ 7） 開發(fā)得出大采高工作面巷道穩(wěn)定性及其控制策略研究； （ 8） 長平公司大采高工作面兩巷支護(hù)方式研究； （ 9）大采高工作面兩巷錨網(wǎng)索耦合支護(hù)設(shè)計(jì)研究； （ 10）大采高工作面兩巷錨網(wǎng)索支護(hù)參數(shù)研究。 調(diào)研長平井田工作面巷道布置特點(diǎn)，結(jié)合不同采區(qū)，不同開采條件下巷道煤柱的尺寸及支護(hù)情況，不同的支護(hù)設(shè)計(jì)下支護(hù)效果，確定需要解決的支護(hù)問題。 （ 2） 綜合利用災(zāi)害防治學(xué)、地震學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、地球物理學(xué)等原理和研究方法， 確定淺源地震的能量規(guī)律 ，系統(tǒng)分析現(xiàn)代活動(dòng)構(gòu)造及其應(yīng)力場對淺源地震的 響應(yīng) ，為 井田巖體應(yīng)力狀態(tài) 預(yù)測 奠定基礎(chǔ) 。 （ 2） 確定 礦區(qū)區(qū)域活動(dòng)構(gòu)造的分布形式、活動(dòng)斷裂的位置及斷塊間的相互作用方式，研究斷塊的形成機(jī)制及活動(dòng)特點(diǎn)。 ③ 進(jìn)行井下斷層考察和地貌考察。 （ 1） 井下地應(yīng)力實(shí)測結(jié)果測量與分析 長平井田已用地應(yīng)力測量技術(shù)對井田 地應(yīng)力 進(jìn)行 測量，確定 井田 應(yīng)力場的類型、地應(yīng)力的量值和方向。 （ 4） 提交項(xiàng)目中期研究報(bào)告。 完善理論研究成果，對現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)， 撰寫研究報(bào)告， 進(jìn)行 項(xiàng)目驗(yàn)收 。 （ 2）巷道沿煤層頂板掘進(jìn)時(shí)，由于巷道底板留有底煤，相對來說強(qiáng)度較差，在高應(yīng)力條件下容易出現(xiàn)嚴(yán)重底臌，同樣影響巷道的正 常使用。 粘結(jié)膠固化約 24 小時(shí)后，對裝有 HI 應(yīng)力計(jì)的巖體進(jìn)行了套芯應(yīng)力解除。 б2 176。 бv 2 б1 176。 б3 176。 б2 176。 бv 巖體類型：黑色泥質(zhì)粉砂巖；巖石性質(zhì)：雙軸測試的彈性模量 ；泊松比： 1102 巷原巖應(yīng)力實(shí)測結(jié)果 HI 應(yīng)力傳感器安裝在三層煤頂板泥質(zhì)粉砂巖地層中，使用成型鉆頭施工 導(dǎo)孔及 38mm的 E型 孔，然后進(jìn)行鉆孔清理，待其自然干燥后，在 處安裝應(yīng)力傳感器。 176。 176。應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見表 15。 бv 8 б1 б2 б3 бv 9 б1 176。 б3 176。 井田應(yīng)力狀態(tài)與大采高工作面巷道支護(hù)技術(shù)研究 中期研究報(bào)告 15 圖 14 長平井田原巖應(yīng)力示意圖 最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力、垂直應(yīng)力以及三者之間的對比關(guān)系參見表 16。 176。 176。) 176。) 176。) 方位 (176。) 方位 (176。 176。) 9 大小（ MPa） 傾角 (176。最大主應(yīng)力與垂直深度關(guān)系： )(3 8 2 7 7 a x, M P aHh ??? )5 0 02 0 0( mHm ?? （ 2）實(shí)測得到的最小主應(yīng)力也為水平應(yīng) 力。垂直應(yīng)力與深度的關(guān)系： 0 8 6 2 2 a x, ?? Hv? )5 0 02 0 0( mHm ?? （ 5）最大水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力，最大水平主應(yīng)力為垂直應(yīng)力的 倍。根據(jù)板塊構(gòu)造學(xué)說，地殼由許多大板塊構(gòu)成，大板塊在其邊界應(yīng)力的作用下，可以破碎成一些巨斷塊，而巨斷塊又會(huì)破裂成更小一些的斷塊，依此類推，就把地殼劃分成一種不同從屬等級的斷塊綜合體。板塊構(gòu)造研究雖已取得了重要進(jìn)展，但在工程上如何實(shí)際應(yīng)用，兩者之間還缺少必要的銜接和聯(lián)系。從這個(gè)意義上說，板塊構(gòu)造已不僅是構(gòu)造學(xué)家的研究課題，而且也是所有從事與地球科學(xué)有關(guān)的工作者和礦山開采工作者的研究課題。這一方法必須遵循板塊學(xué)說原理的原則和前提，從總體到局部地開展系統(tǒng)的研究工作 ， 這就是地 質(zhì)動(dòng)力區(qū)劃方法產(chǎn)生的必然性?，F(xiàn)代所稱地球動(dòng)力學(xué)則主要是指在板塊構(gòu)造學(xué)說建立之后， 1970 年國際地球動(dòng)力學(xué) 10 年計(jì)劃中提出的以探討構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的力源為主要目標(biāo)的地球動(dòng)力學(xué)。地球動(dòng)力學(xué)作為一項(xiàng)基礎(chǔ)性理論研究課題，對于礦產(chǎn)資源的勘探與開發(fā)、地質(zhì)與地震災(zāi)害的預(yù)測和減輕、大型工程穩(wěn)定性的評估等都有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。在 主持編寫的 “ 固體地球科學(xué)與社會(huì) ” 中，這兩個(gè)研究領(lǐng)域都得到反映。前者如活動(dòng)亞板塊 、構(gòu)造塊體的劃分及其運(yùn)動(dòng)矢量；主要活斷層及其滑移速率；活動(dòng)裂谷；活動(dòng)褶皺；年輕火山；地震活動(dòng)等。在中國大陸研究板內(nèi)構(gòu)造及其地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制問題，要以中國地質(zhì) 構(gòu)造的個(gè)性特征為基礎(chǔ)，分析中國板內(nèi)構(gòu)造與地下深處和周圍板塊運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。因 此，中國大陸板內(nèi)構(gòu)造研究，首要的是其與周圍板塊運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。在分離處，軟流圈地幔物質(zhì)上涌，冷凝成新的大洋巖石圈，導(dǎo)致板塊增生；在聚合處，大洋板塊俯沖至相鄰板塊之下，返回地幔，導(dǎo)致板塊消亡。它認(rèn)為，個(gè)別大陸、區(qū)域的地質(zhì)演化是與鄰區(qū)演化發(fā)展密切相關(guān)的，也與全球的演化發(fā)展相關(guān)。板塊是運(yùn)動(dòng)的，其邊界性質(zhì)有三種類型： （ a） 分離擴(kuò)張型，伴隨著洋殼新生和海底擴(kuò)張； （ b） 俯沖匯聚型，伴隨著洋殼消亡或大陸碰撞； （ c） 平移剪切型，沿著轉(zhuǎn)換斷層發(fā)生（圖 21）。 井田應(yīng)力狀態(tài)與大采高工作面巷道支護(hù)技術(shù)研究 中期研究報(bào)告 21 圖 22 全球板塊劃分圖 （ 據(jù) Le Pichon， 1968） （ 4）巖石圈板塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力來自地球內(nèi)部，最可能是地幔中的物質(zhì)對流。每一種板塊邊界都有其相對應(yīng)的地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境。對于宏觀世界，例如太陽系，哥白尼提出和論證了日心說，開普勒和牛頓描寫出行星橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，對于宏觀物體低速運(yùn)動(dòng)的宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律的解答便令人滿意了。它們的發(fā)生、發(fā)展和演化的規(guī)律，除具有普遍的特點(diǎn)之外，還常有一定的時(shí)間變異性和區(qū)域特殊性。 但世界是統(tǒng)一的，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)并非是雜亂無章的。根據(jù)以上哲學(xué)原理，我們可以確定，在地殼里同樣作用著與在均質(zhì)介質(zhì)里相同的規(guī)律。這樣就可以把大尺度的規(guī)律性移到小尺度上，或者相反。 表 21 地質(zhì)動(dòng)力區(qū)劃知識體系 知識領(lǐng)域 相關(guān)內(nèi)容 板塊構(gòu)造學(xué) 板塊邊界特征和板塊相互作用 斷裂學(xué) 斷裂相互作用法則，斷裂存在的持久性；斷裂影響帶 礦床成因?qū)W 斷裂帶內(nèi)礦床分布 地貌學(xué) 區(qū)分塊段結(jié)構(gòu)的方法 構(gòu)造物理學(xué) 構(gòu)造結(jié)構(gòu)形成機(jī)制 ,斷裂影響帶 井田應(yīng)力狀態(tài)與大采高工作面巷道支護(hù)技術(shù)研究 中期研究報(bào)告 23采礦學(xué) 沖擊地壓發(fā)生時(shí)巖石破壞機(jī)制；露天邊坡穩(wěn)定性破壞機(jī)制；巖 層移動(dòng)機(jī)制等 數(shù)學(xué) （ 統(tǒng)計(jì)學(xué) ） 趨勢面建立；樣本識別 力學(xué) 剪切破壞形成機(jī)制；裂隙形成機(jī)制 高等測量學(xué) 地殼現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)與數(shù) 值 地質(zhì)動(dòng)力區(qū)劃揭示區(qū)域構(gòu)造形式和構(gòu)造應(yīng)力場形成的規(guī)律性，其應(yīng)用領(lǐng)域包括礦區(qū)、油田、線性工程和核電站選址等。 地質(zhì)動(dòng)力區(qū)劃研究對象是工程塊體，目標(biāo)是預(yù)測 礦井動(dòng)力災(zāi)害 等。 在工程塊體的運(yùn)動(dòng)方式和速率研究方面，由于它的運(yùn)動(dòng)速率很小，與人類工程活動(dòng)速率相差 3～ 5 個(gè)數(shù)量級，同時(shí)由于工程重要程度和經(jīng)費(fèi)的要求，多數(shù)工程很難進(jìn)行精確的大地運(yùn)動(dòng)觀測，位移量很難測得到。應(yīng)用地質(zhì)動(dòng)力區(qū)劃方法對工程所在區(qū)域?qū)⒁l(fā)生地質(zhì)動(dòng)力現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測，劃分安全區(qū)、威脅區(qū)和危險(xiǎn)區(qū) ， 并制定安全開采的措施，指導(dǎo)工程的合理、安全地進(jìn)行。同樣從衛(wèi)星照片上也可以看到地球上同樣的直線區(qū)段 “ 輪廓 ” ，但是如果更近的觀察地球表井田應(yīng)力狀態(tài)與大采高工作面巷道支護(hù)技術(shù)研究 中期研究報(bào)告 25面，這直線的 “ 輪廓 ” 就會(huì)消失，而變成模糊不清的許多個(gè)別部分 構(gòu)造片段，這是因?yàn)楸壤呒哟罅恕！安恢\全局者，不足謀一域”，首先在板塊構(gòu)造研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ級區(qū)劃工作。 為遵循從總體到局部這一工作原則，地質(zhì)動(dòng)力區(qū)劃研究中所選用的劃分各級斷塊構(gòu)造的比例尺范圍見表 22所示。通過 1： 1 萬～ 1： 2021 比例尺范圍的確定的Ⅴ級斷塊和Ⅵ級斷塊構(gòu)造，則在以上基礎(chǔ)上進(jìn)一步縮小范圍，可以劃定至井田尺度或者更小的范圍。這些方法以活動(dòng)斷裂的特征為基礎(chǔ)，綜合考慮活動(dòng)斷裂的地形地貌特征、地震特征、地層特征、地球物理和地球化學(xué)特征等等，利用室內(nèi)分析和野外觀測相結(jié)合的方法進(jìn)行活動(dòng)斷裂的綜合分析。通過以上工作，劃分?jǐn)鄩K構(gòu)造，確定活動(dòng)斷裂的形態(tài)。建立包含斷裂活動(dòng)性的地質(zhì)構(gòu)造模型。 1966 年A． L．阿爾貝和 J． L．斯米思根據(jù)斷層的活動(dòng)強(qiáng)弱程度分為強(qiáng)烈活動(dòng)、中等活動(dòng)和輕微活動(dòng) 3類。 D類 —— 在定量評價(jià)上，沒有斷層速率或數(shù)量證據(jù)基礎(chǔ)，這樣的斷層叫做能動(dòng)的地表斷層”。 活動(dòng)斷裂的基本特征 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是全球性的一次劇烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，主要由巖石圈板塊運(yùn)動(dòng)所決定，其形成的應(yīng)力場稱現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場。 根據(jù)以上活動(dòng)斷裂的基本特征和規(guī)律，可建立它的鑒定標(biāo)志和判據(jù)。 3 地質(zhì)動(dòng)力區(qū)劃原理和方法 28 根據(jù)活斷層兩側(cè)的相對運(yùn)動(dòng)，活斷層可分為傾滑、走滑和張裂三種。上述幾種斷層運(yùn)動(dòng)方式見圖 24。 活動(dòng)斷裂識別中最突出的標(biāo)志是地貌標(biāo)志，即活動(dòng)斷裂在地貌上有明顯顯示。因此，必須利用多種手段進(jìn)行綜合分析和評價(jià)，才能提高識別的可靠性。 地質(zhì)構(gòu)造形式劃分是在斷塊劃分的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，通過這一工作建立區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造模型。繪圖法是在各種圖件上進(jìn)行的，最重要的是地形圖，它具有定量地反映地貌形態(tài)三維空間的特點(diǎn)，在許多情況下能夠?yàn)榈孛渤梢蚍治鎏峁┲匾罁?jù)。負(fù)地形包括斷陷盆地、埋藏古斷陷盆地，以及裂谷型構(gòu)造盆地等等。 例如 活動(dòng)褶曲構(gòu)造地貌 （ 原生褶曲構(gòu)造地貌 ） 是新構(gòu)造活動(dòng) 下 形成的 地貌 ，表現(xiàn)為構(gòu)造和地貌的同向性，即褶曲隆起或背斜構(gòu)造在地表表現(xiàn)為正地形，褶曲拗陷或向斜構(gòu)造表現(xiàn)為