煤田地质与勘探

作者：晏俊生, 刘再斌, 范涛, 杨辉, 刘文明, 杜文刚, 安林, 刘晨光, 王晓辉,

关键词：断层复杂度, 三维量化分析, 曲率分析, Delaunay算法, 皮尔逊系数, 突水点,

目的和方法断层是煤矿隐蔽致灾因素中威胁最大的地质构造因素之一，其三维量化评价一直是个难题。针对现有量化指标无法全面反映断层形态及缺乏三维空间断层耦合分析的不足，提出了一种基于曲率分析与分形维数的断层三维复杂度计算模型。该模型利用Delaunay算法改进了传统分形维数的测量体形态，有效减少了断层在三维分形维数计算中存在的无效值，同时引入断层面曲率来修正断层参数量，从而保留了断层自身结构特征。为验证模型的有效性，选取陕西某煤矿实际揭露的断层，进行地质构造复杂程度定性评价，并对工作面、巷道历史突水点空间分布数据开展模型应用及验证。结果和结论对比发现，模型识别出煤矿井田三维空间内，共有75个剖分区间具有非零统计值；计算得出的断层三维分形维数、2种融合断层面曲率(高斯曲率和平均曲率)的断层三维复杂度的均值，分别为0.9394、1.1362、1.2199，与单一的分形维数相比，融合曲率的复杂度指标在揭示断层走向差异及分布集中区方面表现出明显优势。将断层三维复杂度、样本点与各突水点间的距离作为2个相关性指标计算皮尔逊相关系数，结果可分为工作面及巷道突水点两类，其平均值按断层三维分形维数、融合断层面高斯曲率以及平均曲率的断层三维复杂度排序，前者为0.7843、0.8386以及0.9072，后者为0.7718、0.8324、0.8903。数据结果表明，断层复杂度与工作面突水点的相关性均大于其与巷道突水点的相关性，即在研究区内，断层对工作面的生产活动影响更大。同时，无论融合何种断层面曲率，相关系数均在0.77以上，即提出的断层三维复杂度与矿井水害条件有强相关关系。另一方面，结合该煤矿构造复杂程度定性评价结果为总体较低，且主要受断层影响，而该煤矿的断层复杂度在1左右，极少区域在2以上，反映了该煤矿断层分布虽在部分区域较为集中，但总体的断层复杂程度较低。这与该煤矿已有的构造复杂程度定性分析相符合，研究成果为三维断层复杂度计算提供了一种新的模型构建思路。

来源：2024年第12期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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