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煤与瓦斯突出原因极其复杂,决定其危险性的首要条件是地质演化及特征,矿井开采为其显现创造了条件,煤与瓦斯突出预防虽已形成了“区域四位一体为主、局部四位一体为辅”的技术体系,但矿区、矿井的突出危险性预测技术环节仍存在较大不足,无法满足矿区规划及矿井设计要求。 本论文融合矿山压力与岩层控制、瓦斯地质、煤层气地质、煤与瓦斯突出预防等采矿、安全、地质学科的理论与方法,初次提出了控制煤与瓦斯突出“主控地质体”的概念,并进行了定义及分类,从沉积环境演化史、地质构造演化史及热演化史、生烃史等方面建立了主控地质体理论、方法及判识依据。主控地质体理论认为,沉积埋藏史、构造演化史、热演化史、生烃史等时空配置决定了控制煤层破坏类型及强度、瓦斯赋存、地应力等分布,控制软分层、坚硬顶板、褶皱及断层等煤与瓦斯突出主控地质体分布。 本论文提出的主控地质体理论及方法,重点在水城矿区进行了实际应用,通过地质演化、建立力学模型分析确定水城矿区二塘向斜、大河边向斜、小河边向斜等隔档式褶皱形成过程中,由于层间滑动、沿断裂滑动等造成了煤系地层破坏,形成了构造煤,挤压应力环境形成了瓦斯封闭系统,造成了瓦斯富集,综合控制了煤与瓦斯突出发生。在此构造背景下,层序地层海侵体系域最大海泛面位置决定了水城矿区11、13号煤层煤与瓦斯突出最为严重,1号煤层次之,7、8、9、4、2号煤层再次之。另外,利用该理论及方法对其他典型矿区已发生的煤与瓦斯突出现象进行了解释,并对其他未开拓开采区域煤层煤与瓦斯突出发生进行了预测。 本论文主要创新在于将采矿、安全、地质学科成果结合起来,应用到矿区、矿井煤与瓦斯突出预测中,建立了煤与瓦斯突出主控地质体理论及方法,完善了煤与瓦斯突出预测方法。突出性成果:沉积埋藏史、构造演化史、热演化史、生烃史等时空配置决定的煤与瓦斯突出区域,当地质构造、煤体变质程度相同情况下,沉积体系、地层层序位置决定着煤层厚度、顶底板岩性、煤层赋存状况等,越靠近海(湖)侵体系域最大海(湖)泛面位置,煤层瓦斯赋存量越大(顶底板石灰岩煤层除外)、煤层煤与瓦斯突出倾向性越大,解释了煤层群中不同煤层煤与瓦斯突出程度差异。