1、煤矿地质山西煤炭职业技术学院地测工程系地质组,山西煤炭职业技术学院,地质构造,基础：沉积岩原始产状是水平或近于水平的，并在一定范围内连续分布。地质构造：由于地壳运动使原始岩层产状改变后的形态，即由地壳运动引起岩层的变形和变位，叫地质构造。地质构造的基本形态：单斜构造 褶皱构造 断裂构造,山西煤炭职业技术学院,单斜构造,一定范围内岩层大致向同一方向倾斜，叫单斜构造。,山西煤炭职业技术学院,岩层产状要素,山西煤炭职业技术学院,岩层产状,（一）走向走向线：岩层面上的水平线。如AB走向：走向线延伸的方向。如CA CB（二）倾向真倾斜线：岩层面上与走向线垂直的直线。如CD倾向线：真倾斜线在水平面上的投影
2、。CD视倾斜线：视倾斜线岩层面上与走向线斜交的直线。视倾向线：在水平面上的投影。倾向：倾向线指向岩层倾斜的方向CD 。（三）倾角 岩层面与水平面的夹角。即真倾斜线和倾向线的夹角。,山西煤炭职业技术学院,方向的表示方法,有方位角表示法和象限角表示法,山西煤炭职业技术学院,岩层真、视倾角换算关系,tan=tancos,山西煤炭职业技术学院,岩层产状表示方法,岩层产状要素有三个，可以用走向、倾向、倾角全部表示的方法，又因已知倾向可以求得走向的缘故，只用倾向、倾角表示。如：某岩层产状为走向NE20，倾向SE110，倾角10，可记作：（1）NE20SE 10 （方位角表示法） 走向 倾向象限倾角（2）N
3、20E SE 10 （象限角表示法） 走向 倾向象限 倾角（3）SE11010 （方位角表示法） 倾向 倾角（4）S70E10 （象限角表示法） 倾向 倾角 因测定岩层产状用地质罗盘读出的是方位角，现在通常用的是第（3）种方法。,山西煤炭职业技术学院,地形地质图上的产状表示,在地形地质图上表示岩层产状，采用“ 10”的符号注记的表示方法。其中，长线两端方向为岩层走向，短线向外的方向为岩层倾向，标注度数值为岩层倾角。在图纸上标注岩层产状，必须把一个点上的产状要素按实际位置准确表示在图纸相应位置。反过来，在图纸上只要量度短线向外的方向，就可知道该点岩层倾向。,山西煤炭职业技术学院,岩层厚度及其计算
4、,岩层顶、底面之间的垂直距离，称为该岩层的厚度，也叫真厚度。真厚度数值上等于垂直岩层走向剖面上岩层顶、底面界线间的垂直距离。在斜交岩层走向的其它任何剖面上，岩层顶、底面界线之间的垂直距离，称为该剖面方向上的视厚度。过岩层顶、底面作一铅垂线，所得二交点之间的距离，称为该岩层的铅直厚度；过岩层顶、底面作一水平面，所得二交线之间的垂直距离，称为该岩层的水平厚度。水平厚度在垂直岩层走向的剖面上表现为水平线与岩层顶、底界线二交点之间的线段长度 。,山西煤炭职业技术学院,厚度示意图垂直岩层走向剖面,山西煤炭职业技术学院,岩层厚度测算,假定任意一条穿过岩层顶、底界面的测线与二界面交点间的线段长度为L，测线方
5、向与岩层走向间的锐交角为，测线与水平面间的夹角为，岩层倾角为，则可依据下式计算出岩层厚度h： h=L（sincossin+cossin） 当测线倾斜方向与岩层倾斜方向相同时用“”号；当测线倾斜方向与岩层倾斜方向相反时用“+”号；当计算结果为负值时，取其绝对值。,山西煤炭职业技术学院,褶皱构造,岩层受力发生弯曲变形，叫褶皱构造；褶皱中的一个基本弯曲单位叫褶曲。 岩层向上弯曲，中间地层老，两侧地层新，这种褶曲叫背斜； 岩层向下弯曲，中间地层新，两侧地层老，这种褶曲叫向斜。,山西煤炭职业技术学院,山西煤炭职业技术学院,背斜,山西煤炭职业技术学院,向斜,山西煤炭职业技术学院,山西煤炭职业技术学院,褶曲
6、要素,顶角 褶曲两翼岩层的交角。核部 指褶曲核心部位岩层翼部 核部两侧的岩层枢纽 褶曲同一岩层面上各弯曲度最大点的连线轴面 连接各相邻层面上的枢纽而成的面轴迹 轴面与地面或任一平面的交线,山西煤炭职业技术学院,褶曲要素示意图,山西煤炭职业技术学院,褶曲的横剖面形态分类,山西煤炭职业技术学院,根据褶曲枢纽产状分类,1.水平褶曲 褶曲枢纽水平2.倾伏褶曲 褶曲枢纽倾伏,山西煤炭职业技术学院,根据褶曲平面形态分类,1.线形褶曲 褶曲长短轴之比大于10：12.短轴褶曲 褶曲长短轴之比小于10：1而大于3：13.穹隆和构造盆地 褶曲长短轴之比小于3：1的背斜叫穹隆；向斜叫构造盆地,山西煤炭职业技术学院,
7、水平切面形态分类示意,山西煤炭职业技术学院,褶曲对煤矿生产的影响,（一）大型褶曲构造 影响煤矿井田划分和开拓系统布置。 （二）中小型褶曲1. 褶曲枢纽可作采区中心，沿枢纽布置采区上、下山。这种处理方法既便利于运输和减少丢煤，又能节省巷道。2. 紧闭褶皱次一级褶曲、断裂发育时，以褶曲枢纽作为采区边界线。3. 当褶曲较宽缓时，工作面可直接推过褶曲枢纽。,山西煤炭职业技术学院,向斜处理示意图,山西煤炭职业技术学院,褶曲对安全生产的影响,褶曲构造对煤矿生产安全同样会造成一定影响。在褶曲构造的转折端，煤层顶板常较破碎，裂隙发育，压力增大，容易发生冒顶、片帮事故，给顶板维护带来困难；背斜转折端可能煤层瓦斯
8、含量较高，掘进巷道接近时工作面瓦斯涌出量增大，通风管理不善容易发生瓦斯事故；向斜转折端还可能成为储水构造，巷道掘进接近时出现工作面涌水现象，给正常生产造成影响。,山西煤炭职业技术学院,断裂构造 节理,岩层受力发生破裂，而裂面两侧部分没有发生明显相对位移的断裂构造。成因分类 1.原生裂隙 岩石形成过程中形成的裂隙。 2.非构造裂隙 指由外力地质作用形成的节理。 3.构造裂隙 受地壳运动作用形成的裂隙。,山西煤炭职业技术学院,构造节理的特征,山西煤炭职业技术学院,（二）裂隙产状分类,走向裂隙 裂面走向与岩层走向一致倾向裂隙 裂面走向与岩层走向垂直斜交节理 裂面走向与岩层走向斜交,山西煤炭职业技术学
9、院,节理对煤矿生产的影响,炮眼布置与节理 尽量垂直为宜，原因有三。割煤机前进方向与节理 最好与较发育的一组节理倾向一致煤层顶板节理与支护方式 节理发育、顶板破碎，宜用棚架支护掘进及工作面回采方向最好与主要裂隙方向有一定交角（瓦斯）节理与矿井水,山西煤炭职业技术学院,断层,岩层受力发生破裂并且裂面两侧岩层发生明显相对位移的构造，叫断层。 （一）断层要素 （二）断距 （三）断层分类 (四)断层的组合形式（五）断层存在标志（六）寻找断失翼煤层的方法（七）断层对煤矿生产的影响与处理方法,山西煤炭职业技术学院,（一）断层要素,1断层面：当岩层受力断开，两侧部分沿破裂面发生相对位移，此破裂面称为断层面。断
10、盘：断层面两侧发生过相对移动的岩块，称为断盘。 断层线：断层面与地面的交线称为断层线。 断层交面线（断煤交线）：岩层面与断层面的交线称为交面线。煤层底板面与断层面的交线，是煤层交面线，又叫断煤交线。,山西煤炭职业技术学院,山西煤炭职业技术学院,山西煤炭职业技术学院,（二）断距,地层断距断层两盘同一层面或其延伸面间的距离。铅直地层断距 过两盘同一层面（或其延伸面）作一铅垂线，与两面相交，所得二交点间的距离。水平地层断距 过两盘同一层面（或其延伸面）作一水平面，所得二交线间的距离。落差 在垂直岩层走向的剖面上或巷道掘进方向的剖面上，两断煤交点间的高差。,山西煤炭职业技术学院,（三）、断层分类,根据
11、断层两盘相对运动方向分类正断层逆断层平移断层根据断层走向与岩层走向关系分类走向断层倾向断层斜交断层,山西煤炭职业技术学院,山西煤炭职业技术学院,(四)断层的组合形式,阶梯状构造 地堑和地垒 叠瓦状构造,山西煤炭职业技术学院,（五）断层存在标志,1. 岩（煤）层不连续2. 构造不连续3.岩（煤）层的重复与缺失 4. 断层面（断层破碎带）的构造特征5. 构造岩6. 其它标志,山西煤炭职业技术学院,擦痕与阶步,山西煤炭职业技术学院,寻找断失煤层的方法,1. 岩（煤）层层位对比法,山西煤炭职业技术学院,寻找断失煤层的方法,2. 断层特征法擦痕、阶步 构造岩 牵引现象 煤线追索派生节理,山西煤炭职业技术
12、学院,寻找断失煤层的方法,3. 小断层类比法4. 经验推断法5. 对比分析法 6. 生产勘探法,山西煤炭职业技术学院,（八）断层对煤矿生产的影响 与处理方法,1. 断层对煤矿生产的影响1）断层影响井田和采区的划分2）断层影响开拓系统布置3）断层造成巷道掘进的无效进尺和采掘接续紧张4）断层造成煤炭资源储量损失5）断层存在使矿井生产成本增加6）断层对煤矿生产安全产生影响,山西煤炭职业技术学院,2. 煤矿设计和生产中对断层的处理方法1）开拓设计阶段对断层的处理（1）断层作为确定井田边界的依据 （2）根据断层选择井田开拓方式 （3）断层作为划分水平、采区、工作面的依据2）煤层巷道掘进遇断层的处理依据巷
13、道性质要求、断层规模大小，在满足技术经济合理性、施工安全性前提下，设计过断层方案。,山西煤炭职业技术学院,3）回采阶段对断层的处理破顶、卧底强行直接推过开超前切眼过断层增加顺槽，分工作面回采选择和布置综采工作面时，应尽量避开断层。,山西煤炭职业技术学院,岩溶陷落柱,在华北地区特别是山西，存在一种严重影响矿井生产的地质现象，它虽然不是直接由地壳运动作用形成，但在煤矿生产中，通常也把它作为一种特殊的地质构造，这就是岩溶陷落柱，也有人将其称为非构造成因构造。,山西煤炭职业技术学院,岩溶陷落柱,由于岩溶塌陷作用形成镶嵌于地层中的岩石碎块堆积体，叫岩溶陷落柱，一般常称作无炭柱。岩溶陷落柱形成原因： 煤系
14、之下可溶性岩层被地下水长期潜蚀，形成溶洞，溶洞不断扩大，在重力作用下，并因地下水水位升降吸蚀等诱导，洞顶岩层塌陷，并经地下水潜蚀及搬运，不断产生塌落空间和塌落作用，形成地层中的碎石碓积体岩溶陷落柱。,山西煤炭职业技术学院,岩溶陷落柱,山西煤炭职业技术学院,岩溶陷落柱发育的地质条件,1.煤系或下伏地层中存在可溶性岩层,特别是含有石膏层;2.含煤区域发育有断裂构造等良好的地下水通道;3.地下水源丰富,且具有溶蚀性强的各种酸根;4.有强径流和流畅的排泄区,具有良好的地下水动力条件。,山西煤炭职业技术学院,岩溶陷落柱特征,一、陷落柱的形态特征1.陷落柱的平面形态多呈椭圆形,也有近圆形、长条形或不规则状
15、等。表示陷落柱大小常以其长轴直径和短轴直径的长度表示。2.剖面形态一般呈上小下大的锥柱状，柱壁与水平面的夹角6080。3.陷落柱高度与其规模大小有关，大者可达数百米。4.陷落柱的中心轴一般垂直岩层面。,山西煤炭职业技术学院,陷落柱平面形态示意图,山西煤炭职业技术学院,陷落柱剖面形状和陷落柱中心轴变化示意图,山西煤炭职业技术学院,陷落柱的地面出露特征,除柱体部分表现为与周围正常产状岩层截然不同的碎石堆积特征外，在地貌上可能形成一些独特的现象：1.盆状凹陷2.丘状凸起3.柱状破碎带4.黄土覆盖区特殊的地貌形态,山西煤炭职业技术学院,陷落柱的井下特征,井下见陷落柱时煤层与碎石堆积体接触,柱体内岩石碎
16、块为煤层之上岩层的岩石碎块,大小悬殊,棱角明显,杂乱无章。柱体内岩块的胶结程度与陷落柱形成时间长短、地下水活动情况及塌落岩层的岩石性质等有关。一般靠近煤层的陷落柱柱体外侧岩石力学性质较弱，遭受不同程度的风化，越向柱体中心岩石力学性质越强。,山西煤炭职业技术学院,陷落柱出现前的征兆,煤层产状可能有变化，但一般变化不大。煤层顶板可能变得破碎，裂隙和小断层可能增多。煤出现氧化现象，光泽变暗。工作面涌水量可能变大。,山西煤炭职业技术学院,陷落柱对煤矿生产的影响,破坏可采煤层，减少煤炭储量；影响正规开采；影响采掘施工，制约矿井机械化作业；影响安全。陷落柱附近煤层顶板一般较为破碎，容易发生冒顶、片帮事故；
17、高瓦斯矿井在接近陷落柱处工作面瓦斯涌出量可能发生变化，管理疏忽易发生瓦斯事故；带压开采的矿井，遇导水陷落柱时可能发生矿井突水事故。,山西煤炭职业技术学院,陷落柱处理,（一）设计阶段对陷落柱的处理根据陷落柱的数目、形状、大小和分布情况，合理选择巷道的布置和采煤方法，尽可能将陷落柱留在设计的煤柱内，减少煤炭损失和降低陷落柱对生产的影响。（二）巷道掘进遇陷落柱的处理掘进巷道遇陷落柱后，应根据巷道用途和所遇陷落柱的部位、形状和大小等确定处理措施。一般主要开拓巷道遇陷落柱后按原设计直接强行通过，但要加强巷道支护；工作面顺槽掘进遇陷落柱，一般是直接穿过，也可将回风顺槽绕陷落柱而过，将陷落柱留在煤柱内。,山
18、西煤炭职业技术学院,陷落柱处理,（三）回采工作面陷落柱的处理根据陷落柱出现的部位、形状、大小和采煤方法等因素，采取缩短工作面或另开切眼等措施处理。,山西煤炭职业技术学院,复习与练习,一、 名词解释1. 磁偏角 2. 矿物 3.地质作用 4. 地质构造 5. 视倾角 6. 断层线 7. 地堑 8.地温梯度 9. 铅直厚度 10. 枢纽 11.断煤交线,山西煤炭职业技术学院,复习与练习,二、填空1. 地球外部圈层包括 、 、 ；内部圈层分为 、 和 ；地球内部呈液态的部分是 ；岩石圈之下是 ；莫霍分界面是 和 的分界面。 2. 地质作用根据地质营力的不同分内力地质作用和外力地质作用。其中，内力地质
19、作用包括 、 、 、 ；外力地质作用包括 、 、 和 、 及 。3. 李氏震级分 级，我国地震烈度采用 度制。,山西煤炭职业技术学院,复习与练习,4. 地壳浅部根据温度变化自上而下可以划分为 带、 带、 带三个温度带，煤矿开采深度一般在 带。5. 沉积岩胶结物成分主要有 、 、 和 四类。6. 沉积岩层的原始产状是 的，并在一定范围内 。7. 真倾角与视倾角比较，真倾角恒 视倾角；真厚度与视厚度比较，真厚度恒 视厚度。,山西煤炭职业技术学院,复习与练习,相对地质年代单位分 、 、 、 、 、 六级；岩石地层单位包括 、 、 、 四级。 8. 在岩层厚度计算公式h=L（sincossincoss
20、in）中，表示 ；当地形坡向与岩层倾向相同时用 号，当地形坡向与岩层倾向相反时用 号。9. 地层间接触关系有 、 和 三种类型。,山西煤炭职业技术学院,复习与练习,三、判断正误（20分）1. 距离地球最近的行星是火星。（ ）2. 地磁场的两极与地理的两极恰好相反，即N极与南极吻合，S极与北极重合。（ ）3. 地温和煤矿生产没有关系。（ ）4. 一般认为岩浆发源于软流圈。（ ）5. 在地形地质图中，“C”表示石炭纪。（ ） 6. 相邻的上下两套地层间若为角度不整合接触，表明下伏地层形成后，该地区地壳上升，遭受风化剥蚀，之后又下降接受沉积，形成了上覆地层。（ ）,山西煤炭职业技术学院,复习与练习,
21、7. 中奥陶世之后华北地区地壳总体上升，遭受风化剥蚀，直到中石炭世地壳下降重新接受沉积，故而华北地区缺失上奥陶统、志留系、泥盆系、下石炭统。 （ ）8. 方解石具有三组完全解理，硬度为3。 （ ）9. 结晶质矿物和非晶质矿物的主要区别是结晶质矿物透明而非晶质矿物不透明。10. 一般认为岩浆起源于软流圈。 （ ）11. 在沟谷中常可见到岩层的露头线向上或向下弯曲，说明岩层在此处为背斜或向斜。（ ）12. 当煤层产状较平缓时，落差与地层断距、铅直地层断距的值很接近。（ ）,山西煤炭职业技术学院,复习与练习,三、判断正误（20分）1. 由赤道向两极，随纬度增高，重力值增大。（ ） 2. 地震震级是指
22、地震发生对地面及建筑物破坏严重程度的等级。（ ）3. 黄铁矿是重要的炼铁矿石矿物。（ ）4. 方解石有三组完全解理。（ ）5. 石英断口面呈油脂光泽。（ ）6. 磁偏角在各地是相同的。（ ）7. 煤矿开采时的压力一方面与开采深度有关，另一方面还与构造位置及采掘布置有关。（ ）,山西煤炭职业技术学院,复习与练习,8. 泥岩的孔隙度小于砂眼的孔隙度。（ ）9. 矿物的颜色包括自色、假色、它色，紫水晶的紫色即为假色。（ ）10. “NE3010”中，NE30表示岩（断）层倾向，10表示倾角。（ ）11. 现在地表出露的沉积岩层有些产状是水平或近水平的，代表了这些岩层形成后没有遭受过地壳运动作用。（
23、）12. 岩层的倾斜方向代表了当时沉积时古地形坡向。（ ）,山西煤炭职业技术学院,复习与练习,14. 如果地层层序正常，岩层向上弯曲一定是背斜，向下弯曲一定是向斜。（ ）15. 井下煤层巷道掘进时，只要出现煤层中断即表示遇到断层。（ ）16. 褶曲构造转折端常常煤层顶板较为破碎，所以，在编制作业规程时应考虑采取合理的支护措施。（ ）17. 当煤层产状较平缓时，落差与地层断距、铅直地层断距的值很接近。（ ）18. 地形地质图上，断层线用红色线表示。 （ ）19. 用岩巷过断层时，因为顺断层面布置巷道掘进岩巷工程量最小，所以是首选的过断层方法。（ ）,山西煤炭职业技术学院,复习与练习,1. 某单斜岩层产状为NW33030，求NE30方向上的视倾角 分析:已知=30 =360-(330-30)=60 求=?解:由tan=tancos=tan30cos60=0.288 得=16,山西煤炭职业技术学院,复习与练习,地面测得一砂岩层产状为NE3030，测线与岩层顶、底面两交点间距为5m，测线方向为NE60，测线倾伏角为45，求该砂岩层厚度。 已知:L=5m =30 =45 =（30+90）-60=60 求:h=?解：h=L(sincossin-cossin)代入得：h=1.53(m),山西煤炭职业技术学院,
