1、煤矿地质学,煤矿地质学,中国矿业大学资源与地球科学学院 朱炎铭,E-mail: ,第七章 矿井地质,第一节 地质工作概述第二节 主要矿井地质工作第三节 影响煤矿生产的地质因素,补充内容煤矿巷道知识,走向巷道,总（集中）运输大巷，总回风巷,水平运输大巷,工作面运输大巷，回风巷,倾向巷道,上、下山巷道,开切眼,垂向巷道,竖（立）井,主井,副井,溜煤眼,暗井,其他,主（副）斜井,平硐、石门,巷道 掘进头、迎头、顶棚、左梆、右梆,一、目的与任务 研究勘探、开拓的资料保证矿井生产的正常进行； 扩大储量、延长矿井的寿命，保证煤炭资源的合理开采； 编制采面地质说明书； 研究回采过程中的地质问题； 对煤质和储
2、量加强管理； 长期积累、研究矿井的地质资料、找出问题和处理方式；二、矿井原始地质编录 经常性和及时性； 准确性和全面性； 系统性和统一性； 突出重点性,第一节 地质工作概述,石门的编录,石门编录示意图,三、矿井生产中的“三量管理”,三量： 煤矿采掘生产的准备工作，包括水平开拓、采区准备和回采工作面的切割等三个阶段。根据上述三个阶段的井巷工程的性质和用途，定为开拓巷道、准备巷道和回采巷道；由三类巷道圈定的可采储量分别称为：开拓煤量、准备煤量和回采煤量，简称“三量”。,开拓煤量： 为开拓巷道所圈定的煤量。指完成开采所必须的：主井、副井、风井、井底车场、主要石门、集中运输大巷或运输大巷、集中下山或采
3、区下山、主要溜煤眼和必要的总回风巷等开拓、掘进工程所圈定的范围内、按设计要求应采出的煤量。,准备煤量： 为准备巷道所圈定的煤量。指在开拓煤量范围内完成开采所必须的采区运输巷道、采区回风巷道及采区上山等掘进工程所圈定的范围内、按设计要求应采出的煤量。,回采煤量： 为在准备煤量的范围内，为采区上山、中间巷道和回采工作面切割眼，安装设备即可正式进行回采的煤量。,四、储量损失与回采率： 回采率计算： 回采率=（储量-损失量）/储量100%,采区回采率,厚煤层 75%,中厚煤层 80%,薄煤层 85%,水力采煤 75%,回采工作面回采率,厚煤层 93%,中厚煤层 95%,薄煤层 97%,要加强储量管理、
4、节约资源！,第二节 主要矿井地质工作,主要工作,新开拓区（水平延深）的地质工作；采区掘进的地质工作；工作面掘进的地质工作；工作面回采的地质工作；矿井收尾的地质工作；,矿井生产勘探工作,为直接解决生产的具体 问题勘探工作：采掘施工超前放瓦斯和水，探岩体分布和对煤层的破坏范围；确定岩溶陷入柱位置；探煤层厚变化、确定煤层的氧化和风化带；当巷道遇断层时，寻找断失煤层；圈定煤层的可采边界等。,矿井生产勘探工作,未开拓区地质构造及煤厚变化：了解未开拓区的地质构造及煤厚变化；井田深部或两翼范围内低级储量升级；探明井田内设计中未包括的可采薄煤层、高灰分的煤层中圈出局部可采低段；进行专门的水文地质勘探工程，“解
5、放”受水威胁的煤层。,第三节 影响煤矿生产的地质因素,一、煤厚变化对矿井生产的影响,煤厚变化对生产的影响影响采掘部署；影响计划生产；增加掘进巷道的数量；回采率降低。,简单处理： 煤层分岔： 特征 简单处理1、煤层分岔后在井田范围内稳定 分层作二层煤处理；2、厚煤层在一个或二个方向呈多次分岔 及时用巷道或小钻探煤；3、一个煤层在不同地点向一个方向分岔 一定要抓住主分支煤层；,沼泽基底不平引起的煤层变化： 特征 简单处理 煤层底不平，顶较平 煤层运输巷可破底穿过；在厚煤处， 采上分层时应及时探明下分层，减 少资源浪费。,后生冲刷引起煤厚变化： 判断： 充填物的岩性和顶板的接触关系； 观察层理的倾斜
6、方向以及砾石、树杆的化石的倾向，判断流动方面； 编制顶板的岩性、岩相图和顶板砂体的厚度图； 确定冲刷带的宽度和范围。,处理： 先判断后用巷道，钻探；运输巷道可穿冲刷带而过，采煤工作面布置视情况而定。,构造挤压造成煤厚变化： 要根据巷道的性质以及变薄的方向性而定；主要巷道应维持原来的设计，巷道穿顶或破底而过。,对厚煤层的探测： 坚持探煤，确定下分层煤厚，可用石门探，一般用电钻探煤厚； 做到边采、边探。,二、构造变动,构造变动对煤矿的影响 复杂开采技术条件及影响采掘部署； 破坏煤炭储量； 断层与褶曲地带容易发生事故；,研究矿井构造的基本任务 在巷道施工过程中，应总结各类地质构造出现的预兆，以便预报
7、前方的地质构造； 在巷道揭露了地质构造现象后，应查明其性质、产状及规模，以便为施工指明方向； 寻找地质构造的规律，把收集的井下资料反映到相关平面图或剖面图上，加以分析。,褶曲的判断 在构造简单、标志层明显的矿井；识别背、向斜并不困难； 在构造复杂、岩层杂乱地区，要认真、具体进行分析。,褶曲观测内容 应系统查明：褶曲轴的位置、延伸方向、是否倾伏及倾伏方向、倾伏角大小； 两翼煤层、岩层产状； 褶曲宽度、幅度； 对煤厚的影响。,断层的观测与判断 应系统查明：断层的产状、延伸方向、断层断距，断层素描；,断失翼煤层的寻找 煤、岩层层位对比法 鉴定断层另一盘岩层层位，然后结合断层面产状判断断层性质和落差。
8、 利用断层带附近伴生的地质现象小断层、牵引褶曲、擦痕 作图分析法 根据断层规律的类推法 生产勘探方法 确定断层规模，寻找断失煤层,对构造研究是一项复杂和全面的研究工作，因综合分析。,断层预测 利用剖面图推测深部构造 利用水平切面图推断深部构造的延伸和影响范围 利用煤层底板等高线图推断断层在同一煤层内的延展，预测对深部煤层的影响 利用上煤层底板等高线图，推断下一煤层的断层出露位置 巷道遇断层前可能出现的征兆： A、断层附近煤岩层塑性变形现象； 包括：煤岩层的产状发生变化、煤层厚度发生变化、出现牵引褶曲等 B、断层附近的脆性断裂现象； 包括：顶底板中裂隙增多（一般在10-20m范围）；常伴生一系列
9、小断层； 如岩层裂隙构通含水层，则出现淋水增加、甚至发生涌水。 C、遇断层前后，瓦斯涌出量往往明显变化； 认真总结一个矿遇断层临近时的征兆，可以帮助总结矿井遇断层的现象，并达到预测断层的目的。,构造变动对煤矿的影响 复杂开采技术条件及影响采掘部署； 破坏煤炭储量； 断层与褶曲地带容易发生事故；,巷道遇断层时的处理1、开拓设计阶段对断层的处理,井田或采区边界的确定,井田：大断层作为边界，如落差100m或50m，在两侧各留30-50m的煤柱，合为边界，减少煤炭损失。,采区：较大断层作为边界，如落差20m。,井筒位置的选择：一般立井井筒要布置在倾角较大的断层下盘，以距离断层 30-50m为宜；,运输
10、大巷的布置：遇大断层，可改向，但过断层后应尽快进入原设计层位。,开采块段的划分：应尽可能将较大断层留在采面之间的煤柱中，如走向断层划 入阶段煤柱，倾向断层作为采区边界；,2、巷道掘进阶段对断层的处理 应根据不同的地质条件和生产对巷道的要求分别采用不同的方法,平巷过断层：可采用斜穿煤层顶、底板或顺断层面掘进；,斜巷过断层：可采用斜穿煤层顶、底板或顺断层面掘进；,回采阶段对断层的处理： 走向断层的处理：当断层落差小于煤厚，挑顶、卧底而过； 当断层落差大于煤厚或采高，可分采； 倾向断层的处理：当断层落差小于煤厚，挑顶、卧底而过； 当断层落差大于煤厚或采高，重开切割眼回采； 斜交断层的处理：一般与处理
11、倾向断层的方法基本相同；,三、岩浆岩对煤层的影响,瓦斯成因泥炭,褐煤,烟煤（气、肥）,无烟煤,据计算：每生成1吨煤，可产生1000m3的瓦斯与二氧化碳,全国煤矿瓦斯灾害分布,瓦斯分布,瓦斯涌出,矿井瓦斯等级,一级瓦斯矿： 5 5 10m3/T（昼夜）,三级瓦斯矿： 10 15m3/T（昼夜）,超级瓦斯矿： 15m3/T（昼夜）,注意：凡出现过一次瓦斯突出地矿井，均属超级瓦斯矿井,相对瓦斯涌出量,绝对瓦斯涌出量： m3/分钟,瓦斯涌出种类,瓦斯喷出,煤与瓦斯突出,突出,压出：多发生在回采工作面,倾出：煤层倾角45，在电压作用下，受重力而垮落,瓦斯突出地一般规律,煤层厚度达0.2 m才发生突出，煤
12、厚越大，突出地危险性越大；,构造影响较剧烈地地带，煤呈颗粒状，鳞片状、易导致突出；,突出瓦斯压力一般需 6个大气压，压力与突出可能性呈正比；,掘进形成的集中压力增加了突出的危险性；,受构造控制，往往突出成带状分布；,突出发生在瓦斯风氧化带以下的一定深度。,瓦斯突出的防止利用与治理,研究地质规律与瓦斯的关系瓦斯地质研究，从而预测预防瓦斯的突出； 开解放层先开采无突出危险或突出危险性较小的煤层，造成裂隙增加瓦斯通气性，降低突出煤层的瓦斯含量和压力； 打超前钻孔先排放瓦斯； 放震动炮； 水力冲孔,（二）地 热,地热的基本概念 地温梯度：/100m；地温率： m/ 地热来源：岩浆热；大地热流；放射性元
13、素等,地热研究 地温等值线图； 地温剖面图； 热源研究。,影响矿山地温场因素 岩性； 基底起伏与构造形态； 深大断裂； 地下水； 局部地热源影响。,五、岩溶陷落柱,陷落柱对煤矿生产的影响,煤层塌陷在一定范围内失去开采价值，减少煤炭储量，缩短了矿井服务年限，井巷报废； 由于塌陷破坏煤层的连续性，给井巷工程的布置和施工，采煤方法和采掘机械的选择增加很多困难； 陷落柱穿透含水层时，将地下导水采掘工作面，在地下水丰富的矿区内，将威胁生产安全；,含煤地层下伏岩系如果为可溶性岩石，如石灰岩、白云岩、石膏层等，在地下水的溶蚀作用下可以形成岩溶洞穴，随着洞穴规模的扩大，在上覆岩系的重力荷载下，煤层及其围岩逐渐
14、跨落，可形成环形柱状陷落，俗称陷落柱； 充填堆积的岩石碎块层序混杂、排列紊乱、棱角显著、大小不一，并被粘土充填胶结； 陷落柱的形态上一般呈上小下大的不规则圆柱体，截面多呈圆形或椭圆形，截面直径由几米至几百米,井下遇陷落柱前的预兆,产状变化：在塌陷过程中，因牵引作用使周围的煤、岩层向陷落柱中心方向倾斜；倾角在3-6之间，个别达10，影响范围一般在15-20m； 裂隙增多； 小断向增多； 煤的氧化； 水的涌出量增加；,陷落柱的成因,有可溶性岩层； 有良好的地下水活动通道； 有丰富、饱和的侵蚀性水质； 有地下水排泄口，以便加剧地下水地交替作用；,陷落柱的探测,钻探； 物探； 巷探； 煤的氧化； 水的
15、涌出量增加；,陷落柱调研,影响煤矿生产的地质因素： 煤厚变化 构造变动 岩浆岩 矿井瓦斯和地热 岩溶陷落柱,本章结束,利用标志层对比,利用煤岩特征变化确定断层,断层带附近的构造特征,牵引褶曲,小断层增多,断层面特征,断层带煤线,见煤点,见煤点,见煤点,见断层点,底板掘进段：AC;DE;FB,顶板掘进段：CD;EF;,+100,F,见断层点,上煤层推测下煤层,断煤交面线的绘制作图法,例：在-150m顺槽中一点实测正断层上盘煤层断失点F点，测得煤层产状158 30；断层面产状20240；垂直断层走向方向落差为H=17m。求作-150m以下的煤层底板等高线及断煤交面线。,作图步骤：,1：作煤层和断层
16、面等高线,2：连上、下盘断煤交线,3：推出下盘煤层等高线,利用个别煤层断失点产状资料，编制断煤交面线，以便研究断层对巷道开掘的影响，是矿井地质工作经常要做的工作。,17m,17m,17m,N,30,-150m,-200m,-250m,-300m,-350m,-150m,-200m,-250m,-300m,-350m,较大断层,较小断层,瓦斯地质研究,包括：查明有突出危险区的地质情况，提供可能与突出有关的地质资料，编制瓦斯地质测报图件。 具体工作内容有： 矿区地质构造研究: 矿井构造直接关系到煤矿的生产和安全，是引起煤层瓦斯突出的主导因素。深入研究构造发育规律、空间组合特征，构造演化机理及其构造
17、应力场演化，特别近代构造应力场的分布；各种断层封闭特性 ;找出应力集中区作为测报工作的重点地区； 对圈定出的可能储积瓦斯构造，进一步判明与矿井开拓工程的关系，并标定出可能发生突出点的位置。 研究煤层厚度变化特征，分析变化原因，煤体特征，确定变化带位置。 调查鉴定煤层的各分层煤岩和物理特征，确定煤结构的破坏类型，得出可能发生突出的松软分层厚度的最小值（始突厚度），并在煤层等厚线图上标出始突厚度等值线。,测定和统计煤层的瓦斯压力和瓦斯含量，圈出煤层原始瓦斯压力等压线。 研究水灾地质情况，分析水、瓦斯、构造三者之间的关系，判明地下水活动对突出煤层的影响。 调查煤层顶、底板岩石力学性质、成层厚度结构和
18、构造以及遭受地质构造破坏的特征，以便了解其对瓦斯储存与释放的控制作用。 编制煤和瓦斯突出预测图。以煤层底板等高线图为底图，填绘上述各种与突出有关的瓦斯地质资料，并把采掘过程中已发生的突出（包括突出的时间、地点、类型、煤（岩）量、瓦斯量）以及各类巷道等内容标定在图上；也可把突出点填绘到有关采掘工程平面图和地质图上，编出突出点分布图，并以此为底图填绘上述瓦斯地质资料。,五查： 查区内陷落往发育、分布的规律性； 查陷落柱周围煤、岩层中裂隙发育情况及充填物性质； 查煤层遭氧化的情况； 查陷落柱附近的水和瓦斯的变化； 查陷落柱周围的小断裂的发育情况。,五看： 看陷落柱与围岩的接触往面； 看陷落柱内充填物
19、的性质和特征； 看陷落柱周围煤、岩层的产状变化； 看陷落柱内岩块的大小、排列和时代； 看陷落柱与煤层底板的交面线。,五定： 定巷道揭露陷落柱的部位； 定陷落柱的形状； 定陷落柱的规模大小； 定穿透陷落柱的距离； 定处理陷落柱的措施。,将较大断层留在采面之间的煤柱中, 裂隙在煤层气（瓦斯）工业中统称为割理。其含义比较模糊，有时指外生裂隙，有时指内生裂隙，有时又是外生裂隙与内生裂隙的统称。 面割理：两组裂隙中发育最好、延伸较远的一组 端割理：与面割理大角度相交或近于垂直的一组 二元结构 裂隙（割理） 孔隙 三元结构 宏观裂隙 显微裂隙 孔隙,显微裂隙,端裂隙,面裂隙,宏观煤岩类型,宏观煤岩成分,夹矸,大,中,小,微,裂,隙,张,裂,纹,剪,裂,纹,复,合,裂,纹,宏观裂隙,显微裂隙,孔隙,晶间孔隙,溶蚀孔隙,等温吸附线,pad,我国地质条件复杂，地应力大、构造煤发育、渗透率低；煤层瓦斯压力大、瓦斯含量高、煤质松软、透气性差，开采过程中放散速度快，易发生煤与瓦斯突出；我国煤矿开采深度大，华东地区平均开采深度达到650m，且每年以2050m的速度下延。,开采方式： 井下-地面协同抽采,
