1、煤礦地質(zhì)基礎知識Meikuangdizi煤礦地質(zhì)Jibenzhishi 基本知識 一、煤層的埋藏特征二、煤礦常見地質(zhì)構(gòu)造及對安全生產(chǎn)的影響Meikuang di zhi ji chu zhi shi一、煤層的埋藏特征（一）煤的形成煤是古代植物遺體沉積而成的可燃性有機巖。煤層則是夾在沉積巖中的煤系地層的重要部分。煤田:在地質(zhì)歷史發(fā)展過程中,由含炭物質(zhì)沉積而形成的大面積含煤地帶。井田：劃分給一個礦井或露天礦開采的那一部分煤田就是井田。煤田井田。 煤的形成是經(jīng)歷了幾千萬年、上億年的漫長的地質(zhì)年代。我國煤的形成時期主要為石炭紀、二疊紀、侏羅紀、古近紀和新近紀。在這些漫長的地質(zhì)時期，形成了許多具有開采價

2、值的大面積含煤地層（煤田），這才有了今天我們所要開采的地下寶藏煤，也就有了煤礦。（二）煤的分類煤的種類很多，性質(zhì)差別也很大。目前，我國煤炭分類主要以煤的揮發(fā)份、黏結(jié)性指數(shù)、膠質(zhì)層厚度為依據(jù)，將煤炭分為無煙煤、煙煤和褐煤。按用途還可以分為動力煤、煉焦煤和化工用煤。無煙煤可以分為：WY1、WY2、WY3煙煤又可以分為：貧煤、貧瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、氣肥煤、氣煤、1/2中粘煤、弱粘煤、不粘煤、長焰煤共12類。褐煤分為：HM1、HM2煤層的上覆、下伏巖層，稱為煤層的頂、底板。煤層的頂板位于煤層上覆的部分巖層。（三）煤層的頂、底板根據(jù)煤層頂板的巖性、距煤層的距離、及開采中跨落的難易程度，將

3、煤層的頂板分偽頂、直接頂和老頂（基本頂）三部分。如圖所示 煤層柱狀圖 偽頂偽頂是指位于煤層上部、厚度較小的(0.5m以下)軟巖層。一般為碳質(zhì)頁巖或者碳質(zhì)泥巖，穩(wěn)定性很差，往往隨采隨落，一般不需維護，對頂板影響不大。 直接頂直接頂是指位于煤層上部或者偽頂上部的部分巖層。其厚度一般為12m也，可高達幾米至十幾米，大都由頁巖、粉砂巖、泥巖組成，有一定的穩(wěn)定性，是頂板維護的重要部位。 老頂（基本頂）老頂指位于直接頂之上的巖層。大都由堅硬的砂巖、石灰?guī)r、礫巖等巖石組成。難以垮落，一般只發(fā)生緩慢下沉或彎曲變形。 煤層的底板位于煤層之下的部分巖層稱為煤層的底板，分為偽底，直接底和老底三種。偽底位于煤層之下的

4、泥巖、碳質(zhì)頁巖。直接底位于煤層之下或偽底之下的巖層。老底位于直接底以下的厚層砂巖或石灰?guī)r。 煤層底板的硬度對采掘工作面支護有很大影響，如果底板松軟或者遇水膨脹就會對巷道的支護、運輸軌道帶來極大影響。煤層的結(jié)構(gòu)：指煤層中是否含有巖石夾層。簡單結(jié)構(gòu)的煤層：煤層中不含巖石夾層。復雜結(jié)構(gòu)的煤層：煤層中含有巖石夾層。（四）煤層的結(jié)構(gòu)與形態(tài) 煤層結(jié)構(gòu)圖煤層的形態(tài)：是指煤層在地殼中的賦存狀態(tài)。 層狀煤層：是指層位穩(wěn)定、連續(xù)性好、厚度變 化不大的煤層； 似層狀煤層：是指層位比較穩(wěn)定、有一定的連 續(xù)性但厚度變化很大的煤層，有藕節(jié)狀、馬尾狀等不規(guī)則形狀； 不規(guī)則狀煤層：是指煤層的連續(xù)性很差而且厚度變化極大無規(guī)律可

5、循的煤層，如雞窩煤。煤層的厚度指煤層頂板到底板之間的垂直距離。根據(jù)煤層的厚度將煤層為：薄煤層：M1.3m中厚煤層：1.3mM3.5m厚煤層：M3.5m 一 般將厚度大于6m的煤層稱為特厚煤層。 煤層的厚度直接影響到采煤方法及采煤工藝。目前，對于薄及中厚煤層都采取一次采全高的辦法，而對于特厚煤層采取綜采放頂煤的方法開采。地質(zhì)構(gòu)造原有的水平或近似水平的巖（煤）層，受到地質(zhì)作用力的影響，產(chǎn)生了傾斜、彎曲、斷裂等現(xiàn)象，統(tǒng)稱為地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造變動由地殼運動而造成的巖（煤）層的原始產(chǎn)狀和原始形態(tài)的改變，稱為地質(zhì)構(gòu)造變動。按照地質(zhì)構(gòu)造變動所造成的基本變形情況，把地質(zhì)構(gòu)造分為單斜構(gòu)造、褶曲構(gòu)造、斷裂構(gòu)造等。

6、二、煤礦常見地質(zhì)構(gòu)造及對安全生產(chǎn)的影響（一）單斜構(gòu)造：煤層在形成初期都為水平狀態(tài)，由于后期地質(zhì)運動變成了傾斜狀態(tài)，稱單斜構(gòu)造。為了更好的表述單斜構(gòu)造，一般用煤層產(chǎn)狀來表述，煤層的產(chǎn)狀要素有煤層的走向、傾向和傾角。如圖所示。 單斜構(gòu)造煤層的走向:煤層的層面和假想水平面的交線叫走向線。圖中ab所示，走向線的延伸方向代表煤層的走向。煤層的傾向：在煤層的層面上和走向線垂直向下方的線叫煤層的傾斜線，圖中oc所示。傾斜線在水平方向上的投影線所指的方向代表煤層的傾向，圖中od所示。煤層的傾角：煤層面和水平面的夾角叫煤層的傾角。 根據(jù)傾角的大小可將煤層分為：近水平煤層： 傾角45 單斜構(gòu)造對采掘生產(chǎn)的影響：1

7、、單斜構(gòu)造的傾角大小直接影響采煤方法及巷道布置。對于近水平煤層一般用傾斜長壁采煤法。對于緩傾斜煤層一般用走向長壁采煤法。對于急傾斜煤層一般用急傾斜煤層的特殊采煤方法。2、在井下布置巷道時，如果要在煤層中布置又要保持巷道的水平，則必須延煤層的走向布置并掘進。3、煤層的傾角大小對運輸提升設備的選擇也有很大的影響。（二）斷裂構(gòu)造斷裂構(gòu)造：煤層在受到地質(zhì)作用力破壞以后，在一定部位沿一定方向產(chǎn)生的斷裂及位移現(xiàn)象，叫做斷裂構(gòu)造。根據(jù)破壞的程度，斷裂構(gòu)造可分為裂隙構(gòu)造和斷層構(gòu)造。1.裂隙構(gòu)造煤巖層在受到地質(zhì)作用力破壞以后，只是破壞了其完整性出現(xiàn)了裂隙但仍然保持其基本連續(xù)性叫裂隙構(gòu)造。2、斷層構(gòu)造煤巖層在受到

8、地質(zhì)作用力破壞以后失去了原來的連續(xù)性，出現(xiàn)了明顯的位移叫做斷層構(gòu)造。如圖所示。根據(jù)斷層的形狀可將斷層分為正斷層、逆斷層和平推斷層。 正斷層：上盤下降、下盤上升。逆斷層：上盤上升、下盤下降。平推斷層：煤層只是在層面內(nèi)發(fā)生水平位移沒有垂直落差。斷層構(gòu)造a正斷層； b逆斷層； c平推斷層；斷層有以下四個要素斷層面：當巖層斷開，兩側(cè)巖塊沿斷裂面發(fā)生相對位移，此斷裂面稱為斷層面。斷層線：斷層面在地表面的出露線稱為斷層線 也就是斷層面與地面的交線。斷盤：斷層面兩側(cè)相對位移的巖塊，稱為斷盤。斷距：斷層兩盤對應點相對位移的距離。垂直斷距代表了巖（煤）層斷開后的高程差，也稱為落差。遇到斷層前的預兆1.巖石裂隙發(fā)

9、育 、逐漸增加或煤層頂?shù)装鍙娏夜?jié)理化；2.煤層和圍巖強度明顯降低，表現(xiàn)為強烈破碎，煤層結(jié)構(gòu)遭到破壞，或呈鱗片狀；3.煤（巖）層產(chǎn)狀發(fā)生劇烈變化，傾角變陡或變緩，甚至直立、反傾；遇到斷層前的預兆4.煤層厚度發(fā)生突變，在巷道延伸方向上煤層突然變厚、變薄或尖滅，頂?shù)装宄霈F(xiàn)不平行的現(xiàn)象；5.巷道延伸方向上出現(xiàn)滲水、滴水、淋水，甚至涌水，這是逐漸靠近斷層的預兆；6.在高瓦斯礦井中的巷道掘進過程中，如瓦斯涌出量逐漸增加，也是臨近斷層的征兆。斷失煤層的尋找方法巖層對比法；小斷層類比法（規(guī)律類推法）；作圖對比分析法；斷層標志法；工程勘探法等。根據(jù)斷層走向與巖層走向的關(guān)系斷層可分為：走向斷層斷層走向與巖層走向平

10、行。傾向斷層斷層走向與巖層走向平行。斜交斷層斷層走向與巖層走向垂直。 斷層在各礦分布很廣，其形態(tài)、類型繁多，規(guī)模大小不一。根據(jù)斷層規(guī)模大小，可將斷層化分為：大型斷層落差大于50 m；中型斷層落差在2050m之間；小型斷層落差小于20m。斷層出現(xiàn)以后，煤層的頂板或者底板之間出現(xiàn)的垂直位移叫斷層的落差。斷層的落差越大，對煤礦生產(chǎn)的影響就越大。斷層的特征煤層頂?shù)装宄霈F(xiàn)嚴重凸凹不平，頂?shù)装鍘r石發(fā)生較多裂隙，而且越接近斷層裂隙越多；斷層厚度發(fā)生顯著變化，煤層松軟，光澤變暗 滑動面和摩擦痕增加；破碎帶有滴水或涌水出現(xiàn)，瓦斯涌出量增大；煤層的走向與傾向發(fā)生較大的變化等。斷裂構(gòu)造（斷層）對煤礦安全生產(chǎn)的影響采

11、掘工作面遇到斷裂構(gòu)造以后容易發(fā)生冒頂事故斷裂帶內(nèi)可能含有礦井水斷裂帶中可能含有大量瓦斯氣體斷層的出現(xiàn)可能導致掘進工作面煤層消失，加大巷道掘進工程量，甚至導致巷道報廢，直接影響到礦井的采掘關(guān)系，使礦井采掘失調(diào)。 斷裂帶內(nèi)可能發(fā)生煤炭自然火災（三）褶皺（曲）構(gòu)造煤巖層在受到地質(zhì)擠壓力作用以后由原來的水平狀態(tài)變成彎曲狀態(tài)就叫褶皺構(gòu)造。如圖所示。 褶皺中巖（煤）層的一個彎曲叫做褶曲。背斜：煤層向上的一個彎曲（凸起）叫背斜。向斜：煤層向下的一個彎曲（凹去）叫向斜。褶皺構(gòu)造 1背斜構(gòu)造 2向斜構(gòu)造在背斜的軸部如果頂板的透氣性差時，則會集中大量瓦斯氣體，這是由于游離狀態(tài)的瓦斯會向煤層上方移動，集中在背斜的軸

12、部，當采掘工作面接近背斜的軸部時會出現(xiàn)瓦斯異常增大的現(xiàn)象。在向斜的軸部，巷道頂板的壓力會增大，同時礦井水會增大。褶皺構(gòu)造的出現(xiàn)會影響巷道的水平度。褶皺構(gòu)造對煤礦安全生產(chǎn)的影響是： (四)沖蝕（煤層沖刷）沖蝕（煤層沖刷）由于古河流在泥炭層或含煤地層中流過而形成的煤層厚度發(fā)生變化或形成了無煤帶，稱為沖蝕，又稱煤層沖刷。根據(jù)古河流發(fā)育時間的早晚，沖蝕、沖刷作用可分為同生沖蝕和后生沖蝕兩種。 1.同生沖蝕 同生沖蝕發(fā)生在泥炭物資堆積過程中，即成煤過程中，頂板形成以前，是發(fā)育在泥炭沼澤中的河流沖蝕。沖蝕帶中以 砂巖為主，并常夾雜煤的小碎塊。這種沖蝕作用的最大特點是 沖蝕帶沉積物與煤層有共同的頂板，根據(jù)這

13、一特點，可與煤層后生沖蝕相區(qū)別。 2.后生沖蝕 后生沖蝕是發(fā)生在煤層頂板形成后（成煤之后）。其規(guī)模要比同生沖蝕大的多。它 不僅沖蝕了煤層，同時也沖蝕了煤層的頂板，甚至連底板也被破壞。沖蝕帶很寬，延續(xù)很長。因此，常造成無煤帶 或煤層變薄帶，給煤層開采帶來許多困難。所以需進行詳細探查，圈定其分布范圍，合理安排采掘工作。 (五)巖溶塌陷（陷落柱） 陷落柱是煤礦井下常見的地質(zhì)構(gòu)造，是由于煤層底板下面的石灰?guī)r溶洞坍塌以后形成的。陷落柱的特點是上面小、下面大程近似于橢圓形的破碎柱體，其直徑大的有上百米，小的也有幾十米，在陷落柱的內(nèi)部，煤層消失，巖石成碎塊狀，雜亂無章，沒有層理，人們有時也把陷落柱叫“無碳柱

14、”。如圖所示。 陷落柱 陷落柱對煤礦安全生產(chǎn)的影響是：采掘工作面遇到陷落柱以后，一般都難以通過，不得不采取工作面搬家從而繞過陷落柱的辦法。導致了巷道的報廢，采掘失調(diào)。嚴重影響礦井的正常生產(chǎn)。陷落柱中一般都含有礦井水。這是由于陷落柱在陷落的過程中可能和地層中的含水層連通，含水層中的水會進入陷落柱中，有的陷落柱可能和地表水接通，這就導致了陷落柱中存在大量的礦井水，當采掘工作面和陷落柱接近時會出現(xiàn)涌水量增大甚至突水的現(xiàn)象。另外，由于陷落柱中的水大都是不會流動的死水，其中可能含有大量的硫化氫氣體，采掘工作面接近以后還可能發(fā)生人員中毒事故。(六)巖漿侵入 由于地質(zhì)作用，使巖漿侵入煤層（俗稱火成巖侵入），使煤層全部或部分遭到破壞。在礦井中常見的有巖墻和巖床等小型侵入巖體。巖漿侵入破壞了煤層的連續(xù)性、完整性，從而降低了回采率，使煤質(zhì)變差，同時也給生產(chǎn)帶來困難。小結(jié)： 本節(jié)主要介紹了煤層的埋藏特