礦井地質(zhì)及瓦斯地質(zhì)基礎(chǔ)知識講義PPT課件

1、 4、井田 劃給一個礦井開采的煤田的一部分 。 5、礦區(qū) 由于地理、地質(zhì)、技術(shù)、經(jīng)濟等原因?qū)⑧徑鼛讉€井田合起來開發(fā)的區(qū)域。 6、煤層厚度 是指煤層層面間，即煤層頂?shù)装逯g的垂直距離。 可劃分為煤層總厚度、可采厚度和有益厚度。 煤層總厚度是指煤層頂?shù)装逯g各煤分層厚度和夾石層厚度的總和；可采厚度是指在現(xiàn)時經(jīng)濟技術(shù)條件下可以開采的厚度或煤分層的厚度總和；有益厚度是指煤層頂?shù)装逯g各煤分層的總和。第1頁/共61頁 7、儲量計算時煤層厚度確定原則 煤層中夾矸的單層厚度不大于0.05米時，夾矸與煤可合并計算。 煤層中夾矸的單層厚度等于或大于所規(guī)定的煤層最低可采厚度時，被夾矸所分開的煤分層應(yīng)做為獨立煤層一

2、般應(yīng)分別計算儲量。 煤層中夾矸的單層厚度小于所規(guī)定的煤層最低可采厚度時，煤分層不做為獨立煤層。煤分層厚度等于或大于夾矸厚度時，上下煤分層加在一起，做為煤層的采用厚度。 當各煤分層的總厚度等于或大于所規(guī)定的最低可采厚度，同時夾矸的總厚度不超過煤分層總厚度的12時，以各煤分層的總厚度做為煤層的采用大廈厚度。第2頁/共61頁 煤層厚度示意圖（附圖1）(1)0.75(2)1.10(3)0.50(1)0.180.080.350.60總厚度可采厚度第3頁/共61頁 8、煤層中的夾矸、結(jié)核、包體和化石 結(jié)核：指成份、結(jié)構(gòu)、顏色、與圍巖有明顯差別的團塊狀礦物集合體。 包體：指陸源沉積物堆積時，由于水流沖刷而包

3、裹在沉積物中的巖石碎塊，其特點是未經(jīng)分選和磨圓。 化石：保存于地層中的古生物遺體和遺跡稱為化石。 9、煤層結(jié)構(gòu) 指煤層中含其它巖石夾層的情況?？煞譃? 簡單結(jié)構(gòu)和復(fù)雜結(jié)構(gòu)兩種類型。 簡單結(jié)構(gòu): 煤層中局部含或不含夾石稱簡單結(jié)構(gòu)。 復(fù)雜結(jié)構(gòu):煤層中含穩(wěn)定的巖石夾層一層以上，稱復(fù)雜結(jié)構(gòu)。第4頁/共61頁 10、煤層頂板分類 按其巖石力學性質(zhì)和移動垮落性質(zhì)可分為偽頂、直接頂和老頂三類 偽頂:緊靠煤層頂部，厚度一般在0.30.5米以下，容易隨采煤同時冒落的巖層。 直接頂: 直接位于煤層或偽頂之上的一層或幾層巖層，一般在撤柱或移架后容易冒落。 老頂：位于直接頂或直接位于煤層之上的堅硬巖層，能維持很大懸露

4、面積，一般不易冒落。 11、煤層按厚度如何分類？ 根據(jù)厚度對開采技術(shù)的影響可劃分為三類，即：第5頁/共61頁 薄煤層 1.3米 中厚煤層 1.33.5米 厚煤層 3.5米 12、煤層按傾角如何分類 按傾角可劃分為：近水平煤層 5 緩傾斜煤層 525。 傾斜煤層 2545 急傾斜煤層 45 13、煤（巖）層的產(chǎn)狀要素 煤層產(chǎn)狀要素指的是煤層的空間形態(tài)及展布方向，可用走向、傾向和傾角來表示。第6頁/共61頁 走向：煤（巖）層傾斜層面與假想水平面的交線稱為走向線，它是一條水平線。走向線向兩邊延伸的方向稱為走向，它代表了巖層層面在水平方向上的展布（見附圖1） 傾向：煤（巖）傾斜層面上與走向線垂直、向下

5、的傾斜線在水平面上的投影所指的方向。它代表了煤層傾斜方向（見附圖1）。 傾角：煤(巖)層傾斜層面與假想水平面之間所夾的銳角，也就是傾向線與水平面之間的夾角。傾角大小反映煤層的傾斜程度（見附圖1）。第7頁/共61頁 垂直于煤(巖)層走向量取的傾角叫真傾角，其它方向量取的角度均為視傾角，視傾角永遠小于真傾角（見附圖2）。 一般情況下只測煤（巖）層的傾向及真傾角即可。 煤（巖）層產(chǎn)狀的記錄方法一般為：14550；“”左側(cè)（145）為煤（巖）層傾向，右側(cè)（50）為傾角。 14、什么叫地質(zhì)構(gòu)造？ 在地殼運動過程中，巖層改變了原始的埋藏狀態(tài)，發(fā)生一定的變形或變位，產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)稱為地質(zhì)構(gòu)造。 構(gòu)造形態(tài)主要分

6、為兩類：褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu) 第8頁/共61頁巖層產(chǎn)狀示意圖（附圖2）水平面傾向走 向傾角巖層層面注： 為巖層真傾角。第9頁/共61頁 15、地質(zhì)構(gòu)造的基本形態(tài) 沉積巖層和煤層在最初形成時，一般是水平的或近似水平的。同時，在一定范圍內(nèi)分布也是連續(xù)完整的。由于后來受到地殼運動的影響，巖層產(chǎn)生了褶皺和斷裂，從而改變了巖層和煤層的原始形態(tài)和產(chǎn)狀，形成了單斜構(gòu)造、褶曲構(gòu)造、斷裂構(gòu)造等基本形態(tài)。 16、單斜構(gòu)造 在一定范圍內(nèi)大致向同一個方向傾斜、傾角也相似的一組巖層所形成的構(gòu)造。 在較大的范圍內(nèi)，單斜構(gòu)造往往是其它構(gòu)造的一部分，如褶曲的一翼或斷層的一盤。第10頁/共61頁單 斜 構(gòu) 造 示 意 圖 （ 附

7、圖 3）第11頁/共61頁 17、褶皺構(gòu)造、褶曲、背斜和向斜 褶皺構(gòu)造：巖層受到水平力的擠壓而發(fā)生波狀彎曲，但仍保持巖層的連續(xù)性和完整性的構(gòu)造形態(tài)稱作褶皺構(gòu)造。 褶曲：褶皺構(gòu)造中的每一個彎曲為褶曲，褶曲分向斜向斜和背斜背斜。 背斜：巖層在剖面上表現(xiàn)為層面突起的彎曲。在水平切面圖上表現(xiàn)為核部是老巖層，兩翼是新巖層。 向斜：巖層在剖面上表現(xiàn)為層面下凹的彎曲。在水平切面圖表現(xiàn)為核部是新巖層，兩翼是老巖層。 18、褶曲構(gòu)造對礦井生產(chǎn)有哪些影響？ 第12頁/共61頁褶曲構(gòu)造示意圖（附圖4）第13頁/共61頁 井田內(nèi)大中型褶曲影響采區(qū)劃分和大巷位置的選擇； 影響工作面布置； 頂板壓力增大，易發(fā)生冒頂事故；

8、 瓦斯壓力增大，突出危險性增大； 煤厚變化影響生產(chǎn)； 巷道彎曲，影響運輸； 影響機械化采煤。 19、什么叫斷裂構(gòu)造？ 地殼中的巖層在力的作用下發(fā)生變形，當力達到或超過巖層強度極限時，巖層的連續(xù)性和完整性受到破壞，在一定方向和部位的巖層發(fā)生破裂或有顯著位移，產(chǎn)生斷裂，即為斷裂構(gòu)造。 斷裂構(gòu)造分為裂隙（節(jié)理）和斷層。 第14頁/共61頁斷層斷層斷層示意圖（附圖5）第15頁/共61頁 20、什么叫裂隙（節(jié)理）？ 巖層受力發(fā)生斷裂后，斷裂面兩側(cè)的巖體沒有發(fā)生顯著位移。 常見的裂隙有開口的、閉口的和隱蔽的三種。 裂隙有規(guī)則的組合時，叫做節(jié)理（裂隙）系統(tǒng)或節(jié)理組。 21、斷層及斷層要素 巖層沿斷層面發(fā)生顯

9、著位移的斷裂構(gòu)造稱為斷層。 斷層要素有：斷層面、斷層線、斷盤和斷距。 斷層面：巖層斷裂后，兩個斷塊發(fā)生相互錯動的錯動面。如果位移不是沿著一個面而是沿著一個破碎帶發(fā)生時，這個帶稱為斷層破碎帶。第16頁/共61頁（附圖 ）（附圖 ）落差示意圖（附圖6）第17頁/共61頁 22、裂隙分類 按成因可劃分為原生裂隙和次生裂隙 原生裂隙是指在成巖過程中形成的裂隙。一般延伸不遠，形狀不規(guī)則、沒有共同延伸方向。煤層中僅在光亮型煤的條帶內(nèi)發(fā)育。 次生裂隙又可劃分為構(gòu)造裂隙和非構(gòu)造裂隙。 構(gòu)造裂隙是在構(gòu)造變動作用的影響下巖石形變過程中而產(chǎn)生的裂隙。這種裂隙既可分布在較小面積里，也可發(fā)育在廣大區(qū)域里，可延伸很遠、并

10、有一定規(guī)律，同時可切穿不同的巖層。 非構(gòu)造裂隙是由外力及重力作用所形成的裂隙。如風化裂隙、滑坡裂隙、崩塌和陷落裂隙，以及減壓裂隙等。這種裂隙多局限于地表，規(guī)模不大，延長不遠，分布不規(guī)則，多為開口裂隙。 按作用力的性質(zhì)可劃分為剪切裂隙和張裂隙 剪切裂隙是指巖石受剪應(yīng)力作用而形成的裂隙。在巖層中常有兩組同時出現(xiàn)構(gòu)成共軛剪裂隙系“X”型裂隙系。這類裂隙平直而緊閉，延伸方向穩(wěn)定。在煤、頁巖等柔性巖層中常出現(xiàn)光滑的裂面和擦痕。第18頁/共61頁 張裂隙是由張應(yīng)力引起的裂隙。在褶曲巖層中多在軸部發(fā)育并與巖層面近于垂直，或沿已形成的剪裂隙面發(fā)育成鋸齒狀裂隙。張裂隙一般裂口稍微張開，這種裂隙廣泛發(fā)育于褶曲巖層

11、中，也常發(fā)生在斷層附近。裂隙面粗糙不平，一般無擦痕，通常延伸不遠。 按裂隙走向與巖層走向的關(guān)系可分為走向裂隙、傾向裂隙和斜交裂隙。 裂隙走向與巖層走向平行時，該裂隙即為走向裂隙。這類裂隙裂隙面粗糙，一般沒有擦痕，延伸性較差，裂面常張開。 裂隙走向與巖層走向垂直時，該裂隙即為傾向裂隙。這類裂隙裂隙面多粗糙開口，延伸不遠，并常有礦脈充填。 裂隙走向與巖層走向斜交時，該裂隙即為斜交裂隙。這類裂隙性質(zhì)與剪切裂隙相同。 按裂隙走向與褶曲軸向關(guān)系可劃分為縱裂隙、橫裂隙和斜交裂隙 裂隙走向與 褶曲軸向一致時，該裂隙即為縱裂隙。第19頁/共61頁 裂隙走向與褶曲軸向正交時，該裂隙即為橫裂隙。 裂隙走向與褶曲軸

12、向斜交時，該裂隙即為斜交裂隙。 縱裂隙和橫裂隙一般與巖層面直交，在橫剖面或縱剖面中呈扇狀分布，其生成與巖層彎曲或樞紐的傾向有關(guān)，多為局部張裂隙。 斜交裂隙的特征與剪裂隙相同。 23、裂隙與井巷布置的關(guān)系 裂隙發(fā)育地段，巖層的穩(wěn)定性較差，巷道及采區(qū)布置一般不要與主要裂隙組的走向平行，最好與之成一銳角或垂直，否則容易造成片幫或冒頂。工作面的推進方向最好與主要裂隙組的傾向一致，可提高掘進效率。 24、裂隙與井巷掘進的關(guān)系 在裂隙發(fā)育的煤、巖層中，炮眼布置應(yīng)盡量垂直于主要裂隙面，以提高爆破效果，炮眼間距也可大些。第20頁/共61頁 煤層頂板巖石裂隙發(fā)育時，支架的頂梁不應(yīng)平等于主要裂隙方向，以防冒頂。

13、25、裂隙與地下水的關(guān)系 裂隙破碎帶是地下水的良好通道，裂隙的發(fā)育程度與礦井涌水量有密切關(guān)系。特別是張性裂隙與兩組裂隙的交匯地帶，其富水性與導(dǎo)水性皆強，施工中應(yīng)予以重視。 26、裂隙與礦井瓦斯的關(guān)系 裂隙不僅是瓦斯賦存的空間，也是運移和釋放的通道。如果巷道與主要裂隙組的走向垂直或斜交，一部分瓦斯可向巷道空間散放，如果巷道掘進方向平行于主要裂隙方向，瓦斯不易放散，增加了回采時造成瓦斯突出的危險性。第21頁/共61頁 26、斷層的分類 根據(jù)斷層兩盤相對移動的方式可將斷層劃分為正斷層、逆斷層和平移斷層。 根據(jù)走向與區(qū)域構(gòu)造線方向的關(guān)系將斷層劃分為：縱斷層、橫斷層和斜斷層。 根據(jù)斷層走向與地層產(chǎn)狀的關(guān)

14、系將斷層劃分為：走向斷層、傾向斷層、斜交斷層和順層斷層。 按照斷層在剖面上的組合形態(tài)將斷層劃分為：階梯狀斷層、地塹、地壘、疊瓦狀構(gòu)造。 按斷層在平面上的組合形態(tài)將斷層劃分為：環(huán)形、放射性、旋扭、平列式、邊幕式、轉(zhuǎn)換等斷層。 常用的分類方法是第一類。第22頁/共61頁 27、正斷層、逆斷層和平移斷層 正斷層：在斷層兩盤相對位移中，上盤相對上升、下盤相對下降的斷層稱為正斷層。 逆斷層：在斷層兩盤相對位移中，上盤相對下降、下盤相對上升的斷層稱為正斷層。 平移斷層：巖層斷裂后，上下兩盤巖層做水平移動，沒有明顯的位移。 28、斷層對煤礦生產(chǎn)的影響 大斷層影響井田劃分； 影響回采工作； 影響安全工作； 造

15、成煤炭資源損失； 造成巷道掘進率增高。 第23頁/共61頁（附圖 ：正斷層）斷層性質(zhì)示意圖（附圖7）（附圖 ：逆斷層）第24頁/共61頁 29、斷層與井巷布置的關(guān)系 斷層的性質(zhì)規(guī)模、斷距的大小及斷層性質(zhì)，均可直接影響到井田劃分和采區(qū)、工作面的布置，同時也影響到巷道和井底車場硐室的布置 大型斷層是井田劃分的主要依據(jù)之一，同時也影響井田的開拓方式 中型斷層(斷距15米以上，30米以下)通常會影響到采區(qū)的布置，一般可考慮作為采區(qū)邊界。 小斷層對采掘工作影響很大。落差大于5米時，往往需要以斷層為界，將工作面分成兩個進行回采。斷層密集時則可破壞整個工作面回采。第25頁/共61頁 30、斷層與井巷掘進的關(guān)

16、系 在煤巷掘進中遇斷層時，煤層就失去了其連續(xù)完整性，當斷層斷距大于煤層厚度而致煤層被斷失以后，必須及時正確判斷斷層的性質(zhì)，尋找斷失煤層，避免東挖西掘造成大量廢巷 巷道通過斷層破碎帶時，容易片幫、冒頂，應(yīng)采取有效的支護方式和掘進工藝。 31、斷層與地下水的關(guān)系 斷層，尤其是張性斷層帶，是地下水活動和富集的場所。導(dǎo)水斷層可以溝通地表水和各含水層之間的水力聯(lián)系，增加礦井涌水量，甚至可造成井下突水事故，影響或威脅安全生產(chǎn)。因此，必須加強礦井水文地質(zhì)工作。第26頁/共61頁 32、斷層與瓦斯的關(guān)系 斷層破碎帶易于聚集大量瓦斯，同時由于斷層破碎帶附近煤(巖)層抗壓強度較低，在瓦斯壓力及其它壓力的共同作用下

17、，容易發(fā)生瓦斯突出，在高瓦斯礦井或有瓦斯突出危險的礦井，在揭露斷層和煤層時，應(yīng)加強安全措施。 33、巷道揭露斷層前的征兆(103頁) 裂縫增加； 煤(巖)產(chǎn)狀發(fā)生變化； 煤層頂?shù)装宄霈F(xiàn)不平行現(xiàn)象； 煤厚、煤層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，并出現(xiàn)小褶曲； 大斷層附近常伴生一系列小斷層； 斷層附近常有滴、淋水和涌水現(xiàn)象； 瓦斯涌出量明顯增加。 第27頁/共61頁 34、井下識別斷層的標志 (105頁) 煤(巖)層不連續(xù)； 斷層面擦痕、鏡面、階步； 斷層帶構(gòu)造巖； 斷層角礫及斷層角礫巖 碎裂巖 糜棱巖 片理化巖 牽引現(xiàn)象； 斷層兩側(cè)派生構(gòu)造 羽狀張裂隙 羽狀剪裂隙 拖褶曲 第28頁/共61頁 34、陷落柱的形成 在

18、我國華北石炭二疊紀煤系地層的基底，存在著有溶洞非常發(fā)育的奧陶紀石灰?guī)r，由于受地下水的長期溶蝕，這些溶洞就愈來愈大，在地質(zhì)構(gòu)造力和上覆巖層重力的長期作用下，有些溶洞發(fā)生塌陷，覆蓋在上面的煤系地層隨之陷落，由于這種塌陷的剖面為柱狀，所以叫陷落柱。 35、陷落柱的井下特征 形態(tài) 陷落柱總的形態(tài)是一個上小下大的圓錐體。它們在水平切面上多呈圓形或橢圓形，直徑大小不一，最大的直徑可達幾百米(峰峰二礦、陽泉濟生井田) 高度 陷落柱的高度是有限的，因為溶洞塌陷后，上覆地層巖石碎塊的體積比原來的體積增大,幫塌陷到一定高度后，整個柱體空間都 被填滿,這時塌陷作用便告停止，再往上的煤巖層即可免受破壞。第29頁/共6

19、1頁 陷落柱內(nèi)組成物的特征 陷落柱主要由塌陷的巖石碎塊組成，這些巖石碎塊棱角顯著、形狀不一、排列紊亂、大小混雜。大的巖塊直徑可達數(shù)米，省的僅幾厘米，巖塊與巖塊之間，充滿著巖粉、煤粉、和各色粘土，膠結(jié)差，多未成巖。柱內(nèi)有的無水，有的有淋水現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計，瓦斯涌出量一般比正常區(qū)高23倍。 與圍巖的接觸關(guān)系 陷落柱與圍巖的接觸關(guān)系多呈不規(guī)則的鋸齒狀，界線明顯。在接觸處，圍巖的產(chǎn)狀基本正常，接觸帶附近的煤層及頂板一般無牽引現(xiàn)象，在井下煤巷掘進中遇到陷落柱后，穿過柱體仍可見到原煤層。 陷落柱軸線與圍巖產(chǎn)狀的關(guān)系 多數(shù)礦井的觀察結(jié)果表明，陷落柱的中心軸與圍巖層面近似垂直。巖層傾斜，則陷落柱也歪斜，在水平投影

20、圖上，各煤層的陷落范圍不會完全重疊，井下陷落的范圍比地表大，其邊緣向上山方向移動。第30頁/共61頁 36、陷落柱的探測 目前，井下陷落柱的探測方法主要有鉆探、巷探和物探。鉆探是生產(chǎn)礦井探測陷落柱的常用手段，用物探方法探測陷落柱使用最廣泛的是坑透儀。利用坑透儀探測陷落柱，是根據(jù)煤層與陷落柱電性的不同。陷落柱電阻率低，煤層電阻率高。 37、陷落柱對礦井生產(chǎn)的影響和危害(128頁) 破壞可采煤層，減少煤炭儲量 降低采掘效率，提高生產(chǎn)成本 妨礙機械化的使用，影響正常開采 造成礦井突水，危及礦井安全。第31頁/共61頁陷 落 柱 的 形 成 （ 附 圖 8）第32頁/共61頁 38、煤層底板等高線圖上

21、煤層的產(chǎn)狀要素的確定 在煤層底板等高線圖上: 等高線的延伸方向就是煤層的走向，可用象限角表示。傾向與走向垂直，并指向標高值低的方向。而傾角則可通過公式(tga=高差/平距)計算獲得。 39、煤層底板等高線圖上褶皺構(gòu)造的判斷 煤層底板等高線為封閉曲線時，由邊緣向中央等高線標高值逐漸增大，則為穹窿構(gòu)造；相反，若標高值逐漸減少，則為盆地構(gòu)造。 等高線凸出方向，若是標高升高則為向斜；若等高線凸出方向是標高降低方向則為背斜。 倒轉(zhuǎn)褶曲煤層底板等高線表現(xiàn)為不同標高的等高線交叉 第33頁/共61頁 40、煤層底板等高線圖上斷層的識別 斷層在煤層底板等高線圖上表現(xiàn)為等高線中斷。 因為斷層有上下兩盤，所以一條斷

22、層一般有兩條交面線，上盤交面線用“點劃線”表示，下盤交面線用“叉劃線”表示。 一般情況下，正斷層表示煤層底板等高線中斷缺失，在交面線之間呈空白區(qū)；逆斷層表示煤層底板等高線在交面線之間為重疊區(qū)，即上下兩盤重復(fù)區(qū)。 41、煤層底板等高線圖上斷層的落差的確定 正斷層：將等高線從一盤交面線的A 點沿等高線走向延長交于另一盤交面線的B點。則A、B兩點的標高差即斷層的落差。 逆斷層：煤層底板等高線中某一條等高線與兩條交面線各有一個交點M、N，則M、N兩點的高差即逆斷層的落差 第34頁/共61頁 42、煤層底板等高線圖上斷層產(chǎn)狀的確定 交面線上同標高的交點的連線即為斷層面的走向； 垂直于斷層面的走向線并指向

23、斷層面走向線低標高值的方向即為傾向。 斷層面的傾角可根據(jù)任意兩條斷層走向線的高差及水平距離作圖計算而得。 第35頁/共61頁第二部分 瓦斯地質(zhì)基礎(chǔ)知識 43、突出煤層及突出煤系 一般來說，凡是發(fā)生過煤與瓦斯突出的煤層統(tǒng)稱為突出煤層。為敘述方便，我們把突出煤層所屬的含煤巖系簡稱為突出煤系，而不含有突出煤層的煤系簡稱為非突出煤系。 據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，突出煤系瓦斯較大，且具有良好的瓦斯形成和賦存的沉積條件，它與非突出煤系的主要區(qū)別是瓦斯賦存條件的差異。 華北突出煤系主要是早二疊世山西組，還有一部分屬于早、中侏羅世。 華南突出煤系主要為晚二疊世龍?zhí)督M、早石炭世測水組和晚三疊世安源組等 第36頁/共61頁 4

24、4、非突出煤系的沉積特征 煤系薄，含煤性差。 煤層頂板或底板一般為較厚的砂巖或石灰?guī)r 煤系巖性組合中粗碎屑巖發(fā)育 煤系上覆和下伏地層一般為巖溶較發(fā)育的石灰?guī)r，或者是煤層距松散沉積物距離較近。 45 、突出煤系的沉積特征 突出煤系厚度一般較大，含煤性較好，含煤系數(shù)較高。如湖南晚二疊世龍?zhí)督M、早古炭世測水組，河南早二疊世山西組等 巖性、巖相在橫向上比較穩(wěn)定，沉積物粒度通常較細，細碎屑巖中泥巖所占比例較大。 第37頁/共61頁 煤層頂板一般為泥巖、粉砂巖或夾泥巖的砂巖 泥質(zhì)巖的礦物成份以粘土礦物為主，粉砂巖和砂巖的膠結(jié)物以粘土礦物與泥質(zhì)物為主 礦井揭露的巷道巖壁一般比較干燥，水文地質(zhì)條件簡單，礦井涌

25、水量小，有些水大礦井在突出危險帶內(nèi)水文地質(zhì)條件仍很簡單 46、煤層煤層圍巖特征與瓦斯賦存的關(guān)系 煤層圍巖主要指煤層直接頂、老頂和直接底板等在內(nèi)的一定厚度范圍的層段。煤層圍巖對瓦斯賦存的影響，決定于它的隔氣、透氣性能。 一般來說，當煤層頂板巖性為致密完整的巖石，如頁巖、油母頁巖時，煤層中的瓦斯容易被保存下來；頂板為多孔隙或脆性裂隙發(fā)育的巖石，如礫巖、砂巖時，瓦斯就容易逸散。 第38頁/共61頁 瓦斯之所以能夠封存于煤層中某個部位，并使之具有突出的可能，與該部位圍巖透氣性低，造成有利于封存瓦斯的條件有密切條件。 根據(jù)煤層圍巖對瓦斯賦存的影響，可將其劃分為封閉、半封閉和開放等三種形式。 與瓦斯保存或

26、逸散有著的圍巖特征主要有孔隙性、滲透性和孔隙結(jié)構(gòu) 47、煤的變質(zhì)程度與瓦斯的關(guān)系 在煤化作用過程中不斷地產(chǎn)生瓦斯，煤的煤化程度越高，產(chǎn)生的瓦斯越多。這是因為： 第一，煤層瓦斯的產(chǎn)出量直接依賴于煤化程度； 第二，隨著煤化程度的加深，煤的氣體滲透率下降，氣體沿煤層向地表方向運移也就更慢； 第三，變質(zhì)程度赿高，煤的吸附能力赿加大，煤層中可以滯留更多的氣體。 第39頁/共61頁 48、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯賦存的關(guān)系 褶皺構(gòu)造與瓦斯賦存的關(guān)系 ：褶曲類型和褶皺復(fù)雜程度對瓦斯賦存有影響。封閉的背斜有利于瓦斯的儲存，是良好的儲氣構(gòu)造或稱圈閉構(gòu)造。 據(jù)山西省資料，高沼礦區(qū)基本分布在向斜軸部、背斜鞍部、鼻狀構(gòu)造的

27、傾斜端及“S”型背斜轉(zhuǎn)折端等。 斷裂構(gòu)造與瓦斯賦存的關(guān)系 :地質(zhì)構(gòu)造中的斷層破壞了煤層的連續(xù)完整性，使煤層瓦斯排放條件發(fā)生了變化。有的斷層有利于瓦斯的排放；也有的斷層對瓦斯的排放起陰擋作用，成為逸散的屏障。前者稱為開放性斷層；后者稱為封閉發(fā)來斷層。斷層的開放與封閉性決定于下列條件： 斷層的性質(zhì)和力學性質(zhì)。一般張性正斷層屬于開放性，而壓性或壓扭性逆斷層封閉條件較好。 第40頁/共61頁 斷層與地面或沖積層的聯(lián)通情況。規(guī)模大且與地表相通或松散沖積層相連的斷層一般為開放性。 斷層將煤層斷開后，煤層與斷層另一盤接觸的巖層性質(zhì)。若透氣性好則利于瓦斯排放。 斷層帶的特征。如斷層的充填情況、緊密程度、裂隙發(fā)

28、育情況不同，開放、封閉性也有差別。 49、其它地質(zhì)條件對瓦斯賦存的影響 含煤巖系沖蝕 ：含煤巖系的沖刷侵蝕不僅影響瓦斯的生成，對瓦斯也起了泄放作用。因此在這些區(qū)域，瓦斯普遍較小。 地下水活動：地下水與瓦斯表現(xiàn)為明顯的相逆關(guān)系 巖漿侵入 ：巖漿侵入煤層對瓦斯賦存既有形成、保存瓦斯的作用；某些條件下又有使瓦斯逸散的可能。第41頁/共61頁 煤層埋藏深度 ：從理論上分析，在一定深度范圍內(nèi)，煤的甲烷含量隨埋藏深度的增大而增加。但是如果埋藏深度繼續(xù)增大，煤中甲烷含量增加的速度將要減慢。 50、地質(zhì)構(gòu)造與突出的關(guān)系 煤巖層產(chǎn)狀及其變化與突出的發(fā)生關(guān)系密切：在煤、巖層走向，傾向或傾角突然變化的部位，多屬于應(yīng)

29、力集中的塊段，應(yīng)力變化梯度大，這些部位的突出危險性較大。 突出危險性與褶皺緊閉程度、復(fù)雜程度有關(guān)：形變量增大，突出危險性增加 在不協(xié)調(diào)褶皺發(fā)育的多煤層礦井，不同煤層的突出危險程度和煤層褶皺幅度、強度密切相關(guān) 同煤層不同分層比較，突出危險程度決定開層間滑動和層間揉皺的發(fā)育程度 在褶皺的不同部位，突出危險性也有較大差別：一般褶曲軸部的突出危險性大于翼部。 第42頁/共61頁 51、地應(yīng)力的概念 在研究煤與瓦斯突出時，地應(yīng)力的概念指的是巷道前方某點所受的各向應(yīng)力，其中包括地層的重力、由于采動引起的應(yīng)力集中和地殼運動在巖石內(nèi)聚集的構(gòu)造應(yīng)力。從地質(zhì)角度主要側(cè)重于對地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力的研究。 按地質(zhì)力學觀點，地

30、質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力主要是由于地球自轉(zhuǎn)角速度發(fā)生變化而引起的，它可以分為古構(gòu)造應(yīng)力和現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力兩類。 古構(gòu)造應(yīng)力是指形成各種構(gòu)造形跡的應(yīng)力。大量實際資料說明，瓦斯突出區(qū)、突出帶多數(shù)分布在地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力集中的區(qū)域。 現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力是指現(xiàn)在仍處于變動的構(gòu)造應(yīng)力場正在聚集的構(gòu)造應(yīng)力。它推動著第四紀的構(gòu)造變動 。 第43頁/共61頁 52、煤層厚度及其變化與瓦斯突出的關(guān)系 在煤層厚度較穩(wěn)定的多煤層礦井:各煤層的突出系危險性決定于煤層的厚度，隨著煤層厚度增大，突出危險性增加。 在煤層厚度變化大的礦井：突出多發(fā)生在厚煤地段和煤厚變化帶。凸透鏡狀煤包和被薄煤層包圍的厚煤地段的突出危險性大。 在煤層厚度變化較大的多煤層礦

31、井：不同煤層相比較，突出危險性隨煤厚變化的增大而增強，煤厚變化大的塊段比變化小的塊段突出危險性大。 煤層厚度及其變化對突出危險程度的影響已為大量的突出資料所證實。煤層厚度的大小與生成的瓦斯量多少有關(guān)。此外，厚煤層還為瓦斯的儲集提供了場所。一些礦井煤層厚度變化時，瓦斯絕對涌出量也明顯的正比例變化。 第44頁/共61頁 53、煤體結(jié)構(gòu)對瓦斯突出的控制 煤與瓦斯突出發(fā)生在煤層中，煤的結(jié)構(gòu)特征對突出也有顯著影響。一般，原生結(jié)構(gòu)的煤不發(fā)生突出，屬非突出煤；受構(gòu)造應(yīng)力作用，煤的原生結(jié)構(gòu)遭破壞后所表現(xiàn)出的結(jié)構(gòu)稱為構(gòu)造結(jié)構(gòu)。突出煤層具有構(gòu)造結(jié)構(gòu)特征。我們把突出煤層的煤結(jié)構(gòu)稱為煤體結(jié)構(gòu)，它主要指煤層在后期改造中

32、所形成的結(jié)構(gòu)。 根據(jù)大量突出點的調(diào)查統(tǒng)計，在發(fā)生突出的地點及其附近的煤層都具有層理紊亂、煤質(zhì)松軟的特點。人們習慣上把這種煤叫做軟分層煤，或簡稱軟煤。在突出礦井，煤質(zhì)變軟是突出的一種預(yù)兆。第45頁/共61頁 54、“構(gòu)造煤”的概念 在地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力作用下，煤層比圍巖更容易遭到破壞，極易破碎。其形變過程是，首先發(fā)生密集的裂隙，使煤碎裂；隨后進一步破碎，碎粒在移動過程中由于粒間的磨擦、擠壓、揉搓，形成了更小的碎粒，直到成為細粉狀。這樣的煤已失去原來的條帶狀結(jié)構(gòu)，而與“構(gòu)造巖”的涵義近似。所以我們把這種煤稱為構(gòu)造煤。 煤的這種遭受破壞的構(gòu)造結(jié)構(gòu)特征，往往與煤與瓦斯突出的發(fā)生有密切關(guān)系。 按照煤在構(gòu)造作用

33、下的破碎程度，可將構(gòu)造煤分為碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤三種類型。第46頁/共61頁 55、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤的分類 碎裂煤：煤被密集的相互交叉的裂隙切割成為碎塊，這些碎塊保持尖棱角狀，相互之間沒有大的移位，煤僅在一些剪性裂隙裂隙表面被磨成細粉。 碎粒煤：煤已破碎成粒狀，由于運動過程中顆粒間相互磨擦，大部分顆粒被磨去了棱角，并被重新壓緊。為了描述上的統(tǒng)一，規(guī)定其主要粒度在1mm以上。 糜棱煤：煤已被碎裂成細粒狀或細粉狀，并被重新壓緊，其主要粒度在1mm以下，有時煤粒磨得很細，只相當于巖石的粉砂級。由于這種煤經(jīng)歷了強烈的形變和發(fā)生了塑性流動，因而肉眼和鏡下?？梢钥吹搅鲃訕?gòu)造，如長條狀顆粒的定向排列

34、等。第47頁/共61頁 56、構(gòu)造煤的其它一些識別標志 鏡面和揉皺鏡面：構(gòu)造煤經(jīng)常有鏡面狀的擦光面存在。由于構(gòu)造煤經(jīng)歷過塑性流動，所以鏡面往往被揉皺。反映塑性流動的流層一般都以磨光鏡面相隔 。 揉皺構(gòu)造：是指煤層在形變過程中形成的強烈的小褶皺。褶皺的界面，有的是煤的條帶，但多數(shù)不是原來的層理而是構(gòu)造鏡面。具有這種構(gòu)造的煤也可以稱為揉皺煤。 鱗片狀構(gòu)造：是指煤在形變過程中被破碎、再壓緊，呈片理化狀態(tài)。這種煤可以稱為鱗片煤。其顆粒成為成為碎粒狀，但多數(shù)是糜棱狀。鱗片煤常分布于斷層附近，亦可順層分布，分布于煤層中者其鱗片方向往往斜穿煤的層理。 第48頁/共61頁 57、構(gòu)造煤的形態(tài) 在井下觀測，構(gòu)造

35、煤呈層狀、似層狀、團塊狀、條帶狀等不同形態(tài)，以一層多層、或全層等多種形式位于突出煤層的一定層位或局部構(gòu)造部位上。 構(gòu)造煤分層的顯著特點是與煤層頂（或底）板或者正常煤分層呈明顯的構(gòu)造不協(xié)調(diào)現(xiàn)象接觸，并表現(xiàn)出特殊的賦存形態(tài)，例如發(fā)育密集的近于平行排列的劈理、強烈的層間揉皺等。 第49頁/共61頁 58、構(gòu)造煤的研究意義 煤體結(jié)構(gòu)的破壞是構(gòu)造應(yīng)力作用的結(jié)果，構(gòu)造煤的破壞程度反映了構(gòu)造應(yīng)力的相對大小。 構(gòu)造煤的分布也受到了構(gòu)造應(yīng)力場的制約，與地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度有密切關(guān)系，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地帶的煤體結(jié)構(gòu)破壞，比相對簡單地帶嚴重，突出危險性也相對增大。 地質(zhì)構(gòu)造展布，在一定程度上控制著構(gòu)造煤的分布，構(gòu)造煤的分布

36、也不同程度地影響著瓦斯突出的分布。 59、煤與瓦斯突出的三個必要條件 井田地質(zhì)構(gòu)造、煤層厚度及其變化、煤體結(jié)構(gòu)，是控制瓦斯突出發(fā)生及其分布的主要地質(zhì)因素，這三項地質(zhì)因素是互相聯(lián)系的，它們是地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力作用的不同表現(xiàn)形式，是瓦斯突出的3個必要條件。 第50頁/共61頁 60、礦井瓦斯涌出的概念 礦井瓦斯涌出，是指在開拓、掘進、和回采過程中，瓦斯從煤體或巖層中涌向采掘空間的現(xiàn)象。在一般情況下,瓦斯以慢速運移的形式,自然的從煤層、巖層中向井巷空間逸散。 礦井瓦斯涌出來源包括開采煤層中的瓦斯涌出、巖層中的瓦斯涌出和鄰近煤層的瓦斯涌出3個方面。 礦井瓦斯涌出量:是指煤體或巖層在開采過程中涌入井下風流中的

37、瓦斯量。它是確定礦井瓦斯等級、決定礦井瓦斯管理制度以及礦井通風計算等方面的依據(jù)。 煤礦井下瓦斯涌出的形式可分為普通涌出 、瓦斯噴出 和煤與瓦斯突出三種形式。 第51頁/共61頁 61、瓦斯噴出 在采掘過程中，高瓦斯從煤層或巖層中迅速大量放出，但不產(chǎn)生搬運煤和巖石的動力現(xiàn)象，不帶出煤巖碎塊和煤粉，噴發(fā)后一般在噴發(fā)地點不產(chǎn)生噴發(fā)空洞，此種現(xiàn)象稱為瓦斯噴出。 瓦斯噴出是一種瓦斯流的快速運移，一種特殊的瓦斯涌出現(xiàn)象。 62、煤與瓦斯突出 采煤生產(chǎn)過程中，在一瞬間（幾秒）采煤工作面或巷道某處突然破壞，迅速放出大量瓦斯，同時拋出大量的煤、巖碎塊和煤粉，這種現(xiàn)象稱煤與瓦斯突出。第52頁/共61頁 這種噴出在

38、短時間內(nèi)(數(shù)分鐘甚至數(shù)秒鐘)產(chǎn)生很大的沖擊力量，破壞工作面煤壁，從煤層深處排出大量的煤和瓦斯，并伴有強烈的聲響和較大的動力效應(yīng)，如摧毀巷道支架、推翻巷道中存放的礦車和其它設(shè)備、破壞通風設(shè)施、使風流反向等等。 突出發(fā)生后，在煤體中常常形成腹大口小的梨形、舌形甚至分岔形的特殊孔洞。 突出的煤具有明顯的分選現(xiàn)象，含有經(jīng)粉碎的大量顆粒極細的“狂粉”。 突出發(fā)生時，突出物能掩埋人體，涌出的大量瓦斯可以造成瓦斯窒息事故，甚至引起瓦斯爆炸。 第53頁/共61頁 63、瓦斯動力現(xiàn)象 礦井中有瓦斯參與，且顯現(xiàn)有動力效應(yīng)的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為瓦斯動力現(xiàn)象。 根據(jù)其主要能源和顯現(xiàn)特點的不同，可分為突出、壓出和傾出三類 64、突出的主要特點 拋出物具有明顯的氣體搬運特征，分選性好，由突出空洞向外，塊度和粒度都由粗變細，拋出物可隨巷道拐彎，煤堆積的角度小于自然安息角。大型突出時，煤可能堆滿數(shù)十甚至數(shù)百米巷道，在堆積物頂部往往留有排瓦斯道 。 由于高壓氣體對煤的破碎作用，突出物中有大量的極細的煤粉(微塵)，手捻無粒感，有人將其稱為“狂粉”。 第54頁/共61頁 拋出煤的距離由數(shù)米至數(shù)百米，大型和特大型突出可達千米以上。 噴出的瓦斯量大超過煤