影響礦井開采的主要地質(zhì)因素(地質(zhì)員)

1、煤礦地質(zhì)學(xué)主講：主講：#第四章 影響煤礦開 采的主要地質(zhì)因素岳城煤礦地質(zhì)測量科岳城煤礦地質(zhì)測量科主要內(nèi)容1 1、煤層厚度、煤層厚度3 3、巖漿侵入、巖漿侵入5 5、礦井瓦斯、礦井瓦斯7 7、煤的自燃及煤塵、煤的自燃及煤塵2 2、地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)構(gòu)造4 4、巖溶陷落柱、巖溶陷落柱6 6、地溫與地壓、地溫與地壓01第一節(jié) 煤層厚度煤層是煤礦開采的對象煤層厚度變化是影響煤礦生產(chǎn)的主要地質(zhì)因素第一節(jié) 煤層厚度一、煤層厚度及形態(tài)分類煤層厚度是指煤層頂?shù)装逯g的垂直距離。（一）按煤層形態(tài)分類1、層狀煤層：煤層連續(xù)且厚度變化不大，大部分或全部煤層可采。2、似層狀煤層（1）串珠狀煤層（2）藕節(jié)狀煤層（3）瓜藤狀

2、煤層（4）不規(guī)則煤層第一節(jié) 煤層厚度（二）按煤層結(jié)構(gòu)分類煤層結(jié)構(gòu)：是指煤層中所含夾矸層的數(shù)量多少，可分為簡單煤層結(jié)構(gòu)和復(fù)雜煤層結(jié)構(gòu)。根據(jù)煤層結(jié)構(gòu)將煤層厚度分為：總厚度、有益厚度、可采厚度、最低可采厚度。第一節(jié) 煤層厚度（三）按煤層開采方法需要分類煤層分類煤層厚度薄煤層1.3m中厚煤層1.3m3.5m厚煤層3.5m8m巨厚煤層8m第一節(jié) 煤層厚度二、煤層厚度變化原因煤層厚度變化直接影響煤礦正常生產(chǎn)和煤炭儲量平衡。煤厚變化分為同生變化和后生變化。（一）同生變化在泥炭堆積過程中，因地質(zhì)作用引起的煤層厚度變化稱為同生變化。1、泥炭沼澤基底不平2、地殼不均勻沉降3、同生沖蝕第一節(jié) 煤層厚度（二）后生變化

3、泥炭層被上覆新的沉積物覆蓋以后，由于后期的構(gòu)造運(yùn)動、河流沖蝕等地質(zhì)作用引起的煤層厚度變化稱為后生變化。1、后生沖蝕2、構(gòu)造擠壓第一節(jié) 煤層厚度3、巖漿侵入4、陷落柱第一節(jié) 煤層厚度三、煤層厚度變化的觀測與探測（一）煤層厚度變化對煤礦生產(chǎn)的影響1影響采掘部署2增大掘進(jìn)率降低回采率4降低煤炭儲量3影響采掘計劃01煤層厚度煤層厚度要實(shí)測煤層的總厚度和要實(shí)測煤層的總厚度和各分層厚度，要注意觀各分層厚度，要注意觀測煤層厚度變化及其地測煤層厚度變化及其地質(zhì)特征。質(zhì)特征。02煤層結(jié)構(gòu)煤層結(jié)構(gòu)夾矸數(shù)量、巖性、厚度、夾矸數(shù)量、巖性、厚度、形態(tài)、穩(wěn)定性等。形態(tài)、穩(wěn)定性等。03煤層頂?shù)装迕簩禹數(shù)装逡^測煤層頂?shù)装宓?/p>

4、巖要觀測煤層頂?shù)装宓膸r石性質(zhì)、厚度及其與煤石性質(zhì)、厚度及其與煤層的接觸關(guān)系，頂?shù)装鍖拥慕佑|關(guān)系，頂?shù)装辶严兜陌l(fā)育程度，以及裂隙的發(fā)育程度，以及巖石的穩(wěn)固性、可塑性巖石的穩(wěn)固性、可塑性及膨脹性等。及膨脹性等。 04其他特征其他特征包括煤層產(chǎn)狀、煤質(zhì)、包括煤層產(chǎn)狀、煤質(zhì)、顏色、煤體結(jié)構(gòu)，含水顏色、煤體結(jié)構(gòu)，含水性等。性等。第一節(jié) 煤層厚度（二）煤層厚度變化觀測1、觀測內(nèi)容第一節(jié) 煤層厚度煤層穩(wěn)定性穩(wěn)定較穩(wěn)定不穩(wěn)定極不穩(wěn)定觀測點(diǎn)間距m5010025501025102、觀測方法采用文字描述和煤層柱狀圖的方式進(jìn)行，記錄和描述煤層的厚度、結(jié)構(gòu)、頂?shù)装寮捌渌亍５谝还?jié) 煤層厚度3、煤層厚度變化探測目的：提前

5、獲取采區(qū)和工作面的煤厚資料，減少煤厚變化對生產(chǎn)的不利影響，合理布置工作面，減少煤炭資源丟失，提高煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。（1）煤層底凸變薄的探測：圈定煤層變薄帶及不可采地段，以便調(diào)整工作面的布置及煤層分層開采。第一節(jié) 煤層厚度（4）沖蝕作用引起煤厚變化的探測（2）煤層分叉及尖滅的探測（3）構(gòu)造因素造成煤厚變化的探測第一節(jié) 煤層厚度4、煤層厚度變化處理（1）掘進(jìn)階段處理方法主要運(yùn)輸巷遇到局部煤層變薄或尖滅時，巷道可按原計劃施工，穿過變薄尖滅帶。 在采區(qū)上山掘進(jìn)中，如遇煤層變薄帶，應(yīng)按變薄帶的范圍大小來決定巷道是直接穿過，還是停止掘進(jìn)，或從其它地方另開巷道。在巷道掘進(jìn)中遇到煤層分叉、尖滅時，巷道應(yīng)沿著穩(wěn)定

6、的可采分層掘進(jìn)，防止巷道鉆入煤層分叉尖內(nèi)。第一節(jié) 煤層厚度（2）采煤階段處理方法直接推過去 繞過去 分塊段02第二節(jié) 地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造對其他開采地質(zhì)條件具有明顯的控制作用。地質(zhì)構(gòu)造、煤層厚度和礦井水是制約煤礦安全高效生產(chǎn)的三個主要地質(zhì)因素。第二節(jié) 地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造按規(guī)模大小可分為：中型構(gòu)造影響水平、采區(qū)劃分。大型構(gòu)造影響到井田的劃分和礦井開拓方式小型構(gòu)造影響采面生產(chǎn)、掘進(jìn)效率、安全生產(chǎn)條件。第二節(jié) 地質(zhì)構(gòu)造一、褶皺構(gòu)造（一）井下褶皺的識別與觀察穿層巷道中：地層層序出現(xiàn)對稱性重復(fù)。順煤層巷道：巷道急劇彎曲（二）褶皺軸的確定（三）褶皺的探測第二節(jié) 地質(zhì)構(gòu)造（四）褶皺的處理1、大型褶曲、大型褶曲：指

7、影響井田劃分和整個開拓系統(tǒng)的褶曲構(gòu)造。（1）褶曲軸線作為井田邊界：（2）井田內(nèi)開拓部署中的處理方法：背斜軸部總回風(fēng)巷；向斜軸部集中運(yùn)輸巷。2、中型褶曲、中型褶曲：往往是大型褶曲的次一級構(gòu)造。（1）軸線選做采區(qū)中心，布置采區(qū)上、下山。（2）軸線做為采區(qū)邊界（緊閉褶曲）。（3）工作面直接推過褶曲軸（寬緩褶曲）。3、小型褶曲、小型褶曲：（1）重新開掘切眼。（2）巷道改造。軸線選做采區(qū)中心第二節(jié) 地質(zhì)構(gòu)造軸線做為采區(qū)邊界工作面直接推過褶曲軸第二節(jié) 地質(zhì)構(gòu)造二、斷裂構(gòu)造（一）節(jié)理對煤礦生產(chǎn)的影響與處理1、工作面布置：采煤工作面應(yīng)與主要節(jié)理走向成2040夾角。2、頂板控制方法：加密支護(hù)、盡早支護(hù)。3、礦井

8、水和瓦斯運(yùn)移：節(jié)理是礦井水和瓦斯運(yùn)移的主要通道和儲存場所。第二節(jié) 地質(zhì)構(gòu)造（二）斷層對煤礦生產(chǎn)的影響1、影響井田和采區(qū)劃分2、影響井田的開拓方式和采區(qū)布置3、影響巷道的掘進(jìn)4、影響采煤工作面6、影響安全生產(chǎn)5、影響煤炭資源的儲量第二節(jié) 地質(zhì)構(gòu)造（三）井下巷道遇斷層的征兆1、煤巖產(chǎn)狀發(fā)生顯著變化2、煤層頂?shù)装宄霈F(xiàn)不平行現(xiàn)象。3、煤層出現(xiàn)厚度變化、揉皺現(xiàn)象。第二節(jié) 地質(zhì)構(gòu)造4、煤層及頂板底板中裂隙顯著增加。5、巷道出現(xiàn)滴水或淋水。6、瓦斯涌出量明顯增大。產(chǎn)狀煤厚生巨變，揉皺破碎光澤暗，節(jié)理增加有規(guī)律，瓦斯增加大顯駝峰，滴產(chǎn)狀煤厚生巨變，揉皺破碎光澤暗，節(jié)理增加有規(guī)律，瓦斯增加大顯駝峰，滴水淋水或涌

9、水，反?，F(xiàn)象放在心，綜合起來再確定，以防水淋水或涌水，反常現(xiàn)象放在心，綜合起來再確定，以防“草木皆成兵草木皆成兵”。第二節(jié) 地質(zhì)構(gòu)造（四）井下斷層的識別標(biāo)志1、地層標(biāo)志：地層層序重復(fù)的順序性，地層缺失。2、構(gòu)造標(biāo)志：煤、巖層錯斷，產(chǎn)狀劇烈變化，及伴生小構(gòu)造。（五）井下斷層的觀測1、觀測斷層位置及斷層面特征2、斷層產(chǎn)狀測量：間接法（走向、傾向、傾角）3、斷層落差的測量第二節(jié) 地質(zhì)構(gòu)造（六）斷失翼煤層的尋找1、煤巖層層位對比法2、斷層面構(gòu)造特征法。3、經(jīng)驗(yàn)類推法。4、作圖分析法。5、生產(chǎn)勘探法。第二節(jié) 地質(zhì)構(gòu)造巷探 鉆探第二節(jié) 地質(zhì)構(gòu)造（七）斷層的處理原則：有利生產(chǎn)、減少丟煤、保證安全、少掘巷道。

10、1、開拓設(shè)計階段：第二節(jié) 地質(zhì)構(gòu)造2、掘進(jìn)階段第二節(jié) 地質(zhì)構(gòu)造3、采煤階段03第三節(jié) 巖漿侵入1、破壞煤層的連續(xù)性和完整性，減少井田的可采儲量。2、引起煤層發(fā)生接觸執(zhí)變質(zhì)，使煤的灰分增大、黏結(jié)度降低，甚至變成天然焦炭，降低煤的工業(yè)價值。侵入影響3、把煤層切割成若干塊段，出現(xiàn)煤層變薄或局部不可采區(qū)域，造成開采成本增加。第三節(jié) 巖漿侵入二、侵入體特征1、巖墻2、巖床第三節(jié) 巖漿侵入三、巖漿侵入井下觀測與探測1、觀測內(nèi)容（1）巖漿巖的顏色、礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征。（2）侵入體產(chǎn)狀、形態(tài)、厚度及范圍。（3）觀察周圍煤層的變化、變質(zhì)程度、結(jié)構(gòu)特征以及侵入體周圍的瓦斯情況。（4）查明侵入體與斷裂構(gòu)造的

11、關(guān)系。2、井下探查（鄰近層）3、資料整理第三節(jié) 巖漿侵入四、巖漿巖侵入煤層處理04第四節(jié) 巖溶陷落柱A巖溶陷落柱是指由于含煤巖系中的巖溶引起的環(huán)形塌陷，因其塌陷體在剖面上呈柱狀而得名。B巖溶陷落柱是中國北方煤系地層（石炭-二疊系）中常見的垂向構(gòu)造。C對煤礦建設(shè)、生產(chǎn)安全影響極大。第四節(jié) 巖溶陷落柱巖溶陷落柱是指由于含煤巖系中的巖溶引起的環(huán)形塌陷，因其塌陷體在剖面上呈柱狀而得名。一、陷落柱的成因1、重力塌陷2、真空吸蝕塌陷二、陷落柱的形成條件1、有可溶性巖層存在2、有良好的地下水儲存和運(yùn)移通道3、地下水具有良好的補(bǔ)給來源并具有腐蝕性4、有地下水良好的排泄出口。第四節(jié) 巖溶陷落柱二、陷落柱的形態(tài)特

12、征平面形態(tài)：橢圓形、圓形、長條形和不規(guī)形。剖面形態(tài)：錐形、斜塔狀、筒柱狀和不規(guī)則狀。1、柱面特征：2、柱體特征第四節(jié) 巖溶陷落柱四、井下陷落柱出現(xiàn)的征兆1、煤巖層變形變位2、裂隙和小斷層增多3、煤出現(xiàn)風(fēng)氧化現(xiàn)象4、煤層中擠入破碎巖塊。5、涌水量增大。五、陷落柱的探測：物探、鉆探、巷探。第四節(jié) 巖溶陷落柱六、陷落柱的處理05第五節(jié) 礦井瓦斯礦井瓦斯是指在煤礦生產(chǎn)過程中，從煤巖層內(nèi)涌出的以甲烷為主，包括少量的乙烷、丙烷、丁烷、氮?dú)夂投趸嫉葰怏w的總稱。瓦斯是一種無色無味、無味、無臭、無毒的氣體，對空氣的相對密度為0.554，輕微溶于水。第五節(jié) 礦井瓦斯一、瓦斯成因瓦斯是一種氣態(tài)的地質(zhì)體，是煤在泥

13、化作用階段和煤化作用階段的一種產(chǎn)物。二、瓦斯賦存（一）瓦斯在煤體中的賦存狀態(tài)1、游離態(tài)：1030%2、吸著態(tài)：7090%第五節(jié) 礦井瓦斯（二）礦井瓦斯的垂向分帶當(dāng)煤層直達(dá)地表或直接為透氣性較好的第四系沖積層覆蓋時，由于煤層中瓦斯向上運(yùn)移和地面空氣向煤層中滲透，使煤層內(nèi)的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征。掌握本煤田煤層瓦斯垂直分帶的特征，是搞好礦井瓦斯涌出量預(yù)測和日常瓦斯管理工作的基礎(chǔ)。一般將煤層由露頭自上向下分為四個帶：二氧化碳-氮?dú)鈳?、氮?dú)鈳?、氮?dú)?瓦斯帶、瓦斯帶。前三個帶總稱為瓦斯風(fēng)化帶。在瓦斯風(fēng)化帶以下，瓦斯帶內(nèi)煤層的瓦斯含量和涌出量隨深度增加而有規(guī)律地增大，所以確定瓦斯風(fēng)化帶深度，有重要的現(xiàn)實(shí)意

14、義 。第五節(jié) 礦井瓦斯（三）影響瓦斯賦存的地質(zhì)因素1、煤的變質(zhì)程度：（1）變質(zhì)程度越高，產(chǎn)氣數(shù)量越多，瓦斯含量越大。（2）變質(zhì)程度不同的煤，空隙率不同，吸附能力差異較大。2、埋藏深度瓦斯壓力隨埋藏深度增加而增大。第五節(jié) 礦井瓦斯3、圍巖及透氣性：（1）孔滲性特：孔隙度、有效孔隙度（2）變形特征：煤層頂板的變形破壞可以分為斷層裂隙型頂板、緊密褶皺型頂板、透鏡頂板三種。 脆性巖層主要發(fā)育垂直于層面的破劈理，塑性巖層主要發(fā)育平行層面的的流壁理，相鄰脆、塑巖層面出現(xiàn)折射現(xiàn)象。4、地質(zhì)構(gòu)造開放型斷裂有利于瓦斯排放，封閉型斷裂有利于瓦斯聚積。在煤層頂板巖性致密，透氣性差的條件下，在未受斷裂破壞和嚴(yán)重剝蝕的

15、褶皺地區(qū)，一般在背斜軸部瓦斯含量大，向斜槽部小，當(dāng)頂板為脆性巖層時，則相反。5、地下水活動：有利于瓦斯逸散。第五節(jié) 礦井瓦斯三、礦井瓦斯涌出瓦斯涌出：煤礦工采破壞了煤層的原始的應(yīng)力平衡，使煤層瓦斯涌向采掘空間釋放的過程稱為瓦斯涌出。普通涌出：是瓦斯由煤（巖）層的新鮮暴露面，通過孔隙、裂隙，緩慢，長時間的釋放瓦斯的過程。特殊涌出：是在采掘時，瓦斯在極短的時間內(nèi)由煤體、圍巖內(nèi)突然、大量地涌出，有時還伴有煤粉、煤塊和巖石的過程。第五節(jié) 礦井瓦斯1、礦井瓦斯涌出量（1）絕對涌出量：指礦井在單位時間內(nèi)涌出的瓦斯量，單位m3/d或m3/min 。（2）相對涌出量：礦井正常生產(chǎn)時，平均每產(chǎn)1t煤所涌出的瓦斯

16、量，單位m3/t 。2、礦井瓦斯等級（1）低瓦斯礦井：相對瓦斯涌出量10 m3/t。（3）煤(巖)與瓦斯突出礦井：采掘過程中發(fā)生過煤(巖)與瓦斯突出的礦井。3、礦井瓦斯涌出量預(yù)測礦山統(tǒng)計法：通過對鄰近礦井或本礦已采區(qū)域?qū)嶋H瓦斯涌出資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出本井田瓦斯涌出量隨開采深度變化的統(tǒng)計規(guī)律，外推到預(yù)測的新區(qū)分源統(tǒng)計法：是指將煤礦井下瓦斯涌出的不同地點(diǎn)劃分為不同的瓦斯來源，考慮煤層瓦斯賦存條件（煤層瓦斯含量、煤層層間距、采煤工藝、煤層厚度）、開采工藝條件等因素，分別對各個瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測，最后匯總得出礦井瓦斯涌出量。第五節(jié) 礦井瓦斯四、礦井瓦斯防治（一）礦井瓦斯的危害1、礦井瓦斯排放會污染環(huán)

17、境，加劇大氣“溫室效應(yīng)”。2、造成瓦斯窒息事故。3、釀成瓦斯燃燒事故或瓦斯爆炸事故。4、發(fā)生煤與瓦斯突出事故。（二）防止瓦斯爆炸的措施1、加強(qiáng)通風(fēng)，保證通風(fēng)有效、穩(wěn)定和不間斷。2、加強(qiáng)瓦斯檢查。3、及時處理局部瓦斯聚集。第五節(jié) 礦井瓦斯（三）防止瓦斯噴出和煤與瓦斯突出的措施。防止瓦斯噴出遵循“探、排、引、堵”原則（探明地質(zhì)構(gòu)造，排放瓦斯，將瓦斯引至回風(fēng)流巷道中，封堵裂隙）。煤與瓦斯突出是指在地應(yīng)力、瓦斯共同作用下，破碎的煤巖體由煤體或巖體突然拋向采掘空間，并伴隨著大量瓦斯涌出的一種異常復(fù)雜的動力現(xiàn)象?！八奈灰惑w”：是指在瓦斯防治過程中，先進(jìn)行煤與瓦斯突出危險性預(yù)測，然后對具有突出危險性的區(qū)域采

18、取治理措施，措施結(jié)束后再行效果驗(yàn)證，采取安全防護(hù)措施下進(jìn)行生產(chǎn)。第五節(jié) 礦井瓦斯（四）編制瓦斯地質(zhì)圖編制瓦斯地質(zhì)圖是瓦斯地質(zhì)工作的重要內(nèi)容之一。瓦斯地質(zhì)圖是反映煤層瓦斯賦存規(guī)律和涌出規(guī)律的基本圖件，是瓦斯地質(zhì)工作成果的反映，是突出危險性預(yù)測及防治的重要依據(jù)。突出點(diǎn)剖面圖突出點(diǎn)分布圖瓦斯含量預(yù)測圖煤與瓦斯突出區(qū)域劃分圖06第六節(jié) 地溫與地壓地球的溫度礦山壓力第六節(jié) 地溫與地壓一、地溫與礦井熱害地溫：是指地表面和地面以下不同深度地方的溫度。礦井熱害：是指礦井中影響人體健康、降低勞動效率和危及安全生產(chǎn)的熱、濕環(huán)境。影響地溫異常因素：巖石的巖性、基底起伏與構(gòu)造形態(tài)、斷裂帶（深大斷裂帶）、地下水。第六節(jié)

19、 地溫與地壓二、地壓地壓：又稱礦山壓力，存在于采掘空間圍巖內(nèi)的力，稱為礦山壓力。原巖應(yīng)力：天然存在于巖體中的應(yīng)力。采動應(yīng)力：受采動影響在巖體中重新分布后形成的力。支承壓力：由于采掘空間原被采物所承受的載荷轉(zhuǎn)移到周圍支承體上而形成的壓力。沖擊地壓，又稱巖爆，這是一種巖體中聚積的彈性變形勢能在一定條件下的突然猛烈釋放，導(dǎo)致巖石爆裂并彈射出來的現(xiàn)象。常伴有煤巖體拋出、巨響及氣浪等現(xiàn)象。它具有很大的破壞性，是煤礦重大災(zāi)害之一。（一）產(chǎn)生的原因上覆巖層重力地質(zhì)構(gòu)造殘余應(yīng)力第六節(jié) 地溫與地壓（二）地壓的表現(xiàn)特征1、頂壓2、側(cè)壓3、底壓（三）地壓的觀測與處理對不同巖層、不同支護(hù)形式下的頂板壓力與頂板下沉、初次來壓和周期來壓步距、支柱的載荷頂板的下沉量進(jìn)行觀測。第六節(jié) 地溫與地壓（三）地壓的觀測