影響煤礦生產(chǎn)的地質(zhì)因素

1、第六章 影響煤礦生產(chǎn)的地質(zhì)因素 第一節(jié) 煤層厚度變化第二節(jié) 礦井地質(zhì)構(gòu)造 第三節(jié) 巖溶塌陷 第四節(jié) 礦井瓦斯 第六章 影響煤礦生產(chǎn)的地質(zhì)因素 影響煤礦生產(chǎn)的地質(zhì)因素是指在采掘生產(chǎn)過(guò)程中，影響煤礦生產(chǎn)的 主要地質(zhì)條件，如煤層厚度變化、地質(zhì)構(gòu)造等，不同的礦井有不同的主要影響因素，本章從地質(zhì)與采礦結(jié)合的 角度著重講述地質(zhì)因素研究的意義、任務(wù)、觀測(cè)、預(yù)測(cè)、處理方法。第一節(jié) 煤層厚度變化一、煤層厚度變化的原因 煤層是泥炭層經(jīng)煤化作用轉(zhuǎn)化形成的 ，大都呈層狀或是似層狀。 煤厚變化的原因很多，歸納起來(lái)可劃分為兩類：1、原生變化：整個(gè)含煤巖系最終形成之前，由某些地質(zhì)因素引起的煤層的厚度變化。1）地殼不均衡沉降

2、 不均衡沉降 沼澤基底不平2）泥炭沼澤基底不平： 泥炭沼澤基底不平引起的煤層厚度變化特點(diǎn)：（1）底板起伏不平，而頂板與煤層的接觸面是平面。（2）煤層變博的方向是底板突起的方向，煤層厚度是漸變的。（3）煤分層或夾矸被基底隆起地段隔開(kāi)而呈現(xiàn)不連續(xù)。3）同生沖蝕： 在煤層形成過(guò)程中，即未形成煤層頂板以前，因地殼上升，河流在含煤地段發(fā)育，泥炭被沖蝕同生沖蝕。同生沖蝕的特征：（1）煤層和沖刷物有共同的頂板。（2）煤層和沖刷物相混，煤中有沖刷物，沖刷物中有煤。（3）沖刷范圍一般不大。（4）沖刷物平面分布呈彎曲條帶狀。2、次生變化： 含煤巖系形成以后，由于地殼運(yùn)動(dòng)、巖漿活動(dòng)、侵蝕沖刷等引起煤層厚度發(fā)生變化。

3、1）次生沖蝕：形成煤層和頂板以后，由于地殼上升，煤和頂板遭受沖刷。 煤系內(nèi)的后生沖蝕 煤系形成后的后生沖蝕次生沖蝕的特征：（1）沖蝕規(guī)模較大，煤、頂板機(jī)器底板均被沖蝕。（2）沖刷沉積物粒度較粗，常為礫巖、粗砂巖及中砂巖。（3）鄰近沖刷帶的煤層，光澤變暗、灰分增高、裂隙發(fā)育。（4）被沖刷的煤層與沖刷沉積物犬齒交錯(cuò)。2）構(gòu)造擠壓：（1）受褶皺影響：（2）受斷層影響： 褶皺引起煤厚變化 斷層引起煤厚變化 二、煤厚變化對(duì)煤礦生產(chǎn)的影響1、影響采掘布置 原分層開(kāi)采的厚煤層，由于煤厚變薄，只能改為單層開(kāi)采。原一次采全厚的煤層，由于煤層增厚，又要改為分層開(kāi)采。2、影響計(jì)劃生產(chǎn) 工作面內(nèi)煤層變薄，引起工作面回

4、采提前，造成采掘失調(diào)。工作面接續(xù)緊張。采掘工作面，對(duì)煤層穩(wěn)定程度要求更高，煤厚變化影響生產(chǎn)效率 3、掘進(jìn)率增高 為探明煤厚變化，需要布置探巷，有時(shí)煤層尖滅造成廢巷4、回采率降低 煤厚變化，造成面積損失，降低回采率。（一）煤層的觀測(cè)1、觀測(cè)的內(nèi)容：1）煤層結(jié)構(gòu)：各煤層夾石層層數(shù)，巖性。2）煤層厚度：總厚度，分層厚度及變化。3）煤層頂?shù)装澹簬r性、厚度、裂隙發(fā)育程度、力學(xué)性質(zhì)。4）煤質(zhì)：煤的物理性質(zhì)，煤巖類型。5）煤層含水性：一般分為干燥（無(wú)水）、潮（滴）、濕（淋水）、含水（涌水）6）煤層產(chǎn)狀。（二）煤層的探測(cè) 對(duì)于巷道未揭露的厚煤層或沒(méi)有巷道揭露的煤層，就必須采用一些探測(cè)手段，來(lái)了解其厚度變化。探

5、測(cè)工作常用的是探煤鉆和探煤巷。1）掘進(jìn)煤層巷道的探煤厚工作 在能夠揭露煤層全厚的薄煤層及部分中厚煤層的巷道中，可用皮尺垂直煤層頂?shù)装逯g測(cè)量煤層真厚度。 在只能揭露部分厚煤層及部分中厚煤層的巷道中，須用鉆探或巷探方法探測(cè)煤層全厚。2）回采工作面的探煤厚工作 在厚煤層分層開(kāi)采的工作面中，為了準(zhǔn)確控制各分層的回采厚度，僅根據(jù)回采巷道中的煤厚點(diǎn)是不夠的，一般還要在上分層的回采過(guò)程中，既測(cè)量實(shí)測(cè)采高，又按一定間距探測(cè)煤厚。（1）工作面探煤點(diǎn)間距：沿走向的間距一般為15米左右，沿傾向的間距視煤厚變換情況而定，一般為510米。（2）工作面探煤厚的方式： 回采第一分層時(shí)，一次探測(cè)煤層全厚。 回采第一分層時(shí)，

6、只探測(cè)下一分層厚度第二節(jié) 礦井地質(zhì)構(gòu)造 地質(zhì)構(gòu)造包括：褶皺構(gòu)造、斷層和節(jié)理 礦井地質(zhì)構(gòu)造按其規(guī)模大小和對(duì)生產(chǎn)的影響程度不同，可以劃分為大、中、小三個(gè)等級(jí)。大型構(gòu)造：指整個(gè)煤產(chǎn)地的骨干構(gòu)造。它決定著井田的劃分和總體構(gòu)造輪廓?？碧诫A段以查明，不是礦井地質(zhì)研究的重點(diǎn)。中型構(gòu)造：分布在井田范圍內(nèi)，影響水平、采區(qū)劃分和巷道布置的次一級(jí)構(gòu)造?？碧诫A段尚未查明，對(duì)生產(chǎn)影響極大，研究重點(diǎn)。小型構(gòu)造：規(guī)模很小。在一條巷道或一個(gè)工作面內(nèi)就能看清全貌的更次一級(jí)構(gòu)造。其密集發(fā)育時(shí)，對(duì)生產(chǎn)影響很大。一、褶曲研究1、褶曲的判斷與觀測(cè)：1）褶曲的識(shí)別：井下判斷褶曲的標(biāo)志：新老巖層對(duì)稱出現(xiàn)且?guī)r層產(chǎn)狀有規(guī)律地變化。2、查明褶曲

7、的生產(chǎn)探測(cè)手段： 生產(chǎn)勘探手段：1）巷探：布置應(yīng)遵循“一巷兩用”的原則，探明褶曲，生產(chǎn)利用。2）井下鉆探：構(gòu)造復(fù)雜，控制較少的褶曲，應(yīng)在井下鄰近巷道利用鉆探查明。4、褶曲對(duì)煤礦生產(chǎn)的影響和處理：1）大型褶曲：指影響井田劃分和整個(gè)開(kāi)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(kāi)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。 以中型緊閉褶曲軸作為采區(qū)邊界 以中型向斜軸作為采區(qū)中心 布置采區(qū)上山 工作面直接推過(guò)向斜軸2）中型褶曲：往往是大型褶曲的次一級(jí)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(guò)褶曲軸（寬緩褶曲）。

8、3）小型褶曲：（1）使煤厚發(fā)生變化。（2）沿煤掘進(jìn)時(shí)，褶曲使巷道變得彎曲。（3）影響工作面的長(zhǎng)短。二、斷層研究1、斷層的判斷與觀測(cè)：1）斷層的判斷：斷層出現(xiàn)以前，可能出現(xiàn)的征兆：（1）煤巖層產(chǎn)狀發(fā)生急劇變化：斷層附近的煤巖層，由于受斷層兩盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)影響，往往會(huì)發(fā)生顯著變化。（2）煤層厚度發(fā)生變化，煤層頂、底板出現(xiàn)不平行現(xiàn)象：煤層受斷層影響易發(fā)生塑性變形，使厚度改變。（3）接近斷層時(shí)，煤層和頂、底板中裂隙顯著增加，并具有一定的規(guī)律性。（4）在大斷層附近常伴生一系列小斷層，這些小斷層是預(yù)兆大斷層的重要標(biāo)志。（5）瓦斯涌出量增加：斷層可以賦存瓦斯，當(dāng)巷道揭露到斷層附近時(shí)，斷層中的瓦斯就可以通過(guò)煤巖層

9、中的裂隙進(jìn)入到巷道。（6）涌水量增加：滴水、淋水要注意。（7）煤、巖層產(chǎn)狀不連續(xù)。（8）煤、巖層的重復(fù)與缺失。（9）斷層帶出現(xiàn)斷層泥及斷層角礫巖 斷層出現(xiàn)征兆和使用說(shuō)應(yīng)注意的問(wèn)題，可簡(jiǎn)要?dú)w納為幾句話： 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，滴水淋水或涌水，反?，F(xiàn)象放在心，綜合起來(lái)再確定，以防“草木皆成兵”。3）斷失翼煤層的尋找：（1）層位對(duì)比法：（2）構(gòu)造形跡判定法： 是指根據(jù)與斷層伴生和派生的小型和微型構(gòu)造來(lái)判斷斷層性質(zhì)的一種方法。牽引褶曲 斷層引起的牽引褶曲（3）規(guī)律類推法 故據(jù)已掌握的該區(qū)的發(fā)育特征和規(guī)律，確定斷層性質(zhì)，指明斷失翼煤層尋找方向的一種方法。適用于

10、開(kāi)采時(shí)間長(zhǎng)，資料豐富的礦井。（4）生產(chǎn)勘探法 如果遇到斷層，通過(guò)觀測(cè)和綜合分析，仍不能確定斷層性質(zhì)或已確定斷層性質(zhì)，但斷距無(wú)法確定時(shí)，需用生產(chǎn)勘探的方法來(lái)解決，其手段是巷探、鉆探、物探。（5）小斷層類比法 根據(jù)與主要斷層有成因聯(lián)系的小斷層特征和錯(cuò)動(dòng)規(guī)律來(lái)推斷主要斷層性質(zhì)，從而尋找斷失煤層的方法。通常小斷層與主演斷層為同一性質(zhì)斷層。3、斷層對(duì)煤礦生產(chǎn)的影響及處理1）開(kāi)拓設(shè)計(jì)階段：（1）井田、采區(qū)邊界的確定：H50米的斷層，應(yīng)考慮該斷層作為井田邊界，這樣使斷層煤柱和邊界煤柱和為一體，避免出現(xiàn)三角煤 + + + + + + 30米煤柱 + + + + + +（2）井筒位置的選擇：井筒盡可能避開(kāi)大斷層

11、（3）井田開(kāi)拓方式的確定：如遇斷層破壞強(qiáng)烈區(qū)用豎井+主石門比斜井開(kāi)拓合理第三節(jié) 巖溶陷落柱巖溶陷落柱：在石灰?guī)r等可溶性巖層地區(qū)，由于地下水的溶蝕作用而產(chǎn)生的塌陷現(xiàn)象。一、巖溶陷落柱的成因及特征（一）陷落柱1、成因：1）地質(zhì)條件：巖溶發(fā)育必須具備的四個(gè)條件：（1）有可溶性巖層存在；（2）可溶性巖層透水；（3）水具侵蝕性；（4）水要流動(dòng)2）形成過(guò)程：在重力作用下上覆巖層塌陷產(chǎn)生2、特征1）地表特征：盆狀陷落區(qū)2）井下特征（1）柱面的垂直剖面為兩條折線；（2）平面形狀為一封閉曲線；（3）剖面形狀為梯形，上小下大；（4）柱高與巖溶大小、地下水排泄條件有關(guān)；（5）柱內(nèi)特征：上部巖石碎塊雜亂無(wú)章，大小懸殊

12、。早期的巖石碎塊多已膠結(jié)成巖3、井下遇陷落柱前的預(yù)兆：1）煤巖層產(chǎn)狀變化，向中心傾斜2）裂隙增多3）小斷層發(fā)育4）煤被氧化，光澤變暗5）瓦斯增加二、巖溶塌陷的處理方法1）主要開(kāi)拓巷道遇陷落柱：按原計(jì)劃施工。2）回采工作面遇陷落柱：處理原則：查清其范圍，縮短工作面回采。3）回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷遇陷落柱：一般直接通過(guò)。第四節(jié) 礦井瓦斯瓦斯：是指在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，從煤和圍巖中釋放出來(lái)的一種多成分的混合氣體。一、礦井瓦斯的形成及分帶1、瓦斯的成分和性質(zhì)：瓦斯中甲烷（CH4）占絕大多數(shù)。瓦斯又稱沼氣，為無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒，可以燃燒和爆炸的氣體。比重為0.554，比空氣輕，聚集在巷道上部。2、瓦斯的賦存狀態(tài)1）游

13、離狀態(tài)瓦斯：以氣體分子自由運(yùn)動(dòng)于煤層孔隙和裂隙中的瓦斯。2）吸著狀態(tài)瓦斯：（1）吸附瓦斯：吸附在煤巖體表面的瓦斯，它往往形成一層薄膜。（2）吸收瓦斯：瓦斯分子進(jìn)入煤體內(nèi)部，與煤分子緊密結(jié)合成固 溶體。3、瓦斯的成因 瓦斯的形成和煤的 形成是同步的，而且貫穿整個(gè)成煤過(guò)程的始終，但瓦斯大量生成并保存下來(lái)，是在煤的變質(zhì)作用階段 。1）生物化學(xué)作用階段 植物成煤第一階段有機(jī)質(zhì)分解形成瓦斯，此階段形成瓦斯是大量的，但保存很少，因?yàn)榇藭r(shí)成煤物質(zhì)多暴露在地表或埋藏很淺，絕大多數(shù)瓦斯都逸散到大氣中。2）變質(zhì)作用階段 成煤的第二階段過(guò)程中，煤炭物質(zhì)產(chǎn)生熱解，發(fā)生一系列變化同時(shí)產(chǎn)生大量瓦斯。 該階段形成的瓦斯，由

14、于在地下深處，不易擴(kuò)散，煤礦生產(chǎn)中所揭露的瓦斯絕大部分是這階段形成3）油氣田瓦斯侵入來(lái)源于周圍的含油層4、瓦斯分帶 煤層瓦斯成分由淺而深大體可分為四帶第一帶：N2-CO2帶： CH4=010%，N2=2080%，CO2=2080%第二帶：N2帶： CH4=020%， N2=80100%，CO2 =020%第三帶：N2 - CH4 帶： CH4=2080%，N2=2080%,CO2=020%第四帶：CH4 帶： CH4=80100%， N2=020%，CO2=020% 前三帶稱為瓦斯風(fēng)化帶，其深度差別很大，決定于空氣透入條件，上部煤巖層風(fēng)氧化情況及地下水活動(dòng)強(qiáng)弱程度。二、瓦斯含量的研究 煤層瓦斯含量：?jiǎn)挝惑w積或重量的煤體內(nèi)，含瓦斯的體積，單位m3/t、cm3/g，它應(yīng)包括吸著、游離瓦斯。1、影響瓦斯含量的地質(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）圍巖和煤層的滲透性： 滲透性好，有利用于瓦斯的運(yùn)移和排放，煤