煤礦地質(zhì)基本知識

1、煤礦地質(zhì)基本知識第1頁，共22頁，2022年，5月20日，14點47分，星期四一、煤層埋藏特征 我們開采的煤層賦存在煤系巖層之中。煤系中的煤層的層數(shù)、層間距、煤層的厚度、結(jié)構(gòu)、傾角、埋深等等，都是我們選擇合理的開拓方案和采煤方法的主要依據(jù)。采礦工作者只有對煤系中含煤情況及煤系地層各段的巖性了解清楚，那么從設(shè)計方案的確定到基建、生產(chǎn)才能順利進行。第2頁，共22頁，2022年，5月20日，14點47分，星期四1. 煤層的頂、底板 煤系是含煤巖系的簡稱，它是指有成因聯(lián)系且含有煤層的一套連續(xù)沉積而形成的沉積巖層。主要由各種粉沙巖、砂巖、頁巖以及泥巖等沉積巖組成。煤層的頂?shù)装媸侵该合抵形挥诿簩由舷乱欢ň?/p>

2、離內(nèi)的巖層。了解這些巖層的巖性特征、層厚、層理及節(jié)理發(fā)育程度、強度，可塑性等，對確定采煤方法、設(shè)備選擇、頂板管理和巷道支護方式、估計煤與瓦斯突出的危險性均有重要意義。第3頁，共22頁，2022年，5月20日，14點47分，星期四通常用煤系地層地質(zhì)柱狀圖來表示煤層的頂?shù)装?。煤層的頂板。從采煤工作的角度，根?jù)頂板巖層變形和垮落特征以及與煤層的位置關(guān)系，可將頂板分為偽頂、直接頂和老頂三種，如圖21a所示。根據(jù)巖層的相對位置及開采過程中巖層變形、垮落的難易程度，頂板可分為偽頂、老頂和基本頂3部分。第4頁，共22頁，2022年，5月20日，14點47分，星期四（1）偽頂直接與煤層接觸，極易垮塌的薄層巖石

3、，常隨采隨落，厚度一般僅幾厘米到幾十厘米；巖性多為炭質(zhì)頁巖。（2）直接頂比偽頂不易垮落，但將煤采出后，一般自行垮落；它是頂板維護和管理的對象，一般厚度可達幾米，巖性常為粉砂巖、泥巖。（3）老頂一般在長時間內(nèi)不易自行垮塌，往往只發(fā)生緩慢下沉。一般厚度較大，巖性多為砂巖、石灰?guī)r。值得注意的是并不是每一煤層頂板都可分為上述三種。這取決于煤系沉積過程，比如山西大同等地于煤層直接接觸的是老頂，為河相砂巖。第5頁，共22頁，2022年，5月20日，14點47分，星期四2）煤層的底板。煤層的底板巖石可分為直接底和老底兩種，如圖21b所示。a煤層頂板；b煤層底板1中粒砂巖；2砂質(zhì)頁巖；3炭質(zhì)頁巖；4煤；5粘土

4、巖；6粉砂巖第6頁，共22頁，2022年，5月20日，14點47分，星期四（1）直接底以富含炭質(zhì)的粘土巖最為常見，厚度一般幾十厘米。如果直接底的巖性是遇水后膨脹粘土巖，則可造成巷道底板隆起（底鼓）現(xiàn)象，輕者影響巷道運輸于支護，重者使巷道遭受破壞。（2）老底位于直接底之下，常為粉砂巖或砂巖，在南方有些煤礦也可見到石灰?guī)r老底。詳細了解煤層底板各層巖石巖性、厚度、強度、含水性、遇水膨脹性等，對于合理布置巖巷（通常是大巷）及支護巷道有主要意義。第7頁，共22頁，2022年，5月20日，14點47分，星期四2煤層的結(jié)構(gòu)、厚度根據(jù)煤層中有無較穩(wěn)定的夾矸層，可將煤層分為兩類。（1）簡單結(jié)構(gòu)煤層。這類煤層中沒

5、有呈層狀出現(xiàn)的較穩(wěn)定的矸石夾層，但可能含有透鏡體或結(jié)核。（2）復雜結(jié)構(gòu)煤層：這類煤層中含有較穩(wěn)定的矸石夾層。通常厚度較大的煤層往往是復雜結(jié)構(gòu)的。各個地區(qū)煤層厚度不一，由幾厘米到幾十厘米甚至上百米。在目前經(jīng)濟技術(shù)條件下，可以開采的煤層厚度稱為開采厚度。國家或地區(qū)規(guī)定的開采厚度的最低標準稱為最低開采厚度。根據(jù)煤層厚度對開采技術(shù)的影響，煤層可分為3類：薄煤層小于1.3m的煤層；中厚煤層厚度在1.33.5m的煤層；厚煤層厚度大于3.5m的煤層；在生產(chǎn)工作中，習慣上將厚度大于6m的煤層稱為特厚煤層。任何煤層的厚度，實際上或多或少總有些變化。根據(jù)煤層厚度變化情況（穩(wěn)定性），可將煤層分為四類，即穩(wěn)定煤層、較

6、穩(wěn)定煤層、不穩(wěn)定煤層、極不穩(wěn)定煤層。第8頁，共22頁，2022年，5月20日，14點47分，星期四（三）煤層的形態(tài)原始沉積的煤層，應該是水平或近水平的并在一定范圍內(nèi)是連續(xù)的。由于后期地殼運動及外力地質(zhì)作用的影響，使煤層隨煤系地層發(fā)生變形和變位，形成各種構(gòu)造形態(tài)。煤層的空間形態(tài)及展布方向用產(chǎn)狀要素，即走向、傾向和傾角來表示，被稱為產(chǎn)狀三要素，如圖22所示。走向：煤層層面與 面的交 圖22煤層的產(chǎn)狀要素ab走向線；cd傾斜線；ce傾斜線；a煤層傾角線稱為走向線，它是水平一條水平線；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面上延伸方向。傾向：即煤層的傾向方向，它與走向垂直，并指向巖層面

7、傾斜向下的一方，也就是傾斜線在水平面的投影方向。傾角：傾斜層面與水平面之間夾的銳角，也就是傾斜線之間的夾角。傾角的大小反映煤層傾斜的程度。煤層傾角越大，開采難度也就越大。煤層傾角對開采技術(shù)和裝備選擇有較大的影響。煤層的傾角在00900之間的變化。根據(jù)目前開采技術(shù)，我國按傾角將煤層分為4類：近水平煤層傾角小于80以下緩傾斜煤層傾角在825；傾斜煤層傾角在2545；急傾斜煤層傾角在4590。一般情況下，傾角小的煤層開采比較容易，傾角大的煤層如開采急傾斜煤層就比較困難，特別是實行機械化開采更為困難。第9頁，共22頁，2022年，5月20日，14點47分，星期四煤層的空間形態(tài)及展布方向用產(chǎn)狀要素第10

8、頁，共22頁，2022年，5月20日，14點47分，星期四二、地質(zhì)構(gòu)造原始沉積的煤（巖）層，由于后來地質(zhì)變遷、地殼運動而造成巖層空間形態(tài)個產(chǎn)狀發(fā)生變化，形成新的結(jié)構(gòu)稱為地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造可歸納為三種基本類型，即單斜構(gòu)造、褶曲構(gòu)造、斷裂構(gòu)造。單斜構(gòu)造在一定范圍內(nèi)（通常一個井田）巖層向一個方向傾斜的構(gòu)造形態(tài)叫單斜構(gòu)造。在較大區(qū)域內(nèi)，單斜構(gòu)造往往是其他構(gòu)造形態(tài)的一部分，如褶曲一翼，或是斷層的一盤。煤層的底板與不同高程水平面的交線在平面上的投影，稱為煤層底板等高線圖。它反映煤層在空間的形態(tài)和構(gòu)造特點，是礦井設(shè)計、生產(chǎn)、儲量計算的基礎(chǔ)。如圖23所示為單斜構(gòu)造煤層底板等高線圖。單斜構(gòu)造煤層底板等高線表現(xiàn)為

9、間距大致相等的一組平行線。煤層走向有變化則表現(xiàn)為煤層底板等高線發(fā)生彎曲。等高線的間距大小表示煤層傾角的大小。第11頁，共22頁，2022年，5月20日，14點47分，星期四圖23 煤層底板等高線圖第12頁，共22頁，2022年，5月20日，14點47分，星期四2褶曲構(gòu)造煤層或巖層受到水平力的擠壓而發(fā)生波狀彎曲，但仍保持連續(xù)性和完整性的構(gòu)造形態(tài)稱為褶皺構(gòu)造。巖層褶皺構(gòu)造中的每一個基本單位稱褶曲。如圖24所示。 圖24 背斜和向斜1背斜；2向斜（1）褶皺構(gòu)造中的每一彎曲為褶曲，褶曲分為向斜和背斜。背斜：巖層在剖面上表現(xiàn)為層面凸起的彎曲。向斜：巖層在剖面上表現(xiàn)為層面下凹的彎曲。注意：判斷褶皺構(gòu)造時，

10、不能以地形高低為依據(jù)。背斜和向斜不是孤立存在的，往往彼此相鄰，是連續(xù)發(fā)育的，背斜的一翼也是向斜的一翼，中間無界限。（2）褶曲構(gòu)造的主要類型。水平褶曲。褶曲水平延伸。煤層底板等高線為一組平行線，標高反映出背斜和向斜的變化。傾伏褶曲。褶曲沿一定方向傾伏。等高線凸向指向標高升高的方向，為傾伏向斜，反之為傾伏背斜，如圖25所示。第13頁，共22頁，2022年，5月20日，14點47分，星期四圖24 背斜和向斜圖25 傾伏褶曲煤層等高線示意圖第14頁，共22頁，2022年，5月20日，14點47分，星期四3、斷裂構(gòu)造巖層受地質(zhì)作用力后遭到破壞，失去了連續(xù)性和完整性的構(gòu)造形態(tài)。斷裂后，兩側(cè)巖層若沒有發(fā)生顯

11、著位移，稱為裂隙；如發(fā)生了顯著位移則稱為斷層。（1）斷層要素。斷層是巖層沿斷裂面發(fā)生顯著位移的斷裂構(gòu)造。斷層的基本組成部分如圖26所示。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。斷層線。斷層面與地面的交線，即斷層面在地面的出露線。它大致反映斷層的延伸方向。交面線。斷層面與煤層底板面的交線。斷盤。被斷層面分開的兩側(cè)巖塊。若斷層面是傾斜面的，根據(jù)巖塊與斷層面的相對關(guān)系，分為上盤和下盤。上盤位于斷層面上方；下盤位于斷層面下方。斷距。斷層兩盤相對移動的距離。未錯開前的某點，錯動后分裂為兩點，分別在兩個盤上，測得兩點的實際距

12、離稱總斷距。落差。斷層兩盤上對應點的鉛直斷距，如圖27所示。第15頁，共22頁，2022年，5月20日，14點47分，星期四圖26 斷層要素示意圖 第16頁，共22頁，2022年，5月20日，14點47分，星期四圖27 斷距示意圖第17頁，共22頁，2022年，5月20日，14點47分，星期四（2）斷層的分類根據(jù)斷層上下兩盤相對移動的方向分為3類，如圖28所示。圖28 斷層的基本類型a正斷層；b逆斷層；c平推斷層正斷層。上盤相對下降，下盤相對上升； 逆斷層。上盤相對上升，下盤相對下降；平推斷層。斷層兩盤沿水平方向相對移動。根據(jù)斷層走向與巖層走向的關(guān)系可分為走向斷層、傾向斷層和斜交斷層，如圖29

13、所示。走向斷層斷層走向與巖層走向平行；傾向斷層斷層走向與巖層走向垂直；斷層走向與巖層走向斜交；斷層在各礦區(qū)分布很廣，其形態(tài)、類型繁多，規(guī)模大小不一。一般將落差大于50m的稱為大型斷層；落差在2050m之間的稱為中型斷層；落差小于20m 的稱為小型斷層。圖29 根據(jù)斷層走向與所在煤層走向關(guān)系分類F1走向斷層；F2傾斜斷層；F3斜交斷層 （3）斷層特征。斷層巖層兩盤產(chǎn)狀可能不同，地層不連續(xù)，有地層擦痕和地層牽引現(xiàn)象。走向地層還表現(xiàn)為地層重復或缺失。斷層使煤層底板等高線產(chǎn)生不連續(xù)現(xiàn)象。正斷層表現(xiàn)為煤層底板等高線中斷缺失，中斷缺失部分為無煤區(qū)。逆斷層使煤層底板等高線重疊，重疊部分為煤層上下重復區(qū)，如圖210所示。第18頁，共22頁，2022年，5月20日，14點47