采煤概論 第一章 煤礦地質(zhì)知識(shí)

淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院《采煤概論》第一篇煤礦地質(zhì)第一章煤礦地質(zhì)知識(shí)主講人：曹祺第一章煤礦地質(zhì)知識(shí)第一節(jié)地質(zhì)作用、地殼的物質(zhì)組成及地史的概念第二節(jié)煤的形成及煤系第三節(jié)煤的性質(zhì)及工業(yè)分類第四節(jié)煤層的埋藏特征第五節(jié)煤田地質(zhì)勘探及礦井儲(chǔ)量2023/2/1淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院采煤概論2第一節(jié)地質(zhì)作用、地殼的物質(zhì)組成及地史的概念

埋藏在地下的煤和其他礦產(chǎn)資源，都是地殼物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和各種地質(zhì)作用的產(chǎn)物。一、地質(zhì)作用（一）內(nèi)力地質(zhì)作用由地球內(nèi)部能量引起的地殼物質(zhì)成分、內(nèi)部構(gòu)造、地表形態(tài)發(fā)生變化的地質(zhì)作用，它包括地殼運(yùn)動(dòng)、巖漿活動(dòng)、變質(zhì)作用和地震作用等。（二）外力地質(zhì)作用它作用在地殼表層，主要是由地球以外的太陽(yáng)輻射能、日月引力能等引起。按其作用方式可分為：風(fēng)化和剝蝕、搬運(yùn)和沉積、固結(jié)成巖。2023/2/1淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院采煤概論3第一節(jié)地質(zhì)作用、地殼的物質(zhì)組成及地史的概念

二、地殼的物質(zhì)組成地殼是指地球表面及其以下的堅(jiān)硬殼層，其厚度約為地球半徑的四百分之一

（一）礦物

它是一種由一種或多種元素在地質(zhì)作用下形成的，具有比較固定的化學(xué)成分和物理性質(zhì)的自然產(chǎn)物。

（二）巖石1、組成地殼的巖石種類繁多，按照生成原因，可以將巖石劃為巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖三大類別。

淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院采煤概論4

1、巖漿巖是地球內(nèi)部的高溫熔融狀態(tài)的巖漿，沿地殼薄弱地帶侵入地殼或噴出地表逐漸冷卻、凝固而形成的巖石。

2、變質(zhì)巖

變質(zhì)巖是原有的巖漿巖、沉積巖或變質(zhì)巖在地殼中受到高溫、高壓及化學(xué)活潑的氣體或液體的影響，巖石的物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，變成一種新的巖石。常見(jiàn)的變質(zhì)巖有：由石灰?guī)r、白云巖變質(zhì)而成的大理巖；由石英砂巖變質(zhì)而成的石英巖2023/2/1淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院采煤概論5第一節(jié)地質(zhì)作用、地殼的物質(zhì)組成及地史的概念

2023/2/1淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院采煤概論63、沉積巖沉積巖是在地表或接近地表的常溫、常壓條件下，暴露于地表的先成的巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖，經(jīng)受外力地質(zhì)作用被風(fēng)化、剝蝕成碎塊或碎屑的物質(zhì)和溶解物質(zhì)，經(jīng)搬運(yùn)、沉積和固結(jié)成巖作用而形成新巖石。沉積巖分布最廣，地表約75%的面積都覆蓋有沉積巖，有許多重要的礦產(chǎn)如煤、油頁(yè)巖、巖鹽等本身就是沉積巖。

第一節(jié)地質(zhì)作用、地殼的物質(zhì)組成及地史的概念

層狀構(gòu)造：由于先后沉積的物質(zhì)在成分、粒度、顏色、形狀等方面的差異，沉積巖顯示出有明顯的成層現(xiàn)象。層面：巖石之間的層面。層理：巖層兩個(gè)層面之間更細(xì)微的成層現(xiàn)象。層面構(gòu)造：沉積巖層上面有時(shí)還保留著反映沉積時(shí)代環(huán)境的某些特征。第一節(jié)地質(zhì)作用、地殼的物質(zhì)組成及地史的概念

8第一節(jié)地質(zhì)作用、地殼的物質(zhì)組成及地史的概念

礦區(qū)常見(jiàn)的有以下幾種沉積巖：角礫巖、礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖及頁(yè)巖、石灰?guī)r。三、地史的概念地殼的發(fā)展歷史簡(jiǎn)稱地史。在45億年以前形成的地球，在漫長(zhǎng)的歲月里，其地殼在不停地運(yùn)動(dòng)，地球上的生物也在不斷地發(fā)展演化。研究表明，地球上的任何一種礦物、巖石，任何地貌和構(gòu)造形態(tài)以及任何一種動(dòng)植物，都是地殼發(fā)展演化的產(chǎn)物。通常根據(jù)地殼運(yùn)動(dòng)及古生物的發(fā)展，將地殼發(fā)展歷史的主要階段及其順序，從古到今劃分為太古代、元古代、古生代、中生代和新生代五個(gè)大的時(shí)期。2023/2/1淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院采煤概論9第一節(jié)地質(zhì)作用、地殼的物質(zhì)組成及地史的概念

第二節(jié)煤的形成及煤系一、煤的形成

煤是由古代植物遺體演化而形成的。煤層的形成受古植物、古氣候、古地理及古構(gòu)造等條件的控制。形成具有開(kāi)采價(jià)值的煤層必須要有以下四個(gè)條件1、植物的大量繁殖

2、溫暖潮濕的氣候

3、適宜的古地理環(huán)境(濱海平原、內(nèi)陸盆地和山間盆地)

4、地殼運(yùn)動(dòng)的配合我國(guó)最主要的三個(gè)聚煤時(shí)期為：石炭二迭紀(jì)、侏羅紀(jì)和第三紀(jì)。2023/2/1淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院采煤概論10

古植物從死亡、堆積到轉(zhuǎn)化為煤的演化過(guò)程，稱為成煤作用。分為泥炭化階段和煤化階段。

第一階段：泥炭化階段。植物遺體演變成為泥炭的過(guò)程。第二節(jié)煤的形成及煤系12第二節(jié)煤的形成及煤系

第二階段：煤化階段

煤的成巖作用是指已經(jīng)形成的泥炭，因地殼下沉而埋藏于地下較深處后，在溫度、壓力等因素的作用下發(fā)生物理化學(xué)變化轉(zhuǎn)變成年青褐煤（暗褐煤）的過(guò)程。

煤的變質(zhì)作用是指年青褐煤（暗褐煤），在更高的溫度和壓力及時(shí)間因素的作用下進(jìn)一步發(fā)生物理化學(xué)變化轉(zhuǎn)變成老褐煤（亮褐煤）、煙煤、無(wú)煙煤的過(guò)程。泥炭褐煤煙煤無(wú)煙煤二、煤系的概念煤系是指含有煤層的沉積巖系，它們彼此間大致連續(xù)沉積，并在成因上有密切聯(lián)系煤系的命名有多種方式，最常采用的是按其形成的地質(zhì)年代命名。例如我國(guó)華北的石炭二疊紀(jì)煤系、東北的侏羅紀(jì)煤系等。第二節(jié)煤的形成及煤系2023/2/1淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院采煤概論15第三節(jié)煤的性質(zhì)及工業(yè)分類1、煤的物理性質(zhì)顏色、光澤、硬度、密度、脆度、導(dǎo)電性、裂隙等。2023/2/1淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院采煤概論16變質(zhì)程度光澤顏色硬度脆度容重導(dǎo)電性褐煤無(wú)光澤暗淡瀝青光澤褐色黑褐色2.0～2.5脆度較小有一定韌性1.05～1.2不良導(dǎo)體，導(dǎo)電性隨變質(zhì)程度增高而增加煙煤長(zhǎng)焰煤瀝青光澤褐黑色2.81.2～1.4氣煤強(qiáng)瀝青光澤弱玻璃光澤黑色黑灰色肥煤玻璃光澤2.6最大焦煤強(qiáng)玻璃光澤2.5瘦煤

2.6金剛光澤無(wú)煙煤似金屬光澤灰黑色鋼灰色3.5～4.0最小1.35～1.8良好第三節(jié)煤的性質(zhì)及工業(yè)分類2、煤的化學(xué)組成：有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)質(zhì)，主要元素有：碳、氫、氧、氮、硫、磷。一、煤的性質(zhì)二、煤的工業(yè)分類（一）常用的煤質(zhì)指標(biāo)評(píng)價(jià)煤質(zhì)的主要指標(biāo)包括：水分W、灰分A、揮發(fā)分V（氣態(tài)物質(zhì)）、膠質(zhì)層厚度Y（焦炭）、發(fā)熱量Q、硫S和磷P的含量以及含矸率等。（二）煤的工業(yè)分類我國(guó)現(xiàn)行的工業(yè)分類，是以煉焦煤為主的分類方案，分類指標(biāo)主要用揮發(fā)分Vdaf(%)和膠質(zhì)層的最大厚度Y(mm)為指標(biāo)劃分煤的種類，從無(wú)煙煤到褐煤分為十大煤種，即無(wú)煙煤、煙煤（貧煤、瘦煤、焦煤、肥煤、氣煤、弱粘煤、不粘煤、長(zhǎng)焰煤）、褐煤。2023/2/1淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院采煤概論17第三節(jié)煤的性質(zhì)及工業(yè)分類淮南礦區(qū)具有煤種齊全、品質(zhì)優(yōu)良的特點(diǎn)。擁有氣煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤等眾多煤種，且具低硫、低磷、結(jié)焦性好等優(yōu)點(diǎn)。

——《淮南煤礦地質(zhì)工作的回顧與展望》袁亮

、張炳光、孫茂出、程功林，20002023/2/1淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院采煤概論18淮南礦區(qū)煤質(zhì)的種類第三節(jié)煤層的埋藏特征一、煤層賦存狀態(tài)煤層是開(kāi)采的對(duì)象，與采礦工程密切相關(guān)的是煤層的厚度、結(jié)構(gòu)、傾角及穩(wěn)定性。1、煤層的厚度（總厚度、有益厚度和可采厚度）薄煤層煤層厚度從最小可采厚度至1.3m中厚煤層煤層厚度1.3m至3.5m厚煤層煤層厚度3.5m以上

2023/2/1淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院采煤概論19第四節(jié)煤層的埋藏特征2023/2/1淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院采煤概論202、煤層的穩(wěn)定性（層位、連續(xù)性和厚度三方面考慮）將煤層分為穩(wěn)定煤層、較穩(wěn)定煤層、不穩(wěn)定煤層、極不穩(wěn)定煤層

第四節(jié)煤層的埋藏特征3、煤層的結(jié)構(gòu)

指煤層內(nèi)是否含有較穩(wěn)定的夾石層。分為簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和復(fù)雜結(jié)構(gòu).第四節(jié)煤層的埋藏特征二、煤層頂?shù)装鍘r石煤層頂?shù)装鍘r石是指煤系中位于煤層上下一定距離內(nèi)的巖層。按照沉積的次序，在正常情況下，先于煤生成的巖石是煤層的底板，較煤后生成的巖層叫做頂板。常見(jiàn)的煤層頂、底板有炭質(zhì)頁(yè)巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖、石灰?guī)r、粘土巖等。第四節(jié)煤層的埋藏特征三、地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤層的影煤和巖層改變?cè)悸癫貭顟B(tài)產(chǎn)生的變形或變位的形跡稱為地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造概括起來(lái)可分為單斜構(gòu)造、褶曲構(gòu)造和斷裂構(gòu)造。

1、單斜構(gòu)造在一定的范圍內(nèi)，煤或巖層大致向一個(gè)方向傾斜的構(gòu)造形態(tài)稱為單斜構(gòu)造。巖層的空間位置及特征通常用產(chǎn)狀要素來(lái)描述。產(chǎn)狀要素有走向、傾向和傾角。

（1）走向煤層或巖層層面與水平面的相交線稱為走向線，走向線的方向稱為走向。走向表示傾斜巖層在平面上的延伸方向。2023/2/1淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院采煤概論23第四節(jié)煤層的埋藏特征（2）傾向在煤層或巖層層面上、與走向線垂直向下的直線稱為傾斜線，傾斜線在水平面上的投影稱為傾向線，傾向線的方向稱傾向，傾向表示傾斜巖層向地下深處延伸的方向。（3）傾角煤層或巖層層面與水平面之間所夾的最大銳角，傾角越小，開(kāi)采越易；傾角越大，開(kāi)采越難。緩斜煤層0°～25°傾斜煤層25°～45°急斜煤層45°～90°通常又把8°以下的煤層稱為近水平煤層。*由于受地質(zhì)構(gòu)造的影響，在任何一個(gè)煤田內(nèi)，同一煤層在不同的地點(diǎn)向和傾角都不是固定不變的，只不過(guò)變化的大小程度不同煤層的傾角。第四節(jié)煤層的埋藏特征2、褶皺構(gòu)造

巖層或煤層由于地殼升降或水平方向的擠壓運(yùn)動(dòng)，被擠成彎彎曲曲但保持巖層的連續(xù)性和完整性的構(gòu)造形態(tài)稱為褶皺。巖層褶皺構(gòu)造中的每一個(gè)彎曲為一基本單位稱褶曲，如圖所示。其中，煤層和巖層向上凸起的部分稱作背斜。向下凹陷的部分稱作向斜。在自然界中，背斜和向斜在位置上往往是彼此相連的。

第四節(jié)煤層的埋藏特征

（三）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)稱為斷裂構(gòu)造。斷裂面兩側(cè)的巖層沒(méi)有發(fā)生明顯位移的稱為裂隙或節(jié)理。1.斷層要素

(1)斷層面。巖層發(fā)生斷裂位移時(shí)，相對(duì)滑動(dòng)的斷裂面。

(2)斷盤。斷層面兩側(cè)的巖體稱為斷盤，如果斷層面為傾斜時(shí)，通常將斷層面以上的斷盤稱為上盤，斷層面以下的斷盤稱為下盤。如果斷層面直立時(shí)，就無(wú)上、下盤之分；

(3)斷層線。斷層面與地面的交線。斷層面與上盤煤層的交線，稱為上盤斷煤交線，與下盤煤層的交線稱為下盤斷煤交線。

(4)斷距。斷層的兩盤相對(duì)位移的距離。斷距可分為垂直斷距(兩盤相對(duì)位移垂直距離)和水平斷距(兩盤相對(duì)位移水平距離)第四節(jié)煤層的埋藏特征

圖1斷層要素示意圖圖2斷距示意圖圖3斷層位移分類示意圖圖4地壘、地塹斷層2.斷層分類（1）根據(jù)斷層兩盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向分類

正斷層：上盤相對(duì)下降，下盤相對(duì)上升逆斷層：上盤相對(duì)上升，下盤相對(duì)下降平移斷層：斷層兩盤沿水平方向相對(duì)移動(dòng)。（2）根據(jù)斷層面走向與巖層面走向的相對(duì)關(guān)系

走向斷層：斷層面走向與巖層走向方向一致或近于一致的斷層。傾向斷層：斷層面走向與巖層傾向方向一致或近于一致的斷層斜交斷層：斷層面走向與巖層走向斜交的斷層。2023/2/1淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院采煤概論28一般將落差大于50m的斷層稱為大型斷層；落差在20～50m之間的斷層稱為中型斷層；落差小于20m的斷面稱為小型斷層。四、巖溶陷落柱及巖漿侵入體對(duì)煤層的影響

當(dāng)煤系地層下部存在可溶性石灰石、白云巖等，由于受地下水的化學(xué)溶蝕作用，形成巖溶空洞，在上覆巖層重力作用下，引起溶洞上部煤系地層埸陷，形成不規(guī)則的環(huán)形柱狀體，稱為巖溶陷落柱。由于巖漿作用，使巖漿侵入到含煤地層時(shí)，稱為巖漿侵入。主要有兩種產(chǎn)狀：一種是層狀的巖床；另一種是脈狀的巖墻。2023/2/1淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院采煤概論29第四節(jié)煤層的埋藏特征五、影響開(kāi)采工作的其他因素煤層的自然傾向（煤愈松軟，煤層愈厚或氧化愈快，其自然危險(xiǎn)愈大）、煤和巖層的含瓦斯性對(duì)開(kāi)采工作都有重要影響，另外，煤系地層的一些含水層對(duì)礦井開(kāi)采也會(huì)帶來(lái)影響。

2023/2/1淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院采煤概論30第四節(jié)煤層的埋藏特征

一、煤田地質(zhì)勘探的任務(wù)了解礦井資源/儲(chǔ)量、井田地質(zhì)條件、煤層賦存條件、水文地質(zhì)條件、開(kāi)采技術(shù)條件、煤種煤質(zhì)等礦井的資源條件。二、煤田地質(zhì)勘探工作的階段劃分煤炭工業(yè)建設(shè)一般分為遠(yuǎn)景規(guī)劃、礦區(qū)總體設(shè)計(jì)和礦井設(shè)計(jì)3個(gè)階段。根據(jù)上述3個(gè)階段的要求，煤田地質(zhì)勘探工作劃分為煤田普查、礦區(qū)詳查和井田精查3個(gè)階段。2023/2/1淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院采煤概論31第五節(jié)煤田地質(zhì)勘探及礦井儲(chǔ)量三、煤田地質(zhì)勘探方法

1.地質(zhì)測(cè)量地質(zhì)測(cè)量是對(duì)天然露頭和人工露頭進(jìn)行測(cè)量和描述，并把煤系地層、煤層產(chǎn)狀和構(gòu)造線等測(cè)繪到地圖上，繪成地形地質(zhì)圖

2.探掘工程探掘工程，是對(duì)覆蓋較薄的地區(qū)，用人工方法揭露巖層、煤層和構(gòu)造。常用的方法有：探槽、探井和探巷。3.鉆探工程利用鉆機(jī)向地下鉆孔，利用空心鉆頭和鉆桿來(lái)獲取巖、煤芯，以取得必要的資料。

4.物探工程物探工程是地球物理勘探的簡(jiǎn)稱。是利用巖層、煤層等礦床所具有的不同物理性質(zhì)（磁性、密度、電阻率、彈性波傳播速度、放射性等），用高靈敏的儀器查找異常區(qū)域，推斷地域構(gòu)造和可能的礦床。常用方法有地震法、電法、磁法和放射性測(cè)井法2023/2/1淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)