第7章 礦井地質

主講高秀芝煤礦地質平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院補——煤礦巷道知識主要巷道垂直巷道程度巷道開采巷道立井：主立井——提升煤付立井——資料、人員小井：<3m，通風、行人等暗井、溜井〔溜煤眼〕平硐；石門；平巷：總運輸巷，煤層運輸巷總回風巷，煤層回風巷斜井：主斜井、付斜井；上山、下山，溜眼總運輸巷，總回風巷；采區(qū)運輸巷，采區(qū)回風巷；傾斜巷道采區(qū)巷道運輸巷，回風巷；開切眼巷道迎頭，兩幫，頂棚；探巷掘進巷道第七章礦井地質補充煤礦巷道知識第一節(jié)地質任務概述第二節(jié)主要礦井地質任務第三節(jié)影響煤礦消費的地質要素一、目的與義務研討勘探、開辟的資料→保證礦井消費的正常進展；擴展儲量、延伸礦井的壽命，保證煤炭資源的合理開采；編制采面地質闡明書；研討回采過程中的地質問題；對煤質和儲量加強管理；長期積累、研討礦井的地質資料、找出問題和處置方式；二、礦井原始地質編錄經常性和及時性；準確性和全面性；系統(tǒng)性和一致性；突出重點性第一節(jié)地質任務概述石門的編錄石門編錄表示圖三、礦井消費中的“三量管理〞三量：煤礦采掘消費的預備任務，包括程度開辟、采區(qū)預備和回采任務面的切割等三個階段。根據上述三個階段的井巷工程的性質和用途，定為開辟巷道、預備巷道和回采巷道；由三類巷道圈定的可采儲量分別稱為：開辟煤量、預備煤量和回采煤量，簡稱“三量〞。開辟煤量：為開辟巷道所圈定的煤量。指完成開采所必需的：主井、副井、風井、井底車場、主要石門、集中運輸大巷或運輸大巷、集中下山或采區(qū)下山、主要溜煤眼和必要的總回風巷等開辟、掘進工程所圈定的范圍內、按設計要求應采出的煤量。預備煤量：為預備巷道所圈定的煤量。指在開辟煤量范圍內完成開采所必需的采區(qū)運輸巷道、采區(qū)回風巷道及采區(qū)上山等掘進工程所圈定的范圍內、按設計要求應采出的煤量?；夭擅毫浚簽樵陬A備煤量的范圍內，為采區(qū)上山、中間巷道和回采任務面切割眼，安裝設備即可正式進展回采的煤量。四、儲量損失與回采率：回采率計算：回采率=〔儲量-損失量〕/儲量×100%采區(qū)回采率厚煤層≥75%中厚煤層≥80%薄煤層≥85%水力采煤≥75%回采任務面回采率厚煤層≥93%中厚煤層≥95%薄煤層≥97%要加強儲量管理、節(jié)約資源?。〉诙?jié)主要礦井地質任務主要任務新開辟區(qū)〔程度延深〕的地質任務；采區(qū)掘進的地質任務；任務面掘進的地質任務；任務面回采的地質任務；礦井收尾的地質任務；礦井消費勘探任務為直接處理消費的詳細問題勘探任務：采掘施工超前放瓦斯和水，探巖體分布和對煤層的破壞范圍；確定巖溶墮入柱位置；探煤層厚變化、確定煤層的氧化和風化帶；當巷道遇斷層時，尋覓斷失煤層；圈定煤層的可采邊境等。礦井消費勘探任務未開辟區(qū)地質構造及煤厚變化：了解未開辟區(qū)的地質構造及煤厚變化；井田深部或兩翼范圍內低級儲量晉級；探明井田內設計中未包括的可采薄煤層、高灰分的煤層中圈出部分可采低段；進展專門的水文地質勘探工程，“解放〞受水要挾的煤層。第三節(jié)影響煤礦消費的地質要素一、煤厚變化對礦井消費的影響煤厚變化對消費的影響影響采掘部署；影響方案消費；添加掘進巷道的數量；回采率降低。。。簡單處置：煤層分岔：特征簡單處置1、煤層分岔后在井田范圍內穩(wěn)定分層作二層煤處置；2、厚煤層在一個或二個方向呈多次分岔及時用巷道或小鉆探煤；3、一個煤層在不同地點向一個方向分岔一定要抓住主分支煤層；沼澤基底不平引起的煤層變化：特征簡單處置煤層底不平，頂較平煤層運輸巷可破底穿過；在厚煤處，采上分層時應及時探明下分層，減少資源浪費。后生沖刷引起煤厚變化：判別：充填物的巖性和頂板的接觸關系；察看層理的傾斜方向以及礫石、樹桿的化石的傾向，判別流動方面；編制頂板的巖性、巖相圖和頂板砂體的厚度圖；確定沖刷帶的寬度和范圍。處置：先判別后用巷道，鉆探；運輸巷道可穿沖刷帶而過，采煤工作面布置視情況而定。構造擠壓呵斥煤厚變化：要根據巷道的性質以及變薄的方向性而定；主要巷道應維持原來的設計，巷道穿頂或破底而過。對厚煤層的探測：堅持探煤，確定下分層煤厚，可用石門探，普通用電鉆探煤厚；做到邊采、邊探。二、構造變動構造變動對煤礦的影響復雜開采技術條件及影響采掘部署；破壞煤炭儲量；斷層與褶曲地帶容易發(fā)惹事故；研討礦井構造的根本義務在巷道施工過程中，應總結各類地質構造出現的預兆，以便預告前方的地質構造；在巷道揭露了地質構造景象后，應查明其性質、產狀及規(guī)模，以便為施工指明方向；尋覓地質構造的規(guī)律，把搜集的井下資料反映到相關平面圖或剖面圖上，加以分析。褶曲的判別在構造簡單、標志層明顯的礦井；識別背、向斜并不困難；在構造復雜、巖層雜亂地域，要仔細、詳細進展分析。褶曲觀測內容應系統(tǒng)查明：褶曲軸的位置、延伸方向、能否傾伏及傾伏方向、傾伏角大??；兩翼煤層、巖層產狀；褶曲寬度、幅度；對煤厚的影響。斷層的觀測與判別應系統(tǒng)查明：斷層的產狀、延伸方向、斷層斷距，斷層素描；斷失翼煤層的尋覓煤、巖層層位對比法鑒定斷層另一盤巖層層位，然后結合斷層面產狀判別斷層性質和落差。利用斷層帶附近伴生的地質景象——小斷層、牽引褶曲、擦痕……作圖分析法根據斷層規(guī)律的類推法消費勘探方法確定斷層規(guī)模，尋覓斷失煤層對構造研討是一項復雜和全面的研討任務，因綜合分析。斷層預測利用剖面圖推測深部構造利用程度切面圖推斷深部構造的延伸和影響范圍利用煤層底板等高線圖推斷斷層在同一煤層內的延展，預測對深部煤層的影響利用上煤層底板等高線圖，推斷下一煤層的斷層出露位置巷道遇斷層前能夠出現的征兆：A、斷層附近煤巖層塑性變形景象；包括：煤巖層的產狀發(fā)生變化、煤層厚度發(fā)生變化、出現牽引褶曲等…B、斷層附近的脆性斷裂景象；包括：頂底板中裂隙增多〔普通在10-20m范圍〕；常伴生一系列小斷層；如巖層裂隙構通含水層，那么出現淋水添加、甚至發(fā)生涌水。C、遇斷層前后，瓦斯涌出量往往明顯變化；仔細總結一個礦遇斷層臨近時的征兆，可以協(xié)助總結礦井遇斷層的景象，并到達預測斷層的目的。構造變動對煤礦的影響復雜開采技術條件及影響采掘部署；破壞煤炭儲量；斷層與褶曲地帶容易發(fā)惹事故；巷道遇斷層時的處置1、開辟設計階段對斷層的處置井田或采區(qū)邊境確實定井田：大斷層作為邊境，如落差100m或50m，在兩側各留30-50m的煤柱，合為邊境，減少煤炭損失。采區(qū)：較大斷層作為邊境，如落差>20m。井筒位置的選擇：普通立井井筒要布置在傾角較大的斷層下盤，以間隔斷層30-50m為宜；運輸大巷的布置：遇大斷層，可改向，但過斷層后應盡快進入原設計層位。開采塊段的劃分：應盡能夠將較大斷層留在采面之間的煤柱中，如走向斷層劃入階段煤柱，傾向斷層作為采區(qū)邊境；2、巷道掘進階段對斷層的處置——應根據不同的地質條件和消費對巷道的要求分別采用不同的方法平巷過斷層：可采用斜穿煤層頂、底板或順斷層面掘進；斜巷過斷層：可采用斜穿煤層頂、底板或順斷層面掘進；回采階段對斷層的處置：走向斷層的處置：當斷層落差小于煤厚，挑頂、臥底而過；當斷層落差大于煤厚或采高，可分采；傾向斷層的處置：當斷層落差小于煤厚，挑頂、臥底而過；當斷層落差大于煤厚或采高，重開切割眼回采；斜交斷層的處置：普通與處置傾向斷層的方法根本一樣；三、巖漿巖對煤層的影響四、礦井瓦斯和地熱〔一〕礦井瓦斯概述瓦斯是影響煤礦消費的一個重要要素；是深部開采的三大妨礙：之一〔瓦斯、地壓和地溫〕；瓦斯成分與性質成分：CH4；CO2；N2組成；CH4：——瓦斯主要成分，無色、無味、無嗅、無毒的氣體；空氣中含量達5.3%-14%，遇火熄滅，在井下構成瓦斯爆炸；當濃度達40%，就可使人窒息致死；瓦斯成因泥炭<50°埋深<1000m褐煤50°-160°放出大量瓦斯煙煤〔氣、肥〕>160°-200°放出大量瓦斯無煙煤據計算：每生成1噸煤，可產生1000m3的瓦斯與二氧化碳瓦斯賦存形狀兩種：自在形狀——瓦斯存于煤層與圍巖的孔隙和裂隙之中；決議于：圍巖的孔隙空間外界的T、P；吸附形狀——以分子引力吸附在煤體外表，據測定1克無煙煤其外表積可達200m2.影響要素煤化作用圍巖條件地質構造埋藏深度地下水活動瓦斯涌出礦井瓦斯等級一級瓦斯礦：5—<5m3/T〔晝夜〕二級瓦斯礦：>5—10m3/T〔晝夜〕三級瓦斯礦：>10—15m3/T〔晝夜〕超級瓦斯礦：>15m3/T〔晝夜〕留意：凡出現過一次瓦斯突出地礦井，均屬超級瓦斯礦井相對瓦斯涌出量絕對瓦斯涌出量：m3/分鐘瓦斯涌出種類瓦斯噴出煤與瓦斯突出突出壓出：多發(fā)生在回采任務面傾出：煤層傾角>45，在電壓作用下，受重力而垮落瓦斯突出地普通規(guī)律煤層厚度達0.2m才發(fā)生突出，煤厚越大，突出地危險性越大；構造影響較猛烈地地帶，煤呈顆粒狀，鱗片狀、易導致突出；突出瓦斯壓力普通需>6個大氣壓，壓力與突出能夠性呈正比；掘進構成的集中壓力添加了突出的危險性；受構造控制，往往突出成帶狀分布；突出發(fā)生在瓦斯風氧化帶以下的一定深度。瓦斯突出的防止研討地質規(guī)律與瓦斯的關系——瓦斯地質研討，從而預測預防瓦斯的突出；開解放層——先開采無突出危險或突出危險性較小的煤層，呵斥裂隙添加瓦斯通氣性，降低突出煤層的瓦斯含量和壓力；打超前鉆孔先排放瓦斯；放震動炮；水力沖孔〔二〕地熱地熱的根本概念地溫梯度：℃/100m；地溫率：m/℃地熱來源：巖漿熱；大地熱流；放射性元素等地熱研討地溫等值線圖；地溫剖面圖；熱源研討。影響礦山地溫場要素巖性；基底起伏與構造形狀；深大斷裂；地下水；部分地熱源影響。五、巖溶陷落柱陷落柱對煤礦消費的影響煤層塌陷在一定范圍內失去開采價值，減少煤炭儲量，縮短了礦井效力年限，井巷報廢；由于塌陷破壞煤層的延續(xù)性，給井巷工程的布置和施工，采煤方法和采掘機械的選擇添加很多困難；陷落柱穿透含水層時，將地下導水采掘任務面，在地下水豐富的礦區(qū)內，將要挾消費平安；含煤地層下伏巖系假設為可溶性巖石，如石灰?guī)r、白云巖、石膏層等，在地下水的溶蝕作用下可以構成巖溶洞穴，隨著洞穴規(guī)模的擴展，在上覆巖系的重力荷載下，煤層及其圍巖逐漸跨落，可構成環(huán)形柱狀陷落，俗稱陷落柱；充填堆積的巖石碎塊層序混雜、陳列紊亂、棱角顯著、大小不一，并被粘土充填膠結；陷落柱的形狀上普通呈上小下大的不規(guī)那么圓柱體，截面多呈圓形或橢圓形，截面直徑由幾米至幾百米井下遇陷落柱前的預兆產狀變化：在塌陷過程中，因牽引作用使周圍的煤、巖層向陷落柱中心方向傾斜；傾角在3°-6°之間，個別達10°，影響范圍普通在15-20m；裂隙增多；小斷向增多；煤的氧化；水的涌出量添加；陷落柱的成因有可溶性巖層；有良好的地下水活動通道；有豐富、飽和的侵蝕性水質；有地下水排泄口，以便加劇地下水地交替作用；陷落柱的探測鉆探；物探；巷探；煤的氧化；水的涌出量添加；陷落柱調研影響煤礦消費的地質要素：煤厚變化構造變動巖漿巖礦井瓦斯和地熱巖溶陷落柱本章終了利用標志層對比利用煤巖特征變化確定斷層斷層帶附近的構造特征牽引褶曲小斷層增多斷層面特征斷層帶煤線見煤點見煤點見煤點見斷層點底板掘進段：AC;DE;FB頂板掘進段：CD;EF;+100F見斷層點上煤層推測下煤層斷煤交面線的繪制——作圖法例：在-150m順槽中一點實測正斷層上盤煤層斷失點F點，測得煤層產狀158°∠30°；斷層面產狀202°∠40°；垂直斷層走向方向落差為H=17m。求作-150m以下的煤層底板等高線及斷煤交面線。作圖步驟：1：作煤層和斷層面等高線2：連上、下盤斷煤交線3：推出下盤煤層等高線利用個別煤層斷失點產狀資料，編制斷煤交面線，以便研討斷層對巷道開掘的影響，是礦井地質任務經常要做的任務。N45°30°0m50mABAC-150m-200m-250m-300m-350m17m-150m-200m-250m-300m-350m17m17mN30°0m50mABAC-150m-200m-250m-300m-350m-150m-200m-250m-300m-350m較大斷層較小斷層瓦斯地質研討包括：查明有突出危險區(qū)的地質情況，提供能夠與突出有關的地質資料，編制瓦斯地質測報圖件。詳細任務內容有：礦區(qū)地質構造研討:礦井構造直接關系到煤礦的消費和平安，是引起煤層瓦斯突出的主導要素。深化研討構造發(fā)育規(guī)律、空間組合特征