最新煤礦地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)

1、煤礦地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)一、煤礦埋藏特征1、煤層的厚度由于成煤環(huán)境和條件的不同以及地質(zhì)的影響，煤層厚度差異很大，有的煤層只有幾厘米厚，有的可達(dá)幾十米或百余米。煤層的厚度，是確定開拓部署和選擇采煤方法的主要因素之一。我國根據(jù)開采技術(shù)的特點(diǎn)，將煤層按厚度不同分成：（1）薄煤層：小于1.3m的煤層；（2）中厚煤層：厚度在1.33.5m的煤層；（3）厚煤層：厚度大于3.5m的煤層。在生產(chǎn)工作中，習(xí)慣將厚度大于6m的煤層稱特厚煤層。從我國已探明的煤炭?jī)?chǔ)量和已開采的煤層看，近水平煤層及薄煤層較少，而中厚煤層和厚煤層較普遍。2、煤層的頂、底板煤層頂?shù)装迨侵该合档貙又形挥诿簩由舷乱欢ň嚯x內(nèi)的巖層。按照沉積順序，先于煤

2、生成的巖石是煤層底板，后生成的是煤層頂板。在正常情況下，煤層頂板位于煤層之上，而煤層底板位于煤層之下。當(dāng)?shù)刭|(zhì)構(gòu)造破壞較劇烈時(shí)，有可能發(fā)生倒轉(zhuǎn)。根據(jù)頂板巖層相對(duì)于煤層的位置及開采過程中巖層變形、跨落的難易程度，頂板可分為偽頂、直接頂和基本頂3種類型。（1）偽頂：位于煤層之上隨采隨落的極不穩(wěn)定巖層，其厚度一般在0.5m以下，多為炭質(zhì)頁巖和泥質(zhì)頁巖等。（2）直接頂：位于偽頂或直接位于煤層（無偽頂時(shí)）之上，具有一定的穩(wěn)定性，移架或回柱后能自行跨落的巖層，多由砂質(zhì)巖等組成。（3）基本頂：位于直接頂或煤層之上，其厚度及巖石強(qiáng)度較大，是堅(jiān)硬又難以跨落的巖層。通常由粗砂巖、礫巖、石灰石等組成。在采煤過程中，基

3、本頂是頂板管理的主要對(duì)象。煤層底板可分為直接底和基本底。直接底位于煤層之下，厚度數(shù)十厘米至數(shù)米，多為泥巖、頁巖或黏土巖。有的直接底遇水膨脹，容易發(fā)生底鼓現(xiàn)象，致使巷道遭到破壞?；镜资俏挥谥苯拥字碌妮^堅(jiān)硬巖層，常為厚層狀砂巖、礫巖或石灰?guī)r。3、煤層的形態(tài)與結(jié)構(gòu)煤層是沉積生成的，一般呈層狀，但由于受地殼運(yùn)動(dòng)的影響，有的煤層形狀發(fā)生變化。一般可分為3種類型：（1）層狀煤層，其層位有顯著的連續(xù)性，厚度變化有一定的規(guī)律或厚度基本穩(wěn)定；（2）似層狀煤層，其形狀像藕節(jié)、串珠或瓜藤等，層位有一定的連續(xù)性，厚度變化較大；（3）非層狀煤層，形狀像雞窩或扁豆?fàn)?，層位連續(xù)性差，常有大范圍尖滅。我國西北華北、東北等

4、地區(qū)的主要礦區(qū)煤層多為層狀煤層。江南各小型礦區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)、個(gè)體所經(jīng)營(yíng)的小煤礦相當(dāng)多的煤層是非層狀煤層。層狀煤層比較方便，而非層狀煤層常給開采帶來一定難度。煤層除在形態(tài)上有所不同以外，在構(gòu)造上也有很大差別，在有的煤層中，有時(shí)含有厚度較薄且很不穩(wěn)定的巖層，這類含在煤層內(nèi)的巖層稱作夾石或夾石（矸）層。根據(jù)煤層中有無穩(wěn)定的夾石層，可將煤層分為兩類，即簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)煤層和復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層。簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)煤層一般不含夾石層，復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層含夾石層者12層，多者可達(dá)幾層或十幾層。由于夾石層的存在，不僅使煤的灰分增高，而且給開采帶來一定的難度。4、煤層的產(chǎn)狀要素煤層原始生成時(shí)呈水平狀態(tài)，但由于地殼運(yùn)動(dòng)的影響，煤層及巖層由水平狀態(tài)變

5、成為傾斜或彎曲狀態(tài)。描述煤層的儲(chǔ)存狀態(tài)和位置用產(chǎn)狀要素來表示。煤層產(chǎn)狀要素就是它的走向、傾向和傾角，如圖4-1所示。這3個(gè)要素就能表示出煤層在空間的位置。（1）走向。煤層層面與水平面的交線稱為走向線，走向線兩端所指的方向就是走向。（2）傾向。在煤層層面上與走向線垂直向下延伸的直線叫做傾斜線，傾斜線的水平投影所指的方向稱為傾向。（3）傾角。煤層層面與水平面的夾角稱為傾角。傾角的大小反映煤層的傾斜程度，傾角變化在0°-90°之間。煤層傾角越大，開采難度越大。根據(jù)采煤技術(shù)特點(diǎn)，煤層傾角分為4類：近水平煤層<8°緩傾斜煤層8°25°傾斜煤層25&

6、#176;45°急傾斜煤層>45°5、煤礦地質(zhì)構(gòu)造及其安全生產(chǎn)的影響巖（煤）形成初期，一般都是水平或近水平的，并在一定范圍內(nèi)是連續(xù)完整的，后來受到地殼運(yùn)動(dòng)的影響，使巖層的形態(tài)發(fā)生了變化，出現(xiàn)了傾斜、褶皺，有的還發(fā)生了斷裂或延斷裂面產(chǎn)生了位移，使巖層失去了完整性。這種有地殼運(yùn)動(dòng)造成的巖石的空間形態(tài)（如褶曲、斷層等）稱為地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)多種多樣，大致可分為單斜構(gòu)造、褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造。1）單斜構(gòu)造巖（煤）層受地質(zhì)作用力的影響，產(chǎn)生向一個(gè)方向傾斜的形態(tài)，這樣的構(gòu)造形態(tài)稱為單斜構(gòu)造。單斜構(gòu)造往往是其他構(gòu)造形態(tài)的一部分，或是褶曲的一翼，或是斷層的一盤。2）褶曲構(gòu)造巖（煤

7、）層在地殼運(yùn)動(dòng)中受水平方向擠壓力的作用，呈現(xiàn)波狀彎曲，但依然保持其連續(xù)性和完整性，這種構(gòu)造形態(tài)稱為褶曲構(gòu)造。巖（煤）層褶曲構(gòu)造中的每一個(gè)彎曲為一個(gè)基本單位，稱為褶曲，如圖4-2所示。褶曲的基本形態(tài)有背斜和向斜兩種：巖（煤）層向上彎拱的褶曲稱為背斜；巖（煤）層向下彎拱的褶曲稱為向斜。在自然界中，背斜和向斜在位置上往往是彼此相連的，褶曲是由于地殼運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的水平擠壓形成的，因此，在褶曲兩翼必然存在一個(gè)壓應(yīng)力，當(dāng)?shù)貧み\(yùn)動(dòng)停止后，由于任何物體都有一個(gè)恢復(fù)原來狀態(tài)的趨勢(shì)，所以又產(chǎn)生了一個(gè)拉應(yīng)力，如圖4-3所示。因此，在褶曲構(gòu)造帶勢(shì)必儲(chǔ)存一個(gè)應(yīng)力能，我們把它叫做構(gòu)造應(yīng)力。據(jù)測(cè)定，構(gòu)造應(yīng)力是原始應(yīng)力的20倍

8、，這就給頂板管理和安全生產(chǎn)帶來一定的困難，尤其是在有沖擊地壓的煤層中困難就更大。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)稱為斷裂構(gòu)造。斷裂面兩側(cè)的巖層沒有發(fā)生明顯位移的斷裂構(gòu)造稱為裂隙或節(jié)理。斷裂面兩側(cè)的巖層發(fā)生了明顯位移的斷裂構(gòu)造，稱為斷層。其斷層要素如圖4-4所示。（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)產(chǎn)生相對(duì)位移的巖體稱為斷盤。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。（3）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），如圖

9、4-5所示。根據(jù)斷層兩盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向，斷層可分為以下3種類型，如圖4-6所示。 正斷層：上盤相對(duì)下降，上盤相對(duì)上升； 逆斷層：上盤相對(duì)上升，下盤相對(duì)下降； 平移斷層：斷層兩盤巖塊沿?cái)鄬用孀鏊椒较蛳鄬?duì)移動(dòng)。根據(jù)斷層走向與巖層的關(guān)系，斷層又分為： 走向斷層：斷層走向與巖層走向平行或基本平行； 傾斜斷層：斷層走向與巖層走向垂直或基本垂直； 斜交斷層：斷層走向與巖層走向斜交。根據(jù)斷層的組合形式不同，又可以有地塹、地壘、階梯構(gòu)造等斷層組。斷層對(duì)煤礦安全生產(chǎn)影響較大。在斷層帶附近巖(煤)破碎，頂板失去完整性，極易發(fā)生冒頂事故；斷層又是地下水的良好通道，可能使井下涌水量增加，甚至發(fā)生突水事故；另外斷層帶

10、還可能積聚大量瓦斯，從而引發(fā)瓦斯事故。二、礦圖在礦井設(shè)計(jì)、施工和生產(chǎn)管理等工作中，需要測(cè)繪一系列的圖紙，這些圖稱為礦圖。1、礦圖的種類礦圖的種類很多，生產(chǎn)礦井必備的圖紙一般分為兩大類：一類是礦井測(cè)量圖，另一類是礦井地質(zhì)圖。礦井測(cè)量圖是根據(jù)地面和井下實(shí)際測(cè)量的資料繪制的。隨采掘情況不斷變化，逐步測(cè)量并填繪的。它主要反映礦井地面的地貌、地物情況；井下采掘工作面及井上、下相對(duì)位置關(guān)系等情況。礦井地質(zhì)圖一般是在礦井測(cè)量圖的基礎(chǔ)上，將生產(chǎn)過程中收集的地質(zhì)資料和原有勘探資料，經(jīng)過分析推斷繪制而成的。它主要反映全礦煤層的產(chǎn)狀、地質(zhì)構(gòu)造、地形地質(zhì)、水文地質(zhì)、煤層空間分布等情況。礦井的地質(zhì)圖和測(cè)量圖有著密切的聯(lián)

11、系，如果沒有礦井測(cè)量圖，礦井地質(zhì)圖就難以繪制；反之，礦井測(cè)量圖如果不根據(jù)礦井地質(zhì)圖填繪可靠的地質(zhì)資料，就說明不了煤層埋藏的真實(shí)情況，從而降低礦井測(cè)量圖的實(shí)際效用。為滿足生產(chǎn)，保證安全，在礦井地質(zhì)圖和礦井測(cè)量圖的基礎(chǔ)上，還需要繪制許多圖紙。因此，規(guī)程規(guī)定,一個(gè)礦井必備以下11種圖紙:(1) 礦井地質(zhì)和水文地質(zhì)圖;(2) 井上、下對(duì)照?qǐng)D；(3) 巷道布置圖；(4) 采掘工程平面圖；(5) 通風(fēng)系統(tǒng)圖；(6) 井下運(yùn)輸系統(tǒng)圖；(7) 安全監(jiān)測(cè)裝備布置圖；(8) 排水、防塵、防水注漿、壓風(fēng)、充填、抽放瓦斯等管路系統(tǒng)圖；(9) 井下通訊系統(tǒng)圖；(10) 井上、下配電系統(tǒng)圖和井下電氣設(shè)備布置圖；(11)

12、井下避災(zāi)路線圖。2、常用礦圖的識(shí)讀1) 圖例和比例尺礦圖是礦井地面和井下實(shí)際存在的反映，是根據(jù)測(cè)量成果，按一定比例尺和國家統(tǒng)一的礦圖圖例符號(hào)繪制成圖的。因此，無論繪制和應(yīng)用礦圖，都必須熟悉礦圖圖例和比例尺。(1) 礦圖圖例。礦圖圖例如圖4-7所示。(2) 比例尺。在繪制礦圖時(shí)，不準(zhǔn)將實(shí)際物體大小描繪在圖紙上，必須按一定倍數(shù)縮小后描繪在圖紙上，這種按縮小尺寸與實(shí)際物體尺寸的比例關(guān)系數(shù)作成的尺子叫比例尺。一般常用礦圖有統(tǒng)一規(guī)定的比例尺，如采掘工程平面圖是1：2000或1：1000，井下巷道斷面圖和施工圖是1：200或1：100，1：50等。知道了圖紙的比例尺后，就可根據(jù)圖紙上某一段的長(zhǎng)度求出實(shí)際相

13、應(yīng)的水平長(zhǎng)度，也可以將實(shí)際的水平長(zhǎng)度換算成圖紙上相應(yīng)的長(zhǎng)度。例如在1：1000的圖上，量的兩點(diǎn)間的長(zhǎng)度d為3.8cm,那么實(shí)地水平距離D應(yīng)為38m,因?yàn)閷?shí)地水平距離是圖紙上線段長(zhǎng)度的1000倍，相反，圖紙上線段長(zhǎng)度是實(shí)地水平距離的1/1000。2) 確定直線方向和點(diǎn)的位置(1) 確定直線方向。在礦圖中,直線的方向是用方位角來表示的。方位角是由標(biāo)準(zhǔn)方向線(指北線)北端,順時(shí)針量到該直線的夾角。為了計(jì)算方便，常用方位角換算象限角。方位角用a表示，一般為0。-360°。圖4-8是直線的方位角。用叫，R2,R3，和R4表示4個(gè)象限角。(2) 點(diǎn)的位置。表示地面一點(diǎn)的位置，常采用平面直角坐標(biāo)系

14、，它是由兩條相互垂直的直線構(gòu)成的。南北方向?yàn)榭v坐標(biāo)軸ox，東西方向?yàn)闄M坐標(biāo)軸oy。兩軸的交點(diǎn)稱為坐標(biāo)原點(diǎn)。在平面xoy上，一點(diǎn)的位置可以用該點(diǎn)相對(duì)于坐標(biāo)軸的距離來表示，稱為該點(diǎn)的坐標(biāo)。圖4-9中，一號(hào)井井口在ox軸方向的距離為1522m，用字母x表示，在oy軸方向上的距離為1635m,用字母y表示。這樣，一號(hào)井井口的坐標(biāo)是：x=1522，y=1635。對(duì)于任何一個(gè)測(cè)量區(qū)，都可以自行選擇坐標(biāo)原點(diǎn)的位置，或者采用國家規(guī)定統(tǒng)一坐標(biāo)系。(3) 標(biāo)高。以選定某處海平面平均水位的水準(zhǔn)面作為計(jì)算高低的標(biāo)準(zhǔn)，一點(diǎn)到這個(gè)水準(zhǔn)面的垂直距離叫該點(diǎn)的標(biāo)高。高于水準(zhǔn)面的是正數(shù)，低于水準(zhǔn)面的是負(fù)數(shù)。一號(hào)井井口高于水準(zhǔn)面1

15、89m，標(biāo)高是+189m，用字母z表示，如圖4-10所示這樣，一號(hào)井的3個(gè)坐標(biāo)是：x=1522,y=1635,z=+189.不但可以在礦圖上畫出來，還可以用測(cè)量的方法在地面（或井下）定出該點(diǎn)位置。3）煤層底板等高線圖煤層底板等高線圖是把煤層底板與不同高程水平面的交線，垂直投影到平面上，反映煤層空間形態(tài)和構(gòu)造變動(dòng)的重要地質(zhì)圖件。該圖是用于考慮礦井邊界、設(shè)計(jì)井口位置、選擇開拓方案、劃分開采水平、布置采區(qū)和回采工作面、設(shè)計(jì)和指導(dǎo)各種巷道施工、預(yù)留地表和井下重要建筑物的安全煤柱等重要依據(jù)。在煤層底板等高線圖上，等高線的延伸方向就是煤層的走向，其延伸方向和等高線之間的間距變化，反映了煤層的產(chǎn)狀變化和地質(zhì)

16、構(gòu)造形態(tài)，如圖4-11所示。煤層如果是單斜構(gòu)造，等高線表現(xiàn)為一組標(biāo)高不等的平行直線，各等高線之間距離大致相等，等高線越疏表示煤層傾角越緩，等高線越密表示煤層傾角越陡。褶皺構(gòu)造則表現(xiàn)為一組標(biāo)高不等的平行曲線。斷層構(gòu)造在煤層底板等高線和采掘工程平面上是用斷層交面線，即段層面與煤層面交線的投影來表示的，如圖4-12所示。圖上兩盤符號(hào)以點(diǎn)劃線表示上盤，叉劃線表示下盤。圖4-12a為被正斷層斷開的煤層，其底板等高線中斷，煤層底板等高線缺失的地方，即為無煤帶。圖4-12b，為被逆斷層錯(cuò)斷的煤層。被逆斷層錯(cuò)斷的煤層并不缺失，而是重復(fù)，使煤層底板等高線發(fā)生交錯(cuò)重疊現(xiàn)象，重疊部分的上盤等高線為實(shí)線，下盤則因被上

17、盤覆蓋而以虛線表示。4）采掘工程平面圖是直接根據(jù)地質(zhì)、測(cè)量和采礦資料繪制的。該圖能全面反映煤層賦存和主要地質(zhì)構(gòu)造情況，井下主要硐室、采掘巷道布置情況，工程進(jìn)展情況和工作面相互關(guān)系，以及開拓系統(tǒng)和通風(fēng)運(yùn)輸系統(tǒng)等。它是礦圖中最基本、最主要的綜合性圖紙，如圖4-13所示。采掘工程平面圖反映的范圍可大可小，可反映全礦井范圍，也可反映某個(gè)采區(qū)或某個(gè)回采工作面。就煤層而言，它可集中反映單一煤層，也可反映煤層群中聯(lián)合布置的采掘工程。采掘工程平面圖是將礦井從井筒、石門、井底車場(chǎng)、運(yùn)輸大巷、直至巷道進(jìn)入煤層構(gòu)成的采區(qū)運(yùn)輸系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)，以及沿煤層掘進(jìn)回采工作面的運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷和開切眼所構(gòu)成的回采工作面的運(yùn)輸系統(tǒng)

18、和通風(fēng)系統(tǒng)等，用標(biāo)高投影的方法，將各種巷道投影到同一水平投影面上繪制而成。采掘工程平面圖是一種綜合性圖件，它一方面反映了地質(zhì)情況，另一方面礦井開拓、開采情況。地質(zhì)內(nèi)容包括煤層的賦存情況、地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)等，因此，在采掘工程平面圖上應(yīng)繪出煤層底板等高線，各斷層的交面線，煤層的分化帶、氧化帶、變薄帶、沖蝕帶，火成巖吞蝕區(qū)，不可采區(qū)，無煤區(qū)，井下火區(qū)，水淹區(qū)，采空區(qū)，見煤鉆孔和煤層厚度等。采掘方面的內(nèi)容應(yīng)繪出截至目前的全部采掘巷道，反映礦井的開拓方式、采區(qū)的劃分、采區(qū)巷道布置、工作面分布等，從而進(jìn)一步反映出礦井的生產(chǎn)系統(tǒng)。具體內(nèi)容有：井筒位置（立井、斜井）、井底車場(chǎng)、石門、運(yùn)輸大巷、上下山、人行道、平巷、回風(fēng)巷、工作面編號(hào)、工業(yè)廣場(chǎng)及巷道保安煤柱、已采區(qū)及未采區(qū)界限、回采工作面采掘動(dòng)態(tài)等，因而在采掘工程平面圖上能一目了然地了解礦井掘進(jìn)和回采情況，指導(dǎo)安全生產(chǎn)。5）采掘工程圖的識(shí)讀看圖步驟如下：（1）看標(biāo)題欄。首先看圖的名稱，了解這張圖是什么圖，用什么視圖（平面圖、剖面圖和立體圖）表示什么內(nèi)容，看圖的比例尺，數(shù)一數(shù)坐標(biāo)方格網(wǎng)數(shù)，可大致了解工程巷道的尺寸。（2）看圖例。通常在下角位有圖例和符號(hào)意義，熟悉