采煤概論 第一章 煤礦地質(zhì)知識

淮南職業(yè)技術學院《采煤概論》第一篇煤礦地質(zhì)第一章煤礦地質(zhì)知識主講人：曹祺第一章煤礦地質(zhì)知識第一節(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)勘探及礦井儲量2023/2/1淮南職業(yè)技術學院采煤概論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)運動和各種地質(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)部構造、地表形態(tài)發(fā)生變化的地質(zhì)作用，它包括地殼運動、巖漿活動、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輻射能、日月引力能等引起。按其作用方式可分為：風化和剝蝕、搬運和沉積、固結成巖。2023/2/1淮南職業(yè)技術學院采煤概論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)技術學院采煤概論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、高壓及化學活潑的氣體或液體的影響，巖石的物理和化學性質(zhì)發(fā)生變化，變成一種新的巖石。常見的變質(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)技術學院采煤概論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)技術學院采煤概論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)作用被風化、剝蝕成碎塊或碎屑的物質(zhì)和溶解物質(zhì)，經(jīng)搬運、沉積和固結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：巖層兩個層面之間更細微的成層現(xiàn)象。層面構造：沉積巖層上面有時還保留著反映沉積時代環(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)常見的有以下幾種沉積巖：角礫巖、礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖及頁巖、石灰?guī)r。三、地史的概念地殼的發(fā)展歷史簡稱地史。在45億年以前形成的地球，在漫長的歲月里，其地殼在不停地運動，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，任何地貌和構造形態(tài)以及任何一種動植物，都是地殼發(fā)展演化的產(chǎn)物。通常根據(jù)地殼運動及古生物的發(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大的時期。2023/2/1淮南職業(yè)技術學院采煤概論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、古地理及古構造等條件的控制。形成具有開采價值的煤層必須要有以下四個條件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、地殼運動的配合我國最主要的三個聚煤時期為：石炭二迭紀、侏羅紀和第三紀。2023/2/1淮南職業(yè)技術學院采煤概論10

古植物從死亡、堆積到轉(zhuǎn)化為煤的演化過程，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)生物理化學變化轉(zhuǎn)變成年青褐煤（暗褐煤）的過程。

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間因素的作用下進一步發(fā)生物理化學變化轉(zhuǎn)變成老褐煤（亮褐煤）、煙煤、無煙煤的過程。泥炭褐煤煙煤無煙煤二、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。例如我國華北的石炭二疊紀煤系、東北的侏羅紀煤系等。第二節(jié)煤的形成及煤系2023/2/1淮南職業(yè)技術學院采煤概論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、導電性、裂隙等。2023/2/1淮南職業(yè)技術學院采煤概論16變質(zhì)程度光澤顏色硬度脆度容重導電性褐煤無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不良導體，導電性隨變質(zhì)程度增高而增加煙煤長焰煤瀝青光澤褐黑色2.81.2～1.4氣煤強瀝青光澤弱玻璃光澤黑色黑灰色肥煤玻璃光澤2.6最大焦煤強玻璃光澤2.5瘦煤

2.6金剛光澤無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、煤的化學組成：有機質(zhì)和無機質(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)指標評價煤質(zhì)的主要指標包括：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，分類指標主要用揮發(fā)分Vdaf(%)和膠質(zhì)層的最大厚度Y(mm)為指標劃分煤的種類，從無煙煤到褐煤分為十大煤種，即無煙煤、煙煤（貧煤、瘦煤、焦煤、肥煤、氣煤、弱粘煤、不粘煤、長焰煤）、褐煤。2023/2/1淮南職業(yè)技術學院采煤概論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。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、結焦性好等優(yōu)點。

——《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)技術學院采煤概論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)煤層是開采的對象，與采礦工程密切相關的是煤層的厚度、結構、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)技術學院采煤概論19第四節(jié)煤層的埋藏特征2023/2/1淮南職業(yè)技術學院采煤概論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、煤層的結構

指煤層內(nèi)是否含有較穩(wěn)定的夾石層。分為簡單結構和復雜結構.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。常見的煤層頂、底板有炭質(zhì)頁巖、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)構造對煤層的影煤和巖層改變原始埋藏狀態(tài)產(chǎn)生的變形或變位的形跡稱為地質(zhì)構造。地質(zhì)構造概括起來可分為單斜構造、褶曲構造和斷裂構造。

1、單斜構造在一定的范圍內(nèi)，煤或巖層大致向一個方向傾斜的構造形態(tài)稱為單斜構造。巖層的空間位置及特征通常用產(chǎn)狀要素來描述。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)技術學院采煤概論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，開采越易；傾角越大，開采越難。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)構造的影響，在任何一個煤田內(nèi)，同一煤層在不同的地點向和傾角都不是固定不變的，只不過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、褶皺構造

巖層或煤層由于地殼升降或水平方向的擠壓運動，被擠成彎彎曲曲但保持巖層的連續(xù)性和完整性的構造形態(tài)稱為褶皺。巖層褶皺構造中的每一個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)性和完整性的構造形態(tài)稱為斷裂構造。斷裂面兩側(cè)的巖層沒有發(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，相對滑動的斷裂面。

(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，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，就無上、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。斷層的兩盤相對位移的距離。斷距可分為垂直斷距(兩盤相對位移垂直距離)和水平斷距(兩盤相對位移水平距離)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)斷層兩盤相對運動的方向分類

正斷層：上盤相對下降，下盤相對上升逆斷層：上盤相對上升，下盤相對下降平移斷層：斷層兩盤沿水平方向相對移動。（2）根據(jù)斷層面走向與巖層面走向的相對關系

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)技術學院采煤概論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煤層的影響

當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，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)技術學院采煤概論29第四節(jié)煤層的埋藏特征五、影響開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，其自然危險愈大）、煤和巖層的含瓦斯性對開采工作都有重要影響，另外，煤系地層的一些含水層對礦井開采也會帶來影響。

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

一、煤田地質(zhì)勘探的任務了解礦井資源/儲量、井田地質(zhì)條件、煤層賦存條件、水文地質(zhì)條件、開采技術條件、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)建設一般分為遠景規(guī)劃、礦區(qū)總體設計和礦井設計3個階段。根據(jù)上述3個階段的要求，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個階段。2023/2/1淮南職業(yè)技術學院采煤概論31第五節(jié)煤田地質(zhì)勘探及礦井儲量三、煤田地質(zhì)勘探方法

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

2.探掘工程探掘工程，是對覆蓋較薄的地區(qū)，用人工方法揭露巖層、煤層和構造。常用的方法有：探槽、探井和探巷。3.鉆探工程利用鉆機向地下鉆孔，利用空心鉆頭和鉆桿來獲取巖、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，推斷地域構造和可能的礦床。常用方法有地震法、電法、磁法和放射性測井法2023/2/1淮南職業(yè)技術學