煤礦地質(zhì)課件備課講稿

煤礦地質(zhì)課件煤礦地質(zhì)基本知識一、煤層埋藏特征二、地質(zhì)構(gòu)造及對煤礦安全生產(chǎn)的影響一、煤層埋藏特征

煤是古代植物遺體經(jīng)成煤作用后轉(zhuǎn)變成的一種層狀可燃礦產(chǎn)，煤層是沉積巖的重要組成部分。煤層的頂?shù)装鍘r石性質(zhì)、形態(tài)與結(jié)構(gòu)、厚度、產(chǎn)狀等埋藏特征，是評價煤田經(jīng)濟價值的主要內(nèi)容，也是影響煤礦生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)安全的重要因素。（一）煤層的頂?shù)装迕合凳呛簬r系的簡稱，它是指有成因聯(lián)系且有煤層的一套連續(xù)沉積而形成的沉積巖層。主要是由各種粉砂巖、砂巖、頁巖以及泥巖等沉積巖組成。煤層的頂?shù)装迨侵该合抵形挥诿簩由舷乱欢ň嚯x的巖層，按照沉積巖的先后順序而劃定的。當(dāng)采煤工作面的煤炭采落以后，煤層的頂?shù)装寰捅┞冻鰜?，頂板懸空在工作面的上方，底板在工作面的下方?/p>

（一）煤層的頂?shù)装逵捎诔练e物質(zhì)和沉積環(huán)境的差異，頂?shù)装鍘r層性質(zhì)和厚度各不相同，在開采過程中破碎、冒落的情況也就不同。了解這些巖層的巖性特征、厚度、強度、層理及節(jié)理發(fā)育程度、可塑性及含水性等，對確定頂板管理和巷道支護方式、選擇采煤工藝以及預(yù)防瓦斯的突出等都有重要意義。（一）煤層的頂?shù)装逋ǔ牟擅汗ぷ鞯慕嵌瘸霭l(fā)，考慮頂?shù)装鍘r層相對于煤層的位置、移動特點和強度等特征的不同，由煤層依次向上，把煤層的頂板劃分為偽頂、直接頂和老頂三個部分；由煤層向下，把煤層的底板劃分為直接底和老底兩個部分。但是，并不是所有煤層的頂?shù)装宥际怯蛇@五個部分組成。可能在煤系沉積過程中，受沉積環(huán)境變化的影響，就會出現(xiàn)有的煤層的頂?shù)装灏l(fā)育全，有的煤層可能缺失某一個或幾個頂?shù)装褰M成部分的巖層。例如山西大同等地的侏羅紀(jì)煤層的頂?shù)装寰椭怀霈F(xiàn)老頂。（一）煤層的頂?shù)装?.頂板賦存在煤層之上、在煤層之后形成的鄰近巖層叫煤層的頂板。偽頂：是直接覆蓋在煤層之上的，極易隨煤炭的采出而同時垮落的薄層巖層，厚度不大，一般在0.5m以下，巖性多為炭質(zhì)頁巖。直接頂：是直接位于偽頂或煤層（如無偽頂）之上，具有一定的穩(wěn)定性，常隨著采煤工作面移架或回柱工序的完成而自行垮落的巖層。厚度一般可達(dá)幾米，巖性多為較易垮落的泥巖、頁巖、粉砂巖等。老頂：是位于直接頂之上或直接位于煤層之上（此時無直接頂和偽頂）的厚而堅硬的巖層。一般在長時間內(nèi)不易自行垮落，在采空區(qū)上方懸露一段時間，當(dāng)達(dá)到一定懸露面積之后才垮落一次，通常由砂巖、礫巖、石灰?guī)r等堅硬巖石組成。2.底板賦存在煤層之下、先于煤生成的鄰近巖層叫煤層的底板。直接底：位于煤層之下與煤層直接接觸的硬度較低的巖層，一般無明顯的層理，直接底的厚度一般不大，常見的幾十厘米，通常為泥巖、頁巖或粘土巖。若直接底為粘土巖，遇水后則會發(fā)生膨脹，造成巷道底板隆起現(xiàn)象，輕者影響巷道運輸與支護，重者可使巷道遭受嚴(yán)重破壞。老底：位于直接底之下的比較堅硬的巖層，常為粉砂巖、砂巖和石灰?guī)r等。（二）煤層的形態(tài)與結(jié)構(gòu)煤層的形態(tài)是指煤層在空間上的展布特征，即煤層在空間上的分布狀態(tài)及變化走勢。像其他沉積巖一樣，煤層在地下也是呈層狀埋藏的。層狀的煤層其層位有明顯的連續(xù)性，厚度變化也有一定的規(guī)律。但也有似層狀和非層狀煤層，似層狀煤層，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。非層狀煤層，形狀像雞窩或扁豆等，層位連續(xù)性不明顯，常有尖滅。煤層的結(jié)構(gòu)是指煤層中夾矸的數(shù)量和分布特征。根據(jù)煤層中有無較穩(wěn)定夾矸，將煤層分為兩類。（二）煤層的形態(tài)與結(jié)構(gòu)（二）煤層的形態(tài)與結(jié)構(gòu)（1）簡單結(jié)構(gòu)煤層：煤層中不含夾矸或夾矸很少的煤層。通常厚度較小的煤層往往是簡單結(jié)構(gòu)煤層。（2）復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層：煤層中含有較穩(wěn)定夾矸或夾矸較多的煤層。且夾矸層的層數(shù)、層位、厚度和巖性變化大。通常厚度較大的煤層往往是復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層。（三）煤層的厚度煤層的厚度是指煤層頂?shù)装逯g的垂直距離。由于成煤條件各不相同，煤層的厚度差異也很大，薄的可能是幾厘米的煤線，厚的可達(dá)200多米。根據(jù)煤層的產(chǎn)狀、煤質(zhì)、開采方法以及當(dāng)?shù)貙γ旱男枨笄闆r，綜合當(dāng)代煤炭開采技術(shù)和經(jīng)濟條件，卻定出可開采的最小煤層厚度叫最低可采厚度，低于最低可采厚度的煤層一般不開采。（三）煤層的厚度根據(jù)開采技術(shù)條件的特點，采用地下開采時，按厚度將煤層分為以下3類：薄煤層<1.3m中厚煤層1.3~3.5m厚煤層>3.5m在生產(chǎn)工作中，習(xí)慣上將大于6m的煤層稱為特厚煤層。在我國的煤田中，厚煤層和中煤層所占的比例較大。每層厚度變化對采煤工作面安全生產(chǎn)的影響主要有以下幾方面：（1）當(dāng)煤層變薄時，原支護的尺寸規(guī)格、支護方法都要變化來適應(yīng)采高，給支護工作帶來困難和不安全因素，影響正常生產(chǎn)。（三）煤層的厚度對采煤工作面安全生產(chǎn)的影響（三）煤層的厚度對采煤工作面安全生產(chǎn)的影響（2）當(dāng)煤層變厚超過了工作面正常設(shè)計的采高時，多數(shù)都采取留頂煤或留底煤的辦法。若留頂煤，在煤質(zhì)松軟或破碎時，給支護造成困難，影響支架的穩(wěn)定性和頂煤的垮落；若留底煤，容易造成支架“插底”，也影響支架的穩(wěn)定性。所以不管怎么留，處理不當(dāng)都會形成不安全因素或發(fā)生事故。另外，如果煤層瓦斯高，留煤丟在采空區(qū)，容易是采空區(qū)瓦斯積聚超限，對瓦斯管理不利。（3）由于煤層厚度變化，工作面的礦山壓力分布情況也會發(fā)生一些變化，造成頂板管理困難，影響安全生產(chǎn)。（4）如果煤層厚度變化很大，還會使原開掘的巷道報廢。造成更大的損失。（三）煤層的厚度對采煤工作面安全生產(chǎn)的影響（四）煤層的產(chǎn)狀要素煤層形成時，層位都是水平或近似水平的，后期受到地殼運動等地質(zhì)變化的影響，破壞了原來的層位，由水平狀態(tài)可能變成傾斜或彎曲的形態(tài)。為了說明變化后層位的形態(tài)，就需要用煤層產(chǎn)狀要素來描述。所謂煤層的產(chǎn)狀要素是指煤層的走向、傾向及傾角（簡稱煤層產(chǎn)狀三要素）。煤層產(chǎn)狀三要素巖層在三維空間的產(chǎn)出狀態(tài)就是產(chǎn)狀，有三個要素：走向、傾向和傾角。走向：巖層與水平面的交線稱走向線(圖中直線MON)，走向線在水平坐標(biāo)系中所指的方位就是該巖層的走向，有兩個數(shù)值。傾向：層面上與走向線垂直的直線稱（真）傾斜線，傾斜線下傾方向在水平面上的投影線所指的方位就是該巖層的傾向。傾角：巖層的傾斜線與它在水平面上投影線之間的銳夾角就是該巖層的（真）傾角。ODD'水平面傾斜平面MN傾斜巖層的產(chǎn)狀要素示意圖傾角的大小反映了煤層的傾斜程度。煤層傾角越大，開采的難度也就越大。煤層按傾角大小可分為：近水平煤層<5°~8°緩斜煤層8°~25°傾斜煤層25°~45°急斜煤層>45°二、地質(zhì)構(gòu)造及對煤礦安全生產(chǎn)的影響煤層形成初期，一般都是水平或近水平的，并在一定范圍內(nèi)連續(xù)分布。但是，后來受到地殼運動的影響，使煤巖層的形態(tài)和產(chǎn)狀發(fā)生了變化。這些由地殼運動而造成的煤巖層空間形態(tài)的變化，我們稱為地質(zhì)構(gòu)造。礦井地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)是多種多樣的。概括起來，可以歸納為3種類型，即單斜構(gòu)造、褶曲構(gòu)造、斷裂構(gòu)造，他們對煤礦安全生產(chǎn)影響很大。（一）單斜構(gòu)造在一個較小的范圍內(nèi)，煤巖層受地質(zhì)作用力的影響，大致向同一方向傾斜，這樣的構(gòu)造形態(tài)稱為單斜構(gòu)造。在較大的區(qū)域范圍內(nèi)，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。在實際工作中，描述單斜構(gòu)造在地殼內(nèi)的位置和狀態(tài)，最常用的方法是煤巖層的產(chǎn)狀要素，即走向、傾向和傾角。（二）褶皺構(gòu)造巖層或煤層在地殼運動水平構(gòu)造力的作用下發(fā)生變形，造成波狀彎曲，但不失去巖層的連續(xù)性和完整性的構(gòu)造形態(tài)，叫褶皺構(gòu)造。褶皺構(gòu)造中巖層的任何一個彎曲叫褶曲，就是說褶曲是組成褶皺的基本單位，是褶皺中的一個彎曲部分。1.褶曲的基本形態(tài)褶曲的基本形態(tài)可分為背斜和向斜兩種類型。（1）背斜煤巖層凸起向上彎曲。其地層特點是，核心部位是老巖層，兩側(cè)是新巖層，新巖層呈對稱重復(fù)出現(xiàn)，兩翼巖層的傾向向背。（2）向斜煤巖層向下凹的彎曲。其地層特點是，核心部位是新巖層，兩側(cè)是老巖層，老巖層呈對稱重復(fù)出現(xiàn)，兩翼巖層的傾向相向。2.褶曲的分類褶曲的形態(tài)是多種多樣的，但其基本形態(tài)是背斜和向斜。通常根據(jù)褶曲兩翼煤巖層的產(chǎn)狀又有直立褶曲、傾斜褶曲和倒轉(zhuǎn)褶曲的分類。3.褶曲構(gòu)造對煤礦安全生產(chǎn)的影響（1）大型褶曲的核部一般裂隙發(fā)育，巖石破碎，易冒落，必須加強支護，否則很容易發(fā)生冒頂事故，給頂板管理帶來困難。（2）小型褶曲常常造成煤層厚度、產(chǎn)狀的極大變化，給生產(chǎn)及安全造成困難。（3）瓦斯礦井的褶曲核部，瓦斯極易在此積聚，可能會造成瓦斯突出，給安全生產(chǎn)帶來威脅。（三）斷裂構(gòu)造煤巖層受地殼運動的作用力而發(fā)生斷裂，失去了完整性和連續(xù)性，這種構(gòu)造形態(tài)稱為斷裂構(gòu)造。斷裂后，如果斷裂面兩側(cè)的煤巖層沒有發(fā)生顯著的位置錯動時，稱為節(jié)理或裂隙；如果發(fā)生顯著的位置錯動，則稱為斷層。1.斷層的要素斷層的性質(zhì)和形態(tài)是由斷層面、斷層線、斷盤、斷距等要素組成的。

（1）斷層面斷層面巖層斷裂后兩側(cè)巖塊發(fā)生相對移動的斷裂面。斷裂面可以是直立的或傾斜的，也可以時平面或曲面。它在空間的位置可以用其走向、傾向和傾角來描述。（2）斷層線斷層線斷層面與地面的交線。它的形態(tài)是隨著斷層面的產(chǎn)狀和地表起伏而變化的。（3）斷盤斷層面兩側(cè)相對移動的巖塊，稱為斷盤。如果斷層面是傾斜的則位于斷層面之上的叫上盤，位于斷層面之下的叫下盤。上盤下盤上升盤下降盤斷層面（4）斷距斷距：指被錯斷巖層在兩盤上的對應(yīng)層之間的相對距離。在不同方位的剖面上斷距值是不同的，分述如下。地層斷距：斷層兩盤上對應(yīng)層之間的垂直距離(圖Ⅱho);鉛直地層斷距：斷層兩盤上對應(yīng)層之間的鉛直距離(圖Ⅱhg);水平地層斷距：斷層兩盤上對應(yīng)層之間的水平距離(圖Ⅱhf);以上三種斷距構(gòu)成一直角三角形，即圖Ⅱ上的hof，其中為巖層傾角。如已知巖層傾角和上述三種斷距中的任一種斷距，即可求出其他兩種斷距。（4）斷距

2．在垂直于斷層走向的剖面上，也可測得與垂直于巖層走向剖面上相當(dāng)?shù)母鞣N斷距，即圖Ⅲ中的h'o'、h'g'和h'f'。當(dāng)巖層走向與斷層走向不一致時，除鉛直地層斷距在兩個剖面上相等外，在垂直于巖層走向的剖面上測定的地層斷距和水平地層斷距都小于垂直斷層走向的剖面上測得的數(shù)值。如圖Ⅱ中hog、hgf與圖Ⅲ中h'o'g'、h'g'f,hg=h'g'；因a>

(真傾角大于視傾角)，所以ho<h'o‘，hg<h'f'。h'o'稱視地層斷距，h'f'稱視水平地層斷距。2.斷層的分類（1）按斷層兩盤相對位移的方向分為正斷層、逆斷層和平移(走滑)斷層。斷層發(fā)生前伸展作用壓縮作用正斷層逆斷層斷面走滑斷層斜向滑動斷層傾向滑動斷層正斷層：斷層的上盤相對下降，下盤相對上升。正斷層特點：①發(fā)育于拉張環(huán)境；②斷面傾角往往較大；③斷層帶內(nèi)巖石張性破碎強烈。

陜西省涇陽縣口鎮(zhèn)正斷層逆斷層：斷層的上盤相對上升，下盤相對下降。逆斷層特點：①發(fā)育于擠壓環(huán)境；②斷面傾角總體較緩，如較大時稱沖斷層；③斷層帶內(nèi)巖石破碎、變形相對比較強烈。小型逆斷層平移斷層：斷層的兩盤不是相對升降，而是在水平方向相對移動。平移斷層特點：①擠壓和拉張環(huán)境都可以形成；②斷面一般較陡；③斷層帶內(nèi)變形變質(zhì)作用往往比較強烈。左行與右行平移斷層（2）按斷層走向和煤巖層走向的關(guān)系分為走向斷層、傾向斷層及斜交斷層。走向斷層：斷層走向與煤巖層走向基本平行。傾向斷層：斷層走向與煤巖層走向基本垂直，即斷層走向和煤巖層的傾向基本平行。斜交斷層：斷層走向與煤巖層走向斜交。3.斷裂構(gòu)造對煤礦安全生產(chǎn)的