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1、煤矿生产基础知识,第一节 煤矿地质与安全生产,主要内容： 一、煤层埋藏特征 二、地质构造对安全生产的影响 三、岩溶塌陷 四、岩浆侵入体 五、煤矿主要地质图概述,一、煤层埋藏特征 主要指煤层厚度、倾角、层数、层间距及顶底板岩性等，其中厚度和倾角是确定开采方法最主要的因素。不同煤层的形态、结构、厚度差别很大。 1煤层的结构 指煤层中有无夹石层。不含夹石或夹石很少的煤层称为简单结构；否则称复杂结构。夹石层称夹矸。 2煤层的顶、底板 指煤系中位于煤层上下一定范围内的岩层，按沉积次序，先于煤的是底板，反之为顶板。在正常情况下，顶板在上，底板在下。,煤层顶底板一般由砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩、黏土岩或石灰岩
2、等组成。不同岩性和厚度的岩层，在回采过程中破裂、冒落的情况也不一样。根据顶板岩层变化和垮落的难易程度，将顶板分为伪顶、直接顶和基本顶。底板分为直接底和基本底。 (1)顶板 伪顶。在煤层之上、极易垮落的薄岩层。其厚度一般在0.5 m以下，常由碳质页岩、泥质页岩等组成。随落煤而垮落。 直接顶。位于伪顶或煤层(无伪顶时)之上，一般由一层或几层厚度不定的泥岩、页岩、粉砂岩等组成，能够随回柱放顶而垮落。 基本顶。位于直接顶之上(有时也位于煤层之上)厚而坚硬的岩层。常由砂岩、石灰岩、砂砾岩等组成。能维持很大的悬露面积。 多数煤层同时具有伪顶、直接顶和基本顶，但有的煤层没有伪顶；也有的煤层没有伪顶和直接顶。
3、,(2)底板 直接底。指直接位于煤层之下厚度较小(约0204 m)的岩层。常由泥岩、页岩、黏土岩等组成。直接底为黏土岩时，遇水、风容易膨胀发生底鼓，支架容易插底，在倾角大的工作面由于底板容易滑落，往往引起工作面支架倾倒而发生冒顶。 基本底。位于直接底之下，一般由砂岩或石灰岩等坚固的岩层所组成。有的煤层下面没有直接底，紧贴着基本底。 3煤层的产状 指其在地壳中的产出状态，包括储存状态和所在空间的位置。产状要素包括煤层的走向、倾向和倾角。 (1)走向 (2)倾向 (3)倾角。根据采煤技术的特点，煤层按倾角大小不同，分为四类：近水平煤层，倾角小于8；缓倾斜煤层，倾角825；倾斜煤层，倾角 25 45
4、；急倾斜煤层，倾角大于45。,二、地质构造对安全生产的影响 地质构造是影响安全生产的多种地质因素中最重要的因素。 (一)单斜构造 岩(煤)层向一个方向倾斜的形态称为单斜构造。这一般局限在一定范围内，在较大的区域内，单斜往往是某种构造形态的一部分，是褶曲一翼或断层一盘。 对开采影响最大的是倾角。 (二)褶皱构造 由于地壳升降或水平挤压运动，岩层被挤成弯曲但保持连续性和完整性的构造。褶皱中的每个弯曲称褶曲。向上凸起称背斜，向下凹陷称向斜。,褶曲对煤矿安全生产的影响： (1)增大开采难度。 (2)给顶板管理带来困难。褶曲轴部裂隙发育，岩层较为破碎，很容易发生冒顶事故。大型向斜轴部，地压大，必须加强支
5、护。 (3)容易引起瓦斯事故。褶曲轴部破碎，是瓦斯涌出的良好通道和赋存的重要场所。有瓦斯突出的矿井，向斜轴部是瓦斯突出的危险区。原因：顶板压力大，瓦斯压力大。 (4)易发生水灾事故。褶曲轴部的裂隙是水贮存的良好场所和涌出的良好通道，当采掘接近时，管理不好便易发生水灾事故。,(三)断裂构造 岩层失去连续性和完整性的构造形态称断裂构造。分为裂隙(或节理)和断层。断层有正断层和逆断层。按规模分大型断层(落差大于50 m)、中型断层(20-50 m)和小型断层(小于20m)。 断层对煤矿安全生产的影响： (1)断层破坏严重的地段，影响煤层划分和巷道布置。 (2)断层破坏严重的地段，使工作面布置不规则，
6、不仅仅会造成巷道掘进率增高及无效进尺，而且会留下安全隐患。 (3)采煤工作面若出现断层，会给支护工作和顶板管理带来困难，若管理不善还会造成冒顶事故。 (4)断层是地下水的贮存场所和导水的良好通道，容易引起断层透水事故。 (5)在高瓦斯含量煤层中，断层破碎带可能聚集瓦斯，当工作面通过时，容易发生瓦斯事故。,三、岩溶塌陷 是石灰岩、白云岩等可溶性岩石在地下水的溶蚀作用下产生塌陷的现象。分为陷落柱和淤泥带两种。 1陷落柱及其特征 是局部地层中的岩溶塌陷现象。特征：整体形态是一个上小下大的圆锥体，水平切面上多呈圆形或椭圆形，大则百余米，小则十余米；其高度一般有限，有的可波及到地表；陷落柱内的岩石碎块，
7、棱角显著、形状不规则、排列紊乱、大小混杂，胶结差，多未成岩；与围岩的接触面多呈不规则的锯齿状，界限明显，接触处的围岩产状基本正常，一般无牵引现象。,2淤泥带及其特征 也是一种岩溶塌陷现象，当石灰岩层受到构造力的作用后，产生许多构造裂隙，随着地下水对裂隙侵蚀的加深、加宽，最终导致岩石的塌陷和水流携带地表泥土一齐填入这种大型裂缝形成地下淤泥带。主要特征：大型的淤泥带地表多呈低洼的冲沟；垂直方向表现为上宽下窄的裂隙带，既可向深部发展也可沿水平方向延伸，其在水平切面上多表现为不规则的条带状，淤泥带在平面上的延伸主要受构造断裂的控制，而在垂直方向上表现为上大下小，到一定深度就会消失。,3陷落柱对煤矿生产
8、安全的影响 (1)陷落柱发育，煤系地层常遭到严重破坏，使煤炭储量减少。 (2) 破坏了煤层的连续性，给巷道布置、采煤方法选择造成很多困难。 (3)采煤工作面遇到陷落柱，整个生产组织将复杂化，对安全生产极为不利。 (4)在富水矿区，陷落柱穿透含水层时，可将地下水导入井巷，对矿井安全生产的威胁极大。,四、岩浆侵入体 在矿井中发现的岩浆侵入体主要有两种产状，即脉状的岩墙和层状的岩床。 岩墙是岩浆沿断层或裂隙上冲侵入到煤系地层的墙状侵人体，平面上呈带状分布，宽度有几十厘米至几米，有时可达几十米，长度不一。 岩床是岩浆沿煤层层面方向侵入的侵入体。它既可以沿煤层的顶板或底板侵入，也可沿煤层中间侵入，甚至可
9、以吞蚀整个煤层，其形态大致可分为层状、似层状、串珠状和树枝状。 岩浆侵入煤层主要有两大规律：其一，岩浆侵入时，沿断层上升遇煤层后则向煤层上山方向扩散；其二，侵入体有选择层位的特点。尤其是厚煤层，岩浆活动的阻力越小，岩床的面积往往越大。而各层煤的岩浆侵人体分布范围，其水平投影位置是不重叠的，多为错开的。,岩浆侵入体对煤矿生产的影响主要有以下几点： (1)吞蚀煤层，减少矿井的煤炭储量，影响矿井的服务年限。 (2)使煤质变差，灰分增高，挥发分显著降低，黏结性遭到破坏，可使原来的优质工业用煤降为一般民用煤或天然焦。 (3)可造成连续完整煤层的分割和破坏，并在煤层中分布许多岩浆岩体，给煤矿生产带来困难。
10、,五、煤矿主要地质图概述 (一)井田地形地质图 1概念、内容及作用 (1)概念。是一种综合反映井田范围内地形、地物、地质构造、煤(岩)层分布以及勘探工程布置等情况的水平投影图。 (2)内容。地形地质图包括：地形地物地质界线勘探工程其他。包括井田边界，剖面线、勘探线及其编号，井筒标高，矿体采掘范围，最高洪水水位线，图签、图例等。 (3)作用。是矿井设计和生产的基本图件之一；设计部门用来选择运输干线及供电线路，确定井口、工业场地、建筑石料场等位置，考虑保护农田，寻找水源等；生产部门用来编制井上下对照图。是勘探部门布置生产勘探工程等工作必备的基础图件。,2识读 (1)阅读图名、图幅代号、比例尺、编制
11、的时间。 (2)阅读图例。通过阅读图例及地层综合柱状图，可以了解制图地区出露地层及其新老关系。 (3)分析图中的地形特征。 (4)分析地质内容。按照从整体到局部，再从局部到整体的原则首先了解图内的地质情况，包括：地层的分布情况；地层间整合关系；地质构造特征和火成岩的分布情况等。 (5)寻找平面图中的剖面位置。 (6)阅读综合柱状图。了解区内地质发展史，阅读时应从底部开始向上阅读。 (7)综合分析。在综合分析的基础上，了解各种地质现象的相互关系。,(二)矿井地质剖面图 1. 概念、内容和作用 (1)概念。设想用一个垂直平面沿某个位置将地壳切开，将切开的断面上地形线、地物线、地层分界线、地质构造特
12、征等情况投影到垂直切面上而编制成的图件。用以反映它们沿走向或倾向的变化规律。沿走向剖叫纵剖面，沿倾向剖叫横剖面。横剖面应用较多。 (2)内容。包括：剖面切过的地形、地物、经纬线、水平标高线，地层界线、断层、火成岩侵入体、陷落柱，矿层、标志层及其名称和变化，勘查工程，并注明钻孔编号、孔口标高、终孔深度，边界线及水平高程线，剖面线的方向、图例和图签等。,(3)作用。能直观地反映研究区构造特征和煤层赋存情况、地质体的空间特征，反映对煤层和构造的控制和研究程度，为生产设计及实施勘探工程提供依据，同时也是编制其他地质图件的基础。矿井勘探及生产过程中的地形地质图、煤层底板等高线图、水平切面图等均根据地质剖
13、面图编制。 2识读 该图形象直观，容易看懂。识读时，首先要在地形地质图上找出剖面的位置、方向，建立起空间概念，然后再识读剖面图。,(三)煤层底板等高线图 1. 概念、内容及作用 (1)概念。把不同高程的水平面与煤层底板界面的交线称为煤层底板等高线，将各条等高线垂直投影到水平面上而成的图件，称为煤层底板等高线图。 (2)内容。主要包括：主要地物；井田范围内的各种边界线；穿过煤层的全部勘查工程；地质构造特征；煤层底板等高线等；标题栏、坐标网及图例。 (3)作用。它是煤矿布置井巷工程、编制生产计划、安排采掘生产的重要依据，也是分析总结地质构造规律、布置生产勘探、计算储量的基础图件。,2识读 (1)看
14、图名、图例、比例尺。 (2)看坐标线、坐标值、指北方向线。 (3)看井田边界线、煤层露头线、风氧化带边界线、煤层尖灭线、最低可采边界线。 (4)分析构造要素和煤层形态。 (5)分析相关关系。,（四）采掘工程平面图 1概念 将开采煤层或其分层内的采掘工程和地质情况，采用标高投影的原理，绘制而成的图纸。一般包括下列内容： 井田技术边界、保安煤柱及其他边界线；井筒、所有巷道、硐室和采煤工作面的位置；勘探和表明煤层埋藏特征的资料，如钻孔、煤层露头线、煤层底板等高线、煤层柱状、采厚及主要地质构造等；斜井及主要倾斜巷道的倾角；井下永久测量点的位置和编号；巷道特征点的底板高程；火区、积水区、透水区、瓦斯突出区、冒流沙区、采空区、老窑区等；邻矿的各种边界和井巷位置。,
