煤矿地质和生产基础知识.

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1、煤矿地质和生产基础知识,主讲人：王志诚 2017年4月,助人就是助自己,一头驮着沉重货物的驴，气喘吁吁地请求只驮了一点货物的马：“帮我驮一点东西吧。对你来说，这不算什么；可对我来说，却可以减轻不少负担。”马不高兴的回答：“你凭什么让我帮你驮东西，我巴不得轻松一点呢。”不久，驴累死了，主人将驴背上所有货物全部加在马背上，马懊悔不己。,益着观点,有时候，我们太狭隘、太自私，只扫自己门前雪，不管别人瓦上霜。甚至潜意识里不希望别人的处境比自己好，仿佛别人的幸福会抵消自己的快乐。总希望自己时时处处都比别人强，都比别人更富有、更希望、更快乐。甚至有时还会干出一些损人利己或者损人不利己的事情，愚蠢地以为只有

2、压制别人，才能抬高自己。但是，膨胀的自我使我们忽略了一个基本事实，那就是：我们同在一条大船上，别人的好坏与我们息息相关。别人的不幸不能给我们带来快乐，相反，在帮助别人的时候，其实也是在帮助自己。每个人的工作是给自己干，不是给领导或者别人干。,内 容,一、煤层的赋存状况及分类 二、煤层顶底板 三、地质构造 四、矿井井巷的名称及分类 五、矿井生产系统,一、煤层的赋存状况及分类,对煤层开采影响较大的有两个方面： 1、煤层本身的赋存状况； 2、煤层围岩和地质构造。 在煤层的赋存条件中，对煤层开采影响较大的是煤层的结构、煤层的厚度、煤层的倾角、煤层的层理、结核、化石等。,一、煤层的赋存状况及分类,一、煤

3、层的结构 根据煤层中有无较稳定的夹矸层，可将煤层分为简单结构煤层和复杂结构煤层。 煤层结构对采掘造成重要的影响，如采掘复杂结构煤层时，其表现为： 1、增加煤炭中的含矸量、灰分，影响煤质； 2、在炮采炮掘面，增加装药量； 3、在综采综掘面，增加截齿的磨损； 等等,一、煤层的赋存状况及分类,二、煤层厚度 煤层厚度：是指煤层顶底板之间的垂直距离。根据煤层结构，煤层厚度可分为总厚度、有益厚度、可采厚度。 总厚度：是指煤层顶底板之间各煤分层和夹矸层厚度的总和。 有益厚度：是指煤层顶底板之间各煤分层厚度的总和。 可采厚度：是指在现代经济技术条件下可以开采的煤层厚度，又称最小可采厚度。除经济技术因素外，可采

4、厚度的大小还受煤种、煤炭资源状况以及地质条件的影响。,一、煤层的赋存状况及分类,二、煤层厚度 总厚度： 0.20+0.50+0.40+0.25+0.90+0.30+0.55=3.10m 有益厚度： 0.20+0.40+0.90+0.55=2.05m 可采厚度： 0.40+0.90+0.55=1.85m,一、煤层的赋存状况及分类,二、煤层厚度 我国目前规定煤层最低可采厚度如下表所示。(单位：m ),一、煤层的赋存状况及分类,二、煤层厚度 达到可采厚度的煤层称为可采煤层，可采煤层具有开采价值。根据开采技术的特点，可采煤层按厚度可分为以下3类： 薄煤层： 可采煤层1.3m； 中厚煤层： 1.33.5

5、m； 厚煤层： 3.5m。 生产中，习惯将厚度大于6m以上的煤层称为特厚煤层。我国的煤层以厚煤层和中厚煤层为主。以开采产量而论，厚煤层和中厚煤层大约各占40，薄煤层在20左右。,一、煤层的赋存状况及分类,二、煤层厚度,地下开采,露天开采,1.3m,薄煤层,3.5m,中厚煤层,厚煤层,3.5m,10m,薄煤层,中厚煤层,厚煤层,一、煤层的赋存状况及分类,二、煤层厚度 煤层的厚度对采掘也造成重要的影响，一般情况下，2.5m左右的煤层采掘最舒服，薄煤层和厚煤层的开采都会增大采掘的难度，机械化采掘的难度加大，降低了煤炭的回收率等等。 根据开采煤层的厚度不同，壁式体系采煤法分：,壁式体系采煤法,薄煤层采

6、煤法,中厚煤层采煤法,厚煤层采煤法,一、煤层的赋存状况及分类,三、煤层的产状与倾角 煤层的产状是指煤层的空间位置和状态。煤层的产状通常用煤层的走向、倾向、倾角三要素来表示，如下图所示。,煤岩层产状要素 ab走向线；ce倾斜线；cd倾向；倾角,一、煤层的赋存状况及分类,三、煤层的产状与倾角 (1)走向：倾斜煤层层面与假想水平面的交线称为走向线，它是一条水平线；走向线的方向称为走向，走向代表倾斜煤层在平面上的延伸方向。 (2)倾向：煤层层面上与走向垂直的线称为倾斜线。倾斜线由高到低的水平投影所指方向称为倾向。 (3)倾角：倾斜煤层层面与水平面所夹的最大锐角。,一、煤层的赋存状况及分类,三、煤层的产

7、状与倾角 倾角的大小反映了煤层的倾斜程度。煤层倾角越大，开采的难度也就越大，并且，煤层倾角对采煤方法和设备的选型有很大的影响。根据倾角大小可将煤层分为4类： 近水平煤层： 08； 缓倾斜煤层： 825； 倾斜煤层： 2545； 急倾斜煤层： 45。 有些书上将倾角大于60的煤层为立槽煤。,一、煤层的赋存状况及分类,三、煤层的产状及倾角,地下开采,露天开采,8,近水平煤层,45,缓倾斜煤层,倾斜煤层,25,0,急倾斜煤层,0,5,10,25,近水平煤层,缓倾斜煤层,倾斜煤层,急倾斜煤层,一、煤层的赋存状况及分类,三、煤层的产状及倾角 1、根据开采煤层倾角的大小不同，壁式体系采煤法分：,壁式体系采

8、煤法,缓倾斜煤层采煤法,倾斜煤层采煤法,急倾斜煤层采煤法,一、煤层的赋存状况及分类,三、煤层的产状及倾角 2、根据工作面布置及推进方向不同，壁式体系采煤法分：,壁式体系采煤法,走向长壁采煤法（a）,倾斜长壁采煤法,仰斜长壁=仰采（b）,俯斜长壁=俯采（c）,一、煤层的赋存状况及分类,四、煤层的稳定性 任何煤层的厚度实际上都是变化的，时薄时厚，甚至尖灭。根据煤层的变化可将煤层分为4类： (1)稳定煤层：煤层在整个矿井开采范围内厚度均大于最小可采厚度，且厚度的变化有一定的规律性。 (2)较稳定煤层：在矿井开采范围内绝大多数煤层基本可采，而只有局部煤层不可采。 (3)不稳定煤层：煤层厚度的变化很大，

9、有薄有厚甚至尖灭，经常出现不可采区域。 (4)极不稳定煤层：煤层常呈鸡窝状，断断续续分布，在井田范围内仅局部可采。,一、煤层的赋存状况及分类,五、煤层的层理、结核、化石 1、层理：是指煤层垂直方向上，由于煤与夹矸在组成、粒度、颜色、形状不同而显示出的成层现象。层理现象有助于煤炭的破碎，对煤层颗粒的形状也具有直接的影响。 2、结核：是指煤层中存在的与周围物质成分不同的团块状物体。其形状和大小不一。如黄铁矿结核、菱铁矿结核等。 3、化石：是指煤层中含有古生物遗体和遗迹。如我国云南褐煤层中有大量的哺乳动物化石。 层理现象以及结核和化石的存在，说明煤的沉积岩特征。,一、煤层的赋存状况及分类,六、煤层的

10、埋深 我国是世界产煤大国，也是用煤大国。我国煤炭储量大部分埋藏在深部，埋深大于600 m 和1000 m 的储量分别占到73.19 % 和53.17 %。 1、根据矿井开拓的深度，可将矿井分为： 浅（部）矿井： 400m 中深（部）矿井： 400800m 深（部）矿井： 8001200m 特深矿井： 1200m,浅部,中深部,深部,特深部,400m,800m,1200m,一、煤层的赋存状况及分类,六、煤层的埋深 2、深部巷道的概念：由矿井深度和岩性两个因素决定。 由浅部过渡到深部的界限称为“极限深度”。,巷道极限深度表,极限深度以上支护简单、易维护；以下则明显困难。,一、煤层的赋存状况及分类,

11、六、煤层的埋深 3、深部开采的主要严重问题 1）井巷维护困难、维护费用高，影响生产； 2）采场顶板破碎，冒顶事故的危害增大； 3）凿井困难增加，提升等井筒设备不能适应深井的需要； 4）冲击矿压、煤与瓦斯突出危险加大； 5）地温升高，恶化生产环境，影响生产； 6）瓦斯涌出量增加，瓦斯爆炸危险加大； 7）矿井水压力和涌出量增加，突水事故的危险性加大。,一、煤层的赋存状况及分类,七、煤层的瓦斯含量 根据矿井相对瓦斯涌出量、根据矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式，可将矿井分为： 低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量10m3/t、根据矿井绝对瓦斯涌出量40m3/min； 高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量10m3/

12、t、根据矿井绝对瓦斯涌出量40m3/min； 煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。 相对瓦斯涌出量：是指平均每产1t煤所涌出的瓦斯量。 绝对瓦斯涌出量：是指单位时间内涌出的瓦斯量。 煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出：是指在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象。,二、煤层顶底板,一、煤层的顶底板 赋存在煤层之上的岩层称为顶板；煤层以下的岩层称为底板。煤层的顶底板一般由砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩、粘土岩和石灰岩等组成(四矿顶板主要为粉砂岩，底板主要为细砂岩）。煤层的顶底板的岩石性质、结构和构造、强度、含水性等是选择顶板管理方法和采煤工艺的重要依据。

13、,二、煤层顶底板,一、煤层的顶底板 顶板 根据顶板自然层位的岩性、厚度、与煤层的相对位置及垮落难易程度，可分为伪顶、直接顶、基本顶（又称老顶）3种类型。 伪顶：直接位于煤层之上，厚度一般在0.5m以下，极易垮落的岩层，经常在落煤时即随同垮落。通常由炭质页岩、泥质页岩等强度较低的岩层组成，对顶板维护和煤炭质量有一定影响。有些煤层没有伪顶。 直接顶：位于煤层或伪顶之上，具有一定的稳定性，在支架前移或回柱后能自行冒落的岩层。一般为页岩、砂质页岩和粉砂岩等，是采煤工作面顶板管理的直接对象。,二、煤层顶底板,一、煤层的顶底板 顶板直接顶分类 根据直接顶的强度及初次垮落步距，可将其分为4类。如下表所示：,

14、二、煤层顶底板,一、煤层的顶底板 顶板 基本顶（老顶）：位于直接顶或煤层之上，通常为厚度及岩石强度较大，难于垮落的岩层。常有砂岩、砂砾岩或石灰岩等组成。基本顶在采空区上方悬露一定的面积后才能垮落，并且垮落后会给采煤工作面带来很大的压力，如果工作面支护不好，就会发生大冒顶伤人事故。 根据直接顶的厚度与采高的比值K和基本顶的初次来压步距L，将基本顶分为4级，如下表所示：,一、煤层的顶底板顶板基本顶分级,二、煤层顶底板,一、煤层的顶底板 底板 可分为直接底和老底2种类型 直接底：直接位于煤层之下的岩层。直接底坚硬、平整时，有利于工作面支护和采煤机工作；直接底松软或遇水膨胀时，常出现底鼓，支柱插入底板

15、。溜子和液压支架一社困难等现象。 老底：位于直接底或煤层之下的岩层。一般由砂岩或石灰岩等坚固的岩层组成。,二、煤层顶底板,一、煤层的顶底板 采煤工作面是地下移动着的空间。为了保证生产工作的正常进行与矿工的安全，必须对采面进行维护，控制采面形成的矿山压力。 1、采面围岩一般是指直接顶、基本顶和直接底，这三者对采面的生产有着重要的影响。 2、采煤工作的直接维护对象是直接顶，直接顶的好坏将对生产和安全有直接的影响，例如：采面的初次来压与周期来压都是由于基本顶的活动而形成的。 3、控制采面的矿山压力显然主要是控制基本顶的活动规律，这样才能保证采面的安全。采面的支护对象是直接顶岩层，通过直接顶间接地对基

16、本顶的活动起一定的控制作用。,三、地质构造,一、地质构造的分类及对生产的影响 煤层形成初期，一般都是水平或近水平的，并在一定范围内连续分布。但是，后来受地壳运动的影响，使煤岩层的形态和产状发生了变化。这些由地壳运动而造成的煤岩层空间形态的变化称为地质构造。 地质构造的形态多种多样。概括起来可分为三种基本类型，即单斜构造、褶皱构造和断裂构造。它们对煤矿安全生产影响很大。,三、地质构造,1、单斜构造 如果煤岩层大致向同一方向倾斜，这样的构造称为单斜构造。如图所示。单斜构造往往是其它构造的一部分，如褶曲的一翼或断层的一盘。单斜构造在地壳中的存在状态用产状要素来表示，包括走向、倾向和倾角。,三、地质构造,2、褶皱构造 当煤岩层受地壳运动水平力的挤压作用而产生弯曲，但仍保持着连续性，这种构造形态称为褶皱构造。其中每一个弯曲部分称为褶曲，它是褶皱构造的基本单位。如下图所示。褶曲的基本形态有两种，即背斜和向斜。 背斜：在形态上是一个中间向上凸起的弯曲