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1、第一章 采前地质评价 采前地质评价是指在矿井、水平、采区设计之前，根据已有地质资料，对设计区的开采地质条件所作的科学评价。它既包括根据开采地质条件，选择合适的采掘方式，同时又包括根据采掘方式选择开采地质条件适宜的采掘场地。其目的在于解决采掘方式与地质条件之间彼此适应的问题。搞好采前地质评价，必须了解不同采掘方式对开采地质条件的要求，必须解决评价开采地质条件的方法。这是矿井地质急待解决，但尚未很好解决的难题。第一节 综采地质条件评价 当前，我国的采煤工艺，按机械化水平的高低和受地质条件限制的程度，依次分为综采、高档普采、普采、炮采、不正规开采等五类。其中综采机械化程度最高，受地质条件限制最大。因
2、此，重点阐明综采地质条件的评价，即可起到举一反三的作用。 一、综采地质条件评价的意义和要求 综采是综合机械化采煤的简称。它是一种使用双滚筒采煤机、自移式液压支架和可弯曲刮板输送机的现代化采煤工艺。各种型号的采掘机械及其配套设备，都是按一定的地质条件设计的，如果地质条件适应于综采设备的技术特性，机械没备的优势就能充分发挥，并显示出高产、高效、经济、安全、劳动强度低和回采率高的优点；反之，如果地质条件不适应综采设备的技术特性，机械设备的优势不仅不能充分发挥，反而会严重影响煤矿生产。因此，根据地质条件选择综采设备，根据综采设备选定综采场地是我国煤矿实现综合机械化的重要经验。 当前，综采对地质条件的要
3、求比较严格，总的要求是煤层稳定，厚度适宜，结构简单；褶皱开阔，产状平缓，断层稀少，顶板完整，较易冒落，底板平坦，承载力强；无涌水和瓦斯突出隐患等。为了满足综采对地质条件的要求，在进行综采地质条件评价时，必须确切查明和合理评价影响综采的各种地质条件，选准选好综采场地，划定各类架型的适用地段，为综采的正常接续准备条件和制定规划。 二、综采地质条件评价的内容和方法 影响综采的地质条件主要有：煤层厚度、煤层结构、煤层顶底板、地质构造、煤层冲刷带、岩溶陷落柱、煤与瓦斯突出、水文地质及工程地质等方面。其中，最基本和最重要的地质条件是煤层厚度变化和小型断层破坏。 现分单项评价和综合评判两个方面，简述评价的内
4、容、原则和方法。 （一）单项评价 1煤层厚度及其稳定煤层厚度及其稳定性，是选择综采场地，影响综机采煤的最基本地质条件。理想的综采采区和采面，应布置在煤层厚度稳定，煤层厚度最小值大于支架下限高度0.2m，煤层厚度最大值与支架上限高度大致相等的区域。这就需要在设备选型之前，掌握整个井田或水平的煤层厚度及其变化规律，提供相对可靠的煤层厚度变化幅度；圈出适宜不同架型的综采场地。为此，矿井地质人员应进行以下工作：（1）综合分析煤厚资料，编制煤层厚度等值线图。根据足够数量的准确的煤厚资料，分析煤层厚度变化的幅度和规律，编绘厚度间隔适宜的煤层厚度等值线图。在整理和分析煤层厚度变化资料时，对煤层冲刷带的位置、
5、方向和深度，煤层分叉尖灭的方向、分合区界线和不可采边界，煤层底板的凹凸情况，煤层中夹石层、结核和包裹体的厚度、岩性和分布，岩溶陷落柱的位置等，都需进行科学的预测和评价，指出它们对综采的影响。（2）定量评定煤层厚度的稳定性。煤层厚度稳定性是指煤层厚度的变化程度和可采程度的总合。矿井地质规程（试行）（1984年5月）指出，在定量评定煤层厚度稳定性时，薄煤层以煤厚可采性指数为主要指标，煤厚变异系数为辅助指标，中厚及厚煤层以煤厚变异系数为主要指标，煤厚可采性指数为辅助指标。煤厚可采性指数Km是表示评定区可采煤厚所占比例的参数。计算公式为 式中 n评定区内所有参加评定的见煤点总数； n见煤点总数中煤厚大
6、于或等于可采厚度的见煤点数。 煤厚变异系数是反映评定区内煤层厚度变化偏离平均厚度程度的参数。计算公式为 其中 式中 S煤厚标准差； 评定区内的平均煤厚； Mi每个见煤点的实测煤厚； n参加评定的见煤点数； i=1，2， ，n。 由上述两参数的定义可知，它们与评定区大小和煤层厚度大小有关。统计计算的前提条件是各观测点必须是等权的（即在评定区内它们要有同等的重要性），它们所控制的或所代表的面积应相等。这就要求参加评定的煤厚点分布力求均匀，符合均匀（规则）网的要求。若系非均匀网，可采用补匀和抽稀的办法使之变为均匀网，或者进行面积加权计算。忽视这一统计原则，将不同网度的数据混同统计，所得结果将被歪曲而
7、不能利用。此外，参加评定的煤厚点资料务必准确可靠，对不可靠的煤厚点或因构造等原因造成的煤厚异常点应予以剔除。通过全矿井、分水平、分采区的煤厚稳定性定量计算，结合定性分析，参照矿井地质规程拟定的Km和值界限，确定煤层厚度的稳定程度，见表1-1。不稳定煤层不能布置综采；较稳定煤层能否布置综采应持慎重态度；稳定煤层适宜布置综采。此外，还应综合考虑其它地质条件的影响。表1-1 评定煤层稳定性的主、辅指标煤层类型稳定煤层较稳定煤层不稳定煤层极不稳定煤层主要指标辅助指标主要指标辅助指标主要指标辅助指标主要指标辅助指标薄煤层Km0.9525%0.95Km0.825%35%0.8Km0.635%55%Km0.
8、655%中厚和厚煤层25%Km0.9525%40%0.95Km0.840%65%0.8Km0.6565%Km0.65特厚煤层30%Km0.9530%50%0.95Km0.8550%75%0.85Km0.775%Km0.7（3）圈定综采场地，计算综采储量。在对煤层厚度进行定性、定量分析的基础上，结合矿井总体开拓部署和其它地质条件，便可划分出适于不同架型的综采区域，以及适合高档普采、普采、炮采和不正规开采的地段。在综采区域内，还可进一步划分出煤厚低于支架最低高度，需要人工破顶、破底的范围；适合分层开采的范围；以及厚度大于支架最大高度，但又不能分层开采，必须丢煤的范围。在划定地区之后，应按采区和采面
9、分别计算综采、普采和炮采储量。辽宁沈阳煤矿设计院在进行综采地质条件设计评价时，曾采用煤厚储量关系曲线、煤厚概率累计曲线进行综采设备选型，并预测一定综机采高条件下的可采储量（图1-1）。图1-1 用综机采高推算可采储量示意图a某煤层的厚度概率累计曲线；b同一煤层厚度-储量百分比曲线具体方法是：在b图上绘出给定的最小、最大采高假定为1.5m与3.5m），确定出厚度小于最小采高的丢煤量D（储量的10）；在a图上绘出最大采高，并确定出最大采高到最大厚度（4.0m）区间的频数P（5），按煤层厚度超过采高地段以最大采高开采的原则，求出超厚地段的丢失煤量CD。其计算公式为式中 Mmax评价区内煤层的最大厚度
10、； Cmax综机最大采高； P煤层超厚区的频数。代入已知量，即得故选定综机的可采储量HM为HM=100%-D-CD=100%-10%-1.25%=88.75%即可采储量为地质储量的88.75。2地质构造及其复杂程度地质构造是选择综采场地，影响综机采煤的最基本地质条件。因此，综采采区和采面应布置在地质构造简单，产状平缓，断层稀少，能形成正规综采采面的区域。这就需要在水平开拓和采区设计之前，掌握整个井田和水平的主要地质构造分布，预测小型地质构造，特别是小型断层的组合特征和展布规律，选择地质构造相对简单、适于综采的区域。评定地质构造是否适于综采，目前采用的基本方法仍然是构造地质学介绍的方法。构造统计
11、法。类比法和编图法，对于揭示矿井构造规律，指导综采场地选择依然行之有效。这里主要介绍几种适于煤矿定量评价构造复杂程度的方法。 1）构造指数法 构造指数法是用定量数据评价井田不同地质块段构造复杂程度的方法。它是由西德地质、采矿人员在对鲁尔矿区数十对生产矿井的地质构造资料，进行综合研究的基础上建立起来的。该方法以区域构造分析为基础，首先推断区域构造应力的作用方向，进而按构造等级由大而小对每个地质块段的构造破坏程度赋予恰当的构造指数，然后，用这种分级赋予的构造指数之总和表示各地质块段构造的破坏程度。图1-2 断层组合形式对开采的影响（据西德为我国东欢坨矿井设计文件）以断层为主的矿井，评价断层对开采的
12、影响程度时，主要考虑断层的组数和组合形式（图1-2）。图中，正号越多的断层组合形式对开采越有利，负号越多的断层组合形式对开采越不利。各级构造指数可按下列原则赋值： 一级构造指数主要取决于断裂的组数，以及主压应力方向与地质块段的空间关系。由一组断裂构成的地质块段，构造相对简单，构造指数赋予3。由两组断裂构成的地质块段，构造介于中等，构造指数按以下三种情况分别赋值：主压应力指向断块开口方向的赋予5；主压应力与断块两侧边界断层平行的赋予6；主压应力指向断块收口方向的赋予7。由三组断裂构成的地质块段，构造相对复杂，构造指数仍按三种情况分别赋值：主压应力指向断块开口方向的赋予8；主压应力与断块两侧边界断
13、层平行的赋予9；主压应力指向断块收口方向的赋予10。 二级构造指数主要取决于构造形态。按该区断裂组合形态所反映的构造复杂程度，地垒赋予1，阶梯断层赋予2，地堑赋予3。 三级构造指数取决于有否决级构造破坏。有次级构造破坏时，地垒式构造破坏的赋予0.3，阶梯式构造破坏的赋予0.6，地堑式构造破坏的赋予1.0。没有次级构造破坏时赋予0。每一地质块段的构造指数，即上述一、二、三级构造指数之总和。构造指数越大，构造越复杂；构造指数越小，构造越简单。按上述原则计算，地质块段构造指数的最大值为14，最小值为3。有关构造指数法的应用实例见图1-3。 图1-3 辽宁沈北煤田望花井田构造指数分区示意图1构造分区边
14、界；2断层；30.25km2面积内断层线长度大于2000m的区域；4区域受力方向综采块段构造指数的取值范围，尚需通过与相邻巳采区的类比确定。应该指出，我国不同矿区地质构造条件千差万别，试图用统一的取值范围是难于实现的，所以应根据不同矿区或矿井的具体地质构造情况拟定适合当地的评价数据。 2）断层破坏指数法 在进行综采地质条件评价时；需要定量评价煤层遭受小型断层的破坏程度。表征断层破坏程度的指数有：单位面积上断层的条数（断层条数指数）；单位面积上断层的长度（断层长度指数）；单位面积上断层长度与断距的乘积（断层强度指数）等。严格地说，圆满评价断层的破坏程度，应全面包括上述三种指数。但考虑到同时应用三
15、种指数评价的复杂性，因此一般是选择其中的某一个指数。鉴于断层长度在图上易于测定，精度较高，且具单值性，所以作为断层破坏程度的主要指数应当采用断层长度指数K1。可用下式求得式中 统计范围内各断层长度之和； S统计范围内煤层的面积。 由于影响煤矿正常开采的小型断层，只有在开采完结后方能完全揭露。为了在采前获得断层长度指数，苏联矿井地质学家对此进行了研究。 （1）利用回采巷道断层条数指数，求采面断层长度指数。由于巷道掘进先于采面回采，因此可利用巷道中揭露的断层条数，按下式求出巷道断层条数指数K2式中 n巷道揭露断层条数； L巷道长度。研究表明，巷道断层条数指数K2与断层长度指数K1之间存在一定的关系，其关系式为式中 断煤交线与煤层走向的平均夹角；沿煤层走
