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1、第一章 煤田地质基础知识地质工作是煤矿生产的先锋，地质资料（主要指煤层和岩层的埋藏情况）是矿井设计与日常生产的重要依据。没有可靠的地质资料，矿井设计与生产就会陷入盲目状态。煤矿地质工作包括煤田地质勘探和矿井地质工作，前者指找煤开始和最终获得一定精度的地质资料，以满足矿井设计的需要；后者指在建井和生产过程中进一步查清地质情况，直接为生产服务。第一节 煤层埋藏特征与煤层分类一、概述(一)煤的形成虽然我国采煤和用煤的历史可以追溯到上千年前，但人们一直不清楚煤是怎样形成的。随着科学技术的发展，尤其是发明了显微镜以后，人们终于揭开了这个千年之谜：煤是由植物转变而来的。植物是成煤的原始物质，它分为低等植物
2、和高等植物。由低等植物形成的煤称为腐泥煤，在我国俗称“石煤”（因其灰分即矿物质含量高，外观似黑色岩石而得名）；由高等植物形成的煤称为腐植煤，因其含有大量的腐植酸而得名。在自然界，腐植煤占绝大多数，目前开采的也主要是腐植煤。煤是由植物经过漫长的极其复杂的生物化学、物理化学作用转变而成的。从植物遗体堆积到转变为煤的一系列演变过程称为成煤作用。成煤作用大致可分为两个阶段（图1-1）：第一阶段，泥炭化阶段；第二阶段，煤化阶段。在泥炭化阶段，低等植物及浮游生物遗体经腐泥化作用形成腐泥，高等植物遗体经泥炭化作用形成泥炭；在煤化阶段，腐泥转变为腐泥煤，泥炭经煤成岩作用转变为褐煤，褐煤经煤变质作用转变为烟煤和
3、无烟煤等。褐煤、烟煤、无烟煤均属腐植煤类。图1-1 成煤作用阶段划分(二)煤的分类我国煤炭资源丰富，煤种齐全。按煤的煤化程度和工艺性能，可将煤炭分为褐煤、烟煤和无烟煤三大类，其煤化程度逐渐升高。其中烟煤又可分为长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤以及贫煤，越往后煤化程度越高。二、煤层埋藏特征(一)煤田和储量1煤田在同一地史发展过程中，由炭质物的沉积并连续发育而造成的大面积含煤地带，称为煤田。煤田的范围、储量大小不一，小型煤田的面积不大，储量只有几百到几千万吨；大型煤田的面积有数千或数万平方公里，储量可达几亿到几百亿吨。2煤的储量煤的储量是指地下埋藏着具有工业开采价值的煤炭资源的数量，可用分级和分类来
4、表示其价值，见表1-1。表1-1 煤炭储量分类表根据煤田内不同块段的勘探程度，将储量分为A、B、C、D四级。A、B级称为高级储量；C、D级称为低级储量。级别越高，表示地质情况勘查得越详细，煤炭的数量和质量了解得越可靠。（1）地质储量。由地质勘探在一定范围和计算深度内，所获得的总储量，称为地质储量（一个矿井范围内的地质储量，习惯上称矿井总储量）。（2）平衡表外储量。指由于煤炭灰分高、厚度小、水文地质条件复杂等，在目前技术条件下暂时不能开采的储量，也称尚难利用储量。（3）平衡表内储量。指符合当前开采技术经济条件，可以开采和利用的储量，也称能利用储量。（4）工业储量。指平衡表内比较清楚的A、B、C三
5、级储量的总和，是矿井设计和投资的依据。（5）远景储量。指平衡表内的D级储量。由于勘探程度不高，有待进一步勘探，提高储量级别后，才能直接利用。它是矿井远景规划的依据。（6）可采储量。指工业储量中可以采出的那一部分储量。（7）设计损失量。指为了煤矿生产安全和技术上的需要，按设计规定遗留在井下的那一部分储量，例如：井筒保护煤柱；断层、河流、边界（井田和采区边界）、巷道等的保护煤柱。（二）煤层埋藏特征煤像其它沉积岩层一样，一般呈层状分布，但也有呈鸡窝状、扁豆状或其它似层状。不同的煤层其结构、厚度及稳定性等有所不同。1. 煤层结构根据煤层中有无稳定的岩石夹层（夹矸），将煤层分为两种结构类型。（1）简单结
6、构煤层 煤层中不含稳定的呈层状的岩石夹层，但含有呈透镜体或结核分布的矿物质（图1-2）。一般厚度较小的煤层往往结构简单，说明煤层形成时沼泽中植物遗体堆积是连续的。图1-2 煤层结构示意图（2）复杂结构煤层 煤层中常夹有稳定的呈层状的岩石夹层，少者12层，多者十几层（图1-2）。岩石夹层的岩性最常见的有碳质泥岩、碳质粉砂岩。岩石夹层的厚度一般从几厘米到数十厘米不等。煤层中如有较多的或较厚的岩石夹层，往往不利于机组采煤，同时也影响煤质，增加煤的含矸率。但有的岩石夹层是优质的陶瓷原料或耐火材料等，其经济价值甚至高于煤层本身。2煤层厚度煤层的顶板与底板之间的垂直距离叫煤层厚度。对复杂结构的煤层，则有总
7、厚度和有益厚度之分。总厚度是指煤层顶面至底面之间全部煤分层与岩石夹层之和；有益厚度是指煤层顶面至底面之间各煤分层之和。根据我国有关部门的规定，一般地区煤层地下开采的最低可采厚度标准，见表1-2；露天开采最低可采厚度为0.5m；缺煤地区的地下开采最低可采厚度分别比相应标准降低0.1m即可。表1-2 一般地区煤层最低可采厚度标准（地下开采）3煤层的层数及层间距各煤田中的煤层数目不同，少的只有一层或几层；多的可达十几层到几十层。相邻两煤层之间的距离可由几十厘米到数百米。通常称为煤层的层间距。4煤层埋藏深度煤层埋藏的深度大小不一，最大埋藏深度可达2km，目前我国煤矿的开采深度已达千米以上。随着开采深度
8、的增加，矿山压力、井下温度、涌水量与瓦斯涌出量等，都将增大。5煤层顶底板（1）顶板顶板指位于煤层上方一定距离的岩层。根据顶板岩层岩性、厚度以及采煤时顶板变形特征和垮落难易程度，将顶板分为伪顶，直接顶、基本顶三种（图1-3）。伪顶是指直接覆盖在煤层之上的薄层岩层。岩性多为碳质页岩或碳质泥岩，厚度不大，一般为几厘米至几十厘米。它极易垮塌，常随采随落，所以它都混杂在原煤里，增加了煤的含矸率。直接顶位于伪顶之上。岩性多为粉砂岩或泥岩，厚度为1m2m左右。它不像伪顶那样容易垮塌，但采煤回校后一般能自行垮落，有的经人工放顶后也较易垮落。直接顶垮落后都充填在采空区内。基本顶又称“老顶”。位于直接顶之上。岩性
9、多为砂岩或石灰岩，一般厚度较大，强度也大。基本顶般采煤后长时期内不易自行垮塌，只发生缓慢下沉。值得注意的是，并不是每个煤层都可分出上述三种顶板。有的煤层可能没有伪顶，有的煤层可能伪顶、直接顶都没有，煤层之上直接覆盖基本顶，如山东肥城矿区的8号煤层之上直接为石灰岩基本顶。（2）底板底板指位于煤层下方一定距离的岩层。底板分为直接底和老底两种（图1-3）。直接底指煤层之下与煤层直接接触的岩层。岩性以碳质泥岩最为常见，厚度不大，常为几十厘米。老底指位于直接底之下的岩层。其岩性多为粉砂料或砂岩，厚度较大。有的煤矿往往将一些永久性巷道布置在老底中，这样有利于巷道的维护。三、煤层分类煤层倾角、厚度及其稳定性
10、对采矿技术影响很大，所以在采矿工作中常将煤层据此加以分类。1. 按煤层倾角分类2. 按煤层厚度分类3. 按煤层稳定性分类煤层稳定性指煤层形态、厚度、结构和可采性的变化程度。按照矿区（或井田）的煤层变化程度（即稳定程度）划分为四类。稳定煤层 煤层厚度变化很小，规律明显，结构简单至较简单，全区可采或基本全区可采。较稳定煤层 煤层厚度有一定变化，但规律较明显，结构简单至夏杂，全区可采或大部分可采，可采范围内煤层厚度变化不大。不稳定煤层 煤层厚度变化较大，无明显规律，结构复杂至极复杂。主要包括煤层厚度变化很大，具有突然增厚、变薄现象，全区可采或大部分可采；煤层呈串珠状，藉节状，一般连续，局部可采，可采
11、边界线不规则；难以进行分层对比，但可进行层组对比的复煤层。极不稳定煤层 煤层厚度变化极大，呈透镜状、鸡窝状、一般不连续，很难找出规律，可采块段分布零星；或为无法进行分层对比，且层组对比也有困难的复煤层。第二节 地质构造煤层和其它岩层、岩体形成以后，由于受到地球内部和外部动力作用的影响，会发生一系列微观和宏观变化，产生诸如移位、倾斜、弯曲、断裂等地质现象。这些主要由地壳运动所引起的岩石变形变位现象在地壳中存在的形式和状态就称为地质构造，简称为构造。地质构造的表观形式是多种多样的，有简单的，也有复杂的。就简单的而言，在一定范围（一个井田或一个矿区）内，可归纳为单斜构造、褶皱构造和断裂构造三种基本类
12、型（图1-4）。其中单斜构造是指一系列岩层大致向同一个方向倾斜的构造形态，在较大的区域内，它往往是其它构造形态的一部分，如褶曲的一翼或断层的一盘（图1-5）。因此，可以说自然界中地质构造的基本表现形式有褶皱构造和断裂构造两种。图1-4 构造形态的基本类型示意图图1-5 单斜构造与褶曲、断层的关系示意图一、岩层的产状岩（煤）层的产状可用其层面在空间的方位及其与水平面的关系来确定。通常以岩（煤）层的走向、倾向和倾角（图1-6）来表示，这3个用来说明岩层产状的参数就称为岩层的产状要素。(1) 走向。岩层走向是表示岩层在空间的水平延展方向。岩层面与任一个水平面的交线称为走向线（图1-6中AOB）。可见
13、，走向线是岩层面上任一标高的水平线，亦即同一岩层面上同标高点的连线。因此，一个基本平直倾斜的岩层面上可以有无数条近乎平行的走向线。当岩层面是平面时，其走向线为一组水平的直线；当岩层面是曲面时，其走向线就成为水平的曲线。走向线两端的延伸方向称为走向，在一个测点上测得的岩层走向可以有两个方位、两者相差180。当走向线为直线时，说明岩层面上各点的走向不变；当走向线为曲线时，说明岩层面上各点的走向发生了改变。（2）倾向。岩层倾向表示岩层向地下倾斜延伸的方向。在岩层面上过某一点（图1-6中O；图1-7中A）沿岩层倾斜面向下（或向上）所引的直线（图1-6中ON；图1-7中AC和AD）称为倾斜线，倾斜线在水
14、平面上的投影线（图1-6中ON；图1-7中OC和OD）称为倾向线。倾向线所指的岩层向地下侧倾的一方称为该点岩层的倾向。水平岩层自然无走向和倾向可言；倾斜岩层和直立岩层的倾向指向较新岩层一方；倒转岩层的倾向则指向较老的岩层一方。当倾斜线与岩层的走向线垂直时，称该倾斜线（图1-6中ON；图1-7中AD）为真倾斜线，相应的倾向线（图1-6中ON；图1-7中OD）称为真倾向线，相应的倾向也称为真倾向（简称倾向）。当倾斜线与岩层的走向线斜交时，称倾斜线（图1-7中AC）为视（假）倾斜线，相应的倾向线（图1-7中OC）称为视（假）倾向线，相应的倾向称为视（假）倾向。可见，一点上岩层的真倾向是唯一的，而视（
15、假）倾向则可以有无数个。（3）倾角。岩层的倾角表示岩层的倾斜程度。它是指岩层层面与假想水平面的锐夹角。亦即倾斜线与其相应的倾向线的锐夹角。真倾斜线与真倾向线的锐夹角（图1-6中；图1-7中）称为真倾角。视倾斜线与其相应的视倾向线的锐夹角（图1-7中）称为视（假或伪）倾角。一点上岩层的真倾角是指该点岩层的最大倾角，其大小值是一定的，也是唯一的；而视倾角的值则随视倾向的改变而发生变化，它可以有无数多个，们都恒小于真倾角。真倾角和视倾角存在如下关系： （1-1）一般说来，倾角越小，开采越易；倾角越大，开采越难。对于地下开采，煤层根据倾角分为：缓倾斜煤层825；倾斜煤层 2545；急倾斜煤层45。通常又把58以下的煤层称作近水平煤层。由于受地质构造的影响，在任何一个煤田内，同一煤层在不同的地点，煤层的走向、倾向和倾角都不是固定不变的，只不过变化的大小程度不同。二、褶皱构造由于地壳运动等地质作用的影响，使岩层发生塑性变形而形成一系列波状弯曲但仍保持着岩层的连续完整性的构造形态，称为褶皱构造（图1-8），简称为褶皱。图1-8 褶皱与褶曲剖面示意图岩层褶皱构造中的每一个弯曲为一基本单位，称褶曲。褶曲的基本形式可分为背斜和向斜两种。背斜是指核心部位岩层较
