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1、煤矿地质基础知识一、煤矿埋藏特征1、煤层的厚度由于成煤环境和条件的不同以及地质的影响，煤层厚度差异很大，有的煤层只有几厘米厚，有的可达几十米或百余米。煤层的厚度，是确定开拓部署和选择采煤方法的主要因素之一。我国根据开采技术的特点，将煤层按厚度不同分成：（1）薄煤层：小于1.3m的煤层；（2）中厚煤层：厚度在1.33.5m的煤层；（3）厚煤层：厚度大于3.5m的煤层。在生产工作中，习惯将厚度大于6m的煤层称特厚煤层。从我国已探明的煤炭储量和已开采的煤层看，近水平煤层及薄煤层较少，而中厚煤层和厚煤层较普遍。2、煤层的顶、底板煤层顶底板是指煤系地层中位于煤层上下一定距离内的岩层。按照沉积顺序，先于煤
2、生成的岩石是煤层底板，后生成的是煤层顶板。在正常情况下，煤层顶板位于煤层之上，而煤层底板位于煤层之下。当地质构造破坏较剧烈时，有可能发生倒转。根据顶板岩层相对于煤层的位置及开采过程中岩层变形、跨落的难易程度，顶板可分为伪顶、直接顶和基本顶3种类型。（1）伪顶：位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，其厚度一般在0.5m以下，多为炭质页岩和泥质页岩等。（2）直接顶：位于伪顶或直接位于煤层（无伪顶时）之上，具有一定的稳定性，移架或回柱后能自行跨落的岩层，多由砂质岩等组成。（3）基本顶：位于直接顶或煤层之上，其厚度及岩石强度较大，是坚硬又难以跨落的岩层。通常由粗砂岩、砾岩、石灰石等组成。在采煤过程中，基
3、本顶是顶板管理的主要对象。煤层底板可分为直接底和基本底。直接底位于煤层之下，厚度数十厘米至数米，多为泥岩、页岩或黏土岩。有的直接底遇水膨胀，容易发生底鼓现象，致使巷道遭到破坏。基本底是位于直接底之下的较坚硬岩层，常为厚层状砂岩、砾岩或石灰岩。3、煤层的形态与结构煤层是沉积生成的，一般呈层状，但由于受地壳运动的影响，有的煤层形状发生变化。一般可分为3种类型：（1）层状煤层，其层位有显著的连续性，厚度变化有一定的规律或厚度基本稳定；（2）似层状煤层，其形状像藕节、串珠或瓜藤等，层位有一定的连续性，厚度变化较大；（3）非层状煤层，形状像鸡窝或扁豆状，层位连续性差，常有大范围尖灭。我国西北、华北、东北
4、等地区的主要矿区煤层多为层状煤层。江南各小型矿区和乡镇、个体所经营的小煤矿相当多的煤层是非层状煤层。层状煤层比较方便，而非层状煤层常给开采带来一定难度。 煤层除在形态上有所不同以外，在构造上也有很大差别，在有的煤层中，有时含有厚度较薄且很不稳定的岩层，这类含在煤层内的岩层称作夹石或夹石（矸）层。根据煤层中有无稳定的夹石层，可将煤层分为两类，即简单结构煤层和复杂结构煤层。简单结构煤层一般不含夹石层，复杂结构煤层含夹石层者12层，多者可达几层或十几层。由于夹石层的存在，不仅使煤的灰分增高，而且给开采带来一定的难度。4、煤层的产状要素煤层原始生成时呈水平状态，但由于地壳运动的影响，煤层及岩层由水平状
5、态变成为倾斜或弯曲状态。描述煤层的储存状态和位置用产状要素来表示。煤层产状要素就是它的走向、倾向和倾角，如图4-1所示。这3个要素就能表示出煤层在空间的位置。（1）走向。煤层层面与水平面的交线称为走向线，走向线两端所指的方向就是走向。（2）倾向。在煤层层面上与走向线垂直向下延伸的直线叫做倾斜线，倾斜线的水平投影所指的方向称为倾向。（3）倾角。煤层层面与水平面的夹角称为倾角。倾角的大小反映煤层的倾斜程度，倾角变化在0-90之间。煤层倾角越大，开采难度越大。根据采煤技术特点，煤层倾角分为4类： 近水平煤层 455、煤矿地质构造及其安全生产的影响岩（煤）形成初期，一般都是水平或近水平的，并在一定范围
6、内是连续完整的，后来受到地壳运动的影响，使岩层的形态发生了变化，出现了倾斜、褶皱，有的还发生了断裂或延断裂面产生了位移，使岩层失去了完整性。这种有地壳运动造成的岩石的空间形态（如褶曲、断层等）称为地质构造。 地质构造的形态多种多样，大致可分为单斜构造、褶皱构造和断裂构造。1）单斜构造岩（煤）层受地质作用力的影响，产生向一个方向倾斜的形态，这样的构造形态称为单斜构造。单斜构造往往是其他构造形态的一部分，或是褶曲的一翼，或是断层的一盘。2）褶曲构造岩（煤）层在地壳运动中受水平方向挤压力的作用，呈现波状弯曲，但依然保持其连续性和完整性，这种构造形态称为褶曲构造。岩（煤）层褶曲构造中的每一个弯曲为一个
7、基本单位，称为褶曲，如图4-2所示。褶曲的基本形态有背斜和向斜两种：岩（煤）层向上弯拱的褶曲称为背斜；岩（煤）层向下弯拱的褶曲称为向斜。在自然界中，背斜和向斜在位置上往往是彼此相连的，褶曲是由于地壳运动所产生的水平挤压形成的，因此，在褶曲两翼必然存在一个压应力，当地壳运动停止后，由于任何物体都有一个恢复原来状态的趋势，所以又产生了一个拉应力，如图4-3所示。因此，在褶曲构造带势必储存一个应力能，我们把它叫做构造应力。据测定，构造应力是原始应力的20倍，这就给顶板管理和安全生产带来一定的困难，尤其是在有冲击地压的煤层中困难就更大。3）断裂构造岩层受地质作用力后遭到破坏，失去了连续性和完整性的构造
8、形态称为断裂构造。断裂面两侧的岩层没有发生明显位移的断裂构造称为裂隙或节理。断裂面两侧的岩层发生了明显位移的断裂构造，称为断层。其断层要素如图4-4所示。（1）断层面。岩层发生断裂位移时，相对滑动的断裂面。（2）断盘。断层面两侧产生相对位移的岩体称为断盘。如果断层面为倾斜时，通常将断层面以上的断盘称为上盘，断层面以下的断盘称为下盘。（3）断距。断层的两盘相对位移的距离。断距可分为垂直断距（两盘相对位移垂直距离）和水平断距（两盘相对位移水平距离），如图4-5所示。根据断层两盘相对运动的方向，断层可分为以下3种类型，如图4-6所示。正断层：上盘相对下降，上盘相对上升；逆断层：上盘相对上升，下盘相对
9、下降；平移断层：断层两盘岩块沿断层面做水平方向相对移动。根据断层走向与岩层的关系，断层又分为：走向断层：断层走向与岩层走向平行或基本平行；倾斜断层：断层走向与岩层走向垂直或基本垂直；斜交断层：断层走向与岩层走向斜交。根据断层的组合形式不同，又可以有地堑、地垒、阶梯构造等断层组。断层对煤矿安全生产影响较大。在断层带附近岩（煤）破碎，顶板失去完整性，极易发生冒顶事故；断层又是地下水的良好通道，可能使井下涌水量增加，甚至发生突水事故；另外断层带还可能积聚大量瓦斯，从而引发瓦斯事故。二、矿图在矿井设计、施工和生产管理等工作中，需要测绘一系列的图纸，这些图称为矿图。1、矿图的种类矿图的种类很多，生产矿井
10、必备的图纸一般分为两大类：一类是矿井测量图，另一类是矿井地质图。矿井测量图是根据地面和井下实际测量的资料绘制的。随采掘情况不断变化，逐步测量并填绘的。它主要反映矿井地面的地貌、地物情况；井下采掘工作面及井上、下相对位置关系等情况。矿井地质图一般是在矿井测量图的基础上，将生产过程中收集的地质资料和原有勘探资料，经过分析推断绘制而成的。它主要反映全矿煤层的产状、地质构造、地形地质、水文地质、煤层空间分布等情况。矿井的地质图和测量图有着密切的联系，如果没有矿井测量图，矿井地质图就难以绘制；反之，矿井测量图如果不根据矿井地质图填绘可靠的地质资料，就说明不了煤层埋藏的真实情况，从而降低矿井测量图的实际效
11、用。为满足生产，保证安全，在矿井地质图和矿井测量图的基础上，还需要绘制许多图纸。因此，规程规定,一个矿井必备以下11种图纸:(1)矿井地质和水文地质图;(2)井上、下对照图；(3)巷道布置图；(4)采掘工程平面图；(5)通风系统图；(6)井下运输系统图；(7)安全监测装备布置图；(8)排水、防尘、防水注浆、压风、充填、抽放瓦斯等管路系统图；(9)井下通讯系统图；(10)井上、下配电系统图和井下电气设备布置图；(11)井下避灾路线图。2、常用矿图的识读1）图例和比例尺矿图是矿井地面和井下实际存在的反映，是根据测量成果，按一定比例尺和国家统一的矿图图例符号绘制成图的。因此，无论绘制和应用矿图，都必
12、须熟悉矿图图例和比例尺。（1）矿图图例。矿图图例如图4-7所示。（2）比例尺。在绘制矿图时，不准将实际物体大小描绘在图纸上，必须按一定倍数缩小后描绘在图纸上，这种按缩小尺寸与实际物体尺寸的比例关系数作成的尺子叫比例尺。一般常用矿图有统一规定的比例尺，如采掘工程平面图是1：2000或1：1000，井下巷道断面图和施工图是1：200或1：100，1：50等。知道了图纸的比例尺后，就可根据图纸上某一段的长度求出实际相应的水平长度，也可以将实际的水平长度换算成图纸上相应的长度。例如在1：1000的图上，量的两点间的长度d为3.8cm，那么实地水平距离D应为38m，因为实地水平距离是图纸上线段长度的10
13、00倍，相反，图纸上线段长度是实地水平距离的1/1000。2)确定直线方向和点的位置(1)确定直线方向。在矿图中，直线的方向是用方位角来表示的。方位角是由标准方向线（指北线）北端，顺时针量到该直线的夹角。为了计算方便，常用方位角换算象限角。方位角用表示，一般为0-360。图4-8是直线的方位角。用R1，R2，R3，和R4表示4个象限角。(2)点的位置。表示地面一点的位置，常采用平面直角坐标系，它是由两条相互垂直的直线构成的。南北方向为纵坐标轴ox，东西方向为横坐标轴oy。两轴的交点称为坐标原点。在平面xoy上，一点的位置可以用该点相对于坐标轴的距离来表示，称为该点的坐标。图4-9中，一号井井口
14、在ox轴方向的距离为1522m，用字母x表示，在oy轴方向上的距离为1635m，用字母y表示。这样，一号井井口的坐标是：x=1522，y=1635。对于任何一个测量区，都可以自行选择坐标原点的位置，或者采用国家规定统一坐标系。(3)标高。以选定某处海平面平均水位的水准面作为计算高低的标准，一点到这个水准面的垂直距离叫该点的标高。高于水准面的是正数，低于水准面的是负数。一号井井口高于水准面189m，标高是+189m，用字母z表示，如图4-10所示。这样，一号井的3个坐标是：x=1522，y=1635，z=+189.不但可以在矿图上画出来，还可以用测量的方法在地面（或井下）定出该点位置。3）煤层底
15、板等高线图煤层底板等高线图是把煤层底板与不同高程水平面的交线，垂直投影到平面上，反映煤层空间形态和构造变动的重要地质图件。该图是用于考虑矿井边界、设计井口位置、选择开拓方案、划分开采水平、布置采区和回采工作面、设计和指导各种巷道施工、预留地表和井下重要建筑物的安全煤柱等重要依据。在煤层底板等高线图上，等高线的延伸方向就是煤层的走向，其延伸方向和等高线之间的间距变化，反映了煤层的产状变化和地质构造形态，如图4-11所示。煤层如果是单斜构造，等高线表现为一组标高不等的平行直线，各等高线之间距离大致相等，等高线越疏表示煤层倾角越缓，等高线越密表示煤层倾角越陡。褶皱构造则表现为一组标高不等的平行曲线。断层构造在煤层底板等高线和采掘工程平面上是用断层交面线，即段层面与煤层面交线的投影来表示的，如图4-12所示。图上两盘符号以点划线表示上盘，叉划线表示下盘。图4-12a为被正断层断开的煤层，其底板等高线中断，煤层底板等高线缺失的地方，即为无煤带。图4
