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1、采采 煤煤 概概 论论河北工程大学资源学院河北工程大学资源学院主讲：郝彬彬主讲：郝彬彬1第一章第一章 煤矿地质知识煤矿地质知识第一节第一节地壳与地质作用地壳与地质作用第二节第二节煤的形成及工业分类煤的形成及工业分类第三节第三节煤田地质勘探与储量煤田地质勘探与储量第四节第四节影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素2 第一节第一节地壳与地质作用地壳与地质作用一、地壳及岩石一、地壳及岩石岩石按其生成的方式可以分三大类：岩石按其生成的方式可以分三大类：1、岩浆岩岩浆岩2、沉积岩沉积岩3、变质岩变质岩煤是一种沉积岩。煤是一种沉积岩。3 第一节第一节地壳与地质作用地壳与地质作用二、地质作用与地壳运动
2、二、地质作用与地壳运动 埋藏在地下的煤和其他矿产资源，都是地壳物质埋藏在地下的煤和其他矿产资源，都是地壳物质运动和各种地质作用的产物。运动和各种地质作用的产物。1.内力地质作用内力地质作用由地球内部能量引起的地壳物质成分、内部构造、地由地球内部能量引起的地壳物质成分、内部构造、地表形态发生变化的地质作用，它包括表形态发生变化的地质作用，它包括地壳运动、岩浆地壳运动、岩浆活动、变质作用和地震作用活动、变质作用和地震作用等。等。2.外力地质作用外力地质作用它作用在地壳表层，主要是由地球以外的太阳辐射能、它作用在地壳表层，主要是由地球以外的太阳辐射能、日月引力能等引起。按其作用方式可分为：日月引力能
3、等引起。按其作用方式可分为：风化和剥风化和剥蚀、搬运和沉积蚀、搬运和沉积、固结成岩、固结成岩。4一、煤的形成一、煤的形成1、成煤植物、成煤植物在漫长的在漫长的45亿年的地球历史上，有过三次高亿年的地球历史上，有过三次高等植物的极盛时期，即等植物的极盛时期，即:石炭二叠纪的蕨类植物石炭二叠纪的蕨类植物三叠侏罗纪的裸子植物三叠侏罗纪的裸子植物第三纪的被子植物第三纪的被子植物这三个时期也是历史上的三个聚煤期这三个时期也是历史上的三个聚煤期第二节第二节煤的形成及工业分类煤的形成及工业分类52 2、煤的形成过程煤的形成过程第一阶段：第一阶段：泥炭化阶段泥炭化阶段第二阶段：第二阶段：煤化阶段煤化阶段煤成岩
4、作用煤成岩作用煤变质作用煤变质作用 第二节第二节煤的形成及工业分类煤的形成及工业分类6第二节第二节煤的形成及工业分类煤的形成及工业分类 3、成煤条件、成煤条件煤在地壳中的积聚主要依靠古气侯、古地理煤在地壳中的积聚主要依靠古气侯、古地理地貌和地质作用等条件的良好配合。形成有开采地貌和地质作用等条件的良好配合。形成有开采价值的煤层，必须具备以下四个条件：价值的煤层，必须具备以下四个条件：第一、第一、植物条件植物条件。第二、第二、气候条件气候条件。第三、第三、地理环境地理环境。第四、第四、地壳运动地壳运动。7二、煤系二、煤系煤系地层煤系地层：在煤的形成过程中，煤层上下同时形成：在煤的形成过程中，煤层
5、上下同时形成许多岩层。这些夹有煤层的岩层是在同一个成煤时许多岩层。这些夹有煤层的岩层是在同一个成煤时期形成的，通常称为某一地质时代的煤系地层。期形成的，通常称为某一地质时代的煤系地层。煤系煤系：煤系是指含有煤层的沉积岩系，它们彼此间：煤系是指含有煤层的沉积岩系，它们彼此间大致连续沉积，并在成因上有密切联系。大致连续沉积，并在成因上有密切联系。 第二节第二节 煤的形成及工业分类煤的形成及工业分类8三、煤的性质三、煤的性质1煤的物理性质煤的物理性质光泽、颜色、条痕、硬度、脆度、比重光泽、颜色、条痕、硬度、脆度、比重和容重、导电性等。和容重、导电性等。2煤的化学组成煤的化学组成：有机质和无机质，主要
6、：有机质和无机质，主要元素有：元素有：碳碳、氢氢、氧氧、氮、氮、硫硫、磷磷。 第二节第二节 煤的形成及工业分类煤的形成及工业分类9变质程度光泽颜色硬度脆度容重导电性褐煤无光泽暗淡沥青光泽褐色黑褐色2.02.5脆度较小有一定韧性1.051.2不良导体，导电性随变质程度增高而增加烟煤长焰煤沥青光泽褐黑色2.81.21.4气煤强沥青光泽弱玻璃光泽黑色黑灰色肥煤玻璃光泽2.6最大焦煤强玻璃光泽2.5瘦煤2.6 贫煤金刚光泽 2.6无烟煤似金属光泽灰黑色钢灰色3.54.0最小1.351.8良好10第二节第二节煤的形成及工业分类煤的形成及工业分类 四、煤的工业分类四、煤的工业分类1常用的煤质指标常用的煤质
7、指标评价煤质的主要指标包括：水分评价煤质的主要指标包括：水分W、灰分、灰分A、挥发、挥发分分V、胶质层厚度、胶质层厚度Y、发热量、发热量Q、硫、硫S和磷和磷P的含量以的含量以及含矸率等。及含矸率等。2煤的工业分类煤的工业分类我国现行的工业分类，是以炼焦煤为主的分类方案，我国现行的工业分类，是以炼焦煤为主的分类方案，分类指标主要用挥发分和胶质层的最大厚度分类指标主要用挥发分和胶质层的最大厚度y(mm)为指标划分煤的种类，从无烟煤到褐煤分为十大煤为指标划分煤的种类，从无烟煤到褐煤分为十大煤种，即种，即无烟煤无烟煤、烟煤烟煤（贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、（贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱粘煤、不粘煤、长
8、焰煤）、气煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤）、褐煤褐煤。 1112第三节第三节煤田地质勘探与储量煤田地质勘探与储量 一、煤田地质勘探的任务煤田地质勘探的任务煤田地质勘探的任务主要是：煤田地质勘探的任务主要是：查清楚煤系查清楚煤系地层构造、煤层赋存状况、煤炭储量及煤地层构造、煤层赋存状况、煤炭储量及煤质、水文地质条件、开采技术条件等。质、水文地质条件、开采技术条件等。13第三节第三节煤田地质勘探与储量煤田地质勘探与储量 二、煤田地质勘探的三个阶段二、煤田地质勘探的三个阶段煤矿建设大体分为远景规划、矿区总体设计煤矿建设大体分为远景规划、矿区总体设计和矿井设计三个阶段，每个阶段都要以经过审批和矿井设计三个
9、阶段，每个阶段都要以经过审批的地质报告书为依据，因此煤田地质勘探工作也的地质报告书为依据，因此煤田地质勘探工作也相应分为三个阶段。相应分为三个阶段。1、煤田普查勘探煤田普查勘探2、矿区详查矿区详查3、井田精查井田精查14第三节第三节煤田地质勘探与储量煤田地质勘探与储量 三、煤田地质勘探方法三、煤田地质勘探方法从找煤到满足上述三个勘探阶段的精度要求，从找煤到满足上述三个勘探阶段的精度要求，需要一系列的勘探手段和方法。常用的方法有：需要一系列的勘探手段和方法。常用的方法有：1、地质测量地质测量2、掘探工程掘探工程3、钻探工程钻探工程4、物探工程物探工程15四、煤炭储量四、煤炭储量1、储量分级、储量
10、分级根根据据煤煤田田内内不不同同块块段段的的勘勘探探程程度度，将将储储量量分分为为A、B、C、D四四级级，A、B级级为为高高级级储储量量，C、D级级为为低低级级储储量量。级级别别越越高高表表示示地地质质情情况况查查明明得得越越详详细细，煤煤炭炭的的数数量和质量了解得越可靠。量和质量了解得越可靠。第三节第三节 煤田地质勘探与储量煤田地质勘探与储量162、储量分类、储量分类地质储量地质储量尚难利用储量尚难利用储量能利用储量能利用储量工业储量工业储量远景储量远景储量可采储量与设计损失量可采储量与设计损失量第三节第三节 煤田地质勘探与储量煤田地质勘探与储量17第三节第三节 煤田地质勘探与储量煤田地质勘
11、探与储量18一、煤层赋存状态一、煤层赋存状态1 1煤层的形状煤层的形状煤层通常是层状的，层位有明显的连续煤层通常是层状的，层位有明显的连续性，厚度也比较均匀，但由于受到沉积条性，厚度也比较均匀，但由于受到沉积条件及地壳运动的影响，也有似层状和非层件及地壳运动的影响，也有似层状和非层状的煤层，例如串珠状、马尾状等。状的煤层，例如串珠状、马尾状等。第四节第四节 影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素1920 2 2、煤层厚度、煤层厚度煤层厚度煤层厚度是指煤层顶底扳之间的垂直距是指煤层顶底扳之间的垂直距离。煤层的厚度由几厘米到几十米，最厚可离。煤层的厚度由几厘米到几十米，最厚可达百米以上。达百
12、米以上。根据煤层厚度对开采技术的影响，将煤根据煤层厚度对开采技术的影响，将煤层分为以下三类层分为以下三类薄煤层薄煤层煤层厚度从最低可采厚度煤层厚度从最低可采厚度1.3m中厚煤层中厚煤层煤层厚度为煤层厚度为1.3m一一3.5m厚煤层厚煤层煤层厚度为煤层厚度为3.5m以上以上第四节第四节 影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素2122第四节第四节影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素3 3、煤层的埋藏深度、煤层的埋藏深度煤层的埋藏深度：大小不一，最大垂深可煤层的埋藏深度：大小不一，最大垂深可达达2000m。世界主要产煤国平均矿井开采深度：世界主要产煤国平均矿井开采深度：德国德国1100
13、m（最大采深（最大采深1700m）波兰波兰700m英国英国650m俄罗斯俄罗斯600m美国、南非、印度、澳大利亚在美国、南非、印度、澳大利亚在100250m23第四节第四节影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素目前，我国的开采深度已达到目前，我国的开采深度已达到1000m以以上。我国平均开采深度为上。我国平均开采深度为450-500m。沈阳彩屯煤矿沈阳彩屯煤矿1199m（最深的矿（最深的矿井）井）开滦矿区赵各庄矿开滦矿区赵各庄矿1160m山东新汶孙村矿山东新汶孙村矿1055m北票冠山北票冠山1059m河南省平顶山矿区河南省平顶山矿区1000m 244 4、煤层的产状要素、煤层的产状要素煤
14、煤层层的的空空间间状状态态要要用用产产状状要要素素（即即煤层的煤层的走向、倾向和倾角走向、倾向和倾角)来表示。来表示。第四节第四节 影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素25煤层的倾角：煤层与水平面之间所夹的最大锐角。煤层的倾角：煤层与水平面之间所夹的最大锐角。近水平煤层：近水平煤层：58缓斜煤层：缓斜煤层：825倾斜煤层：倾斜煤层：2545急倾斜煤层：急倾斜煤层：45第四节第四节 影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素26第四节第四节影响煤矿生产的地质因影响煤矿生产的地质因素素 5、煤层的稳定性煤层的稳定性任何煤层的厚度，实际上都是变化的，有时厚有时薄，任何煤层的厚度，实际上都是
15、变化的，有时厚有时薄，甚至尖灭。根据厚度变化情况可将煤层分为下列四类：甚至尖灭。根据厚度变化情况可将煤层分为下列四类：稳定煤层稳定煤层：这种煤层在整修矿井开采范围内厚度均大：这种煤层在整修矿井开采范围内厚度均大于最小可采厚度，且厚度变化有一定的规律性。于最小可采厚度，且厚度变化有一定的规律性。较稳定煤层较稳定煤层：在矿井开采范围内绝大多数煤层基本可：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。采，而只有局部煤层不可采。不稳定煤层不稳定煤层：煤层厚度变化很大：煤层厚度变化很大，有薄有厚，甚至尖，有薄有厚，甚至尖灭。经常出现不可采区域。灭。经常出现不可采区域。极不稳定煤层极不稳定煤
16、层：煤层常呈鸡窝状，断断续续分布，在：煤层常呈鸡窝状，断断续续分布，在井田范围内仅局部可采。井田范围内仅局部可采。27第四节第四节影响煤矿生产的地质因影响煤矿生产的地质因素素 二、煤层的顶板与底板二、煤层的顶板与底板 1 1、顶板、顶板 顶板是指位于煤层上方一定距离内的岩层。根据顶板岩层岩性、厚顶板是指位于煤层上方一定距离内的岩层。根据顶板岩层岩性、厚度和位置，采煤时顶板变形特征和垮落难易程度，将顶板分为伪顶、度和位置，采煤时顶板变形特征和垮落难易程度，将顶板分为伪顶、直接顶和基本顶三种。直接顶和基本顶三种。 伪顶伪顶：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：指直接覆盖在煤层之上
17、的薄层岩层，岩性多为碳质页岩或碳质泥岩，厚度一般为几厘米至几十厘米。它极易垮落，常随采随落，质泥岩，厚度一般为几厘米至几十厘米。它极易垮落，常随采随落，增加煤的含矸。增加煤的含矸。 直接顶直接顶：位于伪顶之上或直接位于煤层之上的岩层。岩性多为粉砂：位于伪顶之上或直接位于煤层之上的岩层。岩性多为粉砂岩或泥岩，厚度岩或泥岩，厚度1 12 2米左右。它不像伪顶那样容易垮落，但采煤回米左右。它不像伪顶那样容易垮落，但采煤回柱后一般能自行垮落，有的经人工放顶后也比较容易垮落。直接顶柱后一般能自行垮落，有的经人工放顶后也比较容易垮落。直接顶垮落后都充填在采空区内。垮落后都充填在采空区内。 基本顶基本顶：也
18、叫老顶，位于直接顶之上或直接位于煤层之上的岩层。：也叫老顶，位于直接顶之上或直接位于煤层之上的岩层。岩性多为砂岩或石灰岩，一般厚度大，强度也大。基本顶一般在采岩性多为砂岩或石灰岩，一般厚度大，强度也大。基本顶一般在采煤结束经过一定时间后才能垮塌，或仅发生缓慢下沉。煤结束经过一定时间后才能垮塌，或仅发生缓慢下沉。28第四节第四节影响煤矿生产的地质因影响煤矿生产的地质因素素 2 2、底板、底板 底板是指位于煤层下方一定距离内的岩层。对生产底板是指位于煤层下方一定距离内的岩层。对生产影响最大的煤层底板一般为伪底和直接底。影响最大的煤层底板一般为伪底和直接底。 伪底伪底：指煤层之下与煤层直接接触的岩层
19、。它往往：指煤层之下与煤层直接接触的岩层。它往往是当初沼泽中生长植物的土壤，富含根须化石。岩是当初沼泽中生长植物的土壤，富含根须化石。岩性以碳质泥岩为主，厚度不大，常为几十厘米。性以碳质泥岩为主，厚度不大，常为几十厘米。 直接底直接底：位于伪底之下的岩层。岩性多为粉砂岩或：位于伪底之下的岩层。岩性多为粉砂岩或砂岩，厚度较大。砂岩，厚度较大。29第四节第四节影响煤矿生产的地质因影响煤矿生产的地质因素素 三、地质构造三、地质构造 构构造造变变动动：沉沉积积岩岩层层开开始始形形成成时时，一一般般呈呈水水平平和和连连续续完完整整状状态态，在在地地壳壳运运动动的的作作用用下下，产产生生了了变变形形和和变
20、变位位，改改变变了了原原先先的的赋赋存存状状态态，这这种种现现象象称称为为构构造造变动。变动。 地地质质构构造造：由由构构造造变变动动形形成成的的岩岩层层空空间间状状态态，叫叫做做地质构造。地质构造。 构造变动形状主要分为两类：构造变动形状主要分为两类：褶皱构造褶皱构造和和断裂构造断裂构造。303132333435363738四、其他地质因素四、其他地质因素1、矿井水文地质及岩溶陷落柱、矿井水文地质及岩溶陷落柱第四节第四节 影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素39陷落柱定义陷落柱定义：在煤层底板以下的石灰岩中，由于：在煤层底板以下的石灰岩中，由于酸性水的作用会形成许多溶洞。而且随酸性水
21、的酸性水的作用会形成许多溶洞。而且随酸性水的不断补给，溶洞会不断增大。最后导致其上部的不断补给，溶洞会不断增大。最后导致其上部的岩层整体陷落，形成一个下部大、上部小的破碎岩层整体陷落，形成一个下部大、上部小的破碎柱体叫陷落柱。柱体叫陷落柱。其直径从几米到几百米大小不等，其中陷落的其直径从几米到几百米大小不等，其中陷落的岩层杂乱无章、极其破碎。而且其中大都有水，岩层杂乱无章、极其破碎。而且其中大都有水，对煤矿安全生产不利。对煤矿安全生产不利。第四节第四节 影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素40第四节第四节影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素2 2、岩浆侵入、岩浆侵入3 3、地温及自燃、地温及自燃411什么叫地质作用？内、外力地质作用有哪几种作用形式？2简述煤的形成过程？3煤的物理和化学性质主要包括几种？常用的煤质指标和工业分类指标各有哪些？4煤层按厚度可分为哪几类？5反映煤层赋存状态的指标主要有几种？煤层按厚度和倾角如何分类？6反映煤岩层产状要素是什么？7.断层的要素有哪几部分？什么叫正断层、逆断层、平推断层？8.煤田地质勘探的任务是什么？煤田地质勘探划分为哪几个阶段？煤田地质勘探有哪几种方法？9.矿井储量是如何分类的？思考题：42
