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1、地质学基础地质学基础中国矿业大学资源与地球科学学院 朱炎铭朱炎铭E-mail: 2021/9/212021/9/211 1补补煤矿巷道知识煤矿巷道知识主要巷道主要巷道垂直巷道垂直巷道水平巷道水平巷道开采巷道开采巷道立井：主立井立井：主立井提升煤提升煤 付立井付立井材料、人员材料、人员小井：小井：20m。 井筒位置的选择：一般立井井筒要布置在倾角较大的断层下盘，以距离断层井筒位置的选择：一般立井井筒要布置在倾角较大的断层下盘，以距离断层 30-50m为宜；为宜； 运输大巷的布置：遇大断层，可改向，但过断层后应尽快进入原设计层位。运输大巷的布置：遇大断层，可改向，但过断层后应尽快进入原设计层位。
2、开采块段的划分：应尽可能将较大断层留在采面之间的煤柱中，如走向断层划开采块段的划分：应尽可能将较大断层留在采面之间的煤柱中，如走向断层划 入阶段煤柱，倾向断层作为采区边界；入阶段煤柱，倾向断层作为采区边界；2021/9/212021/9/2114142、巷道掘进阶段对断层的处理、巷道掘进阶段对断层的处理 应根据不同的地质条件和生产对巷道的要求分别采用不同的方法应根据不同的地质条件和生产对巷道的要求分别采用不同的方法 平巷过断层：可采用斜穿煤层顶、底板或顺断层面掘进；平巷过断层：可采用斜穿煤层顶、底板或顺断层面掘进； 斜巷过断层：可采用斜穿煤层顶、底板或顺断层面掘进；斜巷过断层：可采用斜穿煤层顶
3、、底板或顺断层面掘进； 回采阶段对断层的处理：回采阶段对断层的处理： 走向断层的处理：当断层落差小于煤厚，挑顶、卧底而过；走向断层的处理：当断层落差小于煤厚，挑顶、卧底而过； 当断层落差大于煤厚或采高，可分采；当断层落差大于煤厚或采高，可分采； 倾向断层的处理：当断层落差小于煤厚，挑顶、卧底而过；倾向断层的处理：当断层落差小于煤厚，挑顶、卧底而过； 当断层落差大于煤厚或采高，重开切割眼回采；当断层落差大于煤厚或采高，重开切割眼回采； 斜交断层的处理：一般与处理倾向断层的方法基本相同；斜交断层的处理：一般与处理倾向断层的方法基本相同；2021/9/212021/9/211515三、岩浆岩对煤层的
4、影响三、岩浆岩对煤层的影响2021/9/212021/9/211616四、矿井瓦斯和地热四、矿井瓦斯和地热（一）矿井瓦斯（一）矿井瓦斯v 概述概述 瓦斯是影响煤矿生产的一个重要因素；是深部开采的三大障瓦斯是影响煤矿生产的一个重要因素；是深部开采的三大障碍：之一（瓦斯、地压和地温）；碍：之一（瓦斯、地压和地温）；v 瓦斯成分与性质瓦斯成分与性质 成分：成分：CH4；CO2；N2组成；组成； CH4 ：瓦斯主要成分，无色、无味、无嗅、无毒的气体；空瓦斯主要成分，无色、无味、无嗅、无毒的气体；空气中含量达气中含量达5.3%-14%，遇火燃烧，在井下构成瓦斯爆炸；当浓度达，遇火燃烧，在井下构成瓦斯爆炸
5、；当浓度达40%，就可使人窒息致死；，就可使人窒息致死；v 瓦斯成因瓦斯成因泥炭泥炭 50埋深埋深160-200放出大量瓦斯放出大量瓦斯无烟煤无烟煤据计算：每生成据计算：每生成1吨煤，可产生吨煤，可产生1000m3的瓦斯与二氧化碳的瓦斯与二氧化碳2021/9/212021/9/211717v 瓦斯赋存状态瓦斯赋存状态 两种：自由状态两种：自由状态 瓦斯存于煤层与围岩的孔隙和裂隙之中；瓦斯存于煤层与围岩的孔隙和裂隙之中； 决定于：围岩的孔隙空间决定于：围岩的孔隙空间 外界的外界的T、P； 吸附状态吸附状态以分子引力吸附在煤体表面，据测定以分子引力吸附在煤体表面，据测定1克无烟煤克无烟煤 其表面积
6、可达其表面积可达200m2. 影响因素影响因素煤化作用煤化作用围岩条件围岩条件地质构造地质构造埋藏深度埋藏深度地下水活动地下水活动2021/9/212021/9/211818v 瓦斯涌出瓦斯涌出 矿井瓦斯等级矿井瓦斯等级 一级瓦斯矿：一级瓦斯矿： 5 5 10m3/T（昼夜）（昼夜） 三级瓦斯矿：三级瓦斯矿： 10 15m3/T（昼夜）（昼夜） 超级瓦斯矿：超级瓦斯矿： 15m3/T（昼夜）（昼夜）注意：注意：凡出现过一次瓦斯突出地矿井，均属超级瓦斯矿井凡出现过一次瓦斯突出地矿井，均属超级瓦斯矿井相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量绝对瓦斯涌出量：绝对瓦斯涌出量： m3/分钟分钟 瓦斯涌出种类瓦斯涌出
7、种类 瓦斯喷出瓦斯喷出 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 突出突出压出：压出：多发生在回采工作面多发生在回采工作面倾出：倾出：煤层倾角煤层倾角45，在电压作用下，在电压作用下，受重力而垮落受重力而垮落2021/9/212021/9/211919 瓦斯突出地一般规律瓦斯突出地一般规律 煤层厚度达煤层厚度达0.2 m才发生突出，煤厚越大，突出地危险性越大；才发生突出，煤厚越大，突出地危险性越大； 构造影响较剧烈地地带，煤呈颗粒状，鳞片状、易导致突出；构造影响较剧烈地地带，煤呈颗粒状，鳞片状、易导致突出； 突出瓦斯压力一般需突出瓦斯压力一般需 6个大气压，压力与突出可能性呈正比；个大气压，压力与突出可能性呈
8、正比； 掘进形成的集中压力增加了突出的危险性；掘进形成的集中压力增加了突出的危险性； 受构造控制，往往突出成带状分布；受构造控制，往往突出成带状分布； 突出发生在瓦斯风氧化带以下的一定深度。突出发生在瓦斯风氧化带以下的一定深度。 瓦斯突出的防止瓦斯突出的防止 研究地质规律与瓦斯的关系研究地质规律与瓦斯的关系瓦斯地质研究，从而预测预防瓦斯的突出；瓦斯地质研究，从而预测预防瓦斯的突出； 开解放层开解放层先开采无突出危险或突出危险性较小的煤层，造成裂隙增加瓦先开采无突出危险或突出危险性较小的煤层，造成裂隙增加瓦斯通气性，降低突出煤层的瓦斯含量和压力；斯通气性，降低突出煤层的瓦斯含量和压力； 打超前钻
9、孔先排放瓦斯；打超前钻孔先排放瓦斯； 放震动炮；放震动炮； 水力冲孔水力冲孔2021/9/212021/9/212020（二）地（二）地 热热v 地热的基本概念地热的基本概念 地温梯度：地温梯度：/100m；地温率：地温率： m/ 地热来源：岩浆热；大地热流；放射性元素等地热来源：岩浆热；大地热流；放射性元素等v 地热研究地热研究 地温等值线图；地温等值线图； 地温剖面图；地温剖面图； 热源研究。热源研究。v 影响矿山地温场因素影响矿山地温场因素 岩性；岩性； 基底起伏与构造形态；基底起伏与构造形态； 深大断裂；深大断裂； 地下水；地下水； 局部地热源影响。局部地热源影响。2021/9/212
10、021/9/212121五、岩溶陷落柱五、岩溶陷落柱q 陷落柱对煤矿生产的影响陷落柱对煤矿生产的影响v 煤层塌陷在一定范围内失去开采价值，减少煤炭储量，缩短了矿井服煤层塌陷在一定范围内失去开采价值，减少煤炭储量，缩短了矿井服务年限，井巷报废；务年限，井巷报废；v 由于塌陷破坏煤层的连续性，给井巷工程的布置和施工，采煤方法和由于塌陷破坏煤层的连续性，给井巷工程的布置和施工，采煤方法和采掘机械的选择增加很多困难；采掘机械的选择增加很多困难；v 陷落柱穿透含水层时，将地下导水采掘工作面，在地下水丰富的矿区陷落柱穿透含水层时，将地下导水采掘工作面，在地下水丰富的矿区内，将威胁生产安全；内，将威胁生产安
11、全； 含煤地层下伏岩系如果为可溶性岩石，如石灰岩、白云岩、石膏层等，含煤地层下伏岩系如果为可溶性岩石，如石灰岩、白云岩、石膏层等，在地下水的溶蚀作用下可以形成岩溶洞穴，随着洞穴规模的扩大，在上覆在地下水的溶蚀作用下可以形成岩溶洞穴，随着洞穴规模的扩大，在上覆岩系的重力荷载下，煤层及其围岩逐渐跨落，可形成环形柱状陷落，俗称岩系的重力荷载下，煤层及其围岩逐渐跨落，可形成环形柱状陷落，俗称陷落柱；陷落柱； 充填堆积的岩石碎块层序混杂、排列紊乱、棱角显著、大小不一，并充填堆积的岩石碎块层序混杂、排列紊乱、棱角显著、大小不一，并被粘土充填胶结；被粘土充填胶结； 陷落柱的形态上一般呈上小下大的不规则圆柱体
12、，截面多呈圆形或椭陷落柱的形态上一般呈上小下大的不规则圆柱体，截面多呈圆形或椭圆形，截面直径由几米至几百米圆形，截面直径由几米至几百米 2021/9/212021/9/212222q 井下遇陷落柱前的预兆井下遇陷落柱前的预兆v 产状变化：在塌陷过程中，因牵引作用使周围的煤、岩层向陷落柱中产状变化：在塌陷过程中，因牵引作用使周围的煤、岩层向陷落柱中心方向倾斜；倾角在心方向倾斜；倾角在3-6之间，个别达之间，个别达10，影响范围一般在，影响范围一般在15-20m；v 裂隙增多；裂隙增多；v 小断向增多；小断向增多；v 煤的氧化；煤的氧化；v 水的涌出量增加；水的涌出量增加；q 陷落柱的成因陷落柱的
13、成因v 有可溶性岩层有可溶性岩层；v 有良好的地下水活动通道；有良好的地下水活动通道；v 有丰富、饱和的侵蚀性水质；有丰富、饱和的侵蚀性水质；v 有地下水排泄口，以便加剧地下水地有地下水排泄口，以便加剧地下水地交替作用；交替作用；q 陷落柱的探测陷落柱的探测v 钻探钻探；v 物探；物探；v 巷探；巷探；v 煤的氧化；煤的氧化；v 水的涌出量增加；水的涌出量增加；q 陷落柱调研陷落柱调研2021/9/212021/9/212323影响煤矿生产的地质因素：影响煤矿生产的地质因素：q 煤厚变化煤厚变化q 构造变动构造变动q 岩浆岩岩浆岩q 矿井瓦斯和地热矿井瓦斯和地热q 岩溶陷落柱岩溶陷落柱2021
14、/9/212021/9/212424本章结束2021/9/212021/9/212525利用标志层对比利用标志层对比利用煤岩特征变化利用煤岩特征变化确定断层确定断层2021/9/212021/9/212626断层带附近的构造特征断层带附近的构造特征牵引褶曲牵引褶曲小断层增多小断层增多断层面特征断层面特征断层带煤线断层带煤线2021/9/212021/9/212727见煤点见煤点见煤点见煤点见煤点见煤点见断层点见断层点底板掘进段：底板掘进段：AC;DE;FB顶板掘进段：顶板掘进段：CD;EF;2021/9/212021/9/212828+100F见断层点见断层点2021/9/212021/9/2
15、12929上煤层上煤层推测下推测下煤层煤层2021/9/212021/9/213030断煤交面线的绘制断煤交面线的绘制作图法作图法例：例：在在-150m顺槽中一点实测正断层上盘煤层断失点顺槽中一点实测正断层上盘煤层断失点F点，测得煤层点，测得煤层产状产状158 30；断层面产状；断层面产状20240；垂直断层走向方向落差为；垂直断层走向方向落差为H=17m。求作。求作-150m以下的煤层底板等高线及断煤交面线。以下的煤层底板等高线及断煤交面线。作图步骤：作图步骤：1：作煤层和断层面等高线：作煤层和断层面等高线2：连上、下盘断煤交线：连上、下盘断煤交线3：推出下盘煤层等高线：推出下盘煤层等高线
16、利用个别煤层断失点产状资料，编制断煤交面线，以便研究断层利用个别煤层断失点产状资料，编制断煤交面线，以便研究断层对巷道开掘的影响，是矿井地质工作经常要做的工作。对巷道开掘的影响，是矿井地质工作经常要做的工作。2021/9/212021/9/213131N45300m50mABAC-150m-200m-250m-300m-350m17m-150m-200m-250m-300m-350m17m17m2021/9/212021/9/213232N300m50mABAC-150m-200m-250m-300m-350m-150m-200m-250m-300m-350m2021/9/212021/9/2
17、133332021/9/212021/9/213434较大断层较大断层较小断层较小断层2021/9/212021/9/2135352021/9/212021/9/2136362021/9/212021/9/2137372021/9/212021/9/2138382021/9/212021/9/213939 瓦斯地质研究瓦斯地质研究包包括括：查查明明有有突突出出危危险险区区的的地地质质情情况况，提提供供可可能能与与突突出出有有关关的的地地质质资资料料，编制瓦斯地质测报图件。编制瓦斯地质测报图件。 具体工作内容有：具体工作内容有： 矿矿区区地地质质构构造造研研究究: 矿矿井井构构造造直直接接关关系
18、系到到煤煤矿矿的的生生产产和和安安全全，是是引引起起煤煤层层瓦瓦斯斯突突出出的的主主导导因因素素。深深入入研研究究构构造造发发育育规规律律、空空间间组组合合特特征征，构构造造演演化化机机理理及及其其构构造造应应力力场场演演化化，特特别别近近代代构构造造应应力力场场的的分分布布；各各种种断断层层封封闭闭特性特性 ;找出应力集中区作为测报工作的重点地区；找出应力集中区作为测报工作的重点地区； 对对圈圈定定出出的的可可能能储储积积瓦瓦斯斯构构造造，进进一一步步判判明明与与矿矿井井开开拓拓工工程程的的关关系系，并并标定出可能发生突出点的位置。标定出可能发生突出点的位置。 研究煤层厚度变化特征，分析变化
19、原因，煤体特征，确定变化带位置。研究煤层厚度变化特征，分析变化原因，煤体特征，确定变化带位置。 调调查查鉴鉴定定煤煤层层的的各各分分层层煤煤岩岩和和物物理理特特征征，确确定定煤煤结结构构的的破破坏坏类类型型，得得出出可可能能发发生生突突出出的的松松软软分分层层厚厚度度的的最最小小值值（始始突突厚厚度度），并并在在煤煤层层等等厚厚线线图图上标出始突厚度等值线。上标出始突厚度等值线。2021/9/212021/9/214040 测测定定和和统统计计煤煤层层的的瓦瓦斯斯压压力力和和瓦瓦斯斯含含量量，圈圈出出煤煤层层原原始始瓦瓦斯斯压力等压线。压力等压线。 研研究究水水灾灾地地质质情情况况，分分析析水
20、水、瓦瓦斯斯、构构造造三三者者之之间间的的关关系系，判明地下水活动对突出煤层的影响。判明地下水活动对突出煤层的影响。 调调查查煤煤层层顶顶、底底板板岩岩石石力力学学性性质质、成成层层厚厚度度结结构构和和构构造造以以及及遭遭受受地地质质构构造造破破坏坏的的特特征征，以以便便了了解解其其对对瓦瓦斯斯储储存存与与释释放放的的控制作用。控制作用。 编编制制煤煤和和瓦瓦斯斯突突出出预预测测图图。以以煤煤层层底底板板等等高高线线图图为为底底图图，填填绘绘上上述述各各种种与与突突出出有有关关的的瓦瓦斯斯地地质质资资料料，并并把把采采掘掘过过程程中中已已发发生生的的突突出出（包包括括突突出出的的时时间间、地地
21、点点、类类型型、煤煤（岩岩）量量、瓦瓦斯斯量量）以以及及各各类类巷巷道道等等内内容容标标定定在在图图上上；也也可可把把突突出出点点填填绘绘到到有有关关采采掘掘工工程程平平面面图图和和地地质质图图上上，编编出出突突出出点点分分布布图图，并以此为底图填绘上述瓦斯地质资料。并以此为底图填绘上述瓦斯地质资料。 2021/9/212021/9/214141五查：五查：v 查区内陷落往发育、分布的规律性；查区内陷落往发育、分布的规律性；v 查陷落柱周围煤、岩层中裂隙发育情况及充填物性质；查陷落柱周围煤、岩层中裂隙发育情况及充填物性质；v 查煤层遭氧化的情况；查煤层遭氧化的情况；v 查陷落柱附近的水和瓦斯的
22、变化；查陷落柱附近的水和瓦斯的变化；v 查陷落柱周围的小断裂的发育情况。查陷落柱周围的小断裂的发育情况。五看：五看：v 看陷落柱与围岩的接触往面；看陷落柱与围岩的接触往面；v 看陷落柱内充填物的性质和特征；看陷落柱内充填物的性质和特征；v 看陷落柱周围煤、岩层的产状变化；看陷落柱周围煤、岩层的产状变化；v 看陷落柱内岩块的大小、排列和时代；看陷落柱内岩块的大小、排列和时代；v 看陷落柱与煤层底板的交面线。看陷落柱与煤层底板的交面线。五定：五定：v 定巷道揭露陷落柱的部位；定巷道揭露陷落柱的部位；v 定陷落柱的形状；定陷落柱的形状；v 定陷落柱的规模大小；定陷落柱的规模大小；v 定穿透定穿透陷陷落落柱的距离；柱的距离；v 定处理陷落柱的措施。定处理陷落柱的措施。2021/9/212021/9/214242将较大断层留在采将较大断层留在采面之间的煤柱中面之间的煤柱中2021/9/212021/9/214343发发育育过过程程2021/9/212021/9/214444
