1煤田地质基础知识Word文档格式.docx
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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1～2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1m～2m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。
①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。
②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。
③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。
④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，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（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——
＝8～25°
倾斜煤层——
＝25～45°
急倾斜煤层——
>
45°
通常又把
＜5°
～8°
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老，向两侧依次对称出现较新岩层的形态一般向上弯曲的褶曲；
向斜是指核心部位岩层较新，向两侧依次对称出现较老岩层的形态一般向下弯曲的褶曲。
在自然界中，背斜和向斜在位置上往往是彼此相连的。
三、断裂构造
组成地壳的岩层或岩体受力后不仅会发生塑性变形形成褶皱构造、而且也可在所受应力达到或超过岩石的强度极限时发生脆性破坏形成大小不一的破裂和错动，使岩石的连续完整性遭到破坏，这种岩石脆性变形的产物总称为断裂构造。
断裂构造可分为节理和断层两类。
节理是断裂面两侧岩石没有发生明显位移的断裂。
它可以是明显可见的张开或闭合的裂缝、裂隙，也可以是肉眼不易觉察的隐蔽的裂纹，当岩石风化或受打击后，岩石才会沿这些裂纹裂开。
节理的延伸长度有大有小，短者几厘米，长者几十米甚至更长。
节理发育的密集程度也差异很大，相邻两节理的距离可从数厘米到数米。
节理的断裂面称为节理面。
节理在煤矿的实际生产中，对钻眼爆破、回采率、顶板管理、地下水等方面都有直接的影响。
断层是破裂面两侧的岩石有明显相对位移的一种断裂构造。
其规模变化很大，小的断层延伸仅有几米，相对位移不过几厘米；
大的断层可延伸数百公里至数千公里，相对位移可达几十公里；
有的大断层甚至跨越洲际，切穿地壳硅铝层。
断层的分布虽不及节理广泛，但它仍是地壳中极为常见的，也是最重要的地质构造。
它往往构成区域地质格架，控制区域地质结构及其演化，控制或影响区域成矿作用，影响矿产资源的开发和矿井生产。
其断层要素如图1-9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。
如果断后面直立时，就无上、下盘之分，可按两盘相对上升或下降的位置分上升盘或下降盘。
（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1-10所示。
图1-9
断层要素
图1-10
断距示意图
ab－垂直断距（落差）；
bc－水平断距
根据断层两盘相对运动的方向，断层可分为以下三种类型。
如图1-11所示。
（1）正断层。
上盘相对下降，下盘相对上升。
（2）逆断层。
上盘相对上升，下盘相对下降。
（3）平推断层。
断层两盘沿水平方向相对移动。
图1-11
断层示意图
a-正断层；
b-逆断层；
c-平推断层
根据断层走向与岩层走向的关系分：
走向断层——断层走向与岩层走向平行；
倾向断层——断层走向与岩层走向垂直；
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，分别可以构成地堑、地垒、阶梯构造等断层组。
断层在各矿区分布很广，其形态、类型繁多，规模大小不一。
一般将落差大于50m的称为大型断层；
落差在20～50m之间的称为中型断层；
落差小于20m的称为小型断层。
断层对煤矿设计、生产影响很大。
第三节
采矿常用图件
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。
一、概
述
1．矿图比例尺
绘制各种矿图时，不可能将图形按实际尺寸描绘到图纸上，总要经过缩小，才能在图纸上表示出来。
图纸上线段长度与实际相应线段水平长度之比，称为该图的比例尺。
即
比例尺的表示方法常用的有数字比例尺和图示比例尺。
用分数或数字的形式表示的比例尺，称为数字比例尺。
一般用分子为1，分母为整数来表示。
根据对图纸不同的要求，矿图常用的比例尺有1：
500、1：
1000、1：
2000、
1：
5000、l：
10000等。
个别局部反映图也有1：
50、l：
100、1：
200以及自行确定的一定比例尺。
2．坐标系统
（1）地理坐标。
地面上某一点的位置，在地球表面上通常用经度、纬度表示。
某点的经纬度称为该点的地理坐标。
（2）平面直角坐标。
平面直角坐标系是由平面上两条相互垂直的直线所组成，如图1-12所示。
直线xx称为纵坐标轴，通常与某子午线的方向一致；
直线yy称为横坐标轴，与赤道方向一致；
纵横坐标轴的交点为O，称为坐标原点。
坐标轴将平面分成四个部分，称为象限。
顺时针方向排列，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限。
坐标数值由坐标原点算起，向上（北）、向右（东）为正数，向下（南）、向左（西）为负数。
地面上任一点A的位置，是由该点到纵横坐标轴的垂直距离Aa1和Aa2来表示。
Aa1称为A点的纵坐标，亦称为x坐标，以xA表示；
Aa2称为A点的横坐标，亦称为y坐标，以yA表示。
在矿图上，通常都画有平行于纵横坐标抽的直线所构成的方格网，称为坐标方格网，每个小方格一般为100mm×
100mm，在每一条纵横直线上注明其坐标值，此值就是这条直线距纵横坐标轴的垂直距离。
根据图纸比例尺的不同，小方格所代表的实际距离也不同，一般为百米或公里的倍数，如图1-13所示。
箭头N为指北方向，图的下部数值为横坐标数值，左部的数值为纵坐标数值，这样，图上任一点A的位置，可以从该点所在的小方格左下角的纵横坐标数值中求出。
如从图中知Aa1＝60m，Aa2＝50m，则A点的位置为
xA＝l700+Aa1＝1700+60＝1760m
yA＝2300+Aa2＝2300+50＝2350m
（3）高程。
地面上任一点至水准面的垂直距离称为该点的高程，由于选取的水准面不同，高程又分为绝对高程和相对高程。
绝对高程是指地面上任一点至大地水准面的垂直距离。
我国大地水准面是以黄海平均海水面作为起算面。
相对高程是指人为选定一个适当的水准向，作为本地区的假定水准面，某点至假定水准面的垂直距离，称为该点的相对高程。
图1-12
平面直角坐标系
图1-13
平面直角坐标网
3．标高投影
标高投影图就是注明有标高数字的正投影图，如图1-14所示的是某一立井标高投影图。
立井在平面图上的投影只是一个圆圈，为了反映井口及井底高程位置。
在投影圆圈的右侧除标记井筒名称外，还在左侧注记井口及各开采水平的标高。
图1-15为巷道投影平面图。
为了反映巷道在地下的空间位置和状态，将巷道各点的标高注记在巷道水平投影图上，这样在平面图上即可以看到巷道的水平投影形状又可看出巷道高低起伏的位置关系。
有了上述标高投影图，就可达到一图多用。
同时，标高投影图具有作图简单、精确、便于度量等优点、因此在矿山工程图中得到广泛的应用。
二、井田区域地形图
井田区域地形图是全面反映井田范围内地物和地貌的综合性图纸。
地物是指地面上各种不同的物体，如农田、河流、道路、森林、房屋建筑等，地貌是指地面高低起伏的形态，加高山、盆地、山谷、山脊等。
井田区域地形图主要用于地面建筑、矿井地面工程和井下采掘工程的规划、设计和施工，指导矿井建设、安全生产和科学管理。
它是每个矿井必备的基础图纸。
应用井田区域地形图，可以绘制出矿井其它专用图纸，如工业广场平面图、井上下对照图、地形地质图、主要保护煤柱图以及在特殊条件下的采掘工程图等。
井田区域地形图比例尺一般采用1：
2000或1：
5000。
（一）地物符号
在地形图上，各种地物是以其相似的几何图形或特定的符号表示的。
为了便于识读和应用，绘制地形图使用了统一规定的地物符号。
地形图上的地物符号，分为比例符号、非比例符号、线状符号和注记说明四种。
1.比例符号
按一定比例表示地物图形轮廓的符号称为比例符号。
如图1-16所示的房屋、果园、农田等，这些地物图形的轮廓或种植范围，应按比例绘于图上。
图1-16
比例符号
图1-17
非比例符号
2.非比例符号
有些重要的地物，轮廓较小，在图上不便按比例表示出来，就要用非比例符号表示，如图1-17所示的测点、钻孔、井口、烟囱等。
这些符号在地形图上，只表示地物的位置，不表示地物的大小。
3.线状符号
有些带状延伸地物，长度按比例表示，而宽度不按比例表示，这种符号称为线状符号或半依比例符号，如图1-18所示的公路、铁路、高压线等。
图1-18
线状符号
4.注记说明
注记说明是补充以上符号不足而加的文字说明，如地名、村名、铁路名、测点的标高值等。
（二）地形等高线
在地形图上表示地貌的方法很多，但最普遍的是地形等高线法。
在地面上，高程相同的若干点所连成的光滑曲线称为地形等高线，也就是水平面与地表面的交线。
如图1-19（a）所示，用不同高程的水平面（P1、P2、P3）去截山头，将得到一系列交线，每一次得到的交线具有与其截面相同的高程（因而叫等高线），这样就得到了被截山头的一系列等高线。
如果把这些等高线都垂直投影到一个水平面H上，按一定比例绘成图，并注明各等高线的标高，就是这个山头的地形等高线图，如图1-19（b）所示。
图1-19
地形等高线图
相邻两条等高线之间的高程差，称为等高距，以h表示。
在同一张图上，等高距应一致，如图1-19（b）中的等高距为5m。
在等高线图上，相邻两条等高线之间的最短水平距离，称为等高线平距，以d表示。
因为同一张图上的等高距相同，所以在平距小的地方，地形坡度大。
如图1-19（b）中所示的山坡，西部等高线的平距较大，表示地形坡度较缓；
东部平距较小，表示地形坡度较陡。
利用等高线可以表示如下地形：
（1）山岗和盆地。
山岗和盆地的等高线部是一圈套一圈的闭合曲线，由外向里等高线高程降低的为盆地，等高线高程升高的为山岗。
（2）山脊和山谷。
山脊和山谷的等高线图形状是基本相同的，其区别是山皆的等高线凸出方向是坡度降低方问；
相反，山谷等高线的凸出方向是坡度升高的方向。
（3）鞍部地形。
鞍部地形等高线的特征由两组山头等高线和两组山谷等高线所组成。
鞍部的中心位于两组等高线的中心线上。
综上所述，地貌的形态虽千差万别。
但一个地区的地貌却是由这些基本地貌和一些特殊地貌组合而成的，它们都可以用地形等高线图来表示，如图1-20所示。
图1-20
地貌与等高线图
a－各种地形示意图；
b－各种地形的等高线图
在矿区作各种线路的设计时，如铁路、公路、渠道、管路、架线等线路设计，往往需要了解某方向线上的地面起伏情况。
这时，就需要沿此直线作剖面图。
如图1-21所示。
要作已知方向线AB的剖面图，可按如下步骤进行：
第一步，作一条与AB平行的横线和一条与AB线垂直的纵线，以横线表示水平长度，以纵线表示高程。
第二步，沿纵线按比例以等高距为间隔作平行于横线的水平线，并在每条线上注明其标高70、7l、72……。
若纵线与横线的比例一致时，则剖面图能真实反映地面的形态，可直接用比例尺和量角器测量出坡长和倾角。
第三步，在地形等高线图上用两脚规量取剖面线与各等高线交点的间距，并按此间距将各交点转绘在剖面图的横线上；
然后，自这些点作横线的垂线与各点高程值相同的高程水平线相交，将各个交点依次用光滑的曲线连接起来，即得所求的剖面图。
图1-21
根据地形等高线作剖面图
（三）井田区域地形图的识读
识读井田区域地形图，应从整体开始，先看轮廓，后看细部，逐渐深入，这样就能获得较清晰全面的认识。
1．看清图名
矿图的图名说明了测绘的地区、内容和图纸的种类，因此看图时，首先应看清图名，弄清是否是所需的图纸。
2．看图的比例尺
图的比例尺，一般定在图名附近或图的右下角的图签中。
知道了图的比例尺，才能了解该图范围内的大小和有关尺寸。
若图中没有注明比例尺，则可根据图的坐标方格网的坐标值确定出图的比例尺。
3．识别图的方向
在图中一般都用箭头标出指北方向。
有的图中没有标出指北方向，则可根据“坐标值向北、向东逐渐增大”和“指东方向总是在指北方向右边”的规律来识别出图的方向。
4．分析地貌概况
按先看轮廓，后看细部的步骤，并根据等高线的特征和各种符号，识别图上的各种地貌，了解该地区的地貌概况。
5．识别地物情况
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