煤矿地质基本知识.ppt

1、煤矿地质基本知识,山东煤矿安全技术培训中心采矿教研室 高 娟,煤矿地质基本知识,一、煤层埋藏特征（一）煤层的形成 煤层是地壳运动的产物，它是在地壳缓慢下降过程中由泥炭层经煤化作用转变而成的。（1）当沼泽中植物遗体堆积的泥炭形成速度和地壳沉降速度大体一致时，泥炭层会不断加厚，长期持续的均衡状态，就会形成厚煤层或巨厚煤层。（2）当地壳沉降速度大于植物遗体堆积速度时，植物来不及供应，泥炭堆积也就停止，在原有泥炭层之上沉积了泥砂质的碎屑沉积物，成为煤层顶板或为煤层中的夹矸。（3）当地壳沉降速度小于植物遗体堆积速度时，沼泽供水条件逐渐困难，植物遗体堆积停止，并可使原已堆积的泥炭层也遭受风化剥蚀，从而形成

2、薄煤层。（二）、煤层的顶、底板煤层顶、底板岩石的性质、强度及含水性对采煤工作有直接影响，它是确定巷道支护方式、选择采空区处理方法的重要依据。1）顶板：根据岩性、厚度及采煤过程中垮落的难易程度，顶板可分为三种类型。（1）伪顶：直接位于煤层之上，多为几厘米至十几厘米厚的炭质泥岩，富含植物化石，在采煤过程中，常常随采随落，不易维护。,（2）直接顶：覆盖在伪顶之上的岩层，常为数米厚的粉砂岩、页岩、泥岩等，比伪顶稳定，在采煤过程中，经常在采过一段时间后自行垮落，少数砂岩层需要进行人工放顶。（3）老顶：位于直接顶之上的岩层，一般为厚层的粗砂岩、砾岩或石灰岩，采空后，较长时间内不易垮落，仅发生缓慢变形。2）

3、底板：分为直接底和老底两种类型。（1）直接底：直接位于煤层之下的岩层，厚数十厘米，多为富含植物根化石的泥岩和泥质页岩。由于这种岩石遇水后膨胀，容易引起底鼓现象，可造成运输线路或巷道支架的破坏。（2）老底：位于直接底之下，常为厚层状砂砾岩或石灰岩。煤层顶、底板的发育程度受当时沉积作用和后期构造运动的影响，因此不同地区的煤层顶底板性质及发育程度不同，有的煤层顶底板发育完好，几种类型的顶底板都有，有的煤层缺少某种类型的顶板或底板。,（三）煤层结构 是指煤层中是否含有岩石夹层。煤层结构有两种：简单结构煤层，即煤层中不含夹矸层；复杂结构煤层，即煤层中含有夹矸层，复杂结构是由于地壳的波状振荡运动形成的。（

4、四）煤层的形态 是指煤层赋存的几何状态。按其成层的连续程度，以及可采面积与不可采面积之比，煤层形态分为以下几种：1、层状煤层：煤层在一个井田范围内呈连续层状，层位稳定，厚度变化小，且有一定的规律性。2、似层状煤层：煤层层位比较稳定，有一定的连续性，煤层厚度变化较大，无一定的规律性。似层状煤层包括藕节状、串珠状、瓜藤状等。3、不规则状煤层：连续性很差，分叉尖灭现象普遍；煤层厚度常常变化，局部可采，无规律可循。常见的不规则状煤层有鸡窝状、扁豆状、透镜状。,（五）煤层的厚度 根据煤层结构将煤层厚度分为：（1）总厚度：是指煤层顶、底板之间各煤分层和夹石层厚度的总和。（2）有益厚度：是指煤层顶、底之间各

5、煤分层厚度的总和。（3）可采厚度：是指达到国家规定的最低可采厚度以上的煤分层厚度之和。由于煤层厚度的上同，其采煤方法亦不相同，将煤层按厚度分为以下3类：薄煤层 13m 中厚煤层 1335m 厚煤层 35m 在生产中，习惯上将厚度大于6m的煤层称为特厚煤层。,二、地质构造及其对煤矿生产的影响,（一）岩层的产状要素 岩层在地壳中的空间位置和产出状态，称为岩层的产状，通常是用岩层的走向、倾向及倾角等产状三要素来表示。1、走向:煤层层面与水平面的交线称为走向线，走向线的方向就是走向。2、倾向：在煤层层面上，与走向线垂直且向下延深的直线叫倾斜线，倾斜线的水平投影所指的方向称为煤层的倾向。3、倾角：煤层层

6、面与水平面所夹的锐角。岩层产状要素在煤矿生产中的意义：井下巷道虽多，但基本上根据岩层产状布置。沿走向布置的巷道有：集中运输大巷、水平巷、工作面顺槽、回风巷等；沿倾向方向布置的巷道有：石门、上山、下山、开切眼等；煤层倾角的大小，对采煤方法的选择有较大影响。如倾斜、缓倾斜煤层，一般采用走向长壁采煤法；近水平煤层一般用倾斜长壁采煤法；急倾斜煤层可用倒台阶采煤法等。另外，井下许多巷道的布置、坡度一般要根据需要和煤层倾角关系来确定。,（二）褶皱构造 煤层受地壳运动产生的地应力作用，被挤得弯弯曲曲，但仍然保持连续完整的构造形态。褶皱构造的一个弯曲称为褶曲。1、褶曲的基本形态 褶曲有两种基本形态：（1）背斜

7、：岩层向上弯曲，核部是老岩层，两侧是新岩层，新岩层呈对称重复出现，两翼岩层倾向相背。（2）向斜：岩层向下，核部是新岩层，两侧是老岩层，老岩层呈对称重复出现，两翼岩层倾向相向。,2、褶皱构造与煤矿生产的关系（1）大型褶曲一般在煤田普查时就已探明，它可作为井田过界线，是矿井开拓系统布置的重要凭据。区域性的大型向斜，由于埋藏深度大，因此瓦斯含量高，而大型背斜相对埋藏浅，则瓦斯含量低。但大型背斜的中和面上下瓦斯含量又有所不同，中和面以上因常存在张裂隙，瓦斯逸散，故含量低，中和面之下则高。大型向斜部顶板压力常有增大现象，岩石破碎容易发生垮落，必须加强支护，否则容易发生冒顶、切面等事故，给顶板管理带来很大

8、困难。有瓦斯突出的矿井，向斜轴部是瓦斯突出的危险区。由于向斜轴部的次一级构造比较发育，也是瓦斯较集中的地区，在强大的瓦斯压力和顶板压力作用下，往往容易发生瓦斯突出。,（2）中型褶曲往往是大型褶曲构造的次一级构造。中型褶曲是采区布置考虑的主要依据。（3）小型褶曲。在矿井中的一些小型褶曲，一般来说对瓦斯影响不大，但使煤层厚度产生变化。有的地方突然增厚，使原采煤方法不能继续，需改变采高或分层开采；有的地方突然变薄甚至不可采，使工作面无法继续采煤，需要重新掘开切眼。,（三）断裂构造,煤岩层受地壳运动作用力而发生断裂，就会失去它们的完整性，出现断裂面，形成断裂构造。如果断裂面两侧的煤岩没有发生显著的位置

9、错动，称为节理或裂隙；如果发生了显著的位置错动，即为断层。1、节理对煤矿生产的影响（1）裂隙影响钻眼与爆破效果：当岩石中裂隙发育时，炮眼的方向如与主要裂隙面平行，容易产生卡钎子的事故（尤其是用一字形钻头），而且在爆破时，沿裂隙面漏气，爆破效果大大降低。所以，炮眼的方向应尽量垂直主要裂隙面，不但可以避免卡钎子，而且能获得较好的爆破效果。（2）裂隙影响回采效率：在回采高变质程度的无烟煤以及变质程度很低的长焰煤时，根据构造裂隙的方向和发育程度，来合理的布置回采工作，可以提高生产效率。,（3）裂隙影响顶板管理方法：煤层的顶板裂隙发育时，工作面一般不能使用顶柱，要加顶梁，而且顶梁不能平行主要裂隙方向，防

10、止顶板沿裂隙面冒落，保证工作安全。当煤层倾角较小，顶板裂隙发育时，放顶距离要小，而且回柱放顶方向根据顶板的主要裂隙方向确定，这样顶板冒落的块度小，保证回柱放顶工作的安全。（4）裂隙影响工作面的布置：当煤层的顶板裂隙发育时，布置回采工作面有时考虑裂隙的方向。如果工作面平行于主要裂隙方向，容易出现冒顶板事故，所以，布置回采工作面时，最好与主要裂隙方向成一锐角或接近垂直。（5）裂隙对其他方面的影响：裂隙发育的地段，是地下水和瓦斯的良好通道。,2、断层 1）断层要素 2）断层分类（1）根椐断层上下盘相对移动方向可分为3种：正断层：岩层断裂后，其上盘相对下降，下盘相对上升。逆断层：上盘相对上升，下盘相对

11、下降。平推断层：两盘沿近直立的断层面作水平移动的断层。（2）根据断层走向与岩层走向关系，把断层又分为3种：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。,3、断层的组合形式：断裂构造发育的地区，经常是许多断层以某种组合形式出现，其中有：（1）地堑和地垒：通常是由两条以上的正断层组成。两条正断层，倾向相对，中间的地块下降，两侧相对上升，就形成地堑。若两条相邻正断层、倾向相背，中间地块上升，两侧下降，则形成地垒。（2）迭瓦状构造：数条大致平行倾向一致的逆断层，使断裂的岩块呈迭瓦状排列，形成迭瓦状构造。迭瓦状构造常在褶皱较剧烈地区出现，断层线与

12、褶曲轴分布方向大体一致，表示了该区曾经历了较强的水平挤压运动。（3）阶梯状构造：数条大致平行的正断层，倾向一致，使岩块呈阶梯状排列。,4）断层的识别与判断（1）断层出现的预兆：掘进巷道遇到以下情况时，往往预示着工作面即将揭露断层：煤层走向与倾斜发生较大变化。煤层顶、底板出现严重的凹凸不平，顶底板岩石中裂隙增多，越接近断层裂隙越多。煤层厚度发生显著变化，煤层变得松软，光泽变暗。出现滴水或涌水，瓦斯涌出量增大。（2）断层特征 a.正断层特征：产状较陡，断层倾角大多在45以上，而以6070最常见；岩石破碎带不太强烈，破碎带宽度大，角砾岩多带棱角，形态复杂，大小不一，排列杂乱。糜棱岩不发育，没有显示强

13、烈挤压特点的复杂小褶皱。断层面不平直，多弯曲，呈锯齿状，断面粗糙，走向延伸不远。,b.逆断层特征：逆断层主要由侧向挤压作用而形成，其主要特征是：（1）产状一般较缓，断层面倾角多小于45度，以30度左右最为常见。常称逆掩断层。（2）逆断层附近常显示强烈挤压破碎，形成构造岩带。断层角砾岩中砾石棱角不明显，常见有被磨圆或压扁现象，扁平方向平行断裂面。断层带还经常出现劈理化、节理化、剪切带或多种复杂小褶皱，两侧岩层强烈褶皱。（3）断层面紧闭，多呈舒缓波状，延伸较远。,断层破碎带对煤矿安全生产的影响（1）断层破碎带是水和瓦斯的良好通道。（2）在富水矿井，采掘工作面接近断层破碎带应注意断层引起的透水事故发

14、生。（3）采掘工作面接近断层破碎带要加强通风，注意观察，防止煤与瓦斯突出事故发生。（4）采掘工作面过断层破碎带时，一定在采取安全措施，防止冒顶事故发生。,断层的处理1、开拓设计阶段对断层的处理：1）井筒位置的选择 断层易造成煤层与含水层接近甚至接触。如果井筒布置在断层带上，不但压力大，施工困难，而且易发生水害，给井筒延深带来困难。因此，井筒特别是井底车场应尽量避开大的断层。对于倾角较大的断层，竖井井筒应布置在断层的下盘，距离断层3050m外为宜。对于倾角较小的断层，当竖井井筒无法避开断层时，应选择煤层层数少的部位穿过断层，但井底车场的位置应避开断层带。斜井井筒位置的选择也以同样的原则处理。,2

15、）井田边界和采区边界的确定在煤矿进行井田边界划分时，最好以大型断层作为井田边界，以便把井田边界煤柱与断层保安煤柱合为一体，减少因留设煤柱而造成的煤炭损失，同时又可避免三角煤，提高煤炭资源的回收率。在水文地质条件复杂的矿区，过断层时容易造成突水事故。因此，我国许多矿区常以断层为边界，尽量不使巷道横穿断层，以减少突水事故及大量岩巷的掘进。划分采区时，也应以倾向断层作为采区边界，但采区的走向长度应尽量与正常采区走向长度近似。一般当两条断层之间的走向长度大于8001000m时，可以这两条断层为界划分为一个采区，用双翼上山方案进行开采；当断层间的走向长度在400500m时，可考虑以断层为界划分采区，用单

16、翼上山方案开采。,3）回采工作面的布置 在断层发育区，应综合考虑断层的位置、落差、被切割块体的大小、形态和已有生产系统来布置采面。为避免断层对回采的影响，应尽可能地将较大断层留在采面与采面之间的煤柱内。4）开拓方式的确定 选择井田开拓方式时，要考虑各种地质因素的影响，其中断层占重要地位。在缓倾斜煤层中，用斜井开拓较好。但是如果煤层遭受断层的破坏，产状发生变化，就应采用竖井方式开拓。,2、掘进阶段对断层的处理 1）运输大巷遇断层 运输大巷是煤矿长期使用的主要巷道，要求布置在煤层附近的较稳固的岩层中，并力求平直，避免急剧拐弯。当掘进遇较大断层时，应根据运输和安全等要求，处理好巷道拐弯问题。2）煤平巷遇断层 当煤平巷遇断层后，要求不改变巷道坡度而改变巷道的方向过断层。一般处理方法是掘进石门联络两盘的煤层，可以采用破顶或破底的方法过断层。至于具体采用何种方法，应根据岩性有利于施工、距离短和少丢煤等因素综合考虑。当断层带地压力不大，又无瓦斯和水害威胁时，也可沿断层掘进联络石门。,3）采区上下山遇断层 一般情况下，回风上下山沿断层掘进，在巷道方向不变的情况下，坡度允许有较大的变化/运输上下山布置在