影响煤矿生产的地质因素.ppt

1,矿山地质学,宋党育 资源环境学院,2,第八章 影响煤矿生产的地质因素,第一节 煤层厚度变化 第二节 矿井地质构造 第三节 岩浆侵入煤层 第四节 喀斯特陷落柱 第五节 矿井瓦斯 第六节 煤层顶底板 第七节 地 温,3,一、煤层厚度变化的原因 煤层是泥炭层经煤化作用转化形成的，大都呈层状或是似层状。煤厚变化的原因很多，归纳起来可划分为两类： （一）原生变化 整个含煤岩系最终形成之前，由某些地质因素(地壳运动、沉积环境变迁)引起的煤层形态和厚度的变化。,第一节 煤层厚度变化,4,1）地壳不均衡沉降 地壳不均衡沉降形成煤层分叉的形式： 马尾状散射束； 超覆式； 退覆式； 聚煤面积不断缩小的分叉类型； 聚煤面积不断扩大的分叉类型。,第一节 煤层厚度变化,5,2）泥炭沼泽古地理 泥炭沼泽基底不平引起的煤层厚度变化特点： 底板起伏不平，而顶板与煤层的接触面是平面。 煤层变薄的方向是底板突起的方向，煤层厚度是渐变的。 煤分层或夹矸被基底隆起地段隔开而呈现不连续。,第一节 煤层厚度变化,6,3）同生冲蚀 在煤层形成过程中，因地壳上升，河流在含煤地段发育，泥炭被冲蚀同生冲蚀。 同生冲蚀的特征： （1）煤层和冲刷物有共同的顶板。 （2）煤层和冲刷物相混，煤中有冲刷物，冲刷物中有煤。 （3）冲刷范围一般不大。 （4）冲刷物平面分布呈弯曲条带状。,第一节 煤层厚度变化,7,（二）次生变化 含煤岩系形成以后，由于地壳运动、岩浆活动、侵蚀冲刷等引起煤层厚度发生变化。主要包括：河流后生冲蚀、地质构造变动、岩浆侵入活动和喀斯特陷落破坏。 1）河流后生冲蚀 次生冲蚀的特征： （1）冲蚀规模较大，煤、顶板及底板均被冲蚀。 （2）冲刷沉积物粒度较粗，常为砾岩、粗砂岩及中砂岩。 （3）邻近冲刷带的煤层，光泽变暗、灰分增高、裂隙发育。 （4）被冲刷的煤层与冲刷沉积物犬齿交错。,第一节 煤层厚度变化,8,第一节 煤层厚度变化,9,2）构造挤压 （1）受褶皱影响 （2）受断层影响,第一节 煤层厚度变化,10,（3）构造挤压引起煤层厚度变化的特点 a.由于夹矸与煤层混杂，造成灰分增高。 b.顶、底板岩层不完整，裂隙发育，有时与煤互相穿插。 c.在煤层增厚与变薄区，煤层结构遭到破坏,煤呈鳞片、粉末状。 d.沿煤层走向或倾向，煤层增厚带或变薄带交替出现。,第一节 煤层厚度变化,11,3）岩浆侵入 4）喀斯特陷落柱,第一节 煤层厚度变化,12,二、煤厚变化对生产的影响 1.影响采掘布置 原分层开采的厚煤层，由于煤厚变薄，只能改为单层开采。原一次采全厚的煤层，由于煤层增厚，又要改为分层开采。 2.影响计划生产 工作面内煤层变薄，引起工作面回采提前，造成采掘失调。工作面接续紧张。采掘工作面，对煤层稳定程度要求更高，煤厚变化影响生产效率,第一节 煤层厚度变化,13,第一节 煤层厚度变化,14,3.掘进率增高 为探明煤厚变化，需要布置探巷，有时煤层尖灭造成废巷。 4.回采率降低 煤厚变化，造成面积损失，降低回采率。,第一节 煤层厚度变化,15,三、煤厚变化的研究与处理 （一）煤层厚度的观测与探测 1.煤层的观测 1）观测的基本要求 一切穿过巷道揭露煤层的地点，均应详细观测。 顺煤层掘进的巷道，观测点间距视煤层稳定性确定。 采面每710天布点观测一次。 2）观测的内容 煤层结构：各煤层夹石层层数，岩性。 煤层厚度：总厚度，分层厚度及变化。,第一节 煤层厚度变化,16, 煤层顶底板：岩性、厚度、裂隙发育程度、力学性质。 煤质：煤的物理性质，煤岩类型。 煤层含水性：一般分为干燥（无水）、潮（滴）、湿（淋水）、含水（涌水） 煤层产状。 3）观测的一般方法 观测与地质编录一起进行，煤层稳定时，隔适当距离实测小柱状，煤厚变化大，作一壁连续剖面，急倾斜，要作巷道迎头断面图。,第一节 煤层厚度变化,17,1) 在能够揭露煤层全厚的巷道中，用皮尺垂直煤层直接测量煤层总厚。 2）采用绘制连续煤层剖面，或以一定间距测绘煤层柱状、迎头素描及用顶底板标高控制煤厚。,第一节 煤层厚度变化,18,3) 煤层观测点的布置应按实际情况。 4）一般用沉积岩石学方法来鉴定煤层顶底板。 5）煤岩分层描述的观测点，尽可能选择在新鲜的连续剖面上。 6）在上述观测的基础上，将井下收集的各种煤层资料填绘在采掘工程平面图上。,第一节 煤层厚度变化,19,2.煤层的探测 对于巷道未揭露的厚煤层或没有巷道揭露的煤层，就必须采用一些探测手段，来了解其厚度变化。探测工作常用的是探煤钻和探煤巷。 1）厚煤层的探测 对于厚煤层，巷道一般不能揭露其全厚，而煤厚的变化又直接影响着分层开采和巷道布置，所以在厚煤层掘进和回采中，坚持探煤厚工作是十分必要的。 掘进巷道的探煤厚工作,第一节 煤层厚度变化,20,a.缓倾斜煤层 利用钻探配合溜煤眼和联络斜巷探测煤层厚度，间距1520米。,第一节 煤层厚度变化,21,b.急倾斜煤层 钻孔与煤门相结合。掘进巷道中的探测点间距，要立足于能够真实反映煤厚变化一般间距1020米布置一个探煤点，两点煤厚变化大于0.5米时，要加密探测点。,第一节 煤层厚度变化,22, 回采工作面的探煤厚工作 在厚煤层分层开采的工作面中，为了准确控制各分层的回采厚度，仅根据回采巷道中的煤厚点是不够的，一般还要在上分层的回采过程中，既测量实测采高，又按一定间距探测煤厚。通常采用煤电钻测量。 （1）工作面探煤点间距：沿走向的间距一般为15米左右，沿倾向的间距视煤厚变换情况而定，一般为510米。 （2）工作面探煤厚的方式： a. 回采第一分层时，一次探测煤层全厚。 b. 回采中间分层时，只探测下一分层厚度,第一节 煤层厚度变化,23,2）煤层分叉、尖灭的探测 煤层分叉形式很多，但根据分叉后的稳定情况，可分两种，一种是煤层分叉后，各分层的分布比较稳定，这样的分叉煤层在勘探阶段就已查明，生产阶段主要进一步控制和确定可采分叉的分布和分合区界线。另一种是仅有一层保持稳定既主煤层，其它各分叉很快尖灭，这种分叉煤层勘探阶段不易查明，甚至出现层位对比上的错误，生产阶段必须探明。对分叉尖灭的探测有三种情况：,第一节 煤层厚度变化,24, 煤层呈多层次比较稳定的分叉 在稳定的厚度较大的煤层中布置巷道，用井下钻探探测其它分层的分叉情况。,第一节 煤层厚度变化,25, 煤层呈稳定程度不同的分叉 在主分叉层布置巷道，对其他达可采厚度的次要分叉层，采用钻探和巷探等各种手段探明可采范围。 圈定分叉区 根据钻孔、巷道、煤门等实件资料中的分叉点连接而成。,第一节 煤层厚度变化,26,2）煤层底凸薄化的探测 煤层底凸薄化是指煤层底板凸起而造成的一种煤层变薄尖灭的现象。主要是圈定煤层变薄和不可采范围，常用的方法有： 利用钻探控制掘进前方底凸位置,第一节 煤层厚度变化,27, 利用巷道穿过底凸部位，直接圈定煤层底板凸起的位置和煤层薄化的范围。 利用工作面上分层边采边探的煤层观测资料，编制煤层顶、底板等高线图，圈定煤层底凸薄化的位置和范围。 3）河流冲刷的煤厚变化探测工作 在巷道详细编录冲刷带的各种地质现象，如冲刷带宽度、厚度、岩性、煤层被冲刷的情况，冲刷面的特征。将巷道所见的冲刷现象展绘到平面图上。当冲蚀带不易查清时，需要用探巷或从邻近煤层的巷道中布置钻孔，探明冲蚀带宽度和煤层的可采范围。,第一节 煤层厚度变化,28,第一节 煤层厚度变化,29,第一节 煤层厚度变化,30,第一节 煤层厚度变化,（二）评定煤层稳定性的主要参数 1.评价指标 1）煤层可采性指数Km Km为可采性指数； n为评定区内所有参加评定的见煤点数； n为见煤点总数n中煤层厚度大于或等于最低可采标准的见煤点数。,31,第一节 煤层厚度变化,2）煤厚变异系数 为变异系数； S 为煤厚变化标准差； m 为评定区内的平均厚度； n 为参加评定的见煤点数。,32,第一节 煤层厚度变化,33,第一节 煤层厚度变化,（三）煤层厚度变化的处理 1.掘进中的处理方法 1）根据具体情况确定掘进方案。如上分层稳定可采，下分层变薄尖灭，则巷道应紧靠煤层顶板掘进，相反则应紧贴底板掘进。 2）在采取上山掘进中，如遇煤层变薄带应根据变薄区范围直接穿过或从其他地方绕开。 3）主要运输巷道遇到局部煤层变薄或尖灭时，巷道按原计划施工。,34,第一节 煤层厚度变化,35,第一节 煤层厚度变化,2.回采工作中的处理方法 1）变薄区或不可采区范围较小，可采用直接推过的方法。,36,第一节 煤层厚度变化,2）变薄区或不可采区范围较大，可采用绕过的办法。,37,第一节 煤层厚度变化,3）如果事先了解到有些地方变薄或尖灭，最好把这些变薄或尖灭带作为采取或工作面的边界来处理。,38,一、褶皱构造 二、节理 三、断层,第二节 矿井地质构造,39,一、褶皱构造 （一）褶曲对生产的影响 1. 大型褶曲 褶曲的规模、方向和位置影响到井田的划分和矿井的开拓方式及开拓系统布置。 2. 中小型褶曲 中型褶曲影响到采区的大小和采区巷道的布置。小型褶曲影响煤平巷的掘进方向、工作面长度 3. 紧闭褶曲 轴部地应力较大，次一级构造发育。,第二节 矿井地质构造,40,第二节 矿井地质构造,41,（二）褶曲研究 1. 褶曲的判断与观测 1）褶曲的识别 井下判断褶曲的标志：新老岩层对称出现且岩层产状有规律地变化。如石门中岩层的倾向相背或相向倾斜，或煤层平巷中由于煤层急剧变化使平巷弯曲。 2）褶曲轴的判断 判断褶曲轴的方法： （1）根据上部资料推断：要注意不同类型褶曲轴在平面上的投影有不同的位置。 （2）根据区域构造线方向推测：应用于资料较少地区。,第二节 矿井地质构造,42,第二节 矿井地质构造,43,3）褶曲的观测 对于已确认的褶曲构造,应详细观测描述以下内容： （1）褶曲枢纽位置，倾伏方向和倾伏角。 （2）褶曲两翼煤、岩层和轴面的产状要素。 （3）褶曲与断层、节理、煤层厚度变化的关系。 2. 查明褶曲的探测手段 1）巷探：布置应遵循“一巷两用”的原则，探明褶曲，生产利用。 2）井下钻探：构造复杂，控制较少的褶曲，应在井下邻近巷道利用钻探查明。,第二节 矿井地质构造,44,3.观测判断褶曲时应注意的问题 1）煤岩层的分析和对比：必须熟悉煤系地层和标志层。 2）褶曲的不协调性； 3）褶曲发展成断层的可能性：塑性弯曲和脆性断裂既有区别又有联系，挠曲可发展成正断层；倒转背斜发展成逆断层。 4）注意倒转褶曲的倒转翼和正常翼。 （三）褶曲对煤矿生产的影响和处理 1. 大型褶曲 指影响井田划分和整个开拓系统的褶曲构造。,第二节 矿井地质构造,45,（1）褶曲轴线作为井田边界； （2）井田内开拓部署中的处理方法：背斜轴部总回风巷；向斜轴部集中运输巷。 2. 中型褶曲 往往是大型褶曲的次一级构造。 （1）轴线选做采区中心，布置采区上、下山。对开阔的平缓褶曲，以向斜轴作为采区中心，向两翼布置回采工作面。,第二节 矿井地质构造,46,第二节 矿井地质构造,47,（2）轴线做为采区边界（紧闭褶曲）。,第二节 矿井地质构造,48,（3）工作面直接推过褶曲轴（宽缓褶曲）。褶曲较宽缓，规模不大时可布置单翼采区，工作面直接推过褶曲轴部。,第二节 矿井地质构造,49,3. 小型褶曲 （1）使煤厚发生变化，变化严重时要重新开掘切眼。 （2）沿煤掘进时，褶曲使巷道变得弯曲。弯曲过大时采面运输巷要改造取直。,第二节 矿井地质构造,50,二、节理 1. 影响钻眼爆破效果 2. 影响开采效率,第二节 矿井地质构造,51,3. 影响顶板控制方法,第二节 矿井地质构造,52,4. 工作面布置,第二节 矿井地质构造,53,三、断层 （一）断层对生产的影响 影响煤层的连续性和完整性。断层的规模：落差50m特大型断层；5020m大型落差；205m中型断层；5m小型断层。 1. 影响井田划分 2. 影响井田的开拓方式 3. 影响采区和工作面布置 4. 影响安全生产,第二节 矿井地质构造,54,5. 增加煤炭损失量，降低回采率 6. 增加巷道掘进量 7. 影响煤矿综合经济效益 （二）煤矿生产中断层的研究 1. 断层的判断 1）煤岩层产状发生急剧变化：断层附近的煤岩层，由于受断层两盘相对运动影响，往往会发生显著变化。 2）煤层厚度发生变化，煤层顶、底板出现不平行现象：煤层受断层影响易发生塑性变形，使厚度改变。,第二节 矿井地质构造,55,3）接近断层时，煤层和顶、底板中裂隙显著增加，并具有一定的规律性。 4）煤层结构发生变化，滑面增多，出现揉皱，煤呈鳞片状粉末状，常有小褶曲出现。 4）在大断层附近常伴生一系列小断层，这些小断层是预兆大断层的重要标志。 5）瓦斯涌出量增加：断层可以赋存瓦斯，当巷道揭露到断层附近时，断层中的瓦斯就可以通过煤岩层中的裂隙进入到巷道。 6）涌水量增加：滴水、淋水要注意。,第二节 矿井地质构造,56,断层出现征兆和应注意的问题，可简要归纳为几句话： 产状煤厚生巨变，揉皱破碎光泽暗，节理增加有规律。瓦斯增加大显驼峰，滴水淋水或涌水反常现象放在心，综合起来再确定，以防“草木皆成兵”。,第二节 矿井地质构造,57,第二节 矿井地质构造,58,第二节 矿井地质构造,59,第二节 矿井地质构造,60,第二节 矿井地质构造,61,第二节 矿井地质构造,62,2. 断层的观测 1）断层位置的确定 通过测量点确定断层位置，边投绘到巷道平面图上。若断层成组出现，应分别测定各断层面位置，并确定主断层面。 2）断层带特征的观测 断层带的宽度、带内构造岩、断面擦痕、破碎带充填物特征。 3）断层两侧煤岩层层位、产状、厚度、伴生及派生构造。 4）确定断层性质及断层力学性质。,第二节 矿井地质构造,63,第二节 矿井地质构造,64,第二节 矿井地质构造,65,5）测量断层面产状 6）确定断层的断距和落差 一般落差是指断层两盘同一层面断失点之间的标高差。当断距小于巷道高度时，可在井下直接测量落差和地层断距；当断距较大时，根据断层两盘煤岩层层位对比结合地层柱状图，可推算出断距。 7）对断层进行素描图。 采用巷道平面图加数字、巷道剖面图加注数字或巷道平面图加横断面图多多种方法，把断层的性质和主要参数表示出来。,第二节 矿井地质构造,66,第二节 矿井地质构造,67,3. 断失煤层的寻找 1）层位对比法 根据巷道揭示的断层两盘煤岩层层位，寻找缺失煤层位置。 2）构造形迹判定法 是指根据与断层伴生和派生的小型和微型构造来判断断层性质的一种方法。,第二节 矿井地质构造,68,第二节 矿井地质构造,a. 牵引褶曲,b. 羽状节理 分布在断层一侧或两侧，与断层面斜交呈羽状排列的节理，它是由断层两盘相对运动位移产生的局部应力场的产物。羽状张节理：T与断层面呈45，锐角尖端指示本盘运动。羽状剪节理：S2与断层面近直交，锐角不稳定；S1夹角15以下，锐角尖端指示本盘运动。,69,第二节 矿井地质构造,c. 擦痕、阶步 阶步由缓到陡或陡坡的倾向指示对盘运动。,3）规律类推法 根据已掌握的该区的发育特征和规律，确定断层性质，指明断失翼煤层寻找方向的一种方法。适用于开采时间长，资料丰富的矿井。如焦作所揭露断层皆为正断层。 4）生产勘探法 如果遇到断层，通过观测和综合分析，仍不能确定断层性质或已确定断层性质，但断距无法确定时，需用生产勘探的方法来解决，其手段是巷探、钻探、物探。,阶 步,70,第二节 矿井地质构造,71,第二节 矿井地质构造,72,第二节 矿井地质构造,5）作图分析法 利用各种地质图件（地质剖面图、水平切面图、底板等高线图）根据断层的揭露点和断层面的产状进行对比连接作图。,73,第二节 矿井地质构造,74,（三）断层的处理 1. 开拓设计阶段 1）井田、采区边界的确定 H 50 m的断层，应考虑该断层作为井田边界，这样使断层煤柱和边界煤柱和为一体，避免出现三角煤，提高回采率。水文地质条件复杂的地区，以大断层作为井田边界，尽量不使巷道穿过断层，可以减少突水事故的发生。 划分采区时，也应该以断层为界。,第二节 矿井地质构造,75,第二节 矿井地质构造,76,第二节 矿井地质构造,77,2）井筒位置的选择 井筒尽可能避开大断层。一般立井井筒要布置在倾角较大的大断层下盘，距离断层3050m以外的位置。,第二节 矿井地质构造,78,第二节 矿井地质构造,对于倾角较小的断层选择煤层层数少的地点穿过断层，且井底车场的位置要避开断层带。,79,3）运输大巷的布置 布置在较坚硬的岩石中，尽量少改变方向。但当碰到断层错动的含水层时必须考虑巷道的改道。,第二节 矿井地质构造,80,4）采区内块段划分 综合考虑断层的位置、落差、被分割块段的大小和形态以及已有的生产系统划分开采块段。尽可能将大断层留在块段之间的煤柱中。,第二节 矿井地质构造,81,5）井田开拓方式的确定 缓倾斜煤层用斜井开拓较好，如遇断层破坏强烈区用竖井+主石门比斜井开拓合理。,第二节 矿井地质构造,82,2. 掘进阶段 1）平巷过断层 不改变巷道坡度，只改变巷道方向穿过断层。,第二节 矿井地质构造,83,当煤层平巷遇到斜交正断层，如果断层带压力不大没有瓦斯及水的威胁时，可沿断层带掘进并进入另一盘，相反则不能紧靠断层面掘进巷道。,第二节 矿井地质构造,84,2）斜巷过断层,第二节 矿井地质构造,85,3. 回采阶段 1）强行通过 （1）普采及炮采工作面，断层落差小于煤厚。 （2）综采工作面，断层两盘对接部分煤厚大于液压支架的最小支撑高度。 （3）综采工作面，断层两盘对接部分煤厚小于液压支架的最小支撑高度，但煤层顶底板岩性较软，采煤机能切割时。,第二节 矿井地质构造,86,2）重新开切眼 提前在另一盘重新开掘切眼，工作面搬家。,第二节 矿井地质构造,87,3）划小工作面 落差大于煤厚，对走向断层，可将一个工作面划分为两个工作面。,第二节 矿井地质构造,88,一端落差大、一端落差小的斜交断层，可采用合采与分采相结合的方法。,第二节 矿井地质构造,89,一、岩浆侵入体的一般特点 二、对岩浆侵入体的观测及探测 三、侵入体对煤矿生产的影响及处理方法,第三节 岩浆侵入煤层,90,一、岩浆侵入体的一般特点 1.产状和形态 1）岩墙： 2）岩床：地下岩浆沿煤层层面方向侵入的层状侵入体。它可以沿煤层顶、底或中间侵入，也可吞蚀整个煤层。 （1）岩床的形态：根据矿井观测有以下几种：层状、似层状、串球状、树枝状。,第三节 岩浆侵入煤层,91,（2）剖面类型 厚层侵入型：整个煤层比侵入体所代替。 层状侵入型：侵入到煤层的任何部位，侵入体与煤层接触时，煤层呈波浪状。 浑圆状侵入型：煤层中侵入体呈孤立的大小不等的浑圆状，常发育在侵入严重地区的较远地段。 串球侵入型：扁豆状、树枝状。,第三节 岩浆侵入煤层,92,第三节 矿井地质构造,93,2.岩浆侵入煤层的变质作用 1）岩墙切割煤层对煤质影响小，只影响岩墙两侧的煤发生变质；沿煤层侵入的岩床，对煤质影响范围较大。 2）岩浆一般侵入煤层下部影响较大，侵入上部影响较小，侵入中部影响最大。 3）煤的变质程度与侵入体的大小、厚度成正比。 4）岩浆性质不同，对煤层的影响也有差异。,第三节 岩浆侵入煤层,94,第三节 岩浆侵入煤层,95,二、对岩浆侵入体的观测及探测 1.观测内容 1）岩浆岩的颜色、矿物成分、结构、构造等特征。 2）侵入体产状、形态、厚度及范围。 3）查明侵入体与断裂构造的关系。 4）观察煤层被破坏的情况 2.探测工作 1）当岩浆侵入厚煤层时，无论沿顶或底掘进，隔一定距离均应探测一次岩浆岩和煤厚变化。,第三节 岩浆侵入煤层,96,第三节 岩浆侵入煤层,97,2）对于一些中厚煤层或薄煤层，可在同一煤层中布置钻孔或探巷查明侵入体范围也可从邻近的巷道中打钻孔圈定侵入体的范围。,第三节 岩浆侵入煤层,98,三、侵入体对煤矿生产的影响及处理方法 1.对生产的影响 1）破坏了煤层的连续性和均一性。 2）使煤层灰分增高，粘结性减弱，降低了工业价值。 3）煤层硬度增大，降低了工程进度。 4）煤层不连续，使采区、工作面布置困难。 2.对生产的影响 1）对岩墙的处理 掘进时可直接穿过。,第三节 岩浆侵入煤层,99, 工作面遇岩墙 a. 岩墙沿倾向或斜交方向分布，重开切眼。 b. 沿走向分布较大的岩墙，将工作面分成上、下两个小面回采。,第三节 岩浆侵入煤层,100,2）对大片岩浆分布区，采区、工作面布置时要设法避开。 3）对串球状侵入体，工作面可直接推过。 4）对于厚煤层中部的侵入体，可进行分层回采。,第三节 岩浆侵入煤层,101,一、陷落柱的成因及特征 二、陷落柱误判的原因和判别标志 三、陷落柱的探测 四、陷落柱的处理方法,第四节 喀斯特陷落柱,102,一、陷落柱的成因及特征 岩溶塌陷：在石灰岩等可溶性岩层地区，由于地下水的溶蚀作用而产生的塌陷现象。 （一）陷落柱 1. 成因 1）地质条件：（1）有可溶性岩层存在；（2）可溶性岩层 透水；（3）水具侵蚀性；（4）水要流动。 2）漫长的地质时间,第四节 喀斯特陷落柱,103,2. 特征 1）地表特征：（1）盆状陷落区；（2）丘状凸起； （3）柱状破碎带；（4）特殊地貌形态 2）井下特征 （1）平面形状为一封闭曲线； （2）剖面形状为梯形，上小下大； （3）柱面沉积物：铁质、钙质、泥质； （4）柱高与岩溶大小、地下水排泄条件有关； （5）柱内特征：,第四节 喀斯特陷落柱,104,第四节 喀斯特陷落柱,105,第四节 喀斯特陷落柱,106,107,第四节 喀斯特陷落柱,108,3. 井下遇陷落柱前的预兆 1）煤岩层产状变化，向中心倾斜； 2）裂隙增多； 3）小断层发育； 4）煤被氧化，光泽变暗； 5）瓦斯增加。,第四节 喀斯特陷落柱,109,第四节 喀斯特陷落柱,110,二、陷落柱误判的原因和判别标志 （一）误判原因 岩溶塌陷与构造变动相似的现象： 岩层不连续； 裂隙发育； 煤层破碎； 淋水； 遇大块岩层填入巷道。,第四节 喀斯特陷落柱,111,（二）判别标志 1）岩性标志，柱体多为较新层位的岩石碎块或第四系沉积物。岩块、岩性混杂，分选、磨圆差。 2）接触面不平整，无擦痕，柱面呈不规则状。 3）顶、底板产状变化较小。 4）地表出现，井下必然出现。,第四节 喀斯特陷落柱,112,第四节 喀斯特陷落柱,三、陷落柱的探测 1）钻探：目前生产矿井常用的手段之一。 2）巷探：小断面的巷道。 3）物探：无线电波坑道透视仪坑透仪。,113,四、陷落柱的处理方法 1）主要开拓巷道遇陷落柱：按原计划施工。 2）回采工作面遇陷落柱：处理原则：查清其范围，缩短工作面回采。 3）回风巷、运输巷遇陷落柱：一般直接通过。,第四节 喀斯特陷落柱,114,一、矿井瓦斯的形成及分带 二、瓦斯含量的研究 三、矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级 四、防治煤与瓦斯突出,第五节 矿井瓦斯,115,一、矿井瓦斯的形成及分带 瓦斯：是指在煤矿生产过程中，从煤和围岩中释放出来的一种多成分的混合气体。 1.瓦斯的成分和性质 瓦斯中甲烷(CH4)占绝大多数，又称沼气，为无色、无味、无毒，可以燃烧和爆炸(5%-16%)的气体。比重为0.554，比空气轻，聚集在巷道上部。 2.瓦斯的赋存状态 1）游离状态瓦斯：以气体分子自由运动于煤层孔隙和裂隙中的瓦斯。,第五节 矿井瓦斯,116,2）吸着状态瓦斯 （1）吸附瓦斯：吸附在煤岩体表面的瓦斯，它往往形成一层薄膜,比例为70%-90%。,第五节 矿井瓦斯,117,（2）吸收瓦斯：瓦斯分子进入煤体内部，与煤分子紧密结合成固溶体。 3.瓦斯的成因 1）生物化学作用阶段 植物成煤第一阶段有机质分解形成瓦斯，此阶段形成瓦斯是大量的，但保存很少，因为此时成煤物质多暴露在地表或埋藏很浅，绝大多数瓦斯都逸散到大气中。 2）变质作用阶段 成煤的第二阶段过程中，煤炭物质产生热解，发生一系列变化同时产生大量瓦斯。,第五节 矿井瓦斯,118,该阶段形成的瓦斯，由于在地下深处，不易扩散，煤矿生产中所揭露的瓦斯绝大部分是这阶段形成。 3）油气田瓦斯侵入来源于周围的含油层。 4.瓦斯分带 煤层瓦斯成分由浅而深大体可分为四带 1) N2CO2带：CH4: 0-10%, N2: 20-80%, CO2:20-80%； 2) N2带：CH4: 0-20%, N2: 80-100%, CO2:0-20%； 3) N2CH4 带：CH4: 20-80%, N2: 20-80%, CO2: 0-20% 4) CH4 带：CH4: 80-100%, N2: 0-20%, CO2: 0-20%,第五节 矿井瓦斯,119,第五节 矿井瓦斯,前三带称为瓦斯风化带，其深度差别很大，决定于空气透入条件，上部煤岩层风氧化情况及地下水活动强弱程度。,120,二、瓦斯含量的研究 煤层瓦斯含量：单位体积或重量的煤体内，含瓦斯的体积，单位m3/t、m3/m3、cm3/g，它应包括吸附和游离瓦斯。 1.影响瓦斯含量的地质因素,第五节 矿井瓦斯,1）煤的变质程度 （1）变质程度越高，产气数量越多，瓦斯含量越大。 （2）变质程度不同的煤，空隙率不同，吸附能力差异较大。,121,第五节 矿井瓦斯,2）围岩和煤层的渗透性 渗透性好，有利用于瓦斯的运移和排放，煤层瓦斯含量较小，瓦斯分布较均一；透气性差，不利于瓦斯的运移和排放，有利其保存，瓦斯含量较大。 3）地下水活动 地下水活动区域有利于瓦斯的排放。 4）煤田的暴露程度 暴露式煤田有利于瓦斯排放，隐伏式煤田有利于其聚积。,122,第五节 矿井瓦斯,5）地质构造 地质构造对瓦斯的聚积和排放具有双重作用： 张性断裂有利于瓦斯排放，压性断裂有利于瓦斯聚积。在煤层顶板岩性致密，透气性差的条件下，在未受断裂破坏和严重剥蚀是褶皱地区，一般在背斜轴部瓦斯含量大，向斜槽部小，当顶板为脆性岩层时，则相反。,123,第五节 矿井瓦斯,6）煤层埋藏深度 瓦斯梯度：矿井瓦斯相对涌出量每增加1 m3/t时，深度增加米数。 公式为： a 瓦斯剃度， m/(m3/t)； H2, H1 沼气带内两次测定瓦斯相对涌出量的深度。 Q2, Q2对应于H2, H1深度上测定的瓦斯相对涌出量。,124,2.煤层瓦斯含量的测定 1）直接测定法 （1）密封式：利用密封式煤芯采取器上、下端的活门，将来脱气的煤样在钻孔底部密封，送化验室测定煤样中的瓦斯体积，算出瓦斯含量。 （2）集气式：利用集气式煤芯采取器上部的集气室，收集钻进和提钻过程中从煤芯泄出的瓦斯，算出煤的瓦斯含量。 （3）气测井法：利用气测井仪器测定钻孔冲洗液中溶解的瓦斯量，煤芯和钻屑中残留的瓦斯量，算出总瓦斯量，除以钻进切除的煤量，既得到煤的瓦斯含量。,第五节 矿井瓦斯,125,3.瓦斯含量预测图的编制 1）底图：煤层底板等高线图。 2）编制资料：取样成果资料。 3）编图步骤：填绘取样点，并着色；注明瓦斯含量和距地表深度；勾绘瓦斯含量。,第五节 矿井瓦斯,126,三、矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级 瓦斯涌出：煤矿开采过程中，由受采动影响的煤层、岩层以及由采落的煤、矸石向井下空间释放出瓦斯的现象叫做瓦斯涌出。 1.瓦斯涌出量 （1）绝对涌出量：指矿井在单位时间内涌出的瓦斯量，单位m3/d或m3/min 。 （2）相对涌出量：矿井正常生产时，平均每产1t煤所涌出的瓦斯量，单位m3/t 。 2.瓦斯涌出量 煤矿瓦斯涌出量预测方法国家行业标准AQ1018-2006。,第五节 矿井瓦斯,127,第五节 矿井瓦斯,128,第五节 矿井瓦斯,129,第五节 矿井瓦斯,130,第五节 矿井瓦斯,131,第五节 矿井瓦斯,132,3. 瓦斯矿井等级 （1）低瓦斯矿井：相对瓦斯涌出量10 m3/t。 （3）煤(岩)与瓦斯突出矿井：采掘过程中发生过煤(岩)与瓦斯突出的矿井。,第五节 矿井瓦斯,133,四、防治煤与瓦斯突出 1. 煤瓦斯突出的地质因素 1）煤层的埋藏深度 2）地质构造和地应力 3）煤层厚度变化 4）煤的物理力学性质 5）其它地质因素 2. 防止煤与瓦斯突出的地质工作 1）做好突出点的地质描述和记录。,第五节 矿