煤矿地质知识

1、 第一章 煤矿地质基本知识第一节第一节 地壳的组成与地质作用地壳的组成与地质作用 应该明确的两个问题： 地壳是煤及各种矿产资源形成的地方，矿产资源的形成与地壳的物质运动及演变有密切关系。 地球表面生物的生长、发育及死亡的整个过程不断地改变着地球表面各种元素和矿物的分布，使某些元素离散或集中形成有价值的矿产。（生物遗体变为煤和石油等） 这两个方面都是地壳物质在地质作用下运动和演变的结果，因此，研究地壳的物质组成以及在地质作用下的地壳物质运动，是掌握矿床形成和埋藏规律的基础。第一节第一节 地壳的组成与地质作用地壳的组成与地质作用一、地壳的组成与岩石一、地壳的组成与岩石 地壳是地球的固体外壳。地壳是

2、地球的固体外壳。其全球地壳平均厚度为其全球地壳平均厚度为16km，大陆地壳平均约，大陆地壳平均约33km，最厚可达最厚可达70km；大洋地壳较薄，平均约；大洋地壳较薄，平均约7km，最厚约，最厚约11km。 岩石是一些矿物颗粒的岩石是一些矿物颗粒的集合体。集合体。 矿物是地壳中的一种或多种元素在各种地质作用下形成的自然产物。矿物是地壳中的一种或多种元素在各种地质作用下形成的自然产物。 常见矿物常见矿物:石英、正长石、斜长石、白云母、黑云母、橄榄石、蒙脱石、伊利石、石英、正长石、斜长石、白云母、黑云母、橄榄石、蒙脱石、伊利石、方解石、白云石、褐铁矿、石膏、滑石、石墨等。方解石、白云石、褐铁矿、石

3、膏、滑石、石墨等。岩石的分类：岩石的分类： 1、岩浆岩、岩浆岩 岩浆岩是三大类岩石的主体，占地壳岩石体积的岩浆岩是三大类岩石的主体，占地壳岩石体积的64.7%。岩浆是来自地壳深部或。岩浆是来自地壳深部或地幔中的具有高温、高压的硅酸盐熔融体。地幔中的具有高温、高压的硅酸盐熔融体。岩浆沿岩石裂缝或薄弱带上升，侵入到地岩浆沿岩石裂缝或薄弱带上升，侵入到地壳表层或喷出地表，便冷凝固结成坚硬的岩浆岩壳表层或喷出地表，便冷凝固结成坚硬的岩浆岩。如花岗岩；玄武岩等。如花岗岩；玄武岩等。 2、沉积岩、沉积岩 沉积岩是在地壳表层环境中形成的岩石。主要是沉积岩是在地壳表层环境中形成的岩石。主要是由暴露于地表的岩石

4、由暴露于地表的岩石,经受外力地经受外力地质作用，即先经风化和剥蚀，搬运，沉积，再经受紧压、脱水、胶结，变成坚硬的岩质作用，即先经风化和剥蚀，搬运，沉积，再经受紧压、脱水、胶结，变成坚硬的岩石石，如砂岩、页岩、石灰岩等。，如砂岩、页岩、石灰岩等。 沉积岩在地壳表层分布最广，它覆盖的面积约占地表总面积的沉积岩在地壳表层分布最广，它覆盖的面积约占地表总面积的75%，因此它是最常，因此它是最常见的一类岩石。见的一类岩石。 3、变质岩、变质岩 变质岩是变质岩是由各种不同的原有岩石由各种不同的原有岩石,受到温度、压力及化学活性流体的作用，使原岩受到温度、压力及化学活性流体的作用，使原岩改变其成分、结构和构

5、造而变成新的岩石改变其成分、结构和构造而变成新的岩石，如石灰岩变质成大理岩等。，如石灰岩变质成大理岩等。煤是一种沉积岩。在煤矿生产中遇到的也几乎全是沉积岩。煤是一种沉积岩。在煤矿生产中遇到的也几乎全是沉积岩。二、地质作用二、地质作用内力地质作用内力地质作用 外力地质作用外力地质作用 地壳运动 岩浆活动变质作用地震作用风化和剥蚀 搬运和沉积固结成岩第一节第一节 地壳的组成与地质作用地壳的组成与地质作用地质作用地质作用第一节第一节 地壳的组成与地质作用地壳的组成与地质作用1.1.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、地表形由地球内部能量引起的地壳物质成分、内部构造、地

6、表形态变化的地质作用。态变化的地质作用。u 1)地壳运动即地球内部动力引起的地壳变形和变位。 地壳运动对煤矿床的形成及赋存条件有着重要影响。 地壳沿地球半径方向运动时，表现为地壳的缓慢上升或下降（海陆变迁），称为升降运动。地球物质沿地球切线方向运动时，呈水平运动。表现为激烈的造山 运动。u 2)岩浆活动是地下的岩浆沿地壳的裂缝上升，侵入地壳或喷出地表，在上升过程与围岩相互作用，不断改变自身的成分和状态直至冷凝的全部过程。 岩浆喷出地表火山作用 岩浆未达地表岩浆侵入活动珠穆朗玛峰，位于中国和尼泊尔两国边界、海拔米，是喜马拉雅山主峰，也是世界第一高峰。珠穆朗玛在藏族神话中被认为是五位仙女中的第三女

7、神。她是万山之尊、地球之巅。秦岭夏威夷冒纳咯火山意大利埃特纳火山中国西昆仑山阿什库勒火山夏威夷普乌哈鲁鲁喷发形成的岩浆河火山口底部，可以见到红色的岩浆火山口底部，可以见到红色的岩浆裂隙式火山u3)3)变质作用变质作用地壳深部的岩石在高温高压和化学性质地壳深部的岩石在高温高压和化学性质活泼的流体作用下，岩石的结构、构造及化学成分产活泼的流体作用下，岩石的结构、构造及化学成分产生变化，形成新的岩石的作用。生变化，形成新的岩石的作用。u4)4)地震作用地震作用地震是地壳的快速颤动，是岩石能量积地震是地壳的快速颤动，是岩石能量积累突然释放的结果。累突然释放的结果。n 在上述地质作用中，最活跃的、起主导

8、作用的是在上述地质作用中，最活跃的、起主导作用的是地壳运动。地壳运动。第一节第一节 地壳的组成与地质作用地壳的组成与地质作用神戶大地震破壞 (高速公路倒塌) 美國加州聖安德烈斯斷層 2外力地质作用外力地质作用主要是由地球以外的太阳辐射能、日月引力能等主要是由地球以外的太阳辐射能、日月引力能等引起的地质作用。它能使地表形态发生变化和地壳表层化学元素产生引起的地质作用。它能使地表形态发生变化和地壳表层化学元素产生迁移、分散和富集。迁移、分散和富集。按作用方式分为：按作用方式分为：1) 1) 风化和剥蚀风化和剥蚀第一节第一节 地壳的组成与地质作用地壳的组成与地质作用风化风化由于温度变化、大气由于温度

9、变化、大气(氧气氧气)、水溶液以及生物的、水溶液以及生物的作用，使地表岩石或矿物在原地发生物理、化学变化的作用，使地表岩石或矿物在原地发生物理、化学变化的过程叫风化作用。过程叫风化作用。 剥蚀剥蚀以风雨、流水等流动物质为动力，对岩石进行以风雨、流水等流动物质为动力，对岩石进行破坏并把破坏的产物剥离开的过程称为剥蚀作用。破坏并把破坏的产物剥离开的过程称为剥蚀作用。风化和剥蚀风化和剥蚀风化和剥蚀往往是彼此促进的，岩石遭受风化变得松软就易于剥蚀，剥蚀后风化和剥蚀往往是彼此促进的，岩石遭受风化变得松软就易于剥蚀，剥蚀后暴露上来新鲜的岩石重新又受到风化。暴露上来新鲜的岩石重新又受到风化。u风化作用的类型

10、风化作用的类型n 机械风化作用p 1. 岩石的热胀冷缩p 2. 岩石空隙中水和盐分的物态的变化 第一节第一节 地壳的组成与地质作用地壳的组成与地质作用第一节第一节 地壳的组成与地质作用地壳的组成与地质作用n 化学风化作用空气中的氧和水溶液不仅使岩石和矿物化學成分发生变化，而且使一部分被溶液帶走，或使稳定的矿物变为不稳定的矿物，这种对岩石的破坏作用称为化学风化作用。 1. 氧化作用 氧氣與各種礦物混合，產生新的礦物。 黄铁矿FeS2(+)氧化成褐铁矿Fe2O3.H2O(3+)，由铜黄色变为褐红色，颜色变深，结构变疏松。在地表称铁帽，地下连着矿床。 2. 溶解作用 任何矿物都溶于水，只是溶解度有大

11、有小。 CaCO3+CO2+H2O-Ca(HCO3)2 方解石 (重碳酸钙) 3. 水解作用 水和矿物相结合的一种化学反应。正长石+H2O-高岭石+。. 4. 水合作用 有些矿物吸引一定数量的水。石膏+H2O-硬石膏n 生物风化作用生物的生命活动过程和尸体腐烂分解过程对岩石的破坏作用有机械和化学两种方式： 1. 生物的机械风化作用n植物根对岩石的破坏，蚯蚓等钻洞，人类活动如挖洞、采矿等对岩石进行破碎。 2. 生物的化学风化作用n 生物死亡后，腐烂分解形成一种腐植质(胶状的物质)，是一种有机酸，对岩石起腐蚀作用.n 地壳表层岩石经机械破碎，化学风化后形成的松散物，再经过生物的化学风化作用，增加了

12、有机物质-腐殖质，这种具有腐殖质、矿物质、水和空气的松散物质叫做土壤。第一节第一节 地壳的组成与地质作用地壳的组成与地质作用叶状剥落 (果洲群島)块状崩解 (石澳)蜂窝状风化 (長洲人頭石） 蜂窝风化 (長洲)块状崩解(石澳)蜂窝状风化(長洲)第一节第一节 地壳的组成与地质作用地壳的组成与地质作用2 2）搬运和沉积）搬运和沉积 最主要的沉积区是内陆胡泊、沼泽和海洋。最主要的沉积区是内陆胡泊、沼泽和海洋。 3 3）固结成岩）固结成岩指松散的沉积物逐步变成坚硬的沉积岩的过程指松散的沉积物逐步变成坚硬的沉积岩的过程 从从 上可见，上可见，破坏岩石破坏岩石 改变地貌改变地貌 生成新岩生成新岩石石 是外

13、力地质作用的整个过程。是外力地质作用的整个过程。第一节第一节 地壳的组成与地质作用地壳的组成与地质作用搬运作用搬运作用风化和剥蚀作用的产物，由风、流水等风化和剥蚀作用的产物，由风、流水等搬运到别的地方的过程。搬运到别的地方的过程。沉积作用沉积作用随着搬运力量的减落或消失，被搬运物随着搬运力量的减落或消失，被搬运物在低洼地区逐渐沉积的过程。在低洼地区逐渐沉积的过程。搬运和沉积搬运和沉积 3 3、关系（内力与外力地质作用）、关系（内力与外力地质作用） 外力地质作用在很大程度上受地壳运动的制约。风化剥蚀过程主要在外力地质作用在很大程度上受地壳运动的制约。风化剥蚀过程主要在地壳上升隆起的地区进行，而其

14、进行的强度也与地壳上升隆起的幅度速度地壳上升隆起的地区进行，而其进行的强度也与地壳上升隆起的幅度速度有关。有关。 沉积、固结成岩过程主要在地壳下降沉陷地区形成，沉积物的物质成沉积、固结成岩过程主要在地壳下降沉陷地区形成，沉积物的物质成分，厚度和分布范围等，都受着地壳沉降的幅度和速度的限制。分，厚度和分布范围等，都受着地壳沉降的幅度和速度的限制。 第一节第一节 地壳的组成与地质作用地壳的组成与地质作用 地质构造： 在地壳运动中，煤和岩层改变了原始埋藏状态所产生的变形或变位的产物称为地质构造。 一、单斜构造、单斜构造 在一定的范围内，煤或岩层大致向一个方向倾斜的构造形态。 岩层的产状要素： 走向、

15、倾向、倾角 走向： 岩层层面与水平面交线的延伸方向。 倾角： 层面与水平面之间的二面角。 倾角变化在0-90之间。 煤层按倾角分为三类： 缓倾斜煤层 25 产量占70%（全国） 倾斜煤层 25 -45 急倾斜煤层 45 倾向： 岩层面上与走向线垂直向下的倾斜线的水平投影所指的方向。第二节第二节 地质构造地质构造 二、褶皱构造二、褶皱构造 褶皱： 岩层受水平力的作用被挤压成弯弯曲曲，但保持了岩层的连续性和完整性的构造形态。也可以定义为：也可以定义为：岩石中面岩石中面状构造（层理、劈理、断层面状构造（层理、劈理、断层面等）的弯曲。又称褶曲等）的弯曲。又称褶曲 背斜： 岩层层面凸起的褶曲 向斜： 岩

16、层层面凹下的褶曲第二节第二节 地质构造地质构造褶皱要素 三三 、断裂构造、断裂构造： 岩层受力后遭到破坏，失去了连续性和完整性的构造形态。 裂隙裂隙：断裂面两侧的岩层没有发生明显位移。 断层断层：断裂面两侧的岩层发生了明显位移的断裂构造。 断层要素断层要素： 断层面、断盘和断距。（1） 断层面断层面： 岩层发生断裂位移时，相对滑动的断裂面。其空间位置 可用产状要素来描述。 （2） 断层线断层线： 断层面与地面（水平面）的交线。它反映了断层的延伸方向（断层的走向）。 （3） 断盘断盘： 断层面两侧的岩体。 （上盘、下盘）（4） 断距断距： 断层的两盘相对位移的距离。 断距可分为： 垂直断距（相对

17、位移的垂直距离）（落差）（ab）演示 水平断距（相对位移的水平距离） （bc）第二节第二节 地质构造地质构造 根据断层两盘相对运动的方向, 可分为: 正断层正断层 逆断层逆断层 平推断层平推断层: 断层两盘沿水平方 向相对移动。 根据断层走向与岩层走向的相对关系，断层可分为： 走向断层走向断层： 走向一致或近于一 致。 倾向断层倾向断层： 走向与倾向一致或 近于一致。 斜交断层斜交断层： 断层走向与岩层走 向斜交。第二节第二节 地质构造地质构造 四、岩溶塌陷及岩浆侵入四、岩溶塌陷及岩浆侵入 当煤层下部分布有可溶性的石灰岩、白云岩，并且发生岩溶时，岩溶可引起上覆煤层和岩石跨落形成陷落，从而破坏了

18、煤层的完整性。 岩浆侵入煤层时，使煤层的稳定性和连续性遭到破坏。 第二节第二节 地质构造地质构造一、煤的形成一、煤的形成煤由植物遗体堆积埋藏后经成煤作用转变而成。据研究，几乎所有的植物遗体，只要具备了成煤的条件，都可以转化成煤。不过，低等植物遗体所形成的煤，分布范围小，厚度薄，很少被人利用。那些分布广、规模大、利用广泛的煤，都是高等植物的遗体（主要是古代的蕨类、松柏类以及一些被子植物的遗体）形成的。成煤作用可划分为两大阶段：n第一阶段是在地表常温、常压下，由堆积在停滞水体中的植物遗体经泥炭化作用或腐泥化作用，转变成泥炭或腐泥的过程，称泥炭化（或腐泥化）作用阶段。这一阶段以生物化学降解作用为主。

19、n 第二阶段是泥炭或腐泥被埋藏后，由于沉积盆地基底沉 降至地下深部，经成岩作用转变成褐煤，当温度和压力 再逐渐增高经变质作用转变成烟煤和无烟煤。由泥炭或腐泥转变成褐煤，以至无烟煤的全过程，称煤化作用。这一阶段以物理化学变化为主。第三节第三节 煤的形成与煤层特征煤的形成与煤层特征 煤的岩石组成和成因类型取决于泥炭或腐泥形成时的成煤植物种类、堆积环境和堆积方式。 煤的物理、化学和工艺性质却在很大程度上取决于煤化作用阶段的有机质热演化程度，即煤级。 古植物、古气候、古地理和古构造条件，是影响成煤作用发生和强度的重要因素。成煤植物群落不同，决定了煤的成因类型。n石炭纪开始，富含木质纤维组织的陆生高等植

20、物大量繁殖、堆积形成的煤大多为腐殖煤腐殖煤； 富含蛋白质、脂肪的低等菌藻类为主形成的煤为腐泥煤腐泥煤； 高等和低等植物混合形成的煤为腐殖腐泥煤腐殖腐泥煤。腐泥煤、 腐殖腐泥煤在自然界分布量少，常呈薄层或透镜体夹于腐殖煤的煤层中。第三节第三节 煤的形成与煤层特征煤的形成与煤层特征 n泥炭历来被认为是温暖潮湿气候条件下的产物。根据近代研究表明，在气候条件中湿度所起的作用比温度更重要。 因为现代无论在温暖的低纬度和寒冷的高纬度 (5070)，只要是降水量大于蒸发量的地区，都有较厚的泥炭层堆积，干旱条件显然不利于成煤。n有利于成煤作用的地理环境是沼泽。沼泽分布在滨海平原、海湾泻湖、内陆大湖、三角洲平原

21、、河流冲积平原和冲积扇前等环境。n成煤作用有利的构造背景是古构造稳定期。地壳缓慢沉降，容易在地表形成积水洼地。造山运动和地壳上升阶段，均不利于泥炭的堆积和保存。第三节第三节 煤的形成与煤层特征煤的形成与煤层特征 芦苇河流树木湿地芦苇沼泽稻田湿地平原湿地湿地是富饶多产的生态体系。湿地的类型繁多，包括：沼泽地、河口三角湾、泥滩、泥沼、水塘、三角洲、珊瑚礁、季节性河流、泻湖、浅海、泥炭地、湖泊、泛滥平原等等。 第三节第三节 煤的形成与煤层特征煤的形成与煤层特征 高等植物泥 炭褐 煤长焰煤不粘结煤弱粘结煤气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤无烟煤成煤作用煤化作用变质作用泥炭化作用（腐泥化作用）成岩作用烟烟 煤煤低等植

22、物腐 泥腐泥煤成煤过程划分示意图 上述可见，要形成有开采价值的煤层，必须具备下列条件： 1、植物条件：我国的三大聚煤时期（晚古生代的石炭二迭纪、中生代的侏罗纪和新生代的第三纪），分别是植物界的孢子植物，裸子植物和被子植物繁殖的极盛时代。 2、气候条件：温暖潮湿。 3、地理环境：大面积沼泽化的自然地理条件。滨海平原、海湾泻湖、河漫滩、河口三角洲等。 4、地壳运动：泥炭层的积聚要求地壳缓慢下沉，下沉速度最好为与植物遗体堆积的速度大致平衡，这种状态持续的时间越久，形成的泥炭层越厚。泥炭层形成以后，地壳下降较快，有利于泥炭的保存和转变成煤。第三节第三节 煤的形成与煤层特征煤的形成与煤层特征 俄俄第三节

23、第三节 煤的形成与煤层特征煤的形成与煤层特征 二、煤系和煤田二、煤系和煤田 煤系煤系是含有煤层的一组沉积岩层（也叫含煤地层）。 煤系一般是按其形成的时代来命名的，如华北的石炭二迭纪煤系，东北的侏罗纪煤系，华南的晚二迭纪煤系。 煤田煤田在地质历史发展过程中，同一地质时期形成并大致连续发育的含煤岩系分布区称为煤田。三、煤的性质及工业分类三、煤的性质及工业分类 由于成煤的原始物质,成煤环境及所受的变质作用不同,煤的种类很多,其物理性质和化学组成也有差别。性质不同的煤用途也不一样。 （ 一）煤的性质一）煤的性质 1、 物理性质 包括光泽、颜色、条痕、硬度、脆度、比重和容重、导电性等，见表1-3。 2、

24、化学组成 煤是由有机物和无机物混合组成的。 煤煤的的化化学学组组成成碳 最主要的可燃物质，含碳量越高，发热量越大氢 主要的可燃物质，随变质程度加深而降低 氧 不可燃物质，随变质程度加深而降低 氮 含氮量较少，近13%，不产生热量 硫 有害物质，燃烧时形成二氧化硫 ，炼焦煤中含硫量不超过1%磷 有害物质，炼焦煤中含磷量不超过0.01% 第三节第三节 煤的形成与煤层特征煤的形成与煤层特征 第三节第三节 煤的形成与煤层特征煤的形成与煤层特征 （二）煤的工业分类（二）煤的工业分类 1、常用的煤质指标：水分（W）、灰分（A）、挥发分（V）、发热量（Q）、胶质层厚度（Y）、含矸率。 2、 工业分类 表1-

25、4第三节第三节 煤的形成与煤层特征煤的形成与煤层特征 四、煤层特征四、煤层特征 由于成煤时期的原始条件和受地壳运动的影响不同，埋藏在地下的煤层的赋存状态、顶底板岩性及含水性、煤层的含瓦斯性及自燃倾向、以及受地质构造影响的程度等都有明显的差别，而这些都与采矿工作密切相关，因此，有必要对其进行研究。 （ 一）煤层赋存状态一）煤层赋存状态 1 1、煤层厚度：、煤层厚度：厚煤层 煤层厚度 3.5m 约占产量 40%中厚煤层 1.3-3.5m 40%薄煤层 1.3m 20%第三节第三节 煤的形成与煤层特征煤的形成与煤层特征 2 2、煤层的稳定性、煤层的稳定性（根据煤层厚度变化情况及对开采的影响，将煤层分为四类）： 稳定性煤层： 在井田范围内厚度均大于最低开采标准，厚度的变化也有一定标准。 较稳定煤层： 厚度变化较大，但在井田范围内大多可开采，仅局部不可采。 不稳定煤层: 厚度变化很大，常有增厚、变薄、分岔或尖灭现象，井田范围内经常出现不可采区。如图1-8所示。 极不稳定性煤层：煤层常呈鸡窝状，串珠状，断断续续分布，井田范围内仅局部可采。如图1-9所示。第三节第三节 煤的形成与煤层特征煤的形成与煤层特征 3、煤层结构：