《煤矿地质知识》教学课件

1、采煤概论李红涛安全工程学院采矿教研室第1页，共67页。第一篇 煤矿地质第一章 煤矿地质知识第二章 煤矿地质图第2页，共67页。第一章 煤矿地质知识第一节 地质作用、地壳的物质组成及地史概念 第二节 煤的形成及煤系 第三节 煤的性质及工业分类第四节 煤层埋藏特征第五节 煤田地质勘探及矿井储量 第3页，共67页。地球不是均质体，其物质组成的分布呈同心圈层结构。大致以地壳表层为界分为外圈和内圈。外圈包括：大气圈、水圈、生物圈。内圈包括：地壳、地幔、地核。 具体结构见下表一、地球的圈层结构第一节 地质作用等第4页，共67页。一、地球的圈层结构第一节 地质作用等地球（以地表为界）外圈层（根据物质性质和状

2、态的不同）大气圈水 圈生物圈 内圈层（根据地震波提供的信息）地 壳硅铝层硅镁层地 幔上地幔下地幔地 核外 核内 核第5页，共67页。一、地球的圈层结构第一节 地质作用等第6页，共67页。(一) 地质作用的概念凡是由自然动力所引起的地壳物质成分、内部结构以及外部形态发生变化和发展的过程称为地质作用。(二)地质作用的分类根据地质作用的能源不同，地质作用分为两大类： 内力地质作用、外力地质作用。 第一节 地质作用等二、地质作用第7页，共67页。(三) 内力地质作用的概念和分类1.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、地表形态发生变化的地质作用，叫内力地质作用。2.按作用的性质和方式

3、，内力地质作用分为地壳运动、地震作用、岩浆作用、变质作用。 第一节 地质作用等二、地质作用第8页，共67页。二、地质作用(四) 外力地质作用的概念和分类1.外力地质作用外力地质作用是指以地球外部的太阳能以及日月引力能为能源，并通过大气、水、生物因素所引起的风、雨、冰雪、冰川、河流、海浪等营力产生各种地质作用。2.外力地质作用分类外力地质作用包括：风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、固结成岩作用等。第一节 地质作用等第9页，共67页。三、地壳物质组成地壳由岩石组成，岩石是矿物的集合体，矿物由化学元素结合而成。(一) 矿物矿物是地壳中的一种或多种化学元素在各种地质作用下形成的天然单质或化合物。

4、矿物是组成岩石和矿石的基本单位。到目前人们所认识的矿物已达2000多种。第一节 地质作用等第10页，共67页。三、地壳物质组成(一) 矿物矿物的形态可以分为两类：单体的形态与集合体形态。1.矿物单体的形态第一节 地质作用等第11页，共67页。三、地壳物质组成(一) 矿物2.矿物集合体的形态第一节 地质作用等第12页，共67页。三、地壳物质组成(二) 岩石岩石是构成地壳和上地幔固态部分的基本物质，它是天然产出的一种或多种矿物在各种地质作用下形成的、具有一定结构、构造的集合体。第一节 地质作用等第13页，共67页。三、地壳物质组成(二) 岩石按成因分为三大类：岩浆岩（火成岩）、沉积岩、变质岩。1.

5、岩浆岩：岩浆冷凝后形成的岩层，如花岗岩、玄武岩等。第一节 地质作用等第14页，共67页。三、地壳物质组成(二) 岩石2.沉积岩：由先形成的三大类岩石经风化、剥蚀、搬运作用形成的岩石。其特点是成层状态。如砾石、砂岩、页岩、石灰岩、煤等。第一节 地质作用等第15页，共67页。三、地壳物质组成(二) 岩石3.变质岩：受变质作用或高温高压作用已改变了成份和性质的岩石。如大理岩、石英岩、千枚岩、片岩和片麻岩等。第一节 地质作用等第16页，共67页。三、地壳物质组成(二) 岩石由于地质作用的复杂性、多期性与漫长性，三大类岩石之间可以相互转化。第一节 地质作用等三大岩石相互关系岩石循环转化示意第17页，共6

6、7页。四、地史的概念年代地层单位和地质年代单位1.概念：1)年代地层单位地层单位，代表一定时间范围内形成的地层依据：生物演化的阶段性。顶底界面具有严格的等时性。2)地质年代单位时间单位，代表地史中一定时间范围。第一节 地质作用等第18页，共67页。四、地史的概念年代地层单位和地质年代单位2.二者具有对应关系年代地层单位地质年代单位宇宙界代系纪统世阶期时带时第一节 地质作用等第19页，共67页。二、地层单位分类年代地层单位和地质年代单位3.地质年代表第一节 地质作用等第20页，共67页。第二节 煤的形成及煤系一、煤的形成二、煤系的概念第21页，共67页。一、煤的形成 (一) 煤形成的主要影响因素

7、煤是由古代植物遗体演化而形成的。煤层的形成受以下因素的影响：(1)古植物条件(2)古气候条件(3)古构造条件第二节 煤的形成及煤系第22页，共67页。一、煤的形成(二) 成煤作用植物遗体堆积，到转变为煤的全部过程叫成煤作用。这个过程经历了复杂的生物化学作用和物理化学作用。成煤作用分为二个阶段：泥炭化（腐泥化）阶段煤化阶段（包括成岩作用和变质作用）。 第二节 煤的形成及煤系第23页，共67页。(二) 成煤作用1.泥炭化（腐泥化）阶段植物繁殖、死亡、堆积，在微生物作用下不断分解、化合、聚积，高等植物形成泥炭，低等植物形成腐泥。1)腐泥化作用 (1)概念低等植物和浮游生物在湖泊、泻湖、海湾等还原环境

8、中转变成腐泥的生物化学作用叫腐泥化作用。(2)腐泥含大量水分的黑灰、黑褐色冻胶淤泥状物质。一、煤的形成第二节 煤的形成及煤系第24页，共67页。一、煤的形成(二) 成煤作用1.泥炭化（腐泥化）阶段2)泥炭化作用 (1)概念高等植物遗体在泥炭沼泽中经复杂的生物化学、物理化学作用转变为泥炭的过程叫泥炭化作用。分为二个阶段：第一阶段：在沼泽浅部植物遗体受氧化、分解。第二阶段：随积水深度增加，氧化环境被还原环境代替，产生腐植酸和沥青质，形成泥炭。(2)泥炭黄褐、黑褐色，无光泽、质地疏松状物质，风干可作燃料，也可作化工原料和肥料。第二节 煤的形成及煤系第25页，共67页。一、煤的形成(二) 成煤作用2.

9、煤化阶段泥炭或腐泥形成后，由于地壳下降而被其它沉积物覆盖，则进入了煤化作用阶段。此时生化作用停止，代之以物理化学作用。这个过程包括了二个连续过程：1)成岩作用泥炭(腐泥)在温度、压力作用下，经压实、脱水、固结转变成褐煤(腐泥煤)。2)变质作用褐煤继续在温度、压力、时间影响下转变为烟煤、无烟煤、天然焦或石墨。第二节 煤的形成及煤系第26页，共67页。一、煤的形成(二) 成煤作用3.成煤过程古植物成煤过程 第二节 煤的形成及煤系第27页，共67页。二、煤系的概念(一) 煤系的概念 指在一定地质时间内，形成的具有成因联系且连续沉积的一套含煤岩系。(二) 煤系地层在煤的形成过程中，煤层上下同时形成许多

10、岩层，这些夹有煤层的岩层是在同一个成煤时期形成的，称为煤系地层。第二节 煤的形成及煤系第28页，共67页。第三节 煤的性质及工业分类一、煤的性质1、煤的物理性质：光泽、颜色、条痕、硬度、脆度、比重和容重、导电性。 2、煤的化学组成：有机质和无机质，主要元素有：碳、氢、氧、氮、硫、磷。第三节 煤的性质及工业分类第29页，共67页。变质程度光泽颜色硬度脆度容重导电性褐煤无光泽暗淡沥青光泽褐色黑褐色2.02.5脆度较小有一定韧性1.051.2不良导体，导电性随变质程度增高而增加烟煤长焰煤沥青光泽褐黑色2.81.21.4气煤强沥青光泽弱玻璃光泽黑色黑灰色肥煤玻璃光泽2.6最大焦煤强玻璃光泽2.5瘦煤金

11、属光泽2.6无烟煤似金属光泽灰黑色钢灰色3.54.0最小1.351.8良好第三节 煤的性质及工业分类煤的主要物理性质变化表第30页，共67页。二、煤的工业分类1常用的煤质指标评价煤质的主要指标包括：水分W、灰分（ash）、挥发分（volatility）、胶质层厚度Y、发热量Q、硫S和磷P的含量以及含矸率等。2煤的工业分类我国现行的工业分类，是以炼焦煤为主的分类方案，分类指标主要用挥发分和胶质层的最大厚度y(mm)为指标划分煤的种类，从无烟煤到褐煤分为十大煤种，即无烟煤、烟煤（贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤）、褐煤 。 第三节 煤的性质及工业分类第31页，共67页。第四节

12、煤层的埋藏特征1. 按煤层厚度分类 煤层 地下开采 极薄煤层 0.3-0.5m 薄煤层 0.5-1.3m 中厚煤层 1.3-3.5m 厚煤层 3.5-8.0m 巨厚煤层 8.0m 第四节 煤层的埋藏特征一、煤层赋存状态第32页，共67页。第四节 煤层的埋藏特征一、煤层赋存状态2. 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。 稳定煤层； 较稳定煤层 不稳定煤层； 极不稳定煤层 第四节 煤层的埋藏特征第33页，共67页。第四节 煤层的埋藏特征一、煤层赋存状态3. 按煤层的结构根据煤层中有无较稳定的夹石层，煤层可分为

13、： 1) 简单结构2) 复杂结构第四节 煤层的埋藏特征第34页，共67页。第四节 煤层的埋藏特征一、煤层赋存状态4. 按煤层倾角分类 煤层 地下开采 近水平煤层 45 第四节 煤层的埋藏特征第35页，共67页。第四节 煤层的埋藏特征二、煤层顶底板岩层煤层顶底板岩层是指煤系中位于煤层上下一定距离内的岩层。顶板(赋存在煤层之上的邻近岩层) 伪 顶直接顶基本顶底板(赋存在煤层之下的邻近岩层) 直接底老底第四节 煤层的埋藏特征第36页，共67页。第四节 煤层的埋藏特征三、煤层的构造形态地质构造：发生构造变动的岩层所呈现的各种空间形态称为地质构造。地质构造分为两类：褶皱构造、断裂构造。第四节 煤层的埋藏

14、特征第37页，共67页。四、煤岩层的构造形态褶皱构造、断裂构造第四节 煤层的埋藏特征第38页，共67页。四、煤岩层的构造形态(一)煤岩层产状 1. 煤岩层产状概念岩层产状是指岩层的空间位置。用于描述岩层的空间展布特征。 2、产状要素一般煤岩层的产状用走向、倾向、倾角表示。走向、倾向、倾角称为煤岩层产状的三要素。 第四节 煤层的埋藏特征第39页，共67页。四、煤岩层的构造形态(一)煤岩层产状 3. 煤层产状走向线煤层层面与水平面相交的直线叫走向线。走向走向线延伸的方向。倾向煤层层面上，与走向线垂直，向下的倾斜线在 水平面上的投影所指的方向。倾角煤层层面与水平面之间的两面角。 =0 90。第四节

15、煤层的埋藏特征第40页，共67页。四、煤岩层的构造形态(二)褶皱构造 1.褶皱构造的概念1)褶皱岩层在地壳运动的长期作用下，原始产状改变，形成各种弯曲，但仍保持连续性，称为褶皱构造，简称为褶皱。2)褶曲褶皱构造的一个弯曲叫褶曲，是褶皱的基本单位。第四节 煤层的埋藏特征第41页，共67页。四、煤岩层的构造形态(二)褶皱构造 1.褶皱构造的概念第四节 煤层的埋藏特征第42页，共67页。四、煤岩层的构造形态(二)褶皱构造2.褶曲的基本类型褶曲包括向斜和背斜两种基本类型：1)背斜在形态上为一个弧顶向上的弯曲，中心部分为老地层，两侧地层依次变新。2)向斜在形态上为一个弧顶向下的弯曲，中心部分为新地层，两

16、侧地层依次变老。第四节 煤层的埋藏特征第43页，共67页。四、煤岩层的构造形态(二)褶皱构造2.褶曲的基本类型第四节 煤层的埋藏特征第44页，共67页。四、煤岩层的构造形态(二)褶皱构造3.褶曲要素第四节 煤层的埋藏特征第45页，共67页。四、煤岩层的构造形态(二)褶皱构造3.褶曲要素1)核部和翼部：褶曲的中心部位称核部；核部两侧称翼部。2)转折端：两翼岩层汇合转折的部位。3)枢纽点和枢纽线：同一褶曲横剖面上同一岩层面的最大弯曲点枢纽点；同一褶曲横剖面上同一岩层面的最大弯曲点的连线叫枢纽线，即枢纽。4)轴面和轴迹：同一褶曲各岩层面上枢纽线构成的面叫轴面。轴面与水平面的交线称轴迹。5)顶角和翼角

17、：两翼同一岩层之间的夹角叫顶角。两翼岩层与水平面夹角叫翼角。第四节 煤层的埋藏特征第46页，共67页。四、煤岩层的构造形态(三) 断裂构造1.断裂构造的概念当长期作用在岩层上的构造应力达到或超过岩石的强度极限时将发生变形造成破裂和错动，使岩层的连续完整性受到破坏，它们的产物总称为断裂构造。断裂构造分为节理和断层两类。2.节理1)节理的概念断裂两侧的岩层或岩体沿破裂面断开，但没有发生明显的相对位移的断裂构造称节理，又称为裂隙。其破裂面称为节理面。第四节 煤层的埋藏特征第47页，共67页。四、煤岩层的构造形态(三) 断裂构造2.节理2)节理的分类(1)节理的力学性质分类节理按力学性质可分为张节理和

18、剪节理。张节理：是在张应力作用下形成的节理。剪节理：是在剪应力作用下形成的节理。第四节 煤层的埋藏特征第48页，共67页。四、煤岩层的构造形态(三) 断裂构造2.节理2)节理的分类(2)节理的产状分类根据节理产状与岩层产状的关系，分为四种：走向节理：节理走向大致与岩层走向平行。倾向节理：节理走向大致与岩层走向垂直， 与岩层倾向大致平行。斜向节理：节理走向与岩层走向斜交。顺层节理：节理面与岩层面大致平行。1走向节理；2倾向节理3、4斜向节理；第四节 煤层的埋藏特征第49页，共67页。四、煤岩层的构造形态(三) 断裂构造2.节理2)节理的分类(2)节理的成因分类根据成因分两大类：原生和次生节理。原

19、生节理：在沉积作用、岩浆作用及成岩过程中形成的。 例如玄武岩柱状节理、煤的内生裂隙等。次生节理：岩层形成后生成的裂隙。第四节 煤层的埋藏特征第50页，共67页。四、煤岩层的构造形态(三) 断裂构造2.断层1)断层的概念断裂两侧的岩层或岩体沿破裂面断开，并且发生明显的相对位移的断裂构造称断层。第四节 煤层的埋藏特征第51页，共67页。四、煤岩层的构造形态(三) 断裂构造2.断层1)断层要素第四节 煤层的埋藏特征第52页，共67页。 (三) 断裂构造2.断层1)断层要素(1)断层面：指断层的破裂滑动面。(2)断层线：断层面与地面的交线。(3)断盘：断层面两侧的岩体。位于断层面上方的称为上盘； 位于

20、断层面下方的称为下盘。(4)断层交面线：断层面与岩层底面的交线。(5)断层的断距 (断层面上同一点的位移) 、落差四、煤岩层的构造形态第四节 煤层的埋藏特征第53页，共67页。四、煤岩层的构造形态(三) 断裂构造2.断层1)断层分类(1)根据断层两盘相对位移方向分类：分为：正断层、逆断层、平移断层等。正断层：上盘相对下降，下盘相对上升。逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降。平推断层：没有垂直方向位移的断层。断层的类型第四节 煤层的埋藏特征第54页，共67页。正断层上盘下降第55页，共67页。逆断层上盘上升第56页，共67页。平移断层水平错动第57页，共67页。四、煤岩层的构造形态(三) 断裂构造

21、2.断层1)断层分类(2)根据断层走向和所切割岩层走向关系的分类走向断层：断层走向与岩层走向基本一致。倾向断层：断层走向与岩层走向基本直交。斜交断层：断层走向与岩层走向明显斜交。顺层断层：断层面与岩层面基本平行。F1-走向断层F2倾向断层F3斜交断层第四节 煤层的埋藏特征第58页，共67页。四、煤岩层的构造形态(三) 断裂构造2.断层1)断层分类(3)根据断层走向与褶皱轴向关系的分类纵断层：断层走向与褶皱轴向基本一致。横断层：断层走向与褶皱轴向基本垂直。斜断层：断层走向与褶皱轴向斜交。F1纵断层F2横断层F3斜断层第四节 煤层的埋藏特征第59页，共67页。四、煤岩层的构造形态(三) 断裂构造2

22、.断层1)断层分类(4)断层的组合类型地垒和地堑：两条以上正断层，倾向相背、中间断盘相对上升称地垒。反之，断层倾向相对、中间盘下降称地堑。阶梯状断层：由二条以上正断层产状大体一致而成。叠瓦状断层：由数条产状大致相同逆断层组合而成。第四节 煤层的埋藏特征第60页，共67页。五、影响开采工作的其他因素1. 煤的自燃倾向性煤的自燃性决定于煤的疏松程度及氧化过程的剧烈程度。煤愈松软，煤层愈厚或氧化愈快，其自燃危险就愈大。2. 煤和岩层的含瓦斯性瓦斯的涌出和积聚不但给矿井生产带来许多困难，还可能造成严重的灾害。因此，在开采含瓦斯较大的煤层时，应当在技术上采取特殊措施。第四节 煤层的埋藏特征第61页，共67页。五、影响开采工作的其他因素3. 矿井的充水程度矿井开采时，由于巷道开掘和采空区塌陷，必然波及煤层上下的含水层以及地表下的水源，而造成矿井充水。严重时还可能威胁矿井安全。第四节 煤层的埋藏特征第62页，共67页。第五节 煤田地质勘探及矿井储量一、煤田地质勘探的任务了解矿井资源/储量、井田地质条件、煤层赋存条件、水文地质条件、开采