专升本课件6.1其它影响因素

1、 第四节 岩溶陷落柱对煤矿生产的影响岩溶陷落柱 指煤层下伏可溶性岩层，经地下水溶蚀形成溶洞，上覆岩层失去支撑产生塌陷，形成筒状或似锥状柱体的现象，简称陷落柱。俗称“无炭柱”，采煤至此无煤可采，故名。 陷落柱在华北石炭-二叠纪聚煤区比较发育，其中尤以山西、河北为最。山西阳泉、太原西山、汾西矿区、轩岗地区普遍存在。形成过程示意图a.石灰岩中发育溶洞 b.溶洞不断扩大 c.陷落柱形成一、岩溶陷落柱的成因（一）岩溶发育的地质条件 1.煤系下部存在较厚的可溶性岩层； 2.可溶岩中发育断裂构造（节理、断层）； 3.地下水中含有可侵蚀性的二氧化碳； 4.具有良好的地下水动力条件（径流强度较大）。 CaCO3

2、 + CO2 + H2O Ca2+ + HCO3-（二）溶洞塌陷机理 1.重力塌陷 上覆岩层在重力作用下塌陷 2.真空吸蚀塌陷 地下水流急速，通道内产生负压，抽吸作用使上覆岩层向下陷落。二、岩溶陷落柱的特征（一）陷落柱的形态特征 1. 陷落柱的平面特征 圆形、椭圆形、长条形、不规则形。 平面面积可由几十平方米到数万平方米。 2. 陷落柱剖面形态 （1）上大下小柱体 柱面与水平面的夹角一般为4050。 （2）上小下大柱体 柱面与水平面的夹角一般为6080。 （3）不规则锥形柱体： 柱面与水平面的夹角一般为7080。3. 陷落柱的高度 溶洞底到塌陷顶的垂直距离。 一般可由几十米到数百米。 4. 陷

3、落柱的中心轴陷落柱各平面中心点的连线。中心轴大多是歪斜的。中心轴的倾伏向、倾伏角是预测下部煤层陷落柱的主要依据（二）陷落柱的地表出露特征 （1）盆状塌陷 （2）丘状突起 （3）柱状破碎带 （4）地表黄土圆形塌陷坑（三）陷落柱的井下特征 1. 柱面特征 锯齿状滑坡状2. 陷落柱的柱体特征 剖面形状为锥形，上小下大塌落岩块大小悬殊、棱角明显、混杂堆积, 均为上覆地层的岩石碎块。 柱面沉积物：铁质、钙质、泥质； 柱高与岩溶大小、地下水排泄条件有关。 （四）陷落柱的分布特征 （1）沿褶曲轴发育 （2）沿断裂构造带发育 （3）在断裂交叉点发育（一）陷落柱出现前预兆 1.煤岩层产状变化 由于牵引作用使煤层

4、、岩层向陷落柱中心倾斜，倾角变化一般46，影响范围1520m。 2.裂隙和小断层增多 陷落柱周围煤岩层常发育张裂隙和小型正断层。 3.煤出现风氧化现象 4.涌水量增大三、陷落柱的观测与研究陷落柱分布的方向性与溶洞网络预测图（二）陷落柱的预测与探测 1.预测 （1）根据地质构造带分布规律预测 （2）根据已知陷落柱推延预测 2.探测 （1）钻探 （2）物探 （3）巷探四、陷落柱对煤矿生产的影响及处理（一）陷落柱对煤矿生产的影响 （1）破坏可采煤层，减少煤炭储量 （2）影响正规开采，制约机械化作业 （3）加大掘进工程，降低矿井效益 （4）影响矿井安全生产（二）陷落柱的处理 1.设计阶段对陷落柱的处理

5、 尽可能将已查明的陷落柱留在设计的煤柱内。 2.掘进阶段对陷落柱的处理 （1）加强巷道支护，直接强行通过 （2）绕陷落柱而过，将陷落柱留在煤柱内。运输巷回风巷3.回采阶段对陷落柱的处理（1）根据陷落柱出现的部位、形状、大小和采煤方法等因素，采取缩短工作面或另开切眼的方法处理。采空区采线（2）注浆堵水 影响煤矿生产的其他地质因素矿井瓦斯煤层顶底板地热与矿山压力煤层自燃 第五节第六节第七节一、矿井瓦斯 （一）概述 矿井瓦斯：是指煤矿生产过程中，从煤岩层中释放出来的以甲烷为主的各种有害气体的总称。 采矿学科的术语。 瓦斯以甲烷为主，体积百分比达70-96%，俗称沼气，无色、无味、无毒，可燃、可爆9%

6、 。比重0.554，比空气轻，微溶于水，易于扩散，聚集在巷道上部。 资源、安全！ 煤层气：是专指储存在煤层及其顶底板围岩中，成分以甲烷为主 的一种非常规天然气。 地质学科的术语。 煤层气是优质、洁净的气体能源！ （二） 瓦斯的形成与分带 1. 瓦斯的形成 与煤的形成同步，贯穿整个成煤过程，可分两个阶段： 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，但保存的很少。因为埋藏较浅，绝大多数瓦斯都逸散到大气中。 2）煤变质作用阶段 成煤的第二阶段过程中，产生大量瓦斯，且随煤的变质程度增高而增多。由于处在地下深处，不易扩散。 煤矿生产中涌出的瓦斯重点是这一阶段形成并保存下来的。 2. 瓦斯

7、在煤层中的赋存状态 （1）游离状态 瓦斯以自由气体状态赋存于煤体或围岩的空隙中。 （2）吸着状态 吸附瓦斯：瓦斯被吸附在煤、岩体的微孔表面上，呈薄膜状。 吸收瓦斯：瓦斯分子进入煤体内部，与煤体微粒紧密结合成固溶体。3.瓦斯的垂直分带 CO2-N2带： CH4 10 N2带： CH4 20 N2-CH4带： CH4 20-80 CH4带： CH4 80 前三个带统称为瓦斯风化带！ 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。瓦斯风化带下界深度可据下列指标中任何一项确定： Q相对 2m3/t CH4 80 煤层内瓦压 = 0.1-0.15MPa 长焰煤1-1.5；气

8、煤1.5-2；肥煤与焦煤2-2.5；瘦煤2.5-3；贫煤3-4；无烟煤5-7m3/t。 掌握煤层瓦斯垂直分带特征，是搞好矿井瓦斯涌出量预测、 日常瓦斯管理工作的基础。（三）影响瓦斯含量的地质因素 瓦斯含量 指单位体积或重量的煤在自然状态下所含瓦斯的体积； 单位m3/t、m3/m3，包括游离、吸着瓦斯之和。1煤的变质程度2围岩和煤层的渗透性3煤层出露程度4煤层埋藏深度5煤层倾角6地质构造7水文地质条件煤层瓦斯含量的测定 1）直接测定法： 密封式 集气式 气测井法 2）间接测定法 现场实测瓦斯压力，实验室测定吸附常数，校正影响系数，公式算出瓦斯含量预测图的编制 1）底图：煤层底板等高线图，分煤层编

9、制； 2）编制资料：取样成果资料（定性、定量）； 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；勾绘瓦斯含量等值线。（四）矿井瓦斯涌出量与矿井瓦斯等级 1矿井瓦斯涌出量 指矿井开采过程中涌入巷道内的瓦斯量。表示方法有两种： （1）绝对瓦斯涌出量 生产矿井在单位时间内涌出的瓦斯量，用m3/min或m3/d表示。 （2）相对瓦斯涌出量 矿井在正常生产情况下，平均日产1t煤的瓦斯涌出量；用m3t表示。 2矿井瓦斯涌出形式 （1）普通涌出：缓慢逸出 （2）特殊涌出：突出、喷出3矿井瓦斯等级（1）低瓦斯矿井 相对瓦斯涌出量10m3/t；绝对瓦斯涌出量 40m3/min。（2）高瓦斯矿井 相

10、对瓦斯涌出量 10m3/t；绝对瓦斯涌出量40m3/min。（3）煤与瓦斯突出矿井 在一个矿井中只要发现一次煤与瓦斯突出，该矿井即定为煤与瓦斯突出矿井。（五）影响煤与瓦斯突出的地质因素1煤层结构2煤岩类型3煤变质程度4煤层的埋藏深度5地质构造和地应力6围岩的物理力学性质（六）矿井瓦斯防治 1、煤与瓦斯突出的预兆 地压显现、瓦斯涌出异常、煤层结构变化 2、煤与瓦斯突出预测 区域预测、局部预测、突出报警 3、防治煤与瓦斯突出的地质工作 作好突出点的地质编录、编制突出点分布图、收集瓦斯地质预报资料、分析瓦斯突出与地质条件的关系、编制瓦斯突出预测图 4、防治瓦斯聚积、引燃的措施 1）防止瓦斯聚积的措施

11、 加强通风：做到有效、稳定、连续不断，把瓦斯吹散、冲淡、稀释到无害的浓度； 加强瓦斯检查：建立严格的制度，每次检查务必反映出瓦斯变化情况，并记录在案，同时通知现场工作人员； 及时处理局部聚积的瓦斯：可用隔离法、分支通风法、引风法、压风法来处理聚积的瓦斯。 2）防止瓦斯引燃的措施 原则是在井下消除火源，严格管理和控制热源； 手段是防止明火、防止电火花、防止放炮引燃等多种措施。（一）煤层顶底板对煤矿生产的影响 1.影响工作面的连续推进 工作面遇断层时，坚硬的顶底板不利于采用挑顶卧底的方式通过断层。 2.顶底板的破坏可能导致突水 顶底板含水层水患是煤炭安全开采的一个重大课题。 3.影响支护的密度、形

12、式和性能 不同类型的顶板影响到支护的密度、形式。 底板岩石的强度影响到支护的性能。二、煤层顶底板 （一）煤层顶底板的研究方法 1.收集相关资料 钻孔、井巷、采场，分析特征，编制图件 2.研究构造规律对其影响 褶皱、断裂，确定影响范围 3.采样，测试 力学性质：坚固性、可塑性、吸水性等特征 4.观测顶底板矿压数据 各类顶板、不同采场，分析预测 5.编制顶板条件类型图和顶板地质险情分析图 研究采动破坏深度、机理、规律等。 采用的方法有注水法、超声波、地质雷达、应力应变观测法等。（一）引起煤矿地热异常的主要因素 1. 大地构造位置 2. 岩石的导热性 3. 矿区基底起伏基底隆起区 4. 矿区邻近深大

13、断裂 5. 地下水活动 6. 局部热源影响 7. 人为因素三、矿井地热的危害指由于井下空气温度升高，湿度增大而造成的一种危害。 1.基底抬高型： 热流值高，地温偏高，出现热害。如平顶山矿区2.基底沉陷型： 热流值偏低，不会出现热害。如新汶、兖州矿区；淮南、淮北矿区3.深大断裂型： 热流值高，地温梯度大，有热水涌出。如山东沭沂矿区；抚顺矿4.地下水活动强烈型： 地温低，千米以内不会出现热害。如开滦.京西.峰峰.鹤壁.焦作.淄博5.深循环热水型： 局部热异常，有热水涌出，但面积不大。如广西合山里兰煤矿6.硫化物氧化型： 局部热异常，有时温度极高。如铜官山铜矿、潭山硫铁矿（二）我国矿区的地热类型（一

14、）矿山压力及其成因 地下的煤岩层，在未采动之前处于应力平衡状态，采掘工程使其应力重新分布，在采掘工程周围岩体内形成一种促使围岩向已采掘空间运动的力，这种力称为矿山压力，简称矿压，也称地压。 矿山压力来源： 上覆岩层重力、地质构造残余力。 平时的压力 静压； 初次地压、周期性地压 动压。四.矿山压力 1.煤岩层的物理力学性质 直接因素！ 岩性、组合、坚固性、稳定性、含水性、构造破坏性2.地质构造 形成、显现因素！ 断裂部位、转折点附近、构造叠加处、褶曲轴部、倾伏端3.水文地质条件 促进、转化因素！ 浸润渗透、软化膨胀、采动破坏平衡，水运动条件改变4.瓦斯 表现形式！ 瓦斯突出表明冲击地压大，原因

15、很多； 诸如：煤层埋深、煤层厚度、煤层结构、煤质变化、顶底板岩性、构造条件、地下水活动情况 （二）影响矿山压力的地质因素 五、煤层自燃1.煤层自燃的基本条件 煤在常温条件下能吸附空气中的氧而生热，如果散热不畅，煤的温度逐渐升高，当达到燃点时，就会产生煤的自燃现象。煤炭自燃大体上可划分为3个主要阶段，即潜伏期、自热期和燃烧期。2.影响煤层自燃的主要因素 1）煤层自燃性能： 煤的分子结构，煤化程度，煤岩成分，水分，煤中硫和其它矿物质，煤层的地质条件等。 2）开采技术因素：开拓方式，开采方法，通风方式，采空区管理等。 自热期潜伏期燃烧期3.煤层自燃的防治措施 预防为主，防治结合！（1）预防措施 研究煤的自燃因素和自燃机理； 避免丢煤、防止漏风、正确采煤。（2）灭火措施 切断风火接触！综合手段灭火！遵循煤矿安全规程。 煤尘爆炸性及自燃倾向性煤尘爆炸性 与挥发分有关。一般煤的挥发分越高，越易发生煤尘爆炸。空气中瓦斯浓度高、含氧量大，则加剧煤尘爆炸。煤尘爆炸的下限浓度为30-50g/m3，上限浓度为10002000g/m3。煤尘爆炸的引燃温度在610-