地质基础知识

地质基础知识教案

开滦集团责任有限公司荆各庄矿业分公司地质测量科李有强课程主要内容煤的形成、成分、种类及煤质煤系地层、煤层分类及顶底板

井下常见的地质构造类型及对生产的影响矿井地质概况矿井地质灾害

一、煤的形成、成分、种类及煤质

1、形成时间。大约在距今3.5亿年到200万年前这段时间，也就是地质时代上的石炭纪到第三纪；我国有三个最主要的聚煤期：分别是石炭二叠纪、侏罗纪、第三纪；开滦煤田形成时间：距今约3.5～2.3亿年，属于石炭二叠纪。2、形成煤的条件：

⑴、气候条件：温暖湿润的气候，是植物繁殖、沼泽形成的必备条件；⑵、植物条件：煤是由植物主要是树木形成的，成煤期是植物大量繁殖的时代，当时地球上处于孢子植物、裸子植物和被子植物繁殖的极盛时代。⑶、地理环境：滨海平原、海湾泄湖、内陆大湖、山间盆地、宽阔的河漫滩及河口三角洲等广阔平坦的地势，是形成沼泽河大面积煤层的重要地理条件。⑷、地壳运动：地壳缓慢均匀下沉，若下沉的速度与植物遗体堆积的速度大致平衡，这种状态持续越久，形成的泥碳层越厚；大幅度快速下沉，有利于泥炭层的保存和煤的形成；总体下沉的过程中又要有多次升降和间歇性的下沉，这样在同一个地区就能形成较多的煤层。３、形成过程

森林及其他植物的遗体堆积在湖泊沼泽底部，随地壳缓慢下沉逐渐水覆盖与空气隔绝，在有细菌参与的生物化学作用下，腐烂分解变成泥碳（称为泥炭化阶段）；其上覆盖泥沙，在压力、温度的影响下脱水致密，变成褐煤，褐煤的覆盖层不断加厚，高温高压影响下，碳质富集，氧和水分减少，比重增大，硬度增加，颜色变深成为烟煤（煤化阶段）；继续变质最高演变成无烟煤甚至变成不能燃烧的石墨。４、煤的化学组成：

有机元素—碳、氢、氧、氮，无机物—硫、磷、铝、铁、硅等组成的矿物质；

５、煤的种类和煤质：

按用途分为：动力煤、化工用煤、炼焦用煤等三大类。我矿的煤种是气肥煤，属锅炉燃烧为主的动力用煤。按变质程度分为：褐煤、长烟煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤等八种；

煤质：常用指标有：水分、灰分、发热量、挥发分、角质层厚度等。二、煤系地层、煤层分类及顶底板

1、煤系地层是指一套含有煤层的沉积岩层。其上部的盖层为第四系松散沉积物质，主要为沙、粘土、砾石等。开平煤田的盖层厚度0～890米（我矿井田北部100米，南部380米）；煤系地层的基地为600多米厚的奥陶纪石灰岩。我矿的煤系地层由砂岩、泥岩和煤层组成，总厚度约450米，共含煤19层，含煤系数5.7%，可采煤层共四层：煤9、煤11、煤12-1、煤12-2，厚度分别为6.62、1.64、2.45和5.05米。2、煤层分类：根据煤层的形态分为：层状、鸡窝状、扁豆状及藕节状、串珠状等；按厚度分为：薄煤层（1.3米以下），中厚煤层（1.3～3.5米），厚煤层（3.5米以上）。厚度由几米到几十米甚至百余米；按结构分为：简单结构煤层（不含夹石）、复杂结构煤层（含夹石）；按产状分为：缓倾斜煤层（0～25度）、倾斜煤层（25～45度）、急倾斜煤层（45～90度）。3、煤层顶、底板：⑴、顶板：根据顶板变形和垮落难易程度，将煤层的顶板分为：伪顶、直接顶和老顶伪顶：直接覆盖于煤层之上，极易垮落的薄层岩石，随采随冒，一般仅几厘米至十几厘米厚，岩性多为泥岩。直接顶：滞后采面自行垮落，厚度几米，岩性常为粉砂岩及泥岩。老顶：采后缓慢下沉，悬露较大面积后才自行垮落。厚度较大，一般为砂岩和灰岩。⑵、底板：煤层底板分为直接底和老底直接底：指赋存于煤层之下与煤层直接接住的岩层，厚度不大，一般仅几十厘米。岩性多为泥岩或粘土岩，若是遇水膨胀的粘土岩，则可造成巷道底板鼓起，影响运输甚至破坏巷道。老底：位于直接底之下，常为粉砂岩或砂岩。三、井下常见的地质构造类型及对生产的影响1、褶曲构造；是指岩层受力被挤压弯曲，但保持连续性和完整性的构造形态。分为向斜和背斜两种，大型向斜轴部顶板压力常有增大的现象，容易发生冒顶、切面的现象；有沼气突出的矿井，向斜轴部是沼气突出的危险区。2、断裂构造；岩层受力后，失去连续性和完整性的构造形态叫断裂构造。即：断层、节理断层：断裂面两侧的同一岩层产生了明显位移时，称为断层。断层分类：根据两盘的相对运动方向又分为：正断层、逆断层、平移断层。3、岩溶陷落柱：在我国华北石炭二叠纪煤系的基底，存在有溶洞非常发育的奥陶纪石灰岩，由于地下水的长期溶蚀，这些溶洞就愈来愈大，在地质构造力和上覆岩层重力的长期作用，有些溶洞发生塌陷，覆盖在上面的煤系地层随之陷落。由于这种塌陷的剖面形态为柱状所以叫陷落柱。

4、火成岩侵入体：指岩浆通过断层侵入煤系地层，使煤层缺失，煤质变化，不利于工程施工和安全生产。四、矿井地质灾害1、五大自然灾害：水灾、火灾、瓦斯、煤尘、顶底板等。瓦斯、煤尘、自然发火等灾害属一通三防内容。顶板事故主要与断层、节理、冲刷带有关；底板事故主要指巷道或采面底鼓，是由粘土岩遇水膨胀引起的。这里主要介绍一下水害事故及其预防。２、威胁我矿安全生产的主要含水层⑴、冲积层底部卵石层含水层：是含水极其丰富的含水层，直接覆盖在煤层露头上，对安全生产威胁极大。一般采取留设足够的防水煤岩柱，经过长期的生产实践证明能够满足安全生产的需要。⑵、煤５顶板砂岩裂隙承压含水层：又称第５含水层。与９煤层间距40～80米，为一含水丰富的含水层，曾多次造成９煤层开采突水事故。是防止水工作的重点之一。⑶、Ｋ6～煤12顶板含水层：静储量大、储量较易于疏放的含水层，井巷开拓初期的主要突水含水层，是井巷开拓和矿井延伸施工的主要水害因素。3、矿井水害事故建井初期的水害事故：主要指井底车场和三翼大巷施工中曾发生过14水事故，涌水量在1.2～10.1m3/min，突水层位为Ｋ6～煤12顶板含水层水。⑴⑵⑶、投产初期的水害事故：1093综采工作面突水事故一、工作面水文地质条件：1093位于井田南翼，是9煤层第一分层的第

2个综采工作面。于1979年3月掘出。采面上覆岩层结构与1096相同，同样受第Ⅴ含水层的威胁（距9煤层46米）。掘进揭露工作面构造简单，仅距切眼130米处为一宽缓背斜，且煤层产状平缓（5－12°），平均煤厚8米。后期回采证实：背斜顶部煤质松散、裂隙发育。1093工作面1979年11月投入回采，采高3米。80年元月17日推采140米，采面中部两处大的淋水，最大时达到2.23m3/min。随后又断续发生4次较大的涌水。见表1：表1序号突水时间采面位置(m)突水点位置水量(m3/min)180.1.17140采面中部（淋水）2.23280.1.25153皮带向下70米（冒顶）7.4380.2.11156皮带向下105米(冒顶来压)9.6480.6.44＃、5＃、7＃泄水横管18.87580.9.94＃、5＃横管冒顶10－22.480年元月17日－9月9日，共发生突水5次，涌水量2.23－22.4m3/min，总排水量约4026万米3，排出矸石约3000米3。二、突水经过：三、突水造成的损失：自80年1月17日至6月24日工作面停产（日产2500吨），埋压西德进口综机架子33组，涌水冲出煤岩杂物近万吨，淤堵巷道并进入－375大巷（部分冲入水仓），直接威胁了中央泵房安全。四、水害的治理：1、突水时的抢险工作：井下现场监测水量水情变化，对地面中6孔加密观测，其水位由突水前的－66.02米（80年1月16日）下降到－146.59米（80年9月9日），水位降低了80.57米，水压由1.94Mpa降至1.08Mpa。初期以抢排水为主，后期以开掘泄水巷、打钻泄水为主。2、水害的后期治理：开掘泄水巷及横管725米，形成自流泄水系统；选取适当地点打钻泄水，疏水降压。其中1238打钻孔12个，进尺750米，疏水量3m3/min，－246车场打钻孔5个，进尺320米，疏水量2m3/min，1034打钻孔26个，进尺1008米，疏水量达7m3/min。此外，于83年设计施工了1331疏水中心，在8煤顶板以上打钻孔11个，进尺450米，总疏水量10.5m3/min，形成了降落漏斗，使1093涌水量由4m3/min降至0.7m3/min，效果十分显著；为了加强该区域第Ⅴ含水层的动态监测，于1980年2月5日到81年1月12日施工了专门水文孔中6－Ⅱ，耗资4万余元。五、突水原因：客观因素是该工作面距上覆第Ⅴ含水层间距仅46米，9煤层顶板中粒砂岩风化易冒，宽缓背斜顶部煤岩层破碎松软，上部节理裂隙发育。人为因素是顶板控制不当，顶板冒落后不能快速推采，而是越处理越冒顶，造成反复抽冒，勾通含水层导致突水。1096运输道掘进突水事故一、工作面水文地质条件：1096为井田南翼9煤层一分层掘进工作面，煤厚8米，倾角12°。顶板为砂岩泥岩互层，上部为灰白色中砂岩，风化易冒，俗称白砂矸。上覆第Ⅴ含水层裂隙发育，含水丰富，厚30—150米。当时地面观测中6孔水位-27.6m,水压2.32MPa，距9煤层仅50米。而F16正断层（落差10m，倾角70°）向上延伸到了第Ⅴ含水层。二、突水经过：1979年2月1日零点班掘进见F16正断层，迎头全岩，为灰白色中砂岩。有直径5cm小洞向外流水；2月1日八点班，巷道来压、冒高，涌水量达到3m3/min；2月4日14时，涌水量达到17.6m3/min；2月8日20点，涌水量减少到1.44m3/min（分析为白砂矸冒落淤堵了裂隙通道）。三、突水造成的损失：

1096运道被迫停工，不敢再向前掘。水煤泥淤堵巷道系统，埋压了掘进设备，且直接影响了1093、1095的采掘衔接。四、水害的治理：1、突水时的抢险工作：突水发生后，现场立即进行了人员疏散、警戒；清挖泄排水巷，使水经1031斜井泄入1048大巷。水文地质人员一方面加强现场水量水情监测，一方面观测地面中6孔水位，并及时填绘相关台帐，为抢险指挥提供准确及时的资料。1096突水导致第Ⅴ含水层水位下降了38.36米（由－27.6米降至－65.96米）。