采煤概论 第一章 煤矿地质知识

淮南职业技术学院《采煤概论》第一篇煤矿地质第一章煤矿地质知识主讲人：曹祺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的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的埋藏特征第五节煤田地质勘探及矿井储量2023/2/1淮南职业技术学院采煤概论2第一节地质作用、地壳的物质组成及地史的概念

埋藏在地下的煤和其他矿产资源，都是地壳物质运动和各种地质作用的产物。一、地质作用（一）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，它包括地壳运动、岩浆活动、变质作用和地震作用等。（二）外力地质作用它作用在地壳表层，主要是由地球以外的太阳辐射能、日月引力能等引起。按其作用方式可分为：风化和剥蚀、搬运和沉积、固结成岩。2023/2/1淮南职业技术学院采煤概论3第一节地质作用、地壳的物质组成及地史的概念

二、地壳的物质组成地壳是指地球表面及其以下的坚硬壳层，其厚度约为地球半径的四百分之一

（一）矿物

它是一种由一种或多种元素在地质作用下形成的，具有比较固定的化学成分和物理性质的自然产物。

（二）岩石1、组成地壳的岩石种类繁多，按照生成原因，可以将岩石划为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类别。

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1、岩浆岩是地球内部的高温熔融状态的岩浆，沿地壳薄弱地带侵入地壳或喷出地表逐渐冷却、凝固而形成的岩石。

2、变质岩

变质岩是原有的岩浆岩、沉积岩或变质岩在地壳中受到高温、高压及化学活泼的气体或液体的影响，岩石的物理和化学性质发生变化，变成一种新的岩石。常见的变质岩有：由石灰岩、白云岩变质而成的大理岩；由石英砂岩变质而成的石英岩2023/2/1淮南职业技术学院采煤概论5第一节地质作用、地壳的物质组成及地史的概念

2023/2/1淮南职业技术学院采煤概论63、沉积岩沉积岩是在地表或接近地表的常温、常压条件下，暴露于地表的先成的岩浆岩、沉积岩、变质岩，经受外力地质作用被风化、剥蚀成碎块或碎屑的物质和溶解物质，经搬运、沉积和固结成岩作用而形成新岩石。沉积岩分布最广，地表约75%的面积都覆盖有沉积岩，有许多重要的矿产如煤、油页岩、岩盐等本身就是沉积岩。

第一节地质作用、地壳的物质组成及地史的概念

层状构造：由于先后沉积的物质在成分、粒度、颜色、形状等方面的差异，沉积岩显示出有明显的成层现象。层面：岩石之间的层面。层理：岩层两个层面之间更细微的成层现象。层面构造：沉积岩层上面有时还保留着反映沉积时代环境的某些特征。第一节地质作用、地壳的物质组成及地史的概念

8第一节地质作用、地壳的物质组成及地史的概念

矿区常见的有以下几种沉积岩：角砾岩、砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩及页岩、石灰岩。三、地史的概念地壳的发展历史简称地史。在45亿年以前形成的地球，在漫长的岁月里，其地壳在不停地运动，地球上的生物也在不断地发展演化。研究表明，地球上的任何一种矿物、岩石，任何地貌和构造形态以及任何一种动植物，都是地壳发展演化的产物。通常根据地壳运动及古生物的发展，将地壳发展历史的主要阶段及其顺序，从古到今划分为太古代、元古代、古生代、中生代和新生代五个大的时期。2023/2/1淮南职业技术学院采煤概论9第一节地质作用、地壳的物质组成及地史的概念

第二节煤的形成及煤系一、煤的形成

煤是由古代植物遗体演化而形成的。煤层的形成受古植物、古气候、古地理及古构造等条件的控制。形成具有开采价值的煤层必须要有以下四个条件1、植物的大量繁殖

2、温暖潮湿的气候

3、适宜的古地理环境(滨海平原、内陆盆地和山间盆地)

4、地壳运动的配合我国最主要的三个聚煤时期为：石炭二迭纪、侏罗纪和第三纪。2023/2/1淮南职业技术学院采煤概论10

古植物从死亡、堆积到转化为煤的演化过程，称为成煤作用。分为泥炭化阶段和煤化阶段。

第一阶段：泥炭化阶段。植物遗体演变成为泥炭的过程。第二节煤的形成及煤系12第二节煤的形成及煤系

第二阶段：煤化阶段

煤的成岩作用是指已经形成的泥炭，因地壳下沉而埋藏于地下较深处后，在温度、压力等因素的作用下发生物理化学变化转变成年青褐煤（暗褐煤）的过程。

煤的变质作用是指年青褐煤（暗褐煤），在更高的温度和压力及时间因素的作用下进一步发生物理化学变化转变成老褐煤（亮褐煤）、烟煤、无烟煤的过程。泥炭褐煤烟煤无烟煤二、煤系的概念煤系是指含有煤层的沉积岩系，它们彼此间大致连续沉积，并在成因上有密切联系煤系的命名有多种方式，最常采用的是按其形成的地质年代命名。例如我国华北的石炭二叠纪煤系、东北的侏罗纪煤系等。第二节煤的形成及煤系2023/2/1淮南职业技术学院采煤概论15第三节煤的性质及工业分类1、煤的物理性质颜色、光泽、硬度、密度、脆度、导电性、裂隙等。2023/2/1淮南职业技术学院采煤概论16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2.0～2.5脆度较小有一定韧性1.05～1.2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2.81.2～1.4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

2.6金刚光泽无烟煤似金属光泽灰黑色钢灰色3.5～4.0最小1.35～1.8良好第三节煤的性质及工业分类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。一、煤的性质二、煤的工业分类（一）常用的煤质指标评价煤质的主要指标包括：水分W、灰分A、挥发分V（气态物质）、胶质层厚度Y（焦炭）、发热量Q、硫S和磷P的含量以及含矸率等。（二）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Vdaf(%)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。2023/2/1淮南职业技术学院采煤概论17第三节煤的性质及工业分类淮南矿区具有煤种齐全、品质优良的特点。拥有气煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤等众多煤种，且具低硫、低磷、结焦性好等优点。

——《淮南煤矿地质工作的回顾与展望》袁亮

、张炳光、孙茂出、程功林，20002023/2/1淮南职业技术学院采煤概论18淮南矿区煤质的种类第三节煤层的埋藏特征一、煤层赋存状态煤层是开采的对象，与采矿工程密切相关的是煤层的厚度、结构、倾角及稳定性。1、煤层的厚度（总厚度、有益厚度和可采厚度）薄煤层煤层厚度从最小可采厚度至1.3m中厚煤层煤层厚度1.3m至3.5m厚煤层煤层厚度3.5m以上

2023/2/1淮南职业技术学院采煤概论19第四节煤层的埋藏特征2023/2/1淮南职业技术学院采煤概论202、煤层的稳定性（层位、连续性和厚度三方面考虑）将煤层分为稳定煤层、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3、煤层的结构

指煤层内是否含有较稳定的夹石层。分为简单结构和复杂结构.第四节煤层的埋藏特征二、煤层顶底板岩石煤层顶底板岩石是指煤系中位于煤层上下一定距离内的岩层。按照沉积的次序，在正常情况下，先于煤生成的岩石是煤层的底板，较煤后生成的岩层叫做顶板。常见的煤层顶、底板有炭质页岩、砂质泥岩、砂岩、石灰岩、粘土岩等。第四节煤层的埋藏特征三、地质构造对煤层的影煤和岩层改变原始埋藏状态产生的变形或变位的形迹称为地质构造。地质构造概括起来可分为单斜构造、褶曲构造和断裂构造。

1、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称为单斜构造。岩层的空间位置及特征通常用产状要素来描述。产状要素有走向、倾向和倾角。

（1）走向煤层或岩层层面与水平面的相交线称为走向线，走向线的方向称为走向。走向表示倾斜岩层在平面上的延伸方向。2023/2/1淮南职业技术学院采煤概论23第四节煤层的埋藏特征（2）倾向在煤层或岩层层面上、与走向线垂直向下的直线称为倾斜线，倾斜线在水平面上的投影称为倾向线，倾向线的方向称倾向，倾向表示倾斜岩层向地下深处延伸的方向。（3）倾角煤层或岩层层面与水平面之间所夹的最大锐角，倾角越小，开采越易；倾角越大，开采越难。缓斜煤层0°～25°倾斜煤层25°～45°急斜煤层45°～90°通常又把8°以下的煤层称为近水平煤层。*由于受地质构造的影响，在任何一个煤田内，同一煤层在不同的地点向和倾角都不是固定不变的，只不过变化的大小程度不同煤层的倾角。第四节煤层的埋藏特征2、褶皱构造

岩层或煤层由于地壳升降或水平方向的挤压运动，被挤成弯弯曲曲但保持岩层的连续性和完整性的构造形态称为褶皱。岩层褶皱构造中的每一个弯曲为一基本单位称褶曲，如图所示。其中，煤层和岩层向上凸起的部分称作背斜。向下凹陷的部分称作向斜。在自然界中，背斜和向斜在位置上往往是彼此相连的。

第四节煤层的埋藏特征

（三）断裂构造

岩层受地质作用力后遭到破坏，失去了连续性和完整性的构造形态称为断裂构造。断裂面两侧的岩层没有发生明显位移的称为裂隙或节理。1.断层要素

(1)断层面。岩层发生断裂位移时，相对滑动的断裂面。

(2)断盘。断层面两侧的岩体称为断盘，如果断层面为倾斜时，通常将断层面以上的断盘称为上盘，断层面以下的断盘称为下盘。如果断层面直立时，就无上、下盘之分；

(3)断层线。断层面与地面的交线。断层面与上盘煤层的交线，称为上盘断煤交线，与下盘煤层的交线称为下盘断煤交线。

(4)断距。断层的两盘相对位移的距离。断距可分为垂直断距(两盘相对位移垂直距离)和水平断距(两盘相对位移水平距离)第四节煤层的埋藏特征

图1断层要素示意图图2断距示意图图3断层位移分类示意图图4地垒、地堑断层2.断层分类（1）根据断层两盘相对运动的方向分类

正断层：上盘相对下降，下盘相对上升逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降平移断层：断层两盘沿水平方向相对移动。（2）根据断层面走向与岩层面走向的相对关系

走向断层：断层面走向与岩层走向方向一致或近于一致的断层。倾向断层：断层面走向与岩层倾向方向一致或近于一致的断层斜交断层：断层面走向与岩层走向斜交的断层。2023/2/1淮南职业技术学院采煤概论28一般将落差大于50m的断层称为大型断层；落差在20～50m之间的断层称为中型断层；落差小于20m的断面称为小型断层。四、岩溶陷落柱及岩浆侵入体对煤层的影响

当煤系地层下部存在可溶性石灰石、白云岩等，由于受地下水的化学溶蚀作用，形成岩溶空洞，在上覆岩层重力作用下，引起溶洞上部煤系地层埸陷，形成不规则的环形柱状体，称为岩溶陷落柱。由于岩浆作用，使岩浆侵入到含煤地层时，称为岩浆侵入。主要有两种产状：一种是层状的岩床；另一种是脉状的岩墙。2023/2/1淮南职业技术学院采煤概论29第四节煤层的埋藏特征五、影响开采工作的其他因素煤层的自然倾向（煤愈松软，煤层愈厚或氧化愈快，其自然危险愈大）、煤和岩层的含瓦斯性对开采工作都有重要影响，另外，煤系地层的一些含水层对矿井开采也会带来影响。

2023/2/1淮南职业技术学院采煤概论30第四节煤层的埋藏特征

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、开采技术条件、煤种煤质等矿井的资源条件。二、煤田地质勘探工作的阶段划分煤炭工业建设一般分为远景规划、矿区总体设计和矿井设计3个阶段。根据上述3个阶段的要求，煤田地质勘探工作划分为煤田普查、矿区详查和井田精查3个阶段。2023/2/1淮南职业技术学院采煤概论31第五节煤田地质勘探及矿井储量三、煤田地质勘探方法

1.地质测量地质测量是对天然露头和人工露头进行测量和描述，并把煤系地层、煤层产状和构造线等测绘到地图上，绘成地形地质图

2.探掘工程探掘工程，是对覆盖较薄的地区，用人工方法揭露岩层、煤层和构造。常用的方法有：探槽、探井和探巷。3.钻探工程利用钻机向地下钻孔，利用空心钻头和钻杆来获取岩、煤芯，以取得必要的资料。

4.物探工程物探工程是地球物理勘探的简称。是利用岩层、煤层等矿床所具有的不同物理性质（磁性、密度、电阻率、弹性波传播速度、放射性等），用高灵敏的仪器查找异常区域，推断地域构造和可能的矿床。常用方法有地震法、电法、磁法和放射性测井法2023/2/1淮南职业技术学