影响矿井开采的主要地质因素(地质员)

☆煤矿地质学主讲：#####第四章影响煤矿开采的主要地质因素岳城煤矿地质测量科当前1页，总共59页。主要内容1、煤层厚度3、岩浆侵入5、矿井瓦斯7、煤的自燃及煤尘2、地质构造4、岩溶陷落柱6、地温与地压当前2页，总共59页。01第一节煤层厚度煤层是煤矿开采的对象煤层厚度变化是影响煤矿生产的主要地质因素当前3页，总共59页。第一节煤层厚度一、煤层厚度及形态分类煤层厚度是指煤层顶底板之间的垂直距离。（一）按煤层形态分类1、层状煤层：煤层连续且厚度变化不大，大部分或全部煤层可采。2、似层状煤层（1）串珠状煤层（2）藕节状煤层（3）瓜藤状煤层（4）不规则煤层当前4页，总共59页。第一节煤层厚度（二）按煤层结构分类☆煤层结构：是指煤层中所含夹矸层的数量多少，可分为简单煤层结构和复杂煤层结构。根据煤层结构将煤层厚度分为：总厚度、有益厚度、可采厚度、最低可采厚度。当前5页，总共59页。第一节煤层厚度（三）按煤层开采方法需要分类煤层分类煤层厚度薄煤层≤1.3m中厚煤层1.3m～3.5m厚煤层3.5m～8m巨厚煤层＞8m当前6页，总共59页。第一节煤层厚度二、煤层厚度变化原因煤层厚度变化直接影响煤矿正常生产和煤炭储量平衡。煤厚变化分为同生变化和后生变化。（一）同生变化在泥炭堆积过程中，因地质作用引起的煤层厚度变化称为同生变化。1、泥炭沼泽基底不平2、地壳不均匀沉降3、同生冲蚀当前7页，总共59页。第一节煤层厚度（二）后生变化泥炭层被上覆新的沉积物覆盖以后，由于后期的构造运动、河流冲蚀等地质作用引起的煤层厚度变化称为后生变化。1、后生冲蚀2、构造挤压当前8页，总共59页。第一节煤层厚度3、岩浆侵入4、陷落柱当前9页，总共59页。第一节煤层厚度三、煤层厚度变化的观测与探测（一）煤层厚度变化对煤矿生产的影响1影响采掘部署2增大掘进率降低回采率4降低煤炭储量3影响采掘计划当前10页，总共59页。01煤层厚度要实测煤层的总厚度和各分层厚度，要注意观测煤层厚度变化及其地质特征。02煤层结构夹矸数量、岩性、厚度、形态、稳定性等。03煤层顶底板要观测煤层顶底板的岩石性质、厚度及其与煤层的接触关系，顶底板裂隙的发育程度，以及岩石的稳固性、可塑性及膨胀性等。04其他特征包括煤层产状、煤质、颜色、煤体结构，含水性等。第一节煤层厚度（二）煤层厚度变化观测1、观测内容当前11页，总共59页。第一节煤层厚度煤层稳定性稳定较稳定不稳定极不稳定观测点间距m50～10025～5010～25≤102、观测方法采用文字描述和煤层柱状图的方式进行，记录和描述煤层的厚度、结构、顶底板及其他特。当前12页，总共59页。第一节煤层厚度3、煤层厚度变化探测目的：提前获取采区和工作面的煤厚资料，减少煤厚变化对生产的不利影响，合理布置工作面，减少煤炭资源丢失，提高煤矿的经济效益。（1）煤层底凸变薄的探测：圈定煤层变薄带及不可采地段，以便调整工作面的布置及煤层分层开采。当前13页，总共59页。第一节煤层厚度（4）冲蚀作用引起煤厚变化的探测（2）煤层分叉及尖灭的探测（3）构造因素造成煤厚变化的探测当前14页，总共59页。第一节煤层厚度4、煤层厚度变化处理（1）掘进阶段处理方法①主要运输巷遇到局部煤层变薄或尖灭时，巷道可按原计划施工，穿过变薄尖灭带。②在采区上山掘进中，如遇煤层变薄带，应按变薄带的范围大小来决定巷道是直接穿过，还是停止掘进，或从其它地方另开巷道。③在巷道掘进中遇到煤层分叉、尖灭时，巷道应沿着稳定的可采分层掘进，防止巷道钻入煤层分叉尖内。当前15页，总共59页。第一节煤层厚度（2）采煤阶段处理方法直接推过去绕过去分块段当前16页，总共59页。02第二节地质构造地质构造对其他开采地质条件具有明显的控制作用。地质构造、煤层厚度和矿井水是制约煤矿安全高效生产的三个主要地质因素。当前17页，总共59页。第二节地质构造地质构造按规模大小可分为：中型构造影响水平、采区划分。大型构造影响到井田的划分和矿井开拓方式小型构造影响采面生产、掘进效率、安全生产条件。当前18页，总共59页。第二节地质构造一、褶皱构造（一）井下褶皱的识别与观察穿层巷道中：地层层序出现对称性重复。顺煤层巷道：巷道急剧弯曲（二）褶皱轴的确定（三）褶皱的探测当前19页，总共59页。第二节地质构造（四）褶皱的处理1、大型褶曲：指影响井田划分和整个开拓系统的褶曲构造。（1）褶曲轴线作为井田边界：（2）井田内开拓部署中的处理方法：背斜轴部—总回风巷；向斜轴部—集中运输巷。2、中型褶曲：往往是大型褶曲的次一级构造。（1）轴线选做采区中心，布置采区上、下山。（2）轴线做为采区边界（紧闭褶曲）。（3）工作面直接推过褶曲轴（宽缓褶曲）。3、小型褶曲：（1）重新开掘切眼。（2）巷道改造。轴线选做采区中心当前20页，总共59页。第二节地质构造轴线做为采区边界工作面直接推过褶曲轴当前21页，总共59页。第二节地质构造二、断裂构造（一）节理对煤矿生产的影响与处理1、工作面布置：采煤工作面应与主要节理走向成20°~40°夹角。2、顶板控制方法：加密支护、尽早支护。3、矿井水和瓦斯运移：节理是矿井水和瓦斯运移的主要通道和储存场所。当前22页，总共59页。第二节地质构造（二）断层对煤矿生产的影响1、影响井田和采区划分2、影响井田的开拓方式和采区布置3、影响巷道的掘进4、影响采煤工作面6、影响安全生产5、影响煤炭资源的储量当前23页，总共59页。第二节地质构造（三）井下巷道遇断层的征兆1、煤岩产状发生显著变化2、煤层顶底板出现不平行现象。3、煤层出现厚度变化、揉皱现象。当前24页，总共59页。第二节地质构造4、煤层及顶板底板中裂隙显著增加。5、巷道出现滴水或淋水。6、瓦斯涌出量明显增大。产状煤厚生巨变，揉皱破碎光泽暗，节理增加有规律，瓦斯增加大显驼峰，滴水淋水或涌水，反常现象放在心，综合起来再确定，以防“草木皆成兵”。当前25页，总共59页。第二节地质构造（四）井下断层的识别标志1、地层标志：地层层序重复的顺序性，地层缺失。2、构造标志：煤、岩层错断，产状剧烈变化，及伴生小构造。（五）井下断层的观测1、观测断层位置及断层面特征2、断层产状测量：间接法（走向、倾向、倾角）3、断层落差的测量当前26页，总共59页。第二节地质构造（六）断失翼煤层的寻找1、煤岩层层位对比法2、断层面构造特征法。3、经验类推法。4、作图分析法。5、生产勘探法。当前27页，总共59页。第二节地质构造巷探钻探当前28页，总共59页。第二节地质构造（七）断层的处理原则：有利生产、减少丢煤、保证安全、少掘巷道。1、开拓设计阶段：当前29页，总共59页。第二节地质构造2、掘进阶段当前30页，总共59页。第二节地质构造3、采煤阶段当前31页，总共59页。03第三节岩浆侵入1、破坏煤层的连续性和完整性，减少井田的可采储量。2、引起煤层发生接触执变质，使煤的灰分增大、黏结度降低，甚至变成天然焦炭，降低煤的工业价值。侵入影响3、把煤层切割成若干块段，出现煤层变薄或局部不可采区域，造成开采成本增加。当前32页，总共59页。第三节岩浆侵入二、侵入体特征1、岩墙2、岩床当前33页，总共59页。第三节岩浆侵入三、岩浆侵入井下观测与探测1、观测内容（1）岩浆岩的颜色、矿物成分、结构、构造等特征。（2）侵入体产状、形态、厚度及范围。（3）观察周围煤层的变化、变质程度、结构特征以及侵入体周围的瓦斯情况。（4）查明侵入体与断裂构造的关系。2、井下探查（邻近层）3、资料整理当前34页，总共59页。第三节岩浆侵入四、岩浆岩侵入煤层处理当前35页，总共59页。04第四节岩溶陷落柱A岩溶陷落柱是指由于含煤岩系中的岩溶引起的环形塌陷，因其塌陷体在剖面上呈柱状而得名。B岩溶陷落柱是中国北方煤系地层（石炭-二叠系）中常见的垂向构造。C对煤矿建设、生产安全影响极大。当前36页，总共59页。第四节岩溶陷落柱岩溶陷落柱是指由于含煤岩系中的岩溶引起的环形塌陷，因其塌陷体在剖面上呈柱状而得名。一、陷落柱的成因1、重力塌陷2、真空吸蚀塌陷二、陷落柱的形成条件1、有可溶性岩层存在2、有良好的地下水储存和运移通道3、地下水具有良好的补给来源并具有腐蚀性4、有地下水良好的排泄出口。当前37页，总共59页。第四节岩溶陷落柱二、陷落柱的形态特征平面形态：椭圆形、圆形、长条形和不规形。剖面形态：锥形、斜塔状、筒柱状和不规则状。1、柱面特征：2、柱体特征当前38页，总共59页。第四节岩溶陷落柱四、井下陷落柱出现的征兆1、煤岩层变形变位2、裂隙和小断层增多3、煤出现风氧化现象4、煤层中挤入破碎岩块。5、涌水量增大。五、陷落柱的探测：物探、钻探、巷探。当前39页，总共59页。第四节岩溶陷落柱六、陷落柱的处理当前40页，总共59页。05第五节矿井瓦斯矿井瓦斯是指在煤矿生产过程中，从煤岩层内涌出的以甲烷为主，包括少量的乙烷、丙烷、丁烷、氮气和二氧化碳等气体的总称。瓦斯是一种无色无味、无味、无臭、无毒的气体，对空气的相对密度为0.554，轻微溶于水。当前41页，总共59页。第五节矿井瓦斯一、瓦斯成因☆瓦斯是一种气态的地质体，是煤在泥化作用阶段和煤化作用阶段的一种产物。二、瓦斯赋存（一）瓦斯在煤体中的赋存状态1、游离态：10~30%2、吸着态：70~90%当前42页，总共59页。第五节矿井瓦斯（二）矿井瓦斯的垂向分带当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲积层覆盖时，由于煤层中瓦斯向上运移和地面空气向煤层中渗透，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。掌握本煤田煤层瓦斯垂直分带的特征，是搞好矿井瓦斯涌出量预测和日常瓦斯管理工作的基础。一般将煤层由露头自上向下分为四个带：二氧化碳---氮气带、氮气带、氮气---瓦斯带、瓦斯带。前三个带总称为瓦斯风化带。在瓦斯风化带以下，瓦斯带内煤层的瓦斯含量和涌出量随深度增加而有规律地增大，所以确定瓦斯风化带深度，有重要的现实意义。当前43页，总共59页。第五节矿井瓦斯（三）影响瓦斯赋存的地质因素1、煤的变质程度：（1）变质程度越高，产气数量越多，瓦斯含量越大。（2）变质程度不同的煤，空隙率不同，吸附能力差异较大。2、埋藏深度瓦斯压力随埋藏深度增加而增大。当前44页，总共59页。第五节矿井瓦斯3、围岩及透气性：（1）孔渗性特：孔隙度、有效孔隙度（2）变形特征：煤层顶板的变形破坏可以分为断层裂隙型顶板、紧密褶皱型顶板、透镜顶板三种。脆性岩层主要发育垂直于层面的破劈理，塑性岩层主要发育平行层面的的流壁理，相邻脆、塑岩层面出现折射现象。4、地质构造开放型断裂有利于瓦斯排放，封闭型断裂有利于瓦斯聚积。在煤层顶板岩性致密，透气性差的条件下，在未受断裂破坏和严重剥蚀的褶皱地区，一般在背斜轴部瓦斯含量大，向斜槽部小，当顶板为脆性岩层时，则相反。5、地下水活动：有利于瓦斯逸散。当前45页，总共59页。第五节矿井瓦斯三、矿井瓦斯涌出☆瓦斯涌出：煤矿工采破坏了煤层的原始的应力平衡，使煤层瓦斯涌向采掘空间释放的过程称为瓦斯涌出。☆普通涌出：是瓦斯由煤（岩）层的新鲜暴露面，通过孔隙、裂隙，缓慢，长时间的释放瓦斯的过程。☆特殊涌出：是在采掘时，瓦斯在极短的时间内由煤体、围岩内突然、大量地涌出，有时还伴有煤粉、煤块和岩石的过程。当前46页，总共59页。第五节矿井瓦斯1、矿井瓦斯涌出量（1）绝对涌出量：指矿井在单位时间内涌出的瓦斯量，单位m3/d或m3/min。（2）相对涌出量：矿井正常生产时，平均每产1t煤所涌出的瓦斯量，单位m3/t。2、矿井瓦斯等级（1）低瓦斯矿井：相对瓦斯涌出量<10m3/t。（2）高瓦斯矿：相对瓦斯涌出量>10m3/t。（3）煤(岩)与瓦斯突出矿井：采掘过程中发生过煤(岩)与瓦斯突出的矿井。3、矿井瓦斯涌出量预测☆矿山统计法：通过对邻近矿井或本矿已采区域实际瓦斯涌出资料进行统计分析，得出本井田瓦斯涌出量随开采深度变化的统计规律，外推到预测的新区☆分源统计法：是指将煤矿井下瓦斯涌出的不同地点划分为不同的瓦斯来源，考虑煤层瓦斯赋存条件（煤层瓦斯含量、煤层层间距、采煤工艺、煤层厚度）、开采工艺条件等因素，分别对各个瓦斯涌出量进行预测，最后汇总得出矿井瓦斯涌出量。当前47页，总共59页。第五节矿井瓦斯四、矿井瓦斯防治（一）矿井瓦斯的危害1、矿井瓦斯排放会污染环境，加剧大气“温室效应”。2、造成瓦斯窒息事故。3、酿成瓦斯燃烧事故或瓦斯爆炸事故。4、发生煤与瓦斯突出事故。（二）防止瓦斯爆炸的措施1、加强通风，保证通风有效、稳定和不间断。2、加强瓦斯检查。3、及时处理局部瓦斯聚集。当前48页，总共59页。第五节矿井瓦斯（三）防止瓦斯喷出和煤与瓦斯突出的措施。防止瓦斯喷出遵循“探、排、引、堵”原则（探明地质构造，排放瓦斯，将瓦斯引至回风流巷道中，封堵裂隙）。煤与瓦斯突出是指在地应力、瓦斯共同作用下，破碎的煤岩体由煤体或岩体突然抛向采掘空间，并伴随着大量瓦斯涌出的一种异常复杂的动力现象。“四位一体”：是指在瓦斯防治过程中，先进行煤与瓦斯突出危险性预测，然后对具有突出危险性的区域采取治理措施，措施结束后再行效果验证，采取安全防护措施下进行生产。当前49页，总共59页。第五节矿井瓦斯（四）编制瓦斯地质图编制瓦斯地质图是瓦斯地质工作的重要内容之一。瓦斯地质图是反映煤层瓦斯赋存规律和涌出规律的基本图件，是瓦斯地质工作成果的反映，是突出危险性预测及防治的重要依据。突出点剖面图突出点分布图瓦斯含量预测图煤与瓦斯突出区域划分图当前50页，总共59页。06第六节地温与地压地球的温度矿山压力当前51页，总共59页。第六节地温与地压一、地温与矿井热害☆地温：是指地表面和地面以下不同深度地方的温度。☆矿井热害：是指矿井中影响人体健康、降低劳动效率和危及安全生产的热、湿环境。影响地温异常因素：岩石的岩性、基底起伏与构造形态、断裂带（深大断裂带）、地下水。当前52页，总共59页。第六节地温与地压二、地压☆地压：又称矿山压力，存在于采掘空间围岩内的力，称为矿山压力。☆原岩应力：天然存在于岩体中的应力。☆采动应力：受采动影响在岩体中重新分布后形成的力。☆支承压力：由于采掘空间原被采物所承受的载荷转移到周围支承体上而形成的压力。☆冲击地压，又称岩爆，这是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下的突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象。常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。它具有很大的破坏性，是煤矿重大灾害之一。（一）产生的原因上覆岩层重力地质构造残余应力当前53页，总共59页。第六节地温与地压（二）地压的表现特征1、顶压2、侧压3、底压（三）地压的观测与处理对不同岩层、不同支护形式下的顶板压力与顶板下沉、初次来压和周期来压步距、支柱的载荷顶板的下沉量进行观测。当前54页，总共59页。第六节地温与地压（三）地压的观测与处理当前55页，总共59页。07