煤矿地质基本知识

煤矿地质基本知识第1页，课件共22页，创作于2023年2月一、煤层埋藏特征我们开采的煤层赋存在煤系岩层之中。煤系中的煤层的层数、层间距、煤层的厚度、结构、倾角、埋深等等，都是我们选择合理的开拓方案和采煤方法的主要依据。采矿工作者只有对煤系中含煤情况及煤系地层各段的岩性了解清楚，那么从设计方案的确定到基建、生产才能顺利进行。第2页，课件共22页，创作于2023年2月1.煤层的顶、底板

煤系是含煤岩系的简称，它是指有成因联系且含有煤层的一套连续沉积而形成的沉积岩层。主要由各种粉沙岩、砂岩、页岩以及泥岩等沉积岩组成。煤层的顶底版是指煤系中位于煤层上下一定距离内的岩层。了解这些岩层的岩性特征、层厚、层理及节理发育程度、强度，可塑性等，对确定采煤方法、设备选择、顶板管理和巷道支护方式、估计煤与瓦斯突出的危险性均有重要意义。第3页，课件共22页，创作于2023年2月通常用煤系地层地质柱状图来表示煤层的顶底板。煤层的顶板。从采煤工作的角度，根据顶板岩层变形和垮落特征以及与煤层的位置关系，可将顶板分为伪顶、直接顶和老顶三种，如图2－1a所示。根据岩层的相对位置及开采过程中岩层变形、垮落的难易程度，顶板可分为伪顶、老顶和基本顶3部分。第4页，课件共22页，创作于2023年2月（1）伪顶――直接与煤层接触，极易垮塌的薄层岩石，常随采随落，厚度一般仅几厘米到几十厘米；岩性多为炭质页岩。（2）直接顶――比伪顶不易垮落，但将煤采出后，一般自行垮落；它是顶板维护和管理的对象，一般厚度可达几米，岩性常为粉砂岩、泥岩。（3）老顶――一般在长时间内不易自行垮塌，往往只发生缓慢下沉。一般厚度较大，岩性多为砂岩、石灰岩。值得注意的是并不是每一煤层顶板都可分为上述三种。这取决于煤系沉积过程，比如山西大同等地于煤层直接接触的是老顶，为河相砂岩。第5页，课件共22页，创作于2023年2月2）煤层的底板。煤层的底板岩石可分为直接底和老底两种，如图2－1b所示。a－煤层顶板；b－煤层底板1－中粒砂岩；2－砂质页岩；3－炭质页岩；4－煤；5－粘土岩；6－粉砂岩第6页，课件共22页，创作于2023年2月（1）直接底――以富含炭质的粘土岩最为常见，厚度一般几十厘米。如果直接底的岩性是遇水后膨胀粘土岩，则可造成巷道底板隆起（底鼓）现象，轻者影响巷道运输于支护，重者使巷道遭受破坏。（2）老底――位于直接底之下，常为粉砂岩或砂岩，在南方有些煤矿也可见到石灰岩老底。详细了解煤层底板各层岩石岩性、厚度、强度、含水性、遇水膨胀性等，对于合理布置岩巷（通常是大巷）及支护巷道有主要意义。第7页，课件共22页，创作于2023年2月2．煤层的结构、厚度根据煤层中有无较稳定的夹矸层，可将煤层分为两类。（1）简单结构煤层。这类煤层中没有呈层状出现的较稳定的矸石夹层，但可能含有透镜体或结核。（2）复杂结构煤层：这类煤层中含有较稳定的矸石夹层。通常厚度较大的煤层往往是复杂结构的。各个地区煤层厚度不一，由几厘米到几十厘米甚至上百米。在目前经济技术条件下，可以开采的煤层厚度称为开采厚度。国家或地区规定的开采厚度的最低标准称为最低开采厚度。根据煤层厚度对开采技术的影响，煤层可分为3类：薄煤层―――小于1.3m的煤层；中厚煤层――厚度在1.3~3.5m的煤层；厚煤层―――厚度大于3.5m的煤层；在生产工作中，习惯上将厚度大于6m的煤层称为特厚煤层。任何煤层的厚度，实际上或多或少总有些变化。根据煤层厚度变化情况（稳定性），可将煤层分为四类，即稳定煤层、较稳定煤层、不稳定煤层、极不稳定煤层。第8页，课件共22页，创作于2023年2月（三）煤层的形态原始沉积的煤层，应该是水平或近水平的并在一定范围内是连续的。由于后期地壳运动及外力地质作用的影响，使煤层随煤系地层发生变形和变位，形成各种构造形态。煤层的空间形态及展布方向用产状要素，即走向、倾向和倾角来表示，被称为产状三要素，如图2－2所示。走向：煤层层面与面的交图2－2煤层的产状要素ab－走向线；cd－倾斜线；ce－倾斜线；a－煤层倾角线称为走向线，它是水平一条水平线；走向线向两边延伸的方向称为走向，它代表了岩层层面在水平面上延伸方向。倾向：即煤层的倾向方向，它与走向垂直，并指向岩层面倾斜向下的一方，也就是倾斜线在水平面的投影方向。倾角：倾斜层面与水平面之间夹的锐角，也就是倾斜线之间的夹角。倾角的大小反映煤层倾斜的程度。煤层倾角越大，开采难度也就越大。煤层倾角对开采技术和装备选择有较大的影响。煤层的倾角在00~900之间的变化。根据目前开采技术，我国按倾角将煤层分为4类：近水平煤层―――倾角小于80以下缓倾斜煤层―――倾角在8°～25°；倾斜煤层――――倾角在25°～45°；急倾斜煤层―――倾角在45°～90°。一般情况下，倾角小的煤层开采比较容易，倾角大的煤层如开采急倾斜煤层就比较困难，特别是实行机械化开采更为困难。第9页，课件共22页，创作于2023年2月煤层的空间形态及展布方向用产状要素第10页，课件共22页，创作于2023年2月二、地质构造原始沉积的煤（岩）层，由于后来地质变迁、地壳运动而造成岩层空间形态个产状发生变化，形成新的结构称为地质构造。地质构造可归纳为三种基本类型，即单斜构造、褶曲构造、断裂构造。单斜构造在一定范围内（通常一个井田）岩层向一个方向倾斜的构造形态叫单斜构造。在较大区域内，单斜构造往往是其他构造形态的一部分，如褶曲一翼，或是断层的一盘。煤层的底板与不同高程水平面的交线在平面上的投影，称为煤层底板等高线图。它反映煤层在空间的形态和构造特点，是矿井设计、生产、储量计算的基础。如图2－3所示为单斜构造煤层底板等高线图。单斜构造煤层底板等高线表现为间距大致相等的一组平行线。煤层走向有变化则表现为煤层底板等高线发生弯曲。等高线的间距大小表示煤层倾角的大小。第11页，课件共22页，创作于2023年2月图2－3煤层底板等高线图第12页，课件共22页，创作于2023年2月2．褶曲构造煤层或岩层受到水平力的挤压而发生波状弯曲，但仍保持连续性和完整性的构造形态称为褶皱构造。岩层褶皱构造中的每一个基本单位称褶曲。如图2－4所示。图2－4背斜和向斜1－背斜；2－向斜（1）褶皱构造中的每一弯曲为褶曲，褶曲分为向斜和背斜。背斜：岩层在剖面上表现为层面凸起的弯曲。向斜：岩层在剖面上表现为层面下凹的弯曲。注意：①判断褶皱构造时，不能以地形高低为依据。②背斜和向斜不是孤立存在的，往往彼此相邻，是连续发育的，背斜的一翼也是向斜的一翼，中间无界限。（2）褶曲构造的主要类型。①水平褶曲。褶曲水平延伸。煤层底板等高线为一组平行线，标高反映出背斜和向斜的变化。②倾伏褶曲。褶曲沿一定方向倾伏。等高线凸向指向标高升高的方向，为倾伏向斜，反之为倾伏背斜，如图2－5所示。第13页，课件共22页，创作于2023年2月图2－4背斜和向斜图2－5倾伏褶曲煤层等高线示意图第14页，课件共22页，创作于2023年2月3、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。断裂后，两侧岩层若没有发生显著位移，称为裂隙；如发生了显著位移则称为断层。（1）断层要素。断层是岩层沿断裂面发生显著位移的断裂构造。断层的基本组成部分如图2－6所示。①断层面。岩层断裂后，两个断块发生相互错动的错动面。如果位移不是沿着一个面，而是沿着一个破碎带发生时，这个带称为断层破碎带。②断层线。断层面与地面的交线，即断层面在地面的出露线。它大致反映断层的延伸方向。③交面线。断层面与煤层底板面的交线。④断盘。被断层面分开的两侧岩块。若断层面是倾斜面的，根据岩块与断层面的相对关系，分为上盘和下盘。上盘位于断层面上方；下盘位于断层面下方。⑤断距。断层两盘相对移动的距离。未错开前的某点，错动后分裂为两点，分别在两个盘上，测得两点的实际距离称总断距。⑥落差。断层两盘上对应点的铅直断距，如图2－7所示。第15页，课件共22页，创作于2023年2月图2－6断层要素示意图第16页，课件共22页，创作于2023年2月图2－7断距示意图第17页，课件共22页，创作于2023年2月（2）断层的分类①根据断层上下两盘相对移动的方向分为3类，如图2－8所示。图2－8断层的基本类型a－正断层；b－逆断层；c－平推断层正断层。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。断层两盘沿水平方向相对移动。②根据断层走向与岩层走向的关系可分为走向断层、倾向断层和斜交断层，如图2－9所示。走向断层―――断层走向与岩层走向平行；倾向断层―――断层走向与岩层走向垂直；―――断层走向与岩层走向斜交；断层在各矿区分布很广，其形态、类型繁多，规模大小不一。一般将落差大于50m的称为大型断层；落差在20~50m之间的称为中型断层；落差小于20m的称为小型断层。图2－9根据断层走向与所在煤层走向关系分类F1－走向断层；F2－倾斜断层；F3－斜交断层（3）断层特征。①断层岩层两盘产状可能不同，地层不连续，有地层擦痕和地层牵引现象。走向地层还表现为地层重复或缺失。②断层使煤层底板等高线产生不连续现象。正断层表现为煤层底板等高线中断缺失，中断缺失部分为无煤区。逆断层使煤层底板等高线重叠，重叠部分为煤层上下重复区，如图2－1