矿井地质学课件

礦井地質條件評價第一節采前地質評價第二節綜采地質研究第三節礦井地質條件分類第一節采前地質條件評價一、概念

采前地質評價是在礦井、水準、采區或工作面投入前，根據各種手段獲取的地質資料，對研究區的開採地質條件做出全面客觀的評價。二、評價內容

煤層厚度、煤層結構、煤層頂底板、地質構造、煤層沖刷帶、岩溶陷落柱、煤與瓦斯突出、水文地質與工程地質等。三、評價方法

定性評價、定量評價、定性＋定量第一節采前地質條件評價定性評價

(1)煤層厚度及變化規律分析

(2)地質構造規律及其成因分析

(3)水文地質條件研究

(4)瓦斯地質研究

(5)其他地質異常分析2.定量評價常用單指標評價，依據不同地質條件選取不同評價指標。第一節采前地質條件評價1)煤層穩定性評價(1)評定指標煤層厚度穩定性是指煤層厚度的變化程度和可采程度的綜合①煤層可采性指數：反映煤層可采性的一項指標。n：參與評定的見煤點的總數（要求：分佈均一、有代表性）；n’：其中大於或等於最低可採煤層厚度的見煤點樹。②煤厚變異係數：反映煤層厚度相對變化大小的指標。s：煤厚標準差Mi：每個煤厚點的實測厚度：煤厚平均值n：參與煤厚評定的點數樣本標準差第一節開採地質條件評價(2)評定方法薄煤層以Km為主要指標、r為輔助指標。中厚及中厚以上煤層以r為主要指標、Km為輔助指標。可分為：穩定煤層、較穩定煤層、不穩定煤層、極不穩定煤層Km<0.7γ>75%0.85>Km≥0.750%<γ≦75%0.95>Km≥0.8530%<γ≦50%Km≥0.95γ≦30%特厚煤層Km<0.65γ>65%0.8>Km≥0.6540%<γ≦65%0.95>Km≥0.825%<γ≦40%Km≥0.95γ≦25%中厚和厚煤層γ>55%Km<0.635%<γ≦55%0.8>Km≥0.625%<γ≦35%0.95>Km≥0.8γ≦25%Km≥0.95薄煤層輔助指標主要指標輔助指標主要指標輔助指標主要指標輔助指標主要指標極不穩定煤層不穩定煤層較穩定煤層穩定煤層煤層類型第一節采前地質條件評價2)地質構造複雜程度評價(1)評定指標：構造指數法以斷層為主的塊段，對每個塊段的構造複雜程度賦予恰當的構造指數，以總和形式表示。有利不利第一節采前地質條件評價賦值原則：①一級構造由斷層組數、主壓應力方向和塊段空間關係一組斷裂簡單，賦3二組斷裂中等，賦，三組斷裂賦複雜，開口賦8、平行賦9、收口10②二級構造由構造形態，地壘1、階梯2、地塹3③三級構造由次級構造控制

地壘取0.3、階遞取0.6、地塹破壞取1④第一塊段構造指數為一、二、三級指數之和。值越大、構造越複雜576第一節采前地質條件評價實例第一節采前地質條件評價(2)評定指標：斷層破壞指數①斷層條數指數：n：統計單元內的斷層條數；s：統計單元的面積②斷層長度指數

li：統計單元內某斷層的長度；n：統計單元內的斷層條數；s：統計單元的面積。③斷層強度指數Hi：該斷層的斷距；li：統計單元內某斷層的長度；n：統計單元內的斷層條數；s：統計單元的面積。第一節采前地質條件評價④利用回採巷道斷層條數求工作面斷層長度指數：統計單元內斷層長度之和（m）s：統計單元的面積km2（106m）定義：巷道斷層條數指數K2=n/ln：巷道揭露的斷層條數；l：巷道長度km（103m）K2走：走向巷道斷層條數指數條/kmK2傾：傾向巷道斷層條數指數條/km：巷道平均斷層條數指數條/km第一節采前地質條件評價M1——斷層沿走向的平均間距，103m；M2——斷層沿煤層傾向的平均間距，103m；β——斷層走向與煤層走向的平均夾角M——斷層間的垂直距離第一節采前地質條件評價采面斷層長度指數Km/km2巷道斷層平均條數指數條/km例：某工作面走向巷道長度1000m，揭露2條斷層；傾向巷道長度500m，揭露斷層5條，已知煤層走向與斷層走向夾角為18°，求斷層長度指數K1。K2走=2/1=2條/kmK2傾=5/0.5=10條/km第一節采前地質條件評價例：某回採工作面在沿煤層走向掘進的巷道（長1500m）中揭露斷層9條，在沿煤層傾向掘進的巷道（長200m）中揭露斷層2條。已知煤層走向與斷層走向夾角為8°，試采用近似計算公式，根據該工作面的巷道斷層條數指數，計算工作面的斷層長度指數（斷層長度指數單位：m/km2）。第一節采前地質條件評價3)煤層頂底板岩性及穩定性評價直接頂穩定性分：不穩定、中等穩定、穩定、堅硬頂板4種評定指標：強度指標D(2)按老頂來壓強度：來壓不明顯、來壓明顯、來壓強烈、來壓極強烈4種。評定指標：直接頂與采高比、頂初次跨落距、老頂初次來壓步距有關。第一節采前地質條件評價3.綜合評價

(1)綜合指數法（劃分區塊，分別評價各因素有利程度3、2、1，31-36的有利綜采區，19-30中等；12-18不利）

(2)等性塊段指數法（頂板等性、構造等性、煤層等性）

(3)模糊綜合評價法（用模糊數學方法分別對各地質因素賦重，得到模糊評判集）

(4)人工神經網路法第二節綜采地質研究一、影響綜采的地質因素煤層厚度傾角煤層物理性質(硬度及切割性)煤層結構煤層穩定性(穩定、較穩定綜采、不穩定局部適合、極不穩定不適合)構造(煤層層理、節理)12345678>12m12-66-4.514.50-3.513.50-2.512.50-1.811.80-1.31≤1.312345678<8°8-12°12-18°18-25°25-35°35-45°45-55°>55°軟煤中硬煤硬煤f<1.51.5-3.0>3第二節綜采地質研究一、影響綜采的地質因素2.地質構造斷層褶皺岩漿岩體陷落柱強行通過落差小於1m，頂底板為泥岩和葉岩的斷層控制落差大於10m的斷層20m以上褶皺控制二翼產狀、寬度、幅度、長度采前查明工作面內起伏10m以上寬緩、5m緊閉褶皺查明岩漿岩體分佈控測前方查明數量、大小、位置、破壞範圍、含水性第二節綜采地質研究一、影響綜采的地質因素3.頂底板4.其他水文地質。複雜水文地質不適合綜采煤與瓦斯突出。高瓦斯或突出煤層不適於連續式房柱式採煤。自燃傾向。不適用於放煤開採。地熱。溫度過高設備無法工作，採掘工作面26度，硐室30度。衝擊地壓。回採過快、大采高應注意衝擊地壓。第二節綜采地質研究二、綜采地質保障足夠煤層綜采儲量，保障供給。滿足綜采的可靠地質資料先進高效的日常地質工作方式，保障綜采面安全生產。1.綜采煤層儲量(1)采區儲量必須是A級儲量；(2)一套綜采設備可采儲量≥3Mt，僅一層中厚煤層≥1Mt，薄煤層≥0.5Mt。(3)工作面可采儲量多煤層、地質簡單20-30Mt；中厚煤層大於1Mt；薄煤層大於0.15Mt。第二節綜采地質研究二、綜采地質保障2.可靠地質資料(1)做好采前勘探(2)生產中地質預測預報、煤厚探測與管理、采後地質總結。3.綜采地質工作內容井田(采區)地質條件分析、煤層綜采適應性評價。煤層采前勘探地質資料及數據處理綜采規劃、設計、采場選擇、設備選型第三節礦井地質條件分類一、分類指標（依據《煤礦地質工作規定》

目的：1.科學評價礦井開採條件，合理配合人力物力

2.加強各類礦井的技術經濟管理以地質構造複雜程度、煤層穩定程度、瓦斯類型、水文地質條件和其他開採地質條件進行分類，其他開採地質條件為輔助指標，如頂底板，煤層傾角。。。等為輔助指標。井工煤礦地質條件分類劃分依據類

型簡單中等複雜極複雜地質構造複雜程度簡單中等複雜極複雜煤層穩定程度穩定和較穩定煤層的資源/儲量占全礦井資源/儲量的80%及以上，其中穩定煤層資源/儲量所占比例不小於40%穩定和較穩定煤層的資源/儲量占全礦井資源/儲量的60%～80%（含60%）穩定和較穩定煤層的資源/儲量占全礦井資源/儲量的40%～60%（含40%）不穩定和極不穩定煤層的資源/儲量占全礦井資源/儲量的60%及以上瓦斯類型煤層瓦斯含量小於4m3/t煤層瓦斯含量大於或等於4m3/t，且小於8m3/t煤層瓦斯含量大於或等於8m3/t煤與瓦斯突出礦井或按照煤與瓦斯突出礦井管理水文地質類型簡單中等複雜極複雜其他開採地質條件頂底板頂底板平整，頂板完整性好，裂隙不發育頂底板較平整，局部凹凸不平，頂板較完整、裂隙不很發育頂底板凹凸不平，頂板裂隙比較發育，岩性比較鬆軟破碎頂底板凹凸不平，頂板岩性鬆軟、破碎，裂隙發育傾角8°以下8°～25°（含8°）25°～45°（含25°）45°及以上其他特殊地質因素一般不出現陷落柱、衝擊地壓、地熱和天窗等地質危害偶有陷落柱、衝擊地壓、地熱和天窗等地質危害常有較多陷落柱、衝擊地壓、地熱和天窗等地質危害煤層大面積遭受陷落柱、衝擊地壓、地熱和天窗等地質危害露天煤礦地質條件劃分劃分依據類

型簡單中等複雜地質構造複雜程度簡單中等複雜、極複雜煤層穩定程度穩定較穩定不穩定、極不穩定工程地質條件以堅硬岩層為主，軟弱結構層(面)不發育，有很少的軟弱結構層(面)或層間距大於30m，含水性差，不影響邊坡穩定堅硬岩與軟岩互層，軟弱結構層(面)發育，軟弱結構層(面)多或層間距為15～30m，含水性中等，對邊坡穩定有一定影響堅硬岩與軟岩互層，軟弱結構層(面)極發育，軟弱結構層(面)很多或層間距小於15m，含水性強或有井工煤礦開採破壞邊坡現象等，嚴重影響邊坡穩定水文地質條件地形有利於地表水的自然排泄，露天煤礦附近無地表水體或距地表水體很遠，地表水與地下水無水力聯繫；地質構造簡單，構造斷裂對露天煤礦的充水作用甚微；含水層不發育，不需要疏幹；邊坡岩層岩性堅硬，軟弱夾層不發育，地表水、地下水對邊坡穩定基本無影響地形不利於地表水的自然排泄，露天煤礦附近有地表水體，但距地表水體較遠，地表水與地下水聯繫不密切，含水層補給條件較差；地質構造中等，煤層上部無鬆散含水層或鬆散含水層厚度不大；含水層雖較發育，但易於疏幹；邊坡岩層軟弱夾層較發育，地表水、地下水對邊坡穩定有一定影響地形不利於地表水的自然排泄，露天煤礦附近有地表水體，地表水與地下水有水力聯繫；地質構造複雜，或煤層上部被較厚的鬆散含水層覆蓋；含水層發育，不易疏幹；邊坡岩層軟弱夾層發育，地表水、地下水對露天開採和邊坡穩定有很大影響第三節礦井地質條件分類二、各分類指標確定

1）簡單構造含煤地層沿走向、傾向的產狀變化不大，斷層稀少，沒有或很少受岩漿岩的影響，不影響采區的合理劃分和採煤工作面的連續推進。主要包括：

（1）產狀接近水準，很少有緩波狀起伏；（2）緩傾斜的簡單單斜、向斜或背斜；（3）為數不多和方向單一的寬緩褶皺依據（斷層、褶皺、岩漿岩）1.地質構造複雜程度確定第三節礦井地質條件分類

2）中等構造含煤地層沿走向、傾向的產狀有一定變化，斷層較發育，局部受岩漿岩的影響，對采區的合理劃分和採煤工作面的連續推進有一定影響。主要包括：（1）產狀平緩，沿走向和傾向均發育寬緩褶皺，或伴有一定數量的斷層；（2）簡單單斜、向斜或背斜，伴有較多斷層，或局部有小規模的褶皺及倒轉。第三節礦井地質條件分類

3）複雜構造含煤地層沿走向、傾向的產狀變化很大，斷層發育，有時受岩漿岩的嚴重影響，影響采區的合理劃分，只能劃分出部分正規采區。主要包括：（1）受幾組斷層嚴重破壞的斷塊構造；（2）在單斜、向斜或背斜的基礎上，次一級褶曲和斷層均很發育；（3）緊密褶皺，伴有一定數量的斷層。第三節礦井地質條件分類

4）極複雜構造極複雜構造。含煤地層的產狀變化極大，斷層極發育，有時受岩漿岩的嚴重破壞，很難劃分出正規采區。主要包括：（1）緊密褶皺、斷層密集；（2）形態複雜的褶皺，斷層發育；（3）斷層發育，受岩漿岩的嚴重破壞。第三節礦井地質條件分類2.煤層穩定程度評價（定性和定量）煤層穩定性以煤層變化規律和可采性劃分，採用定性和定量結合的方法確定。1）定性評價（1）穩定煤層。煤層厚度變化很小，規律明顯，結構簡單至較簡單；煤類單一。全區可采或大部分可采。（2）較穩定煤層。煤層厚度有一定變化，但規律性較明顯，結構簡單至複雜；有2個煤類。全區可采或大部分可采。可采範圍內厚度及煤質變化不大。第三節礦井地質條件分類1）定性評價（3）不穩定煤層。煤層厚度變化較大，無明顯規律，結構複雜至極複雜；有3個或3個以上煤類。主要包括：煤層厚度變化很大，具突然增厚、變薄現象，全區可采或大部分可采；煤層呈串珠狀、藕節狀，一般連續，局部可采，可采邊界不規則；難以進行分層對比，但可進行層組對比的複合煤層。（4）極不穩定煤層。煤層厚度變化極大，呈透鏡狀、雞窩狀，一般不連續，很難找出規律，可采塊段零星分佈；無法進行煤分層對比，且層組對比也有困難的複合煤層。第三節礦井地質條件分類2）定量評價薄煤層以煤層可采性指數Km為主，煤厚變異係數γ為輔；中厚及厚煤層以煤厚變異係數γ為主，可采性指數為輔。3.瓦斯類型評定簡單中等複雜極複雜煤層瓦斯含量小於4m3/t煤層瓦斯含量大於或等於4m3/t，且小於8m3/t煤層瓦斯含量大於或等於8m3/t煤與瓦斯突出礦井或按照煤與瓦斯突出礦井管理4.水文地質條件評定水文地質類型劃分按2009版《煤礦防治水規定》執行。第三節礦井地質條件分類5.其他開採地質條件簡單

頂底板平整、頂板裂隙不發育中等

頂底板平整、頂板裂隙不很發育複雜

頂底板凸凹不平、頂板較鬆軟、破碎、裂隙較發育極複雜

頂底板凸凹不平、頂板鬆軟、破碎、裂隙發育（1）煤層頂底板（2）煤層傾角簡單

＜8°中等8°～25°複雜25°～45°極複雜

＞45°第三節礦井地質條件分類a.煤層沖刷帶b.岩溶陷落柱→c.衝擊地壓d.天窗e.地熱（3）其他特殊因素簡單——一般不出現中等——偶爾出現複雜——經常出現極複雜——煤層大面積遭受第三節礦井地質條件分類二、礦井地質條件分類1.分類原則：就高不就低原則（露天煤礦和井工煤礦）2.分類要求:（1）基建煤礦移交生產後，應在1年內進行煤礦地質類型劃分，編寫煤礦地質類型劃分報告。（2）一個煤礦原則上只評定劃分一種地質類型，但在地質構造複雜程度、煤層穩定程度、瓦斯類型、水文地質類型和工程地質條件等有明顯分區規律時，可分區、分煤層劃分地質類型。（3）煤礦地質類型每5年應重新確定。當煤礦發生影響煤礦地質類型劃分的突水和煤與瓦斯突出等地質條件變化時，煤礦應在1年內重新進行地質類型劃分。

生產地質研究第一節礦井地質構造一、概述1、研究意義(1)影響井型規模和井田劃分：破壞嚴重不能建大礦井(2)影響開拓佈置：開採水準、運輸大巷、采區劃分、巷道佈置(3)影響掘進率：工作面不正規，多掘巷道，無效進尺，掘進率比大(4)影響采面正常生產：影響正規迴圈(5)影響安全生產：湧水、瓦斯湧出、突出、頂底板穩定平頂山十礦、十一礦第一節礦井地質構造2、等級劃分(主要以斷裂構造為主)(1)大型構造：決定井田總體形態或井田邊界的構造（工作查明）(2)中型構造：影響采區劃分和巷道佈置的次一級構造（未查明）(3)小型構造：在巷道或工作面可觀測全貌的地質構造（無法查明）大型斷層＞30m中型斷層30m~煤厚小型斷層＜煤厚斷層落差是評定斷層規模的基本指標，對平移和緩傾角斷層不適用第一節礦井地質構造3、研究步驟觀測：如是觀察記錄井巷揭露的構造現象判斷：正確認識揭露還不充分的地質構造預測：對未揭露部分或地區的地質構造提出預見性的認識處理：針對地質構造的特點採取措施第一節礦井地質構造二、褶皺的觀察和判斷1、褶皺識別(1)煤岩層層位的對稱重複：判斷存在性標誌(2)煤岩層產狀的規律變化：判斷可能性標誌沿煤層走向掘進煤層平巷，出現彎曲，說明有傾伏褶皺存在。如右圖穿層和順層巷道中，只要發現岩層產狀出現相向或相背傾斜時，表明褶皺存在第一節礦井地質構造二、褶皺的觀察和判斷2、觀測內容(1)樞紐的位置、傾伏向、傾伏角CA水平線：傾伏向；BAC：傾伏角。(2)兩翼煤岩層的產狀(3)與斷層節理及煤厚變化的關係構造分佈、規模大小、延伸狀態、發展趨勢第一節礦井地質構造二、褶皺的觀察和判斷3、褶皺樞紐的探查(1)巷探：一巷二用

第一節礦井地質構造二、褶皺的觀察和判斷3、褶皺樞紐的探查(2)鑽探：第一節礦井地質構造二、褶皺的觀察和判斷4.注意的問題(1)注意煤岩層層位對比分析。煤層的標誌層、煤層上下20m(2)褶皺的不協調性。褶皺可能分叉和尖滅、推測時注意。(3)注意褶皺發展成斷層的可能性。(4)傾伏褶皺傾伏端煤層底板等高線的曲率。曲率過大，無法運輸。(5)注意倒轉褶皺的正常翼和倒轉翼，避免先采下方煤層。第一節礦井地質構造三、斷層的觀測和判斷1、斷層出現前的可能徵兆(1)煤岩層產狀發生顯著變化(2)大斷層附近常伴生平行小斷層(3)煤層厚度發生變化、頂底板發生不平行現象(4)煤層出現揉皺破（煤的條帶形成的小褶皺）碎現象第一節礦井地質構造三、斷層的觀測和判斷*1、斷層出現前的可能徵兆(5)煤層及頂底板中節理顯著增加(6)瓦斯湧出量往往有明顯變化(7)湧水性強的礦井，常出現滴水、淋水和湧水現象第一節礦井地質構造三、斷層的觀測和判斷產狀煤厚生巨變，揉皺破碎光澤暗，節理增加有規律，瓦斯增大顯駝峰，滴水淋水或湧水，反常現象放在心，綜合起來再確定，以防“草木皆成兵”。第一節礦井地質構造如何識別斷層？識別：地層和構造標誌地層標誌：巷道中地層出現順序重複或地層層位缺失(斷層附近)。

區別斷層和褶皺造成的層位缺失；構造標誌：巷道中煤岩錯斷、產狀劇烈變化、伴生構造。

薄煤層容易識別；厚煤層難識別根據頂底板岩性、煤層中穩定夾矸層追索。第一節礦井地質構造2、斷層位置的觀測(1)確定斷層的位置(2)斷層面特徵觀測①斷層面形態：光滑平直、粗糙不平、舒緩波狀②斷層面上的擦痕、階步、摩擦鏡面③斷層帶的特徵a.寬度及其變化b.充填物的特徵及其膠結情況（變質岩體斷層角礫岩、糜棱岩、斷層泥）④斷層兩側的煤岩層層位及伴生、派生的地質現象⑤斷層性質和力學性質第一節礦井地質構造2、斷層位置的觀測⑥斷層產狀和斷煤交線方向斷層產狀測量：走向、傾向、傾角直接法、間接法AB為斷層面走向CD為斷煤交線方向煤層走向？？第一節礦井地質構造2、斷層位置的觀測⑥斷層產狀和斷煤交線方向斷煤交線：斷層面與煤層底板（頂板）的交線（上盤斷煤交線、下盤斷煤交線）斷煤點：斷煤交面線的一點斷煤交線特點：

a.煤層面和斷層面共有的線，即在煤層面上，也在斷層面上；

b.一般情況下與煤層走向線不一致，只有走向斷層才重合為一；

c.斷煤交線是兩盤煤層的起始線和終止線，一條斷層有二條斷煤交線，即上盤、下盤斷煤交線；

d.斷煤交線方向受斷層產狀和煤層產狀控制，局部近視直線，總體為曲線。第一節礦井地質構造2、斷層位置的觀測⑥斷距垂直地層走向剖面真斷距視斷距AD----地層斷距AE----鉛直地層斷距（真）AF----水準地層斷距AD----地層斷距AE----鉛直地層斷距AF----水準地層斷距垂直地層走向的剖面不垂直地層走向落差是指在通過斷層任意方向的剖面上（即揭露斷層的巷道方向），斷層兩盤同一層面斷失點的標高差。落差是固定不變的嗎？？第一節礦井地質構造⑥斷距限定在沿地層走向的剖面上為真落差（簡稱落差），而在其他方向剖面上的落差為視落差，這就避免了使用中的混亂。不同剖面斷層落差I----沿走向落差10mII----落差20mIII----3.2m，原下降盤高出3.2m新落差定義鉛直地層斷距第一節礦井地質構造第一節礦井地質構造2、斷層位置的觀測⑦斷層描述（以文字描述、素描圖）斷層性質運動方向斷層落差斷層傾角第一節礦井地質構造3、斷失煤翼的尋找(1)層位對比法河北唐山礦一條8煤層巷道誤入9煤層，根據層位特徵確定斷層性質和地層斷距該斷層另一盤揭露的白色細砂岩是位於4煤層上部12m的一個標誌層，確定為正斷層，斷距12.9m根據巷道揭露斷層另一盤煤、岩層的層位、結合斷層產狀來判斷斷層性質和地層斷距的一種方法第一節礦井地質構造3、斷失煤翼的尋找斷距確定傾斜巷道與斷層水準巷道與斷層通過平巷H的高程作一水準切面圖，A為下盤煤層頂板斷失點，AC為斷層的走向線，在圖上根據運輸需要，確定巷道拐彎的曲率半徑，繪出將要掘進的岩石巷道。過A點作垂直於巷道（煤層走向）的垂線AB，在AB上量取水準地層斷距AF，過F點作平巷H的平行線交斷層於G點，則GO為斷失翼煤層。按比例量取AO的距離就是巷道過斷層後需要掘進岩石巷道的長度。沿煤層上山CD掘進到D處遇到一斷層，延長CD並在CD延長線上任取一點E，過E點作垂線，量取鉛直地層斷距AE，過A點作CD的平行線交斷層於B點，則AB為斷失翼煤層。按運輸允許的坡度，過D點設計岩石巷道，交斷失翼煤層於O點，則DO為巷道過斷層後需要掘進岩石巷道的長度。第一節礦井地質構造3、斷失煤翼的尋找(2)構造行跡判斷法根據斷層面、斷層帶的特徵或兩盤伴生、派生的地質現象來確定斷層兩盤的相對運動的方向。（不能確定斷距）

1）斷層擦痕：指斷層兩盤相對錯動在斷層面上留下的痕跡。用手順擦痕光滑的方向或擦痕由粗而深至細而淺的方向指示對盤的運動方向第一節礦井地質構造(2)構造行跡判斷法2）階步：斷層面上垂直於擦痕的小陡坎（陡坡的方向指示對盤的運動方向）反階步：有斷層面上一組節理面發育而成（陡坡的方向指示本盤的運動方向）3）牽引褶皺：弧形突出的方向指示本盤運動方向、弧形面與斷層面夾的銳角方向指示對盤的運動方向。4)平行小斷層：平行小斷層與主幹斷層的性質一致第一節礦井地質構造(2)構造行跡判斷法5）羽狀節理：分佈在斷層一側或二側，與斷層面呈斜交呈羽狀排列的節理。

張節理：與斷層相交的銳角指示本盤的運動方向剪節理：

a.與斷層面大角度相交（與斷層面相交的銳角指示對盤的運動方向）

b.與斷層面夾角較小（＜15°）（與斷層面相交的銳角指示本盤的運動方向）羽狀節理是由斷層兩盤相對運動構造應力場產物。特點：(1)不切割斷層面(2)隨著遠離斷層面逐步減弱或消失第一節礦井地質構造(2)構造行跡判斷法6）入字型構造：主幹斷層與其旁側的低序次分支構造構成入字形，就成為入字形構造。分支構造不穿越主幹斷層。①張、扭性分支構造（張、扭性斷層、張節理）與主幹斷層相交的銳角指示本盤的運動方向。②壓、扭性分支構造（壓性、壓扭性斷層、褶皺）與主幹斷層相交的銳角指示對盤的運動方向。③扭性分支構造（扭性斷層、剪節理）a、與斷層大角度斜交

與主幹斷層相交的銳角指示對盤的運動方向。b、與斷層面的夾角較小（＜15°）與主幹斷層相交的銳角指示本盤的運動方向。第一節礦井地質構造(2)構造行跡判斷法7）帚狀構造：分佈在主斷層兩側，一端收斂，另一端撕開的一組小型弧形破裂面。①和羽狀節理形成一樣，主要岩體受力不均衡，曾發生過局部旋轉。②按破裂面力學性質差異，分壓扭性帚狀構造和張扭性帚狀構造。組成：砥柱：由圓筒形後半圓筒形的岩塊構成旋回面：圍繞砥柱的弧形斷裂面、褶皺軸面旋回層：旋回面之間所夾的弧形岩塊內旋層：位於旋回面凹的一層的旋回層外旋層：位於旋回面凸的一層的旋回層第一節礦井地質構造(2)構造行跡判斷法力學特徵：由壓扭性旋回面構成的帚狀構造，其內圈層相對外圈層向收斂方向扭動由張扭性旋回面構成的帚狀構造，其內圈層相對外圈層向撒開方向扭動判斷方法砥柱被動：旋回層的扭動方向與主幹斷層一致砥柱主動：旋回層的扭動方向與主幹斷層相反第一節礦井地質構造(2)構造行跡判斷法8）構造透鏡體：AB面與主幹斷層面相交的銳角指示對盤的運動方向9）斷層角礫岩及粉煤線：被斷層搓碎並保留在斷層帶內的煤、岩層碎塊和粉未呈斷層角礫岩和斷層泥。特點：粒度由粗到細，數量由多到少。第一節礦井地質構造(3)規律類推法根據已經掌握的該區斷層發育的特徵和規律，確定斷層的性質，指明缺失斷層的性質，尋找斷失煤翼的一種方法。如焦作的斷層都是正斷層，從來沒有發現過逆斷層。如河北峰峰礦區，約大部分為正斷層，只有NE30°方向才出現過傾角較緩的逆斷層。第一節礦井地質構造(4)作圖分析法根據地質製圖原理，結合斷層的各種特徵，進行斷層對比連接，確定斷層性質和斷距的一種方法。第一節礦井地質構造(5)生產勘探法1）斷層性質已知、斷距未知。沿煤層掘進水準巷道遇斷層時，當掘進前方是斷層的下降盤時應逆煤層傾向作平巷尋找斷失翼煤層。沿煤層掘進的水準巷道遇斷層、當掘進前方是斷層的上升盤時應順煤層傾向作平巷尋找斷失翼煤層。2）斷層性質、斷距均未知。第一節礦井地質構造4、礦井構造預測(1)總體構造規律預測（1）根據構造組合形式進行總體構造預測（2）構造複雜程度預測a、傾角變化參數①傾角標準差②傾角變異係數反映傾角隨均角變化程度第一節礦井地質構造4、礦井構造預測(1)總體構造規律預測b、褶皺複雜程度①褶皺強度係數（剖面變形係數）②褶皺複雜性指數（面變形係數）第一節礦井地質構造4、礦井構造預測(1)總體構造規律預測c、斷層破壞指數①條數指數：單位面積內斷層的條數(長度資料不定)②長度指數：單位面積斷層長度之和(長度資料確切，斷路不確切)③強度指數：單位面積內斷層長度×地層斷距(長度和斷距準確)第一節礦井地質構造4、礦井構造預測(1)總體構造規律預測d、裂隙發育程度參數(2)已知構造的延展預測主要是對揭露尚不充分的斷層的延展長度和深度、各點斷距進行預測。①斷層位置預測（剖面圖+平面圖）A地質剖面圖B水平面圖①線裂隙率：沿裂隙面法線方向上單位長度內裂隙的條數。②面積裂隙率：單位面積內所發育裂隙條數。③體積裂隙率：單位體積內所發育的裂隙條數。預測深部巷道遇斷層位置利用水準切面圖預測斷層在水準方向的延展位置第一節礦井地質構造C.煤層底板等高線d.煤層立面投影圖利用煤層底板等高線圖預測同一煤層斷層位置102、202遇斷層，預測203巷遇斷層位置。延長斷煤交線方法。立面投影圖預測同一煤層深部斷層位置第一節礦井地質構造①斷層位置預測（斷層面等高線法）ABCD煤層面AFDE斷層面立體圖第一節礦井地質構造西二路+62m，西四路-26mAC為斷層+62走向線AD為斷層傾向線斷層面實測傾角48度AC等於二條巷道的標高差88mA.同煤層不同標高巷道遇斷層位置預測西四路巷道遇斷層位置？第一節礦井地質構造B.不同煤層的平巷或岩石平巷斷層位置預測3煤層巷道設計標高+200m,5煤層巷道設計標高+300mAC為斷層+300走向線AB為斷層傾向線斷層面實測傾角55度AC等於二條巷道的標高差100m預測+300岩巷遇斷層位置？第一節礦井地質構造C.根據上部煤層斷層位置預測下部煤層煤層位置A煤層巷道標高-40m，掘進遇斷層預測B煤層-40m巷道及-70m巷道在什麼位置遇見同一條斷層？第一節礦井地質構造4、礦井構造預測②斷層落差及尖滅點預測(斷層延展長度與落差呈線性關係)已知HAHB位於最大落差的同一側、HA＞HB

落差變化梯度設H為同一側任意待求點落差，當H＞HB時，與B點平距為l’當H<HB時，與B點平距為l’又設同一側的尖滅點與B點平距l0例、某斷層HA=6m，HB=2m，l=100m。求AB之間與B相距30m的C點的落差，並求同一側尖滅點到B點的平距l0。第一節礦井地質構造4、礦井構造預測③斷層延展長度預測一元線性回歸方程：曲線回歸冪函數第一節礦井地質構造5、礦井構造處理(1)構造處理基本要求A有利於生產；B保證安全；C減少丟煤；D少掘巷道(2)設計階段對斷層的處理小傾角斷層處理大傾角斷層處理大傾角斷層水準劃分第一節礦井地質構造(3)掘進階段對斷層的處理穿頂板過斷層穿底板過斷層穿斷層面過斷層A.水準巷道：改變巷道方向、坡度不變注意：平面圖和剖面圖原則：1.根據斷層面災害特徵選擇2.根據頂底板含水情況選擇3.根據斷層帶特徵選擇第一節礦井地質構造落差大落差小B.傾斜巷道：改變巷道坡度、方向不變第一節礦井地質構造(4)回採階段對斷層的處理A.強行硬過①炮采面、普采面斷層落差小於煤厚②綜采面、兩盤對接煤厚大於支架最小采高③綜采面、兩盤對接煤厚小於支架最小采高，頂底板岩性較軟B.重開切眼：傾向斷層或斜交斷層C.劃分小工作面落差大於等於煤厚或采高，走向斷層合采與分采第二節煤厚變化一、概述增厚變薄分岔尖滅影響礦井採掘佈置、生產計畫使掘進率增加使回採率降低第二節煤厚變化二、生產礦井常用煤層分類1.按煤厚分2.按煤層傾角分<8°近水準煤層8°-25°緩傾斜煤層25°-45°傾斜煤層>45°急傾斜煤層0.3-0.5m極薄煤層0.5-1.3m薄煤層1.3-3.5m中厚煤層3.5-8.0m厚煤層>8m巨厚煤層3.按煤層結構分簡單與複雜<3.5m3.5-6m>6m露天<5°5-10°10-45°>45°第二節煤厚變化4.按煤層形態分5.按煤層穩定性分層狀煤層似層狀煤層非層狀煤層穩定煤層：均>可采厚度，煤層厚度變化有一定規律性；較穩定煤層：煤厚有相當變化，大多可采，局部不可才；不穩定煤層：煤厚變化大，分岔、尖滅、增厚、變薄時有出現；極不穩定煤層：常呈透鏡狀、斷續分佈、僅局部可采。第二節煤厚變化M——真厚度，m；H——鉛直厚度，m；L——水準厚度，m；θ——煤層傾角，°第二節煤厚變化三、煤層的觀測1.基本要求①所有穿層巷道的煤層揭露點都應作為觀測點②煤層巷道的觀測點和探煤點間距2.觀測內容①煤層厚度——總厚度、各分層厚度、夾石層的岩性及厚度②煤層頂底板

A.分類：脆性、塑性

B.觀測內容：頂底板岩性、厚度、節理發育情況、與煤層的接觸關係（明顯接觸、過度接觸、沖刷接觸）煤層穩定性穩定煤層較穩定煤層不穩定煤層極不穩定煤層觀測點間距(m)50-10025-5010-25<10第二節煤厚變化三、煤層的觀測2.觀測內容③煤體結構類型（5類劃分法)非破壞煤(原生結構煤)破壞煤：沒被密集交叉的裂隙切割成碎塊、碎塊保持尖棱狀、相互間沒有大的位移強烈破壞煤：煤破碎成粒狀、被重新壓緊，主要粒級在1mm以上粉碎煤：(粒狀或小顆粒膠結而成，形成天然煤團)靡棱煤：煤破碎成細粒狀、被重新壓緊，主要粒級在1mm以下④層位難以判別時（顏色、光澤、節理、斷口、硬度、脆韌性、結核、包裹體）⑤出現古河流沖刷時（沖刷岩性、古河流方向、彎曲的判斷標誌、沖刷帶的寬度和深度）⑥出現分叉、變薄、尖滅（煤質、煤層結構、與圍岩的接觸關係）第二節煤厚變化三、煤層的觀測2.觀測內容③煤體結構類型四類劃分（原生結構煤、碎裂煤、碎粒煤、靡棱煤）（GB/T30050-2013）原生結構：煤的宏觀類型可辯，層理連續，煤體完整，未錯開層理，無揉皺，堅硬或較堅硬。碎裂結構：沒被密集交叉的裂隙切割成碎塊、碎塊保持尖棱狀>5mm、相互間沒有大的位移，層理易辯，較堅硬。碎粒結構：宏觀煤岩成分不可辯，原生結構嚴重破壞，層理難辯，煤破碎成粒狀（1-5mm）、常見揉皺滑面，較疏鬆。靡棱結構：宏觀煤岩類型和成分不可辯，層理消失，呈鱗片、揉皺狀，裂隙無法觀測到，疏鬆。河南理工大學第二節煤厚變化三、煤層的觀測3.觀測方法煤層厚度的觀測工作與井巷地質編錄一起進行。第二節煤厚變化四、煤層厚度變化的主要特徵1.原生變化：煤層頂底板形成前由某些地質因素引起的變化①沉積環境（變薄、尖滅）

大都有一定的方向性和分帶性②泥炭沼澤（基底不平）頂板平整、底板起伏不平、煤分層被底板截斷如果是後期的構造影響則煤層不會被底板截斷第二節煤厚變化③地殼的不均衡沉降（分叉、變薄、尖滅）有一定的方向性和分帶性a.沉積速度與植物遺體堆積速度一致，煤層較厚；b.地殼沉降速度逐漸變快伴有小震盪，煤層與泥砂交互，易形成馬尾狀煤層；c.煤厚變化具有明顯的方向性和分帶性；d.分岔變薄地帶，頂底板均不平坦，Ad大，岩性和岩相變化大。第二節煤厚變化④河流的同生沖刷

煤層變薄、煤層變薄帶在平面上常呈彎曲的帶狀分佈⑤海水的同生沖蝕

頂板起伏不平、底板平整（蛤蟆頂）第二節煤厚變化四、煤層厚度變化的主要特徵2.後生變化：煤層頂板形成後由某些地質作用因素引起的變化①河流的後生沖蝕出現變薄區和無煤區、煤層沖刷帶在平面上呈較寬的帶狀分佈

煤系內的後生沖蝕

煤系形成後的後生沖蝕第二節煤厚變化②地質構造的變動出現變薄區和無煤區、煤層沖刷帶在平面上呈較寬的帶狀分佈褶皺：核部增厚、翼部變薄斷層：擠壓增厚、拉伸變薄第二節煤厚變化②地質構造的變動岩漿侵入：出現大小不一的無煤柱特點：1.岩漿侵入煤層，使煤層形態和煤層厚度、煤層結構、煤質都發生變化，有時煤層變為天然焦或被吞食，從而喪失工業價值；2.順層侵入的不規則岩體形態、厚度和結構產生極不規則，煤層、天然焦、火成岩體和圍岩俘虜體混雜在一起，嚴重影響生產的正常進行。第二節煤厚變化②地質構造的變動陷落柱：變化複雜煤層局部中斷靠近陷落柱附近煤層產狀變化靠近陷落柱節理增多煤質變差第二節煤厚變化五、煤層厚度的探測1.煤厚探測方法(1)巷道掘進時煤厚探測巷道不能揭露全厚，緩傾斜煤層用鑽探配合溜煤眼和聯絡斜巷探查。急傾斜煤層及鑽探配合煤門探查第二節煤厚變化1.煤厚探測方法(2)采面回採時煤厚探測厚煤層分層開採時，從上分層探測下分層厚度，用煤電鑽，30-50m2.各類煤厚變化探測要點(1)煤層分叉尖滅探測①煤層分叉尖滅具有一定的方向性和分帶性，其方向垂直於基底隆起方向，沿此方向變薄或增厚。②煤層分叉時煤質發生變化，Ad增大，光澤變暗，逐步變為炭質葉岩。③分叉煤層頂板岩性變化大④煤層分叉尖滅形式多樣：沿底、沿頂、單一、多次、分叉合併、穩定分叉、較穩定分叉、不穩定分叉煤層第二節煤厚變化2.各類煤厚變化探測要點(2)煤層底凸薄化探測①底板凸凹不平，頂板平整②煤層向泥炭沼澤凸起部位變薄或尖滅。③煤公層或夾石層超覆於基底凸起之上，層理為基底凸起所攔截。④基底凸薄變化主要發生在煤地層的底部煤層中，上部煤層很少見。鑽探、巷探第二節煤厚變化2.各類煤厚變化探測要點(3)煤層複雜變化探測原始沉積和後期改造疊加造成煤厚的變化。串珠狀、藕節狀、瓜藤狀、雞窩狀等似層狀或非層狀煤體第二節煤厚變化六、煤層變化預測1.煤層沖刷帶預測(1)觀測沖刷剖面煤層或頂板出現河流沉積物、煤層厚度變薄、煤分層被沖蝕岩體截斷觀察沖刷岩性：粗屑沉積物，透鏡狀砂體，沿古河床兩側尖滅，砂體越厚沖刷越嚴重。沖刷面特徵：犬牙狀交錯，接觸面上下層理不同，呈突變接觸沖刷帶寬度：平面上彎曲，有分枝；剖面上不規則槽狀，中心厲害，兩側弱。深度：中心深，兩側淺第二節煤厚變化1.煤層沖刷帶預測(2)判斷流水方向

A交錯層理：細層傾向指示水流的方向

B波痕：波峰垂直於流向、陡坡傾向指示水流方向

C礫石：礫石的傾向與水流方向相反

D碳化樹幹：延伸方向平行於流向第二節煤厚變化1.煤層沖刷帶預測(3)推測河流彎曲一般河流彎曲的外側比內側遭受侵蝕大，外側沉積物顆粒粗，內側細，接觸面傾角陡；反之，內側沉積物顆粒細，接觸面傾角緩。第二節煤厚變化1.煤層沖刷帶預測(4)編制沖刷帶預測圖底圖：煤層巷道平面圖將實測煤層沖刷點和沖刷帶寬度準確投繪在底圖上；分析圈出主流河道和分枝河道勾繪出沖刷帶內外的煤層等厚線。第二節煤厚變化2.煤厚構造變化帶預測(1)煤厚構造變化帶的地質特徵①煤層原始結構破壞：煤理紊亂，裂隙、揉皺、擦痕、鏡面發育②煤質發生變化：光澤暗、硬度小、灰分增大；③煤層與頂底板構造不協調：層間滑動，岩性差大，產狀不一致；④煤層厚度受構造控制：煤層可塑性，由構造應力大向小流動；薄厚相間的條帶狀分佈；⑤瓦斯湧出量變化：厚煤處瓦斯湧出量增大，煤包處突出。第二節煤厚變化2.煤厚構造變化帶預測(2)研究井田構造形式和展布規律(3)編制煤厚構造變化帶預測圖江西八景煤礦第三節陷落柱含煤地層下伏岩系如果為可溶性岩石，如石灰岩、白雲岩、石膏層等，在地下水的溶蝕作用下可以形成岩溶洞穴，隨著洞穴規模的擴大，在上覆岩系的重力荷載下，煤層及其圍岩逐漸跨落，可形成環形柱狀陷落，俗稱陷落柱；第三節陷落柱發育過程第三節陷落柱陷落柱的形態上一般呈上小下大的不規則圓柱體，截面多呈圓形或橢圓形，截面直徑由幾米至幾百米。2.陷落柱的形態1.陷落柱的岩性特徵

充填堆積的岩石碎塊層序混雜、排列紊亂、棱角顯著、大小不一，並被粘土充填膠結；第三節陷落柱平面形態剖面形態第三節陷落柱岩性均一，柱面多為立的平面；鬆軟或堅硬互層，柱面多為劇齒狀，軟岩層凹進，硬岩凸出；上部鬆軟多水，裂隙發育，下部岩層堅硬，柱面多為滑坡狀第三節陷落柱第三節陷落柱3.陷落柱形成機理（1）重力塌陷岩溶洞穴上覆地層在重力作用下塌落，地下水加速溶洞二次形成。（2）真空吸蝕塌陷封閉岩溶空間由於地下水位下降產生真空，使封閉的蓋層受到破壞，產生塌陷。必要條件：良好蓋層地下水不斷下降，產生巨大負壓，抽吸地層塌陷。第三節陷落柱4.陷落柱形成條件（1）有可溶性岩層；（2）有良好的地下水活動通道；（3）有豐富、飽和的侵蝕性水質；（4）有地下水排泄口，以便加劇地下水地交替作用；第三節陷落柱5.陷落柱對煤礦生產影響（1）煤層塌陷在一定範圍內失去開採價值，減少煤炭儲量，縮短了礦井服務年限，井巷報廢；（2）由於塌陷破壞煤層的連續性，給井巷工程的佈置和施工，採煤方法和採掘機械的選擇增加很多困難；（3）陷落柱穿透含水層時，將地下導水採掘工作面，在地下水豐富的礦區內，將威脅生產安全；第三節陷落柱6.井下遇陷落柱徵兆（1）產狀變化：在塌陷過程中，因牽引作用使周圍的煤、岩層向陷落柱中心方向傾斜；傾角在3°-6°之間，個別達10°，影響範圍一般在15-20m；（2）裂隙增多；（3）小斷層增多；（4）煤的氧化；（5）水的湧出量增加；第三節陷落柱陷落柱特徵層位較新大小懸殊棱角明顯形狀各異混雜堆積煤屑、岩屑、粉粒充填膠結第三節陷落柱7.陷落柱探測

鑽探物探巷探陷落柱探測第三節陷落柱8.陷落柱識別陷落柱、斷層和河流沖蝕井下識別：（1）接觸帶特徵陷落柱：柱面不平整而近直立，無擦痕和滑面，接觸帶中煤岩多向柱心傾斜，張性裂隙發育，煤質鬆軟，有氧化和風化現象。斷層面：有擦痕、階步和滑面，斷層帶內牽引褶皺和羽狀裂隙發育，一般煤層無風化。沖蝕接觸面：沖蝕面平緩，有沖刷痕跡。第三節陷落柱（2）從地層和岩性區分陷落柱：岩塊大小懸殊，棱角明顯，岩性複雜，膠結鬆散。斷層帶：一般較窄，斷層角礫小，成份簡單，棱角部分磨損，定向排列；斷層造成地層有規律重複和缺失，兩側岩層層理很少直立。沖刷帶：岩塊較小，有磨圓現象，膠結緊密，層理清楚，岩石結構構造保存完好，可見層位缺失現象。第三節陷落柱（3）從上下對應關係區分陷落柱：地表有，井下必有；上水平有，下水平肯定有。斷層帶：不一定有沖刷帶：沒有。第三節陷落柱9.陷落柱編錄五查：

查區內陷落往發育、分佈的規律性；查陷落柱周圍煤、岩層中裂隙發育情況及充填物性質；查煤層遭氧化的情況；查陷落柱附近的水和瓦斯的變化；查陷落柱周圍的小斷裂的發育情況。第三節陷落柱9.陷落柱編錄五看：

看陷落柱與圍岩的接觸介面；看陷落柱內充填物的性質和特徵；看陷落柱周圍煤、岩層的產狀變化；看陷落柱內岩塊的大小、排列和時代；看陷落柱與煤層底板的交面線。第三節陷落柱9.陷落柱編錄五定：

定巷道揭露陷落柱的部位；定陷落柱的形狀；定陷落柱的規模大小；定穿透陷落柱的距離；定處理陷落柱的措施。第四節礦井瓦斯和地熱一.礦井瓦斯1.什麼是瓦斯？瓦斯是影響煤礦生產的一個重要因素；是深部開採的三大障礙：之一（瓦斯、地壓和地溫）；2.瓦斯成分與性質

成分：CH4；CO2；N2組成；

CH4——瓦斯主要成分，無色、無味、無嗅、無毒的氣體；第四節礦井瓦斯和地溫1616%T：1850-2650℃P：7～10倍第四節礦井瓦斯和地溫瓦斯爆炸的基本條件引爆火源瓦斯濃度5～16%瓦斯650～750℃的引爆火源氧含量空氣中氧含量不低於12%<50°埋深<1000m褐煤50°-160°放出大量瓦斯煙煤（氣、肥）>160°-200°放出大量瓦斯無煙煤據計算：每生成1噸煤，可產生1000m3的瓦斯與二氧化碳泥炭3.瓦斯成因第四節礦井瓦斯和地溫4.瓦斯賦存狀態第四節礦井瓦斯和地溫1瓦斯在煤體內存在狀態吸附瓦斯80-90%游離瓦斯10-20%吸收狀態吸著狀態以自由氣體分子存在於煤體或圍岩的較大裂隙、孔隙和空洞之中。在與顆粒固體在分子之間引力作用下，被吸著在煤體孔隙的內表面上。瓦斯分子進入煤體顆粒結構內部，與煤體固體分子相結合。據測定1g無煙煤其表面積可達200m2.第四節礦井瓦斯和地溫第四節礦井瓦斯和地溫5.瓦斯分帶煤層瓦斯成分由淺而深大體可分為四帶1)N2－CO2帶：CH4:0-10%,N2:20-80%,CO2:20-80%；2)N2帶：CH4:0-20%,N2:80-100%,CO2:0-20%；3)N2－CH4

帶：CH4:20-80%,N2:20-80%,CO2:0-20%4)CH4

帶：CH4:80-100%,N2:0-20%,CO2:0-20%第四節礦井瓦斯和地溫影響因素煤化作用(變質程度)圍岩條件（岩性及組合特徵）地質構造（斷層、褶皺）埋藏深度（瓦斯梯度）地下水活動6.影響瓦斯賦存的條件煤田暴露程度和岩漿岩第四節礦井瓦斯和地溫游離瓦斯對外表現為煤層瓦斯壓力P6.礦井瓦斯湧出第四節礦井瓦斯和地溫1.礦井瓦斯湧出

是礦井在開拓、掘進、回採過程中，瓦斯從煤層或岩層湧向採掘空間的現象。2.瓦斯湧出來源：煤層、岩層、鄰近層。3.絕對瓦斯湧出量(m3/min或m3/d)4.相對瓦斯湧出量(m3/t)第四節礦井瓦斯和地溫7.礦井瓦斯等級第四節礦井瓦斯和地溫7.礦井瓦斯等級《煤礦瓦斯等級鑒定暫行辦法》[2011]162號文《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》[2011]163號文2012.3.1起施行（1）每2年進行一次（2）平均0.3m以上煤層（3）有動力現象、鄰近突出、＞0.74MPa（4）60完成瓦斯（高）鑒定，120天完成突出鑒定（5）f≤0.3

p≥0.74；或0.3<f≤0.5

p≥1或

0.5<f≤0.8

p≥1.5或

p≥2（6）走向不少於2個，傾向不少於3個，最深必須有控制第四節礦井瓦斯和地溫二、地溫第四節礦井瓦斯和地溫1.地熱的基本概念

地溫梯度：℃/100m；地溫率：m/℃

地熱來源：岩漿熱；大地熱流；放射性元素等2.影響礦山地溫場因素(1)岩性；岩漿岩、石灰岩導熱性強，傳熱快—地溫低異常。泥岩、葉岩、煤導熱性差，傳熱慢—地溫高異常。煤系蓋層厚，地表水補給條件差，這樣地區地溫較高。第四節礦井瓦斯和地溫2.影響礦山地溫場因素(2)基底起伏與構造形態；基底隆起區古老岩系研性緻密導熱率高，熱流在隆起區域彙集形成高異常。(3)大地構造位置地殼活動區、岩漿活動區等地熱異常區。(4)深大斷裂深大斷裂是深部熾熱物質上升通道。(5)局部熱源影響岩漿侵入體餘熱；放射性元素的富集；硫化礦床的氧化熱。工作面溫度山東江蘇安徽河南>26℃135101226～30℃6372>30℃72310數據源自“深井熱害現場調研報告”——國家安全生產監督管理總局、中國礦業大學（北京）（6月25-7月6日現場調查）3.我國深井熱害第四節礦井瓦斯和地溫高溫熱害帶來的問題272829303132330100200300400500工傷頻次（次/千人）作業地點氣溫（℃）體能下降工作效率低高溫中暑誘發疾病現場暈倒影響安全平煤六礦、十三礦等井下溫度與事故率關係（南非金礦）第四節礦井瓦斯和地溫第四節礦井瓦斯和地溫我國《煤礦安全規程》規定：採掘工作面的空氣溫度超過30C，必須停止作業國家安委會專門下文建議采深超千米礦井“暫停開採”深井熱害治理迫在眉睫，已嚴重影響到我國深部能源開採

第四節礦井瓦斯和地溫徐州礦業集團以礦井湧水作為冷源的深井新型降溫模式，研發了HEMS降溫系統（HighTemperatureExchangeMachinarySystem）的成套技術和裝備深井降溫案例第四節礦井瓦斯和地溫HEMS降溫系統工作原理第四節礦井瓦斯和地溫

製冷工作站全景－600HEMS-I製冷工作站第四節礦井瓦斯和地溫蒸發器冷凝器第四節礦井瓦斯和地溫－800HEMS-PT壓力轉換工作站第四節礦井瓦斯和地溫管路連接第四節礦井瓦斯和地溫－1010HEMS-II降溫工作站

降溫工作站入口HEMS-DUSEL北京監控中心第四節礦井瓦斯和地溫7446工作面

(34～36℃)－600製冷工作站HEMS-I

地面工作站HEMS-III－600儲水倉冷源－800壓力轉換工作站HEMS-PT－1010降溫工作站HEMS-II供熱31℃風－600中央水倉11℃29℃7℃38℃12℃8℃14℃15℃18℃19℃22℃風22℃27～29℃24～26℃一、岩漿岩侵入煤層第五節岩漿岩1.岩牆第五節岩漿岩2.岩床不規則狀、串珠頭、層狀、扁豆狀二、岩漿岩侵入規律第五節岩漿岩1.岩漿侵入通道

斷裂：張性斷裂，易侵入

期前斷裂：對岩漿侵入起控制作用

期後斷裂：對先前侵入岩漿岩切割和改造作用

2.岩漿岩選層侵入

沿層理面、軟弱層位和層滑面側向順層侵入。煤層物理性質弱，裂隙和層面發育，煤層易熔蝕，是岩漿侵入的首選。岩漿全部或部分熔蝕煤層，穿插、切割煤層，侵入體形態複雜多樣。第五節岩漿岩3.岩漿岩侵入規律（1）受煤層厚度影響：煤層厚度越大，侵入體厚度越大，分佈面積越廣，形態越複雜；（2）受煤層結構影響：煤層夾矸層有無及厚度控制岩漿在煤層中分布和影響範圍；（3）受煤的物理化學性質影響：灰份較低、物性較軟和低變質煤易侵入；（4）受侵入通道大小和煤層傾角影響：斷層通道越大，物源越豐富，沿斷層侵入煤層範圍越大，沿煤層上山方向侵入破壞煤層嚴重。第五節岩漿岩4.岩漿岩侵入分區（1）上沖區岩漿通道及其附近區域，煤層幾乎全部被熔同化。（2）擴散區離開侵入中心，向外擴散區域，熔蝕和變質作用銳減，似層狀、串株狀、扁豆狀等。（3）波及區擴散區外圍，出現天然焦（岩漿接觸熱變質）三、岩漿岩侵入觀測和編錄第五節岩漿岩1.岩漿岩侵入體觀測（1）岩漿岩性質：顏色、成份、結構構造；（2）侵入體狀侵入形態，頒佈大小（長寬厚）和範圍；侵入體與圍岩的接觸關係（侵入接觸、沉積接觸、斷層接觸）（3）侵入體與斷裂構造的關係岩漿岩與斷裂的先後關係，判斷斷裂對岩漿起控制作用還是改造作用。（4）岩漿侵入體對煤層的破壞情況：位置、接觸關係、切割程度，穿插方式，分佈密度等。三、岩漿岩侵入觀測和編錄第五節岩漿岩2.岩漿岩侵入體井下編錄（1）巷道展開圖式編錄；（2）建立侵入區煤層厚度、變質程度、天然焦發育、煤質等檔案；（3）編制侵入體分佈圖，侵入區煤質變化圖、灰份、揮發份等值線圖四、岩漿岩侵入體探測和預測第五節岩漿岩1.岩漿岩侵入體探測第五節岩漿岩2.擴散區找煤預測（1）在厚煤層中找未被熔蝕的煤分層；（2）確定侵入體邊緣；分叉方向指向正常煤層；第五節岩漿岩（3）侵入體邊緣由於熔蝕同化現象顏色變淺彥語：“深色石頭離煤遠，白鬍子石頭快見炭”（4）根據接觸帶分佈特徵接觸變質帶分佈順序：侵入體

柱狀焦

塊狀焦

變質程度增高的未焦化焦

正常煤層。（5）原生侵入體岩漿流動方向：遠離侵入方向找煤（6）侵入體邊緣煤層呈旋渦褶皺、層理紊亂、淋水現象第六節煤層頂底板一、煤層頂底板對生產的影響1.影響工作面的連續推進工作面遇斷層時，堅硬的頂底板不利於挑頂臥底的方式通過斷層，工作面不得不重開切眼。2.頂底板的破壞可能導致突水華北地區下組煤的安全開採是一個重大課題。3.影響支護不同類型的頂板影響到支護的密度、支護形式。底板鬆軟將失去對頂板的支撐作用第六節煤層頂底板二、煤層頂底板條件的研究方法1.收集有關資料，頂底板岩性組合、厚度、層理和裂隙發育情況。2.研究井田地質構造展布規律對頂板條件的影響，褶曲、斷層和節理。3.採樣測試物理力學性質，瞭解岩石堅固性、可塑性、吸水率。4.觀測頂底板礦壓數據。5.編制頂底板條件類型圖和頂底板地質險情分析圖。第六節煤層頂底板二、煤層頂底板條件的研究方法底板研究

主要的采動破壞深度、機理、規律等研究。經常採用的方法：

注水法

超聲波法

地質雷達

應力應變觀測法第六節煤層頂底板第六節煤層頂底板

井巷工程地质井巷地質簡述

煤礦工程事故49%以上與工程地質問題有關。工程地質問題：邊坡滑動地基沉陷岩體移動井巷開裂、變形片幫、冒頂、膨脹井巷地質簡述井巷地質簡述井巷地質簡述第一節岩石的工程地質性質一、岩石的物理性質(1)岩石真密度和視密度、岩石比重(2)岩石的孔隙率：孔隙總體積/岩石總體積(3)岩石的吸水性：吸水能力(4)岩石的軟化性：吸水後強度降低的性能吸水率Wa是指岩石在普通大氣壓下吸水能力，吸水質量/試件品質飽和吸水率Wp是在一定高壓(15MPa)或真空下吸水能力。岩石飽水系數：Wa/Wp

一般0.5-0.8軟化係數ka=岩石飽水試樣的極限抗壓強度/乾燥試樣的極限強度。臨界值：0.75第一節岩石的工程地質性質一、岩石的物理性質(5)岩石的膨脹性(6)粘性土的可塑性(7)岩石的抗凍性是指岩石抗凍融破壞的性能。測定方法：將試樣浸水使飽和，在-25度冷凍，融化後再凍，反復10-15次，如試樣不出現裂縫、片落、脫角或其他破壞現象，則認為是抗凍。一般認為飽水系數小於0.8才是抗凍的。第一節岩石的工程地質性質二、岩石的力學性質(1)岩石抗壓強度：是指岩石在垂直壓力作用下抵抗外邊破壞的能力，數值上等於岩石破壞時極限荷重。單位kg/cm2；MPa/KPa影響因素：壓力垂直層理或片理，其值高，平行層理或片理則低；新鮮岩石高，風化岩石抗壓強度低；有裂隙發育則低，無裂隙則高；飽水岩石抗壓強度低於天然狀態或乾燥岩石；岩石比重、視密度大則抗壓強度大；第一節岩石的工程地質性質二、岩石的力學性質(2)岩石抗剪強度：岩石在剪切力作用下抵抗剪切破壞的能力。(3)岩石抗拉與抗彎強度：是指岩石在單向拉力作用下抵抗拉斷破壞的能力，最大拉應力。是指岩石在受彎狀態下所承受的最大拉應力和壓應力。抗壓強度遠遠大於其他強度抗拉強度一般為抗壓強度3-5%抗剪強度為抗壓強度的6-8%抗彎強度為抗壓強度的7-15%第一節岩石的工程地質性質二、岩石的力學性質(4)岩石堅固性：是指岩石抵抗外力作用的綜合強度，用普氏硬度係數f值表示。岩石的單軸抗壓強度100kgf/cm2(10MPa)，普氏硬度係數為1。各種岩石的硬度係數用下式表示：σc—岩石單軸抗壓強度；f—普氏硬度係數；第一節岩石的工程地質性質二、岩石的力學性質岩石名稱硬度係數f岩石名稱硬度係數f石英岩、玄武岩20砂質葉岩5花崗岩、灰岩、砂岩15不堅硬砂岩、礫岩4砂岩、礫岩、花崗岩、鐵礦石10泥灰岩、葉岩3灰岩、砂岩、大理岩、白雲岩8葉岩2普通砂岩6風化葉岩1.5主要岩石的硬度係數參考值(5)岩石的彈性模量與泊松比：

岩塊受壓，依次發生彈性變形、塑性變形、破裂變形。

彈性模量E為應力與應變比值；泊松比μ是橫向應變：縱向應變第一節岩石的工程地質性質第一節岩石的工程地質性質二、岩體的結構特性1.岩體結構：結構面和結構體大小、形狀和組合方式(1)沉積結構面：層面、層理面、假整合面、局部沖蝕面、成岩裂隙、原生軟弱夾層；(2)構造結構面：節理、劈理、斷層、層間滑動面、層間破碎帶；(3)次生結構面：風化或次生結構面，風化裂隙、卸荷裂隙、軟化或泥化夾層。第一節岩石的工程地質性質岩體結構面分級I級結構面：區域斷裂帶、構造結構面破碎帶寬度在數米以上。II級結構面：延展長而寬度有限有地質介面，如不整合面、假整合面、原生軟弱夾層、層間錯動帶、接觸破碎帶、風化夾層等。III級結構面：局部斷裂，小斷層，延展數十米，寬度0.5米，僅公佈在一個時代或一層中。IV級結構面：節理面，分佈範圍小，普遍存在於岩體中。V級結構面：延展差、隨機分佈、主要指細小的節理、劈理、片理、線理等。第一節岩石的工程地質性質2.結構體結構體是由不同產狀的結構面，將岩體切割成不同形狀的岩石塊體。影響因素：

(1)不同形式結構體，其穩定程度不同；

(2)結構體的產狀不同，其穩定程度不同；

(3)結構體的受力方向影響巷道的穩定性；3.岩體結構類型：岩體在外力作用下破壞：沿結構面的剪切滑移或拉張開裂岩體結構類型結構類型地質類型結構形式結構面發育情況工程地質評價塊狀結構厚、巨厚層石灰岩、砂岩、膠結好的礫岩塊狀

節理強度高、變形均、穩定、良好條件一般不支護層狀結構薄層狀、中厚層沉積岩板狀、楔狀層理、節理層越厚、越穩定，要求支護層狀碎裂結構較強褶曲及破碎岩體碎塊狀、片狀層理、節理、斷層、層間錯動整體強度低、軟結構面發育、穩定性差碎裂結構構造破碎強裂的厚層岩體碎塊狀節理密集、斷層發育易受地下水影響穩定性差巷道塌、冒頂要求支護、砌散體結構斷層破碎帶、風化破碎帶碎塊、磷片狀第二節岩體穩定性評價1.岩體穩定性：是指在一定時間、一定工程荷載條件下，岩體不產生破壞的壓縮變形、剪切滑移、拉張開裂的性能。2.影響因素：(1)圍岩性質(2)地質構造(3)地下水(4)岩體結構(5)地殼岩體應力狀態定性評價第二節岩體穩定性評價(1)圍岩性質礦物成份：粘土礦物組成軟、大硬度礦物級成岩石穩定。膠結類型：矽質膠結最硬，抗水性強；

鐵質結次之，強度高，抗水性強，但易氧化分解；

鈣質膠結強度較高，易水解；

泥質膠結強度弱，易軟化和溶解。形狀大小：大顆粒，不均勻，棱度越大，強度小，反之則越大風化情況：風化嚴重岩石強度低第二節岩體穩定性評價(2)地質構造構造變動：緩傾斜岩層強度大，急傾斜岩層強度小。斷層：淮北岱河礦二水準北大巷道掘進時遇落差35m的斷層，斷層帶寬6m，先後3次出現大的冒頂、煤、岩、水、氣突出，停工4年，增開745m的繞道。第二節岩體穩定性評價(3)地下水軟化軟弱結構面和泥質填充結構面；引起岩石膨脹、崩解、溶蝕；動水壓力引起軟弱結構面滲透變形，應力集中；靜水壓力引起岩體滑動破壞；腐蝕支護材料；查明地下水水位、類型、水頭壓力和水質第二節岩體穩定性評價(4)岩體結構散體結構最不穩定；碎裂結構和層狀碎裂結構性差；層狀結構穩定性最好。考慮岩體結構面、結構體和岩體結構類型第二節岩體穩定性評價(5)地殼岩體的應力狀態(1)岩體完整性定量評價a)岩體完整性係數II值越大，岩體越完整，反之則越破碎；

I>0.75完整性好岩體

I<0.45完整性差岩體

0.45<I<0.75完整性較好第二節岩體穩定性評價(1)岩體完整性定量評價b)RQD岩體質量指標級別岩體質量狀態RQD%Ⅰ很好90-100Ⅱ良好75-90Ⅲ一般50-75Ⅳ壞的25-50Ⅴ極壞0-25第二節岩體穩定性評價(2)結構面抗剪性磨擦係數越大，抗剪強度越大，岩體質量愈好。表示結構面對剪切運動的阻抗能力。結構面狀態磨擦係數f備註結構面充泥夾層，不含岩石碎塊，不含大於泥厚的岩石碎塊0.20泥厚越大，值越小結構面充泥化夾層，厚度小於岩石碎塊塊度0.30-0.50包括鐵、錳薄膜閉合充填結構面0.50-0.70包含少量碎屑第二節岩體穩定性評價(3)岩塊的堅固性I—岩體完整性係數；f—結構面磨擦係數；S—岩塊堅固性係數。岩塊對變形的抵抗能力，用飽水岩石單軸抗壓強度的百分之一表示，即岩石普氏硬度。評價結果Z值評價結果Z值岩體質量特好>4.5岩體質量壞0.3-0.1岩體質量好4.5-2.5岩休品質極壞<0.1岩體質量一般2.5-0.3(4)岩體質量係數第二節岩體穩定性評價1、地殼表層天在應力狀態(1)自重應力垂直應力水準應力N0—岩體側壓力係數，大多岩體0.