煤矿地质学课件

地球第一節地球概況第二節地球的圈層構造第三節地球的物理性質第四節地質作用概述第一節地球概況

（一）宇宙中的天體宇宙空間包羅萬象，大至地球，太陽系，銀河系，總星系，小至分子，原子，基本的粒子，舉凡一切客觀存在，皆包含於宇宙之中，它們處在不斷的運動和變化之中。一、宇宙和地球（二）銀河系銀河系的主要成員是恒星。太陽在銀河系中是一顆中等恒星。恒星的大小，品質，密度，發光強度，表面溫度等有著很大的差異。1.太陽：太陽大氣中有73種元素，其中以氫、氦為最多，其餘60多種元素不足0.1%。太陽的物質不可能凝固，而是一個熾熱的氣球體。2.行星：按照它們與太陽的距離，由近到遠，依次為水星、金星、地球、土星、天王星、海王星、冥王星。（三）太陽系3.衛星：月球表面沒有任何形態的水，完全沒有大氣，其中所含的主要元素有：O、Si、Al、Ca、Mg、Ti、Na、K、Mn、C、N等。4.小行星5.隕星：按其成分可分為石隕石、鐵隕石、石鐵隕石三大類。6.彗星

地球北極凸出約10m，南極凹進約30m，中緯度在北半球凹進，在南半球凸出。用平均海平面做大地水準面起算高程。二、地球的形狀和大小（一）陸地的表面形態1.山地：海拔高程大於500m，相對高程在200m以上的地區。2.丘陵：丘陵是指介於山地和平原之間的高低不平的，底矮渾圓的小山丘地形。三、地球的表面特徵3.平原：平原是指面積較大、地勢平坦或略有起伏的地區。4.高原：海拔高程在600m以上，表面較為平坦的廣闊地區。5.盆地：盆地是指四周為高原或山地，中央為低平的平原或丘陵地區。6.窪地：陸地上高程在海平面以下的地區稱為窪地。（二）海底的表面形態1.大陸邊緣：大陸邊緣是大陸與大洋盆地之間的連接地帶。包括大陸架、大陸坡和大陸基。2.海嶺：海底山脈稱為海嶺，洋脊為海底線狀隆起地帶，中央部位常有一條巨大的裂谷。3.海溝：海溝緊靠大陸海岸山脈組成海溝山弧系；若海溝靠近大陸一側為海時，組成海溝——島弧系。4.深海盆地（大洋盆地）：介於大陸邊緣及洋中脊之間的平坦地帶。有深海丘陵、深海平原、海山。第二節地球的圈層構造

（一）地球內圈的劃分根據莫霍面和古滕堡面將地球內部劃分為地殼、地幔和地核。一、地球內圈的劃分及其主要特徵

（二）地球內圈的主要特徵1.地殼：上地殼叫矽鋁層，下地殼叫矽鎂層。2.地幔：位於地殼與地核之間的構造層為地幔。有一低速帶可能是岩漿發源地。3.地核：自古滕堡面以下至地心部分為地核。外核是液態物質、過渡層、內核是固體。

播放暫停停止（一）地球外圈的劃分：大氣圈，水圈和生物圈。（二）地球外圈的主要特徵1.大氣圈：分為對流層、平流層，中間層、熱層和散逸層。二、地球外圈的劃分及其主要特徵2.水圈：海洋、冰川、永久積雪、河流、湖泊、沼澤、地下水、土壤水及大氣水。構成一個連續的圈層。3.生物圈：包括動物、植物和微生物，在大氣圈10km高空，地殼3km深處，以及深海底部。第三節地球的物理性質一、密度：地球內部密度總趨勢是隨深度增加而增大。二、壓力：地球內部壓力的變化隨深度而增大。三、重力：它是由地心引力和地球自轉而產生的慣性離心力的合力。

地球具有電性，局部的地電異常反映出可能存在的礦體或地質構造。四、古地磁古地磁是指地質歷史時期的地磁場。五、地電（一）地球內部溫度及其變化1.外熱層2.常溫層3.內熱層（二）地表熱流和地熱異常六、地熱

主要集中在地殼，特別是酸性火成岩中。自然界中放射性較強的元素有鈾、釷和鐳等。七、放射性第四節地質作用概述

由自然動力促使地球物質組成、內部構造和外部形態變化與發展的過程稱為地質作用。其中，能源主要來自地球本身的稱內力地質作用；能源主要來自地球以外的稱外力地質作用。

（一）構造運動：由地球內動力引起地殼組成物質變形變位的機械運移過程稱構造運動。構造運動可分為升降運動和水準運動。一、內力地質作用

（二）地震作用：地震是岩石圈內積聚的能量驟然釋放而引起的大地震顫。陷落地震、火山地震和構造地震三大類。1.地震的有關術語：震源和震中、地震波、震級和烈度。2.地震地質作用（1）孕震階段（2）臨震階段（3）發震階段（4）餘震階段3.地震的地理分佈

（1）環太平洋地震帶

（2）地中海——印尼地震帶

（4）大陸裂谷系地震帶

（3）大洋中脊地震帶

我國的地理位置恰好處於歐亞和環太平洋兩地震帶的交匯區。東南沿海及臺灣地震帶、郯城——廬江地震帶、華北地震帶、南北向地震帶、西藏——滇西地震帶。（三）岩漿作用岩漿是飽含揮發組分，過熱水及蒸汽的矽酸鹽熔融體。岩漿形成、活動直至冷凝成岩的過程稱為岩漿作用。1.噴出作用（1）噴出作用的概念分為猛烈式和寧靜式噴發。火山噴發的形式可分為中心式、裂隙式及熔透式三種類型。（2）火山噴發的物質火山氣體、熔岩、火山碎屑。2.侵入作用1.變質作用的概念變質作用是指地殼中原有的岩石受物理和化學條件的影響，使其結構、構造和礦物成分等發生變化而形成一種新的岩石的過程。大量金屬和非金屬礦產都與變質作用有關並賦存於變質中，如鐵礦、磷礦、石墨礦、滑石礦等。（四）變質作用2.變質作用的因素（1）溫度（2）壓力：靜壓力、定向壓力。（3）化學性質活潑的流體岩石圈中的各種揮發性氣體和水，來自岩漿分異和地下熱水。3.變質作用的類型（1）區域變質作用廣大區域內地下深處的岩石遭受構造運動和岩漿活動等發生的一種變質作用.（2）接觸變質作用岩漿侵入時的高溫和大量揮發性物質以重結晶及交代作用的方式使圍岩發生變質的過程稱為接觸變質作用。

（3）氣成熱液變質作用由化學性質活潑的流體與圍岩發生交代，使原岩的礦物成分、結構構造都發生變化的一種變質作用。（4）動力變質作用動力變質作用是岩石在構造應力作用下發生破裂變形及一定程度重結晶的過程。

大氣、水和生物在太陽輻射能、重力能和日月引力等影響下產生的動力對地殼表層進行的各種作用，統稱外力地質作用。外力地質作用夷平地表，重塑地表形態，並引起地表物質的遷移、分散和富集。二、外力地質作用（3）生物風化作用（一）風化和剝蝕作用1.風化作用：（1）物理風化作用（2）化學風化作用①氧化作用②水或水溶液作用荒漠戈壁中的雅丹地貌蘑菇石球型風化2.剝蝕作用風化作用、剝蝕作用的主要區別在於風化作用的產物殘留原地，而剝蝕作用的產物隨運動介質搬離原地。（1）風的剝蝕作用（2）地表流失的剝蝕作用：地表水、洗刷、沖刷、坡流、片流、洪流、河流。

河流侵蝕作用主要是流水在河床中以三種方式、向兩個方向進行的。

三種方式是：A、沖蝕B、溶蝕C、磨蝕。

兩個方向是：A、下蝕作用，向源侵蝕。B、側蝕作用，截彎取直形成牛軛湖。1.流水的搬運作用2.海洋的搬運作用3.地下水的搬運4.風的搬運5.冰川的機械搬運（1）機械搬運（2）化學搬運（二）搬運作用（三）沉積作用在適當的環境停頓堆積和陸地沉積；按沉積方式有機械沉積、化學沉積和生物化學沉積等。1.河流的沉積作用：河流沉積作用以機械沉積為主，稱為洪積——沖積扇。2.海洋的沉積作用：以碎屑物質的機械沉積為主。K、Na、Ca、Mg的鹵化物Fe、Mn、Al、Si氧化物首先沉澱、然後是矽酸鹽、碳酸鹽，最後是溶解度最大的硫酸鹽和鹵化物。3.湖泊的沉積作用：向湖心逐漸變細至粘土或泥灰質等沉積的環帶狀分佈特點。4.生物沉積作用：生物沉積作用包括生物遺體沉積和生物化學沉積兩方面。（四）成岩作用：鬆散沉積物被覆蓋與原介質隔絕逐漸固結成岩。1.壓固作用2.膠結作用3.重結晶作用

礦物與岩石第一節礦物的概念及性質第二節常見礦物第三節岩石的概念及其分類第四節火成岩第五節沉積岩第六節變質岩

固體地球的最外圈是地殼，地殼由岩石組成，岩石是礦物的集合體，礦物由化學元素結合而成。第一節礦物的概念及性質目前已知的元素有108種。一、地殼中的元素

礦物是自然界中一種或多種元素在各種地質作用下的自然產物，它具有一定的內部構造、具有一定的外表形態、具有一定的化學成分、具有一定的物理性質。二、礦物的概念

類質同象：礦物的化學成分可以在一定範圍內變化。但是基本性質即礦物的內部結構沒有發生根本改變。

同質多象：同種化學成分的物質，化學成分完全相同，但內部結構迥然不同。

自然界產出的礦物都是晶體。內部具有格子狀結構才是晶體的本質。三、晶體與非晶體錳結核石棉綠柱石（一）礦物的形態1.單體的形態：一向延長的：形態呈柱狀、針狀、纖維狀。二向延展的：形態呈板狀、片狀、鱗片狀。三向等長的：形態呈等軸狀或粒狀。四、礦物的主要性質2.集合體的形態：（1）柱狀、針狀、纖維狀、放射狀。（2）板狀、片狀、鱗片狀。（3）粒狀集合體。（4）晶簇。（5）其他形態：鮞狀、豆狀、結核、鐘乳狀。（二）礦物的光學性質1.顏色：礦物的顏色是礦物對可見光中不同波長的單色光波選擇吸收的結果。礦物的顏色可以分為自色、他色、假色三種。2.條痕：礦物的條痕是礦物粉末的顏色。3.光澤：礦物的光澤指礦物表面反射可見光的能力。金屬光澤、半金屬光澤、金剛光澤、玻璃光澤、絲絹光澤、土狀光澤、油脂光澤、樹脂光澤。4.透明度：礦物的透明度指礦物透過可見光光波的程度。透明礦物、半透明礦物、不透明礦物。1.硬度：礦物的硬度是指礦物抵抗外力作用。將10種標準硬度礦物相對大小排列為10個等級1.滑石、2.石膏、3.方解石、4.螢石、5.磷灰石、6.正長石、7.石英、8.黃玉、9.剛玉、10.金剛石。（三）礦物的力學性質2.解理：礦物的解理是指礦物在外力打擊之下，總是沿著一定的方向裂開成光滑平面的性質。裂開的光滑面稱為解理面。完全解理、中等解理、不完全解理、極不完全解理。3.斷口：礦物的斷口是指礦物在外力作用下在任意方向產生不平整端面的性質。貝殼狀斷口、鋸齒狀斷口、參差狀斷口。（四）礦物的其他性質1.相對密度2.磁性第二節常見礦物一、礦物分類

在晶體化學分類中，將礦物根據其化合物的類型或陰離子的類型分為五大類。

第一大類：自然元素礦物。如自然銅、石墨等。自然硫自然銅石墨

第二大類：硫化物及其類似化合物礦物。如方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦等。鉛鋅礦銻礦

第三大類：氧化物及氫氧化物礦物。如石英、赤鐵礦、磁鐵礦、鈦鐵礦、鈮鉭氧化物。水晶鈮鉭礦黑鎢礦

第四大類：鹵化物礦物。如石鹽、螢石等。鹽華螢石白雲母

石膏

第五大類：含氧鹽礦物。如橄欖石、輝石、角閃石、雲母、長石、方解石、石膏等。

自然金、石墨、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦、石英、赤鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦、螢石、石鹽、橄欖石、石榴子石、紅柱石、藍晶石、輝石、角閃石、白雲母、黑雲母、綠泥石、高嶺石、蒙脫石、海綠石、方解石、白雲石、石膏、硬石膏、磷灰石。二、常見的造岩礦物

長石：鉀長石、鈉長石、鈣長石。鉀長石中包括正長石、鉀微斜長石、透長石等許多變種，其中最常見的是正長石。鈉長石與鈣長石可以任何比例混溶，所形成的完全類質同象系列稱為斜長石。

第三節岩石的概念及其分類1.火成岩2.沉積岩3.變質岩

一、岩石的概念

岩石的概念是：岩石是天然產出的礦物集合體，具有一定的結構，構造特徵，是地質作用的產物。二、岩石的分類第四節火成岩（一）火成岩的化學成分

O、Si、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K、Ti等。氧的含量最高，占火成岩總重量的46%以上。一、火成岩的基本特徵（二）火成岩的礦物成分長石、石英、雲母、角閃石、輝石、橄欖石、霞石、白榴石、磁鐵礦、磷灰石等十餘種。（三）火成岩的礦物共生組合規律及其化學成分的關係（1）橄欖岩和輝岩類：SiO2<45%。富含FeO和MgO主要是橄欖石、輝石，長石含量很少或無。（2）輝長石類：SiO2占45%～52%。Al2O3

含量急劇增多，出現輝石與斜長石共生。（3）閃長岩類：SiO2占52%～65%MgO、FeO、CaO減少，出現普通角閃石和中性斜長石共生。（4）花崗岩類：SiO2>65%。SiO2含量最多，出現石英、鉀長石、酸性斜長石、黑雲母共生。(四)火成岩的組構

1.結構:主要指岩石的組成部分自身的特點(結晶程度、顆粒大小、晶體形態、自形程度)及其相互間的關係。（1）顯晶質結構（2）隱晶質結構（3）玻璃質結構（4）等粒結構和不等粒結構（5）斑狀結構和似斑狀結構（6）自形晶結構、半自形晶結構和他形結構火成岩的結構主要有以下幾種:2.構造主要指岩石的組分在空間的分佈、排列、充填的方式。火成岩的構造主要有以下幾種：（1）塊狀構造（2）斑雜構造（3）氣孔構造和杏仁構造（4）枕狀構造（5）流紋構造（五）火成岩的產狀：火成岩的產狀是指岩石的大小、形狀、與圍岩的接觸關係，以及形成時所處的地質構造環境和距離當時地表的深度等。

1.侵入岩的產狀2.噴出岩的產狀火成岩一般根據化學成分、礦物成分、產狀和構造進行分類。1.化學成分分類根據SiO2的百分含量，火成岩可以分為：酸性岩SiO2>65%中性岩SiO2含量65%～52%基性岩SiO2含量52%～45%超基性岩SiO2<45%二、火成岩的分類2.礦物成分分類按礦物成分劃分的岩石類型與按化學成分劃分的岩石類型對應關係如下：橄欖岩——苦橄岩類超基性岩輝長岩——玄武岩基性岩閃長岩——安山岩正長岩——粗面岩類中性岩花崗岩——流紋岩酸性岩3.產狀和結構分類

橄欖岩、輝長岩、玄武岩、閃長岩、安山岩、正長岩、花崗岩，流紋岩。三、火成岩的主要類型第五節沉積岩（一）沉積岩的化學成分組成沉積岩的原始物質大部分是來自火成岩的風化產物。（二）沉積岩的礦物成分：主要礦物約20種。沉積岩的礦物成分按成因分為三類：陸源碎屑礦物、自生礦物、次生礦物。一、沉積岩的基本特徵（三）沉積岩的組構1.結構（1）碎屑結構：礫狀結構d>2mm砂狀結構d

2～0.05mm粉砂狀結構d0.05～0.005mm

泥狀結構d<0.005mm（2）非碎屑結構：由化學沉積作用和生物化學沉積作用形成的沉積岩往往具顯晶質或隱晶質結構。2.構造沉積岩的構造指由成分、結構、顏色的不均——引起沉積岩層內部和層面上宏觀變化特徵的總和。沉積岩區別於火成岩最具特徵的構造是層理和層面。沉積岩中常見的構造有：（1）層理：水準層理、平行層理、交錯層理、遞變層理。（2）波痕：由一系列平行的呈線性延伸的波峰與波谷組成。交錯層理（3）泥裂：裂縫內往往充填與沉積層性質不同的其他物質。（4）印模：是一種底層面構造。（5）結核：沉積層內一種與周圍物質成分截然不同的球至橢球狀的礦物集合體。（一）外源沉積岩類：所謂的“外源”，是指沉積物質來源於沉積盆地之外。（二）內源沉積岩類：所謂的“內源”，是指沉積物質直接來源於沉積盆地之內，是由沉積盆地內的溶解物質通過化學或生物化學作用沉澱生成的。二、沉積岩的分類

礫岩與角礫岩、砂岩、粉砂岩、泥岩與葉岩、火山碎屑岩、石灰岩、白雲岩、矽質岩。三、沉積岩的主要類型第六節變質岩（一）變質岩的化學成分：變質岩是由不同原岩經變質作用形成的。變質岩的化學成分主要有：SiO2、Al203、Fe2O3、FeO、MnO、CaO、MgO、K2O、Na2O、H2O、CO2

、TiO2、P2O5等。一、變質岩的基本特徵（二）變質岩的礦物成分：變質岩的礦物成分一方面對原岩有較大的繼承性，另外一類礦物是經變質作用形成的，如矽灰石、紅柱石、藍晶石、夕線石、十字石、堇青石、硬綠泥石、蛇紋石、滑石、石墨等。（三）變質岩的結構1.結構變餘結構：是指由於變質結晶和重結晶作用不徹底而留下來的原岩結構的殘餘。變晶結構：是指原岩在固態條件下重結晶和變質結晶作用過程中形成的結構。2.構造變餘構造：是指變質岩中不同程度保留了原岩的構造。變成構造：是指由變質作用形成的構造。往往按結晶程度從低到高的順序將片理構造進一步分成板狀構造、千枚狀構造、片狀構造、片麻狀構造等。

角岩、大理岩、石英岩、夕卡岩、糜棱岩、板岩、千枚岩、片岩、片麻岩。二、變質岩的分類

接觸變質岩類、氣－液變質岩類、動力變質岩類、區域變質岩類、混合岩類。三、變質岩的主要類型

地層古生物第一節古生物的地質意義第二節地層劃分、對比及地質年代表第三節地殼演化簡史第一節 古生物的地質意義1.古生物與古生物學地質歷史時期的生物，統稱為古生物。化石是保存在地層中的古生物遺體和遺跡。一、古生物及古生物學的概念2.古生物的分類古生物的分類基本是根據現今生物分類單位進行。界是生物最大的分類單位，生物分為動物界和植物界。界以下的分類依次是門、綱、目、科、屬、種，種是生物分類的基本單位。

界—門—綱—目—科—屬—種例如：狼

動物界—脊索動物門—哺乳綱—食肉目—犬科—犬屬—狼種

動物界：分為原生動物門、海綿動物門、古杯動物門、腔腸動物門、蠕蟲動物門、苔蘚動物門、腕足動物門、軟體動物門、棘皮動物門和脊索動物門等。脊椎動物亞門又分為無頜綱、魚綱、兩栖綱、爬行綱、鳥綱和哺乳綱。植物界：分為低等植物菌藻類、苔蘚植物門、蕨類植物門、裸子植物門和被子植物門等。奇臺矽化木四、古生物的發展演化是地質發展史的重要組成部分二、古生物化石在劃分對比地層上的意義三、古生物化石在研究古地理及沉積環境的意義第二節

地層劃分、對比及地質年代表

（一）地層劃分根據地層的特徵和屬性，按照地層的原始生成順序，把一個地區的地層劃分成各種地層單位，建立地層系統，即是地層劃分。目前常用的有岩石地層單位、生物地層單位和年代地層三種。一、地層劃分與對比的概念（二）地層對比將不同地區的地層進行比較，論證其他地質時代地層特徵和地層的對應關係，即為地層對比。（一）岩石地層學方法1.岩性及岩石組合分析法2.標誌層法3.旋回結構法（二）生物地層學方法1.標準化石法2.生物組合法二、地層劃分與對比的方法

（三）地層間接接觸關係分析法強烈地殼運動使水準狀態的地層傾斜、直立、甚至倒轉。不同時代形成的地層間接觸關係分為三種：整合、假整合和不整合。接觸關係反映的地殼運動是區域性的，例如海陸變遷、地形升降、氣候變化等不整合面都是地層劃分的重要標誌。（四）放射性同位素地質年齡測定放射性同位素是不穩定的，它產生裂變，釋放出能量，最後變成穩定的終極元素。常用的方法有鈾鉛法、銣鍶法等。（五）古地磁方法用岩石的磁化方向作為標誌，建立一個鑒定岩石相對年齡的時間表，稱地磁極向年表。（六）地質事件法地史時期有許多重大的地質事件，在地層中保留了明顯的痕跡。

（一）岩石地層單位以地層的岩石特徵和岩石類別作為劃分依據的地層單位，稱為岩石地層單位。組、群、段、層。三、地層單位的分類（二）生物地層單位根據地層中所含的生物化石內容和特徵而劃分出來的地層單位。生物地層單位界線往往與年代地層單位界線彼此一致。（三）年代地層單位和地質年代單位代表地史中一定時間範圍內形成的全部地層。年代地層單位分別是：宇、界、系、統、階、時帶。與它對應的地質年代單位是：宙、代、紀、世、期、時。地質年代表地質年代距今年齡值（Ma)生物演化宙代紀

人類出現顯生宙PH新生代Kz第四紀Q1.64近代哺乳動物出現晚第三紀N23.3

早第三紀E65被子植物中生代Mz白堊紀K135鳥類、哺乳動物出現侏羅紀J208

三疊紀T250裸子植物、爬行動物出現古生代Pz石炭紀C290

泥盆紀D362節蕨植物、魚類出現志留紀S409裸蕨植物出現奧陶紀O439無頜類出現寒武紀∈510硬殼動物出現元古宙PT新元古代Pt3震旦紀Z570裸露動物出現

800

中元古代Pt2

1000真核細胞生物出現古元古代Pt1

1800

太古宙AR

2500晚期生命出現，疊層石出現冥古宙

3850

第三節地殼演化簡史

根據同位素年齡測定，地球形成的時間大約距今45億a。一、太古宙

地殼經歷多次強烈運動，受很深的變質作用和多次岩漿活動，形成厚度大、強烈褶皺、變質很深的一套古老變質體系。礦產以鐵礦最重要。1.為中變質巨厚岩層，與下伏太古宇明顯不整合。發生多次大規模地殼運動，形成多個區域性的不整合。古元古代早期形成五臺群，五臺運動使五臺群褶皺變質。古元古代晚期形成滹沱群，發生強烈的地殼—呂梁運動從而華北地區穩定發展。二、元古宙2.中元古界在華北地區以河北薊縣剖面為代表。

3.新元古代大約8億前，華北地塊抬升，因而缺失震旦紀地層。南方以四川盆地為中心存在古元古界稱楊子古地塊。新元古代中期發生晉寧運動，形成由楊子古板塊及西側和東南緣及下楊子地區構造穩定的揚子大陸地塊。新元古代後期，震旦系已具備典型蓋層的沉積特徵。4.震旦紀時全球經受了一次寒冷氣候。5.元古宇中賦存鐵礦、銅礦、菱鎂礦、磷礦、含金和含鈾的變質礫岩及非金屬礦產。

早古生代包括寒武紀、奧陶紀和志留紀。從震旦紀到志留紀，華北地塊經歷了上升、下降、再上升三個階段，反映了一個巨大的地殼升降和海侵旋回。華南的揚子地塊在早古代長期遭受海侵，接受淺海碳酸鹽岩的沉積。在揚子地塊東南的華南地區，華北地塊以北的天山—興安和以南的昆侖—秦嶺及祁連山區，志留紀末加裏東運動形成加裏東褶皺帶。三、早古生代1.寒武系中的生物化石以三葉蟲最多。2.奧陶紀時，海生無脊椎動物筆石類大量發展。3.志留紀陸生、半陸生植物的發展、淡水原始脊椎動物無頜類和盾魚類的出現生物開始征服大陸，三葉蟲在志留紀末絕滅，腕足類中無房貝為志留紀標準化石。4.早古生代鐵、錳、鋁、磷等沉積礦產廣泛分佈。晚古生代包括泥盆紀、石炭紀和二疊紀。1.華北地塊自奧陶紀中期上升為陸經歷了約1.4億年的風化剝蝕，晚石炭世升降頻繁引起海水多次進退。晚石炭世和早二疊世早期是我國最重要的含煤期。華南地區晚古生代古地理面貌較為複雜，中泥盆世以後發生大規模海侵。

四、晚古生代2.石炭紀地球上首次出現大規模的森林。海生無脊椎動物以珊瑚、腕足類、棱角菊石類和牙形刺等最為繁盛。3.早二疊裸子植物參天的繁榮，二疊紀脊椎動物兩栖類最為繁盛。4.晚古生代是重要的成礦期有岩漿活動形成內生金屬礦產；煤、鐵、鋁、錳、石膏等沉積礦產，也是地史上第一個重要的聚煤期。

包括三疊紀、侏羅紀、白堊紀。中生代初期華北地塊早已成陸地，至三疊紀末由於印支運動我國南部也大多成為陸地。五、中生代

生物界三葉蟲、筆石、四射珊瑚、蜓類全部絕滅，菊石類是重要的標準化石，脊椎動物爬行類取代兩栖類。中生代礦產以石油、煤、鐵、含銅砂岩、鹽類等和內生金屬礦產最為重要。晚三疊紀和侏羅紀成為我國第二個重要的聚煤期。

新生代是地殼演化歷史中最新的一個階段。第三紀和第四紀。新生代後期的海陸分佈大致已與現代接近，地殼運動主要發生在第三紀中期和晚期，簡稱喜山運動。岩漿活動主要是玄武岩流的溢出。六、新生代

第四紀從200萬年前開始，一直延續到現在。曾發生過多次冰期和間冰期。新生代被子植物替代裸子植物，成為地史上的第三個聚煤期。新生代高級的哺乳類動物繼而興起，最終出現了人類。新生代形成外生礦產有鋁土礦、鹽類和砂礦，還有豐富的石油。

煤與含煤岩系第一節成煤作用第二節煤的物質組成、性質與分類第三節含煤岩系和煤田第一節成煤作用

在漫長的45億a的歷史上，有過三次高等植物的極盛期，即石炭、二疊紀的蕨類植物，三疊、侏羅紀的裸子植物，第三紀的被子植物。由低等植物形成的煤稱為腐泥煤，由高等植物形成的煤稱為腐植煤。一、成煤植物

（一）泥炭化階段

1.腐泥化作用低等植物中的蛋白質、炭水化合物、脂肪等物質經分解和化合物等一系列複雜的生物化學作用，與泥沙混合就形成了腐泥。二、成煤作用2．泥炭化作用植物遺體經過氧化分解和水解作用，一部分徹底破壞，轉變成氣體和水分逸去，一部分分解為較簡單的有機化合物形成了泥炭。

（二）煤化階段

1.煤成岩作用泥炭或腐泥被掩埋後，在地溫、壓力等因素的影響腐植酸向腐植質轉變而成褐煤的過程稱為煤成岩作用。

2.煤變質作用褐煤在地下受相對較高的溫度、壓力、時間等因素的影響轉變為煙煤、無煙煤、天然焦、石墨等的地球化學作用稱為煤變質作用。三、成煤的必要條件1.植物條件2.氣候條件3.地理條件4.地殼運動條件第二節

煤的物質組成、性質和分類

（一）煤岩成分煤岩成分是指肉眼能觀察到的煤的基本組成單位。一、煤岩成分和宏觀煤岩類型1.絲煤

2.鏡煤

3.暗煤

4.亮煤

（二）宏觀煤岩類型根據煤的平均光澤強度、宏觀煤岩成分的數量比例和組合情況劃分為:1.光亮煤2.半亮煤3.半暗煤4.暗淡煤（一）煤的化學組成1.碳（C）是煤燃燒過程中產生熱量的重要元素。2.氫（H）氫是煤中有機質的第二個主要成分。3.氧（O）氧是煤中不可燃的元素。4.氮（N）在高溫加工中，氮轉化為氨（NH3）以及氮的其他化合物。5.硫（S）硫是煤中有害元素之一，但硫是製造硫酸的重要元素。6.磷（P）磷危害很大煉焦時幾乎都轉入焦碳中，使鋼材具有冷脆性。二、煤的性質（二）煤的物理性質1.煤的顏色和條痕2.煤的光澤3.煤的密度4.煤的硬度5.煤的裂隙6.煤的導電性（三）煤的工藝性質（1）水分（M）（2）灰分（A）（3）揮發分（V）（4）固定碳（C）1.煤的工業分析2.粘結性煤的粘結性是煤粒在隔絕空氣受熱後，能否粘結其本身或惰性物質成焦塊的性質。（1）粘結指數（G）（2）膠質層最大厚度（Y）（3）奧——阿膨脹度（b）3.煤發熱量（Q）煤發熱量是指單位品質的煤完全燃燒時所產生的熱值。常作煤炭分類的一個重要指標。級別名稱代號發熱量範圍（MJ/kg）低熱值煤LQ8.50～12.50中低熱值煤MLQ12.51～17.00中熱值煤MQ17.01～21.00中高熱值煤MHQ21.01～24.00高熱值煤HQ24.01～27.00特高熱值煤SHQ>27.00（一）按煤的煤化程度和工藝性能分類1.無煙煤（XY）2.貧煤（PM）3.瘦煤（SM）4.焦煤（JM）5.肥煤（FM）6.氣煤（QM）7.長焰煤（CY）8.褐煤（HM）三、煤的分類（二）按煤的綜合利用分類

1.煉焦用煤

2.氣化用煤

3.低溫幹餾用煤

4.加氫液化用煤

5.燃燒用煤第三節含煤岩系和煤田（一）含煤岩系的概念含煤岩系是指一套含有煤層並且在成因上有聯繫的沉積岩系，其同義詞有含煤地層、含煤建造。（二）含煤岩系類型1.近海型含煤系2.內陸型含煤岩系一、含煤岩系及其類型（一）煤層1.煤層結構（1）簡單結構煤層：煤層中不含穩定的呈層狀的岩石夾層。（2）複雜結構煤層：煤層中常夾有穩定的呈層狀的岩石夾層。二、含煤岩系的組成2.煤層厚度煤層的頂板底板之間的垂直距離叫煤層厚度，有總厚度和有益厚度之分。3.煤層的分類（1）按煤層傾角分類

煤層露天開採地下開採近水準煤層<5<8緩斜煤層5--108---25中斜煤層10--4525--45急斜煤層

>45>45oooooooooooo（2）按煤層厚度分類煤層露天開採地下開採薄煤層<3.5m<1.3m中厚煤層3.5—10m1.3--3.5m厚煤層>10m

>3.5m（3）按煤層穩定性質分類①穩定煤層②較穩定煤層③不穩定煤層④極不穩定煤層（二）煤層的頂板、底板1.頂板指覆蓋在煤層上方一定距離的岩層。（1）偽頂（2）直接頂（3）老頂2.底板指煤層下方一定距離的岩層。（1）直接底（2）老底（三）煤系中的標誌層層位穩定分佈規律明顯，可以用與尋找或對比煤層的岩層叫標誌層。（一）煤田、煤產地的概念煤田是指同一地質時期形成，並大致連續發育的含煤岩系分佈區。煤產地是指受後期大地構造變動和剝蝕作用而分隔開的一些單獨的含煤岩系分佈區。（二）中國的主要聚煤期我國成煤作用較強的三個時期是：石炭--二疊紀、三疊紀--侏羅紀、第三紀。三、煤田、聚煤期及聚煤區

（三）中國的聚煤區1.東北聚煤區：該聚煤區位於陰山構造帶以北，包括內蒙古東部，黑龍江全部，吉林大部和遼寧北部的廣大地區。主要成煤時代為晚侏羅紀到早白堊紀，其次為早第三紀。2.西北聚煤區：又稱西北早、中侏羅世聚煤區。該區位於賀蘭山---六盤山一線以西，昆侖山---秦嶺一線以北的廣大地區，包括新疆全部，寧夏和內蒙古西部。尤其是新疆境內含煤性最好。3.華北聚煤區：它包括賀蘭山構造帶以東，秦嶺構造帶以北，陰山構造帶以南的廣大地區，包括山西、山東、河南全部，甘肅、寧夏東部、遼寧、吉林南部、陝西、河北大部、以及蘇北，皖北。該區內石炭二疊紀煤田分佈最廣，儲量最多。4.滇藏聚煤區：又稱滇藏中、新生代聚煤區。該區位於昆侖山系以南，龍門山------大雪山----哀牢山一線以西，包括西藏全鏡、青海南部、川西和滇西地區。主要成煤時代為二疊紀和晚第三紀。5.華南聚煤區：又稱華南晚二疊紀聚煤區，該區位於秦嶺、大別山以南、龍門山、大雪山、哀牢山以東，包括貴州、廣西、廣東、海南、江西、浙江、福建全部、雲南、四川、湖北大部、以及蘇皖兩省難部，其範圍跨越十三個省（區）。該區成煤時間較多，早石炭紀、二疊紀、早侏羅紀和晚第三紀。

影響煤礦生產的主要地質因素第一節煤層厚度變化第二節礦井地質構造第三節岩漿侵入煤層第四節喀斯特陷落柱第五節礦井瓦斯第六節煤層頂底板第七節地溫與礦山壓力第一節煤層厚度變化（一）原生變化 指泥炭層在接受沉積物覆蓋以前，地殼不均衡沉降、泥炭沼澤古地形影響、河流同生沖蝕，海水同生沖蝕造成。（二）後生變化指煤層被沉積物覆蓋以後，各種地質因素的影響使煤層形態和厚度變化。

一、煤層厚度變化的原因及變化特徵二、煤層厚度變化對煤礦生產的影響1.影響採掘部署2.影響計畫生產3.掘進率增高4.回採率降低（一）煤層厚度變化的觀測與探測

1.煤層的觀測（1）煤層觀測內容煤層厚度、煤層結構、煤層煤質、煤層含水及煤層頂底板等，並測量煤層產狀。三、煤層厚度變化的研究和處理（2）煤層的觀測方法

用皮尺垂直煤層頂底層而直接測量煤層總厚度。繪製煤層柱狀圖、迎頭素描圖，將井下收集的各種煤層資料，填繪在採掘工程平面圖上。2.煤層的探測（1）煤層厚度的探測（2）煤層分叉尖滅的探測（3）煤層底凸薄化的探測（4）煤層河流沖蝕邊薄的探測第二節礦井地質構造

大型構造是指決定井田總體形態和井田邊界的大型褶曲和大型斷層。中型構造是指井田範圍內影響采區劃分和采區巷道佈置的次一級褶曲和斷層。小型結構是指那些巷道施工或煤層開採過程中遇到的褶曲和小斷層。（一）褶曲對煤礦生產的影響（二）煤礦生產中褶曲的研究

1.褶曲的判斷岩層產狀的規則變化和岩層層序的對稱重複是識別褶曲的兩大標誌。（1）根據上部資料推斷（2）根據區域構造線方向推測一、褶曲構造2.褶曲的觀測（1）對在巷道中能看到全貌的小褶曲，應系統觀測褶曲軸位置、方向、產狀。（2）褶曲與斷層、節理、煤厚變化的關係。（3）查明褶曲的探測手段（三）褶曲的處理

1.大型褶曲褶曲軸線作為井田邊界，在井田開拓部署中開拓系統常把總回風道佈置在背斜軸部附近，運輸巷佈置在向斜核部解決兩翼運輸問題。以中型較緊閉褶曲軸作為采區邊界示意圖1—煤層等高線；2—背斜軸線工作面直接推過向斜軸部示意圖2.中型褶曲以褶曲軸線作為採用中心佈置采區上山或下山。

3.小型褶曲采面重開切眼生產、采面運輸巷改造取直。（一）節理對煤礦生產的影響及處理1.影響打眼爆破效果2.影響開採效率3.影響頂板控制方法4.影響工作面佈置5.對其他方面的影響

二、斷裂構造（二）斷層對煤生產的影響1.影響井田劃分2.影響井田開拓方式3.影響采區和工作面佈置4.影響安全生產5.造成煤炭損失量6.增加巷道掘進量7.影響煤炭綜合經濟效益（三）煤礦生產中斷層的研究1.斷層揭露前的徵兆（1）煤層和頂底板岩石裂隙顯著增加，靠近斷層增加明顯。（2）煤層產狀、煤層厚度發生變化，煤層頂底板出現不平行現象。（3）煤層出現揉皺和破碎現象，煤呈鱗片狀，粉末狀，常有小褶曲出現。（4）大斷層附近常伴生一系列小斷層並與大斷層性質相同。（5）高沼氣礦井，巷道中的瓦斯湧出量明顯變化的地段可能有斷層存在。（6）充水性強的礦井巷道接近斷層時，常出現滴水，淋水以至湧水現象。2.斷層的觀測（1）確定斷層位置（2）觀察斷層面特徵（3）觀察斷層的伴生派生構造（4）確定斷層性質及斷層力學性質（5）測量斷層面產狀（6）確定斷層的斷距和落差（7）對斷層進行素描3.斷失煤層的尋找（1）層位對比法根據巷道揭露的斷層兩盤煤岩層層位，尋找斷失煤層位置。（2）伴生派生構造判斷法一些小型或微型構造，在成因上與斷層有聯繫，在分佈上與斷層相伴隨。（3）規律類推法對礦區出現的斷層得出某些規律性認識，並據此尋找斷失煤層。（4）作圖分析法地質剖面圖，水準地質切面圖，煤層底板等高線及煤層立面投影圖。（5）生產勘探法生產勘探的手段主要有鑽探、巷探、物探手段。（四）斷層的處理1.開拓設計階段對斷層的處理（1）井田邊界和采區邊界的確定凡是特大型斷層應以斷層作為井田邊界，把井田邊界煤柱和斷層保安煤柱合為一體。劃分采區時應以斷層作為采區邊界。（2）井筒位置的選擇立井井筒要佈置在傾角較大的大斷層下盤，距斷層30～50m以外的位置。（3）運輸大巷的佈置運輸大巷須佈置在較堅硬的岩層中，且儘量少改變方向。（4）采區內塊段劃分盡可能的將較大斷層留在各塊段之間的煤柱當中。（5）井田開拓方式的確定2.巷道掘進階段對斷層的處理（1）平巷過斷層①煤層平巷在斷層上盤改向破頂板過斷層進入下盤煤層。②煤層平巷過斷層下盤改向破底板進入煤層。（2）傾斜巷道過斷層當斷層落差較小時，挑頂、挖底相結合的方式通過斷層。3.回採階段對斷層的處理（1）採用強行通過的方法①斷層兩盤對接部分的煤層落差小於煤層厚時。②斷層兩盤對接部分的煤層厚大於液壓支架的最小支撐高度時。③煤層頂板底板岩性較軟，採煤機能切割時。

（2）採用重開切眼的方法斷層落差大於煤厚時，對於傾向斷層或斜交斷層可採用重開切眼的方法。（3）採用劃小工作面的方法斷層落差大於煤層厚度，把原來一個采面劃分為兩個采面分別回採。第三節岩漿侵入煤層（一）岩漿侵入對煤質的影響（1）岩牆切割煤層（2）侵入體的大小（3）侵入體岩性對煤質的影響（4）岩漿侵入煤層，形成一個熱力變質帶一、岩漿侵入對煤礦生產的影響

減少煤炭儲量使煤質變差，揮發分降低，粘結性遭到破壞並破壞煤層的連續性。（二）岩漿侵入對煤礦生產的影響（一）對岩漿侵入體的觀測（1）岩漿侵入體的顏色、礦物成分、結構與構造特徵及岩石類型。（2）岩漿侵入體的產狀。（3）岩漿侵入體與斷裂的關係（4）侵入體與煤層的接觸關係，天然焦的寬度，煤層的變質程度等。二、岩漿侵入煤層的觀測與研究

厚煤層時，每隔一定距離應探測一次侵入體和煤層的厚度變化，對中厚及薄煤層，在同一煤層中佈置鑽孔或探巷查明侵入體平面分佈範圍。（二）對岩漿侵入體的探測

遇到岩牆可直接穿過。對於礦床要求探巷和鑽孔圈定範圍。（三）對岩漿侵入體資料的綜合研究編制侵入體分佈圖、煤質等直線圖、相應的剖面圖、素描圖等，然後提出侵入體分佈及煤層煤質預測圖。三、岩漿侵入煤層的處理第四節喀斯特陷落柱（一）喀斯特洞穴發育的地質條件（二）喀斯特洞穴致塌機理1.重力塌陷2.真空吸蝕塌陷3.物理化學作用綜合塌陷一、陷落柱的成因（一）陷落柱的基本形態1.陷落住柱的平面形狀陷落柱的平面形狀是指陷落柱與某一層面（如煤層頂底面）或地表面相交切的形狀。2.陷落柱的剖面形狀在堅硬岩層，柱體呈現上小下大的錐狀，鬆軟岩層中陷落柱體呈現上大下小的漏斗狀。二、陷落柱的特徵3.陷落柱的高度從溶洞底面至塌陷頂的垂直距離為陷落柱高度。4.陷落柱中心軸陷落柱各中心點的連線稱為陷落柱的中心軸線。1.陷落柱的地表出露特徵盆狀凹陷、丘狀凸起、柱狀破碎帶、特殊地貌形態。（二）陷落柱的出露特徵2.陷落柱的井下出露特徵（1）柱面特徵：堅硬岩石成突出狀；鬆軟岩石成凹進狀。（2）柱體特徵：較新層位的岩石碎塊或第四系沉積物充填。（3）陷落柱內沉澱物：常見到紅色的鐵質、白色的鈣質或高嶺土質沉澱物。（三）喀斯特陷落柱的分佈特點裂隙是形成喀斯特的重要條件。沿喀斯特化斷裂帶、褶曲軸，斷層交匯處。（一）陷落柱出現前的預兆產狀變化、裂隙增多、小斷層增多、煤質氧化、湧水增大。（二）井下遇陷落柱的觀測柱體前的煤岩層特徵、柱面特徵、柱體內特徵、利用已有資料。（三）陷落柱的探測鑽探、物探、巷探。三、陷落柱的觀測與研究（一）陷落柱對煤礦生產的影響破壞可採煤層，減少煤炭儲量，影響正規開採，影響採掘施工，影響安全。（二）陷落柱的處理方法把陷落柱留設在煤柱中減少煤炭損失，掘進遇陷落柱時直接穿過陷落柱。回採工作面中先探明再決定處理方法。四、陷落對煤礦生產的影響及處理第五節礦井瓦斯

礦井瓦斯是由煤層及圍岩釋放出來的一種多成分的混合氣體，包含CH2、N2、CO2、C2H6、SO2、H2S及CO等。（一）瓦斯在煤層的賦存狀態1.游離狀態（自由狀態）瓦斯2.吸著狀態瓦斯（1）吸附瓦斯（2）吸收瓦斯一、瓦斯的形成與分帶（二）瓦斯的形成（1）生物化學作用形成植物在缺氧條件下，由於細菌作用分解析出甲烷、重碳氫化合物、氫及其它氣體。（2）煤變質作用形成泥炭受地壓和地熱影響，氧、氫、硫、氮的含量降低，碳富集生成了甲烷、氫、重碳化合物等氣體。（3）油型氣來源油型氣系指礦井瓦斯的來源是油氣田的瓦斯侵入。（三）瓦斯分帶自上而下按瓦斯成分不同劃分為四個帶：1.氮氣——二氧化碳帶，CO2大於20%；2.氮氣帶，N2大於80%、CH4小於20%；3.氮氣——甲烷帶，CH4為20%~80%、N2為80%～20%；4.甲烷帶，CH4大於80%、N2小於20%。前三個帶統稱為瓦斯風化帶。（一）影響瓦斯含量的地質因素1.煤的變質程度2.圍岩和煤層的滲透性3.地質構造4.地下水活動5.煤田暴露程度6.煤層埋藏深度二、煤層瓦斯含量的影響因素及其預測（二）煤層瓦斯含量的測定1.直接測定法密閉式岩心採取器或集氣式岩心採取器，直接採集全層瓦斯煤樣。2.間接測定法——室內容量法。（三）瓦斯含量預測圖的編制（1）編圖的底圖瓦斯含量預測圖常以煤層底板等高線圖作為底圖，分煤層編制。（2）編圖資料有定性和定量的取樣成果資料。（3）編圖步驟首先填繪取樣點，並著色，在各取樣點旁邊注明瓦斯含量、煤層底板標高、離地表深度，然後做瓦斯含量等值線。（一）礦井瓦斯湧出現象1.普通湧出瓦斯從煤岩層的孔隙和裂隙中長期緩慢逸出的現象稱為普通湧出。2.特殊湧出分為瓦斯噴出和煤與瓦斯突出兩大類。三、礦井瓦斯湧出量及礦井瓦斯等級（二）礦井瓦斯湧出量（1）絕對瓦斯湧出量指礦井在單位時間內湧出的瓦斯量，單位用m/d或m/min表示。（2）相對瓦斯湧出量指礦井在正常生產情況下，平均每產1t煤所湧出的瓦斯量，單位用m/t表示。333（三）瓦斯礦井等級1.低瓦斯礦井，相對瓦斯湧出量

10m/t以下。2.高瓦斯礦井，相對瓦斯湧出量

10m/t以上。3.煤與瓦斯突出礦井，指在採掘過程中發生過煤與瓦斯突出的礦井。33（一）煤與瓦斯突出的地質因素分析煤層埋藏越深，地下水活動區，地質構造和地應力集中，煤層厚度大，煤質疏鬆，高變質煤易發生瓦斯突出。

四、防治煤與瓦斯突出的地質工作（二）防治煤（岩）與瓦斯突出的地質工作

1.作好突出點的地質編錄

2.編制突出點分佈圖

3.收集瓦斯地質預報資料

4.分析瓦斯突出與地質條件的關係

5.編制瓦斯突出預測圖第六節煤層頂底板1.影響回採工作面的連續推進2.頂底板的破壞可導致突水事故3.影響支護密度、支護形式及支護性能一、煤層頂底板對煤礦生產的影響（一）煤層頂底板的研究方法1.分析煤層頂底板岩石性質、分層厚度、組合特徵、層理和裂縫發育程度。2.分析井田地質構造規律及其對頂板的影響。3.頂底板岩石樣品，進行物理力學性質測試和微觀鑒定。4.收集開採過程中各類頂板的礦壓顯現及穩定狀況的資料。5.編制頂板條件類型預測圖和頂板地質險情分析圖。二、煤層頂底板條件的研究（二）煤層頂底板條件分類直接頂分類表6-5直接頂分類指標及參考要素表基本頂（老頂）分類表6-6基本頂分級指標及名稱表式中Pe——基本頂初次來壓當量，KN/m；

Lf——基本頂初次來壓步距，m；

N——直接頂充填係數；

hm——煤層采高，m；

ln——自然對數。表中分級指標Pe是基本頂初次來壓平均當量，初次來壓平均當量Pe可由下式確定：2Pe=241.3ln(Lf)－15.5N+52.6hm3.偽頂分類表6-8偽頂分類表4.煤層底板分類表6-9緩傾斜煤層工作面底板分類表第七節地溫與礦山壓力（一）引起煤礦地溫異常的因素1.礦區所處大地構造位置在地殼強烈活動區，地震、岩漿活動強烈，高溫熱泉廣布區。2.岩石的導熱性大多數火成岩、石灰岩、砂岩等導熱性強。一、地溫3.礦區基底起伏與褶皺構造背斜比相鄰向斜地溫要高，沉積岩的熱導率順層方向比垂直層面方向高。4.礦區鄰近深大斷裂深大斷裂通達上地幔是深部熱物質—熱載體上升的通道。5.礦區地下水活動地下水強烈活動區，水溫低於岩溫。6.局部熱源影響岩漿的餘熱,放射性元素,硫化礦床的氧化熱。7.人為因素影響（二）我國礦區的地熱類型基底抬高型、基底沉陷型、深大斷裂型、地下水活動強烈型、深迴圈熱水型、硫化物氧化型。（三）礦井地熱預測圖件有鑽孔測溫曲線圖、地溫剖面圖、煤層底版等溫線圖、水準切面等溫線圖、等深面等溫線圖、地溫梯度等值線圖及其它有關圖件。（一）礦山壓力及其成因在斷層、褶皺、節理發育部位，構造殘餘應力對礦壓明顯增大。（二）影響礦山的地質壓力的地質因素1.煤、岩層的物理力學性質。二、礦山壓力2.地質構造斷裂交叉、帚狀構造收斂部位、斷層的兩端、平面上斷層轉彎部位、褶曲軸部和翼部的交界附近及逆沖斷層或逆掩斷層的上盤、兩次構造的疊加部位是構造應力集中地段。3.水文地質條件礦井水的侵潤滲透，降低了岩石強度。4.瓦斯煤與瓦斯突出是衝擊的一種表現形式。

礦井水文地質與防治水第一節地下水的基本知識第二節礦井充水條件第三節礦井水文地質觀測及其水害的防治第一節地下水的基本知識水的迴圈可分為大循環和小迴圈兩種。一、自然界中水的迴圈

地下水是指埋藏在地表以下，儲存在岩石空隙中的水。有氣態水、吸著水、薄膜水、毛細水、重力水。二、地下水的概念

能透水的岩層叫透水層。對地下水的運動、滲透起著阻滯或阻隔作用的岩層稱為隔水層。含水層的形成必須具備三個條件：即岩層具有連通的空隙、隔水層條件和足夠的補給水源。三、含水層與隔水層（一）按地下水的埋藏條件分類1.上層滯水上層滯水是指埋藏在離地表不深的飽氣帶中局部隔水層上的重力水。四、地下水的分類2.潛水潛水是指埋藏在地表以下第一個穩定隔水層以上，具有自由水面的重力水面。潛水是不承受靜水壓力的無壓水，潛水是煤礦充水的重要水源之一。3.承壓水充滿於上、下兩穩定隔水層之間的含水層中的重力水，稱為承壓水。最適宜承壓水形成的構造型式有向斜和單斜。（二）按含水層空隙性質分類：1.空隙水空隙水由於埋藏條件不同，可形成上層滯水、潛水和承壓水。2.裂隙水（1）風化裂隙水：風化裂隙水大部分為潛水。（2）成岩裂隙水：常見於火成岩中，有固定層位，彼此相互連通。（3）構造裂隙水：層狀裂隙水，脈狀裂隙水。3.喀斯特水：可以是潛水，也可以是承壓水。水量大、運動快、對煤礦生產安全構成嚴重威脅。（一）地下水的物理性五、地下水的物理性質和化學成分溫度顏色透明度氣味覺味密度（二）地下水的化學成分離子狀態：陽離子有H、Na、K、NH4

、Mg、

Ca、Fe。陰離子有OH、Cl、SO4、NO2、HCO3SiO3、PO4。化合物狀態Fe2O3、Al2O3、H2SiO4。

氣體狀態其中N2、O2、CO2、CH4、H2S。++++2+2+2+2-2-3-

反映地下水化學性質的常用指標有以下幾個：1、氫離子濃度（PH值）2、硬度：地下水的硬度大小取決於水中Ca、Mg的含量。分為總硬度、暫時硬度和永久硬度。2+2+根據水的總硬度可將地下水分為五類（表7-2）3.總礦化度：水的總礦化度是指侵蝕性取決於CO2的含量。可將地下水分為五類（表7—3）名稱乾涸殘餘物（g/L）名稱乾涸殘餘物（g/L）淡水微鹹水（弱礦化水）鹹水（中等礦化水）<11~33~10鹽水（高礦化水）鹵水10~50>504.侵蝕性地下水的侵蝕性取決於水中侵蝕性CO2的含量。當含有侵蝕性CO2的地下水與混凝土接觸時，就可能溶解其中的CaCO3，是混凝土的結構受到破壞，即CaCO3+H2O+CO2Ca+2HCO32+（一）下降泉侵蝕下降泉、接觸下降泉、溢流下降泉。（二）上升泉侵蝕上升泉、斷裂上升泉。六、泉第二節礦井充水條件

有滲入、滴入、淋入、流入、湧入和潰入等，當湧入或潰入井巷的水量大，來勢猛時稱為突水。（一）礦體及圍岩空隙中的地下水1.空隙水水源2.裂隙水水源3.喀斯特水水源（二）地表水源地表水體包括江河、湖泊、池沼、水庫等。一、礦井水的來源1.礦井充水與降水量的大小、降水性質、和降水強度及延續時間有關系。2.礦井水量具有明顯的季節性，湧水量出現高峰的時間往往滯後。3.大氣降水滲入量隨開採深度的增加而減少。（三）大氣降水的滲入

湧水的特點是：水中含有大量的硫酸根離子，PH值在3左右，具有強烈腐蝕性，對井下設備破壞性很大，這種水成為突水水源時，來勢猛、易造成嚴重事故。（四）老窯及采空區積水1.岩層的孔隙2.岩層的裂隙尤其是張節理是礦井充水的有利通道，斷層是構造裂隙中最易造成災害性事故的進水通道。隔水斷層主要是壓應力及部分扭應力形成的扭性斷層。3.岩層的溶隙：在質純的可溶性岩石地段，在構造裂隙發育的部位、喀斯特通道複雜化。二、礦井充水通道的分析（四）人工通道1.勘探鑽孔造成的充水通道2.採礦活動造成的斷裂（一）覆蓋層的透水性及煤層圍岩的出露條件（二）地形條件的影響（三）地質構造的影響三、影響礦井湧水量大小的因素1.斷裂面的力學性質對礦井湧水量的影響（1）壓性斷裂面：斷裂面緊密，透水性較差，相對起隔水作用。（2）張性斷裂面：張性程度大，對礦井湧水量的影響較大。（3）扭性斷裂面：延展較遠發育深度大，低序次斷裂發育對礦井湧水影響較大。2.不同構造部位對礦井充水的影響（1）斷層端點部位及其兩側的岩石裂隙是突水較多的部位（2）主幹斷裂與分支斷裂的交叉點應力比較集中（3）斷層密度大的地段第三節

礦井水文地質觀測及其水害的防治（一）地面水文地質觀測：1.氣象觀測：蒸發量、氣溫、相對濕度。2.地表水觀測：江河、溪流、大水溝、湖泊、水庫、大塌陷坑積水等。一、礦井水文地質觀測3.地下水觀測：泉、井、鑽孔、被淹井巷以及勘探巷道等。4.導水斷裂帶發育高度的觀測：水流向采空區的垮落帶和斷裂帶的高度有關。（二）井下水文地質觀測1.巷道充水性觀測（1）含水層觀測：厚度、岩性、裂隙、揭露點的標高、湧水量、水壓等。（2）岩層裂隙發育調查及觀測：裂隙產狀要素、長度、寬度、成因類型。（3）斷裂構造觀測：斷層性質、產狀要素、落差、破碎帶寬度、透水情況。（4）出水點觀測：時間、地點、出水層位、岩性、厚度、出水形式、水量、水壓、標高、出水點圍岩及巷道的破壞變形情況等。（5）出水徵兆的觀測：經常觀測工作面是否潮濕、滴水、淋水。2.礦井湧水量觀測（1）礦井湧水量觀測要求：排水溝的出口、排水溝流入水倉處、井下出水點。（2）礦井湧水量的觀測方法：容積法、浮標法、堰測法、流速儀法、水倉水位觀測法、水泵有效功率法。

（一）地表防治水1.合理選擇井筒位置2.河流改道3.鋪設人工河床4.修築排水溝5.堵漏二、礦井水的綜合治理（二）井下防治水1.探放水：探放水是防止水害發生的重要方法之一，有疑必探，先探後掘的原則。巷道掘進接近小窯老空區、巷道接近含水層、巷道接近或需要穿過強含水層、上層采空區有積水，在下層進行採掘工作，兩層間垂直距離小於采厚的40倍或小於掘進巷道高度10倍，採掘工作面明顯出水徵兆時需探放水。（1）小窯老采空區積水的探放探水起點、小窯老區積水量的估算。探、放水鑽孔的佈置。（2）斷層水及其它可疑探放

2.煤礦酸性水的防治探水巷道探水鑽眼古巷道古巷道從鑽孔間漏過的情況圖巷道巷道前進20米20米超前距3m3m3m3m中眼外斜眼邦距12米探水眼的佈置圖3.井下防水煤柱的留設煤層位於地表水體之下或者煤層既和富含水層接觸又被部分富含水層掩蓋、煤層與充水斷層接觸、煤層與充水陷落柱接觸、工作面接近小窯老空區等。4.井下截水建築物的設置（1）防水閘門（2）防水牆5.含水層的疏排（1）巷道疏（2）放水鑽孔（3）疏放降壓鑽孔（4）吸水鑽孔：吸水鑽孔是指將煤層上部含水層中的水放入煤層下部含水層中的鑽孔。

利用注漿技術將製成的漿液壓入地層空隙，使其擴張凝固硬化來加固地層並堵截補給水源的通道。井筒地面預注漿、井筒工作面預注漿、井筒井壁注漿。（三）注漿堵水1.注漿材料：水泥漿液、水泥—水玻璃漿液和MG—646、木胺、鉻木素、塔克斯等化學漿液。2.注漿工藝：方案、設備、材料，方式，深度、參數，注漿孔、鑽進等。3.注漿設備：主要包括注漿泵、攪拌機、混合器、止漿塞和配套儀器儀錶。

煤礦環境地質第一節煤礦環境地質研究內容第二節煤礦環境污染因素和危害第三節煤礦環境監測與品質評價第四節煤礦環境地質工作第一節

煤礦環境地質研究內容

煤炭開發對地質環境的影響，廢石、廢水、廢氣等污染物含量和污染類型。有害物質遷移、聚集、擴散的途徑，空氣污染、水土污染、輻射污染、振動污染等形式。一、煤礦原始環境地質條件和環境品質二、煤礦生產活動引起的環境地質問題五、煤礦環境地質檢測和分析評價技術三、煤礦環境地質災害四、煤礦資源保護和環境污染防治方法第二節

煤礦環境污染因素和危害

天然因素影響和決定的環境稱為原始環境或第一環境。人類生產和生活等人為因素影響和決定的環境稱為次生環境或第二環境。一、煤礦環境污染因素及其特點（一）固體廢物1.矸石2.露天礦剝離物3.煤泥（二）廢水1.採礦廢水根據礦井水質可將礦井水分為五種類型。潔淨礦井水、含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水、含特殊污染物礦井水。2.選煤廢水煤泥水含有一定量的石油類、酚類、醇類、聚丙烯醯胺等有毒有機藥劑和煤中浸出的各種離子和放射性元素等。3.其他工業廢水指機修廠、火藥廠、礦燈廠、焦化廠等生產過程中產生的廢水。（三）廢氣1.採礦廢氣以甲烷為主的烷烴、芳香烴、氫等可燃性氣體和二氧化碳、氮等窒息性氣體，以及硫化氫、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等有害氣體。2.燃煤廢氣3.自然廢氣資源新疆煤田88個產煤地就有煤層自然火區42個，每年燒毀煤炭1億t之多。（四）粉塵煤礦粉塵以煤塵為主，還有岩粉和其他物質粉塵。其中含有砷、鉻、隔、硒、鋅等微量有害元素。（五）岩體移動採礦、煤層自然、矸石堆積等引起岩體移動。如新疆齊臺縣北山火區，煤層自然引起的地面塌陷達8-10m。（六）礦井熱熱源有地熱、空氣壓縮熱、井下煤岩層氧化熱、礦井熱水熱、煤層自然熱、機電設備運行熱、爆破熱及井下人員人體熱等。（七）雜訊工業生產雜訊，交通運輸雜訊、建築施工雜訊和社會生活雜訊等。（一）破壞土地資源（二）破壞水資源（三）影響大氣結構（四）污染自然景觀（五）誘發環境災害（六）破壞生態平衡（七）危害人類健康（八）制約煤礦的可持續發展二、煤礦環境污染的危害第三節

煤礦環境監測與品質評價（一）監測網點佈設1.對面狀監測對象（如礦區大氣，水庫，湖泊，矸石山等）的分佈方法。（1）網路布點法（2）同心圓布點法（3）扇形布點法（4）功能分區布點法一、煤礦環境監測2.對線狀監測對象（如河流，井下巷道，工作面等）的布點法一般按一定距離並結合汙源排放口，交匯點，採樣點等綜合布點。3.對點狀監測對象（如機器雜訊等）的布點方法通常根據不同對象在其表面或附近的一定距離內布點。（二）監測方法1.化學分析法2.連續分析法（三）監測內容1.煤礦大（空）氣監測2.水質監測3.土質監測4.岩移監測（四）監測數據整理1.算術平均值法用在監測時間長、數據多的情況下說明某一監測參數的平均水準或集中趨勢。2.幾何平均值法Ci=(Ci,av)(Ci,max)

該方法適當考慮了污染物最大濃度故得到了較為廣泛的採用。式中Ci——污染物濃度統計值；

Ci,av——污染物濃度算術平均值；

Ci,max——污染物濃度最大值。3.超標率法這種方法通常用與一定期間監測數據統計報表中數據的整理。式中Si——污染物超標率，%；

Ni,T——污染物監測樣本總數，個；

Ni,s——污染物超標排放（或環境）標準的樣本數，個。Si=Ni,sNi,T×100%（一）環境品質評價類型1.環境品質回顧評價2.環境品質現狀評價3.環境品質預測評價二、煤礦環境品質評價（二）環境品質評價內容1.環境品質調查與評價礦區地理位置和地質構造及地貌、氣象與氣候、水文、土壤、生物等。2.污染源調查與評價確定礦區內污染源，找出擴散和人為排放的方式、途徑、特點。3.環境污染現狀的調查與評價通過布點採樣和資料收集獲得環境品質資訊。4.環境效應分析評價生態效應分析、人體健康效應分析、經濟效應分析。（三）環境品質評價方法1.評價參數2.評價指標（1）分指數（污染指數）它反映的單一污染物對環境產生等效影響的程度或環境品質的影響程度。（2）綜合指數綜和指數表示多項污染物對環境產生的綜合影響程度，它以分指數為基礎，通過多種數學關係式綜合求得