第一章煤田地质及矿图知识.

第一节煤田地质概述一、成煤作用煤是古代植物遗体经成煤作用后转变成的固体可燃矿产二、聚煤期地壳是由岩石组成的。岩浆岩是由地壳内部熔融状态的岩浆，沿地壳的裂隙等薄弱地带侵入地壳或喷出地表，冷凝固结而形成的岩石。沉积岩是地壳表层环境中常温常压条件下形成的岩石。主要由风化和剥蚀岩石的碎屑及可溶物质等，经搬运、沉积、压紧、胶结而形成的岩石。变质岩是由原有的沉积岩、岩浆岩或变质岩在受到高温、高压及化学性活泼的气体或液体的作用，岩石的物理化学性质、结构及构造都发生变化，变成一种新的岩石，称为变质岩。为了便于矿产资源的寻找和开发，要求对各地的地层建立统一的名称和地质年代。地质年代就是将地球历史从古到今分为五大时期：太古代、元古代、古生代、中生代和新生代。代以下分为纪，纪以下分为世。每个地质年代都有相应的地层形成，这些地层以与代、纪、世相对应的界、系、统命名。例如，古生代形成的地层叫古生界，二迭纪形成的地层就叫二迭系，晚二迭世形成的地层就叫晚二迭统。表1-2地质年代（地层年代）表地质年代与地层单位见表1-2。聚煤期或成煤期：地质历史中形成煤炭资源的时期。古生代：石炭纪、二叠纪3个主要聚煤期中生代：侏罗纪新生代：古近纪、新近纪（第三纪）（三）煤层的构造形态地质构造：由于地壳运动而造成的煤层和岩层的空间形态。1.单斜构造在一定范围内，煤（岩）层大致向一个方向倾斜的构造形态，称为单斜构造，如图1-3(a)所示。煤（岩）层的空间形态，通常用产状要素----走向、倾向及倾角来描述，如图1-2所示。（1）走向煤层层面与水平面的交线称为走向线，走向线的方向称为走向。走向代表了煤层在平面上的延伸方向。煤层的产状要素（2）倾向煤层层面上与走向线垂直的线称为倾斜线，倾斜线自上而下所指的方向称为倾斜，倾斜在水平面上的投影所指的方向为倾向。（3）倾角煤层层面与水平面的夹角称为倾角。煤层倾角由0~90°。2.褶皱构造褶皱构造：煤层及岩层受到水平挤压力后，变成弯曲形状，但仍保持其连续性，如图1-3(b)所示。褶曲：褶皱构造中单个弯曲，是褶皱构造的基本单位。褶曲的基本形态是背斜和向斜。背斜：岩层层面凸起的弯曲，如图中的ABC。向斜：岩层层面凹下的弯曲，如图中的BCD。煤矿构造形态的类型核部：是褶曲的中心部分。背斜构造中指最老的岩层，向斜构造中指最新的岩层。翼部：是褶曲核部两侧的岩石。轴面：是一个平分褶曲两翼的假想面，这个面的位置可以是直立的、水平的和倾斜的；其形态可以是个平面，也可以是个曲面。轴线：是轴面与地表面的交线。轴线可能是直线，也可能是曲线；轴线的方向表示褶曲的延伸方向。枢纽：是褶曲中同一岩层的层面与轴面的交线。它可以是水平、倾斜、或波状起伏的。它能提供褶曲在延伸方向上产状变化的情况。褶曲要素示意图用褶曲要素来描述一个褶曲在空间的形态.褶曲要素包括：核部、翼部、轴面、轴线、枢纽等。-780m南翼胶带大巷预想地质剖面图13-1煤第二节煤质及煤的工业分类一、煤的元素成分1.碳（1）变质程度越深，含碳量越高（2）含碳量越高，发热量越高2.氢（1）变质程度越深，氢含量越少（2）完全燃烧产生热量：1千克氢≈4.2千克碳有机物质：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）无机物质煤泥炭：50%~60%,褐煤：60%~70%,烟煤：74%~92%,无烟煤：90%~98%含碳量3.氧变质程度越深，含氧量越低4.氮煤中氮含量仅1%~3%，主要来自成煤物质的蛋白质。泥炭：30%~40%,褐煤：10%~30%,烟煤：2%~10%,无烟煤：2%含氧量5.硫有机硫：成煤植物本身或成煤过程中硫酸盐类与植物分解产物相互作用而形成。硫无机硫：硫化物硫：黄铁矿(FeS2)、白铁矿（FeS2）硫酸盐硫：石膏（CaSO4·2H2O）等。煤中有机硫、无机硫和元素硫的总含量叫煤的全硫含量（St）。低硫煤St≤1.5%；中硫煤St=1.5%~2.5%高硫煤St=2.5%~4.0%；富硫煤St4.0%。6．磷炼焦煤中硫含量不超过1.2%炼焦煤中磷含量不超过0.2%二、评价煤质的常用指标1．水分（W）内在水分：指吸附和凝聚在煤粒内部毛细孔中的水分外在水分：煤炭采、运、储存及洗选过程中附在煤粒表面的水分。全水分：内在水分和外在水分的总和2．灰分（A）灰分：煤样在规定条件下完全燃烧后所剩得的残留物。低灰分煤：Ad15%）中灰分煤：Ad=15%~25%高灰分煤：Ad25%3．挥发分（V）和固定碳（FC）挥发分：煤在隔绝空气的条件下加热到90010°C并经7分钟后，从煤中有机物质分解出来的液体和空气产物。泥炭：60~90%,褐煤：40~55%,烟煤：10~50%,无烟煤：＜10%含氧量焦渣：测定挥发分时，残留的固态产物。固定碳：从焦渣中减去灰分的残留物。4．发热量（Q）发热量：单位质量的煤在完全燃烧时放出的热量，其单位常用KJ/g或MJ/kg。5．胶质层厚度（Y）胶质层厚度是反映煤的粘结性的指标。凡是有粘结性的煤，在隔绝空气条件下加热到一定温度（350°C以上），其有机质开始分解、软化成胶质体，然后随温度继续升高（510°C以上）胶质体又固结成多孔的半焦，最后形成焦炭。在此过程中，煤的粘结性越强，其胶质层厚度越大。6．粘结指数（GR.l.）粘结指数也是反映煤的粘结性的指标。粘结指数测定方法：用1g煤样与5g标准无烟煤，混合后快速加热，炼成焦炭；称其总重量为g，然后将焦块放在特制的转鼓内转磨两次，每次5分钟，每次转磨后用1mm的圆孔筛筛分，并称筛上1mm的焦粒重量分别为g1和g2，则当测得的G18时，煤样和标准无烟煤配比为3g：3g，测定方法同前，则7．含矸率含矸率：矿井所产煤炭中大于50mm的矸石重量占全部煤量的百分率。gggG507301021gggG21303010三、中国煤的分类我国实行的煤炭分类，如表1-3所示。共分14大类，17小类表1-3中国煤炭分类和用途第三节煤田地质勘探及煤炭储量一、煤田地质勘探阶段及其任务远景规划———煤田普查煤炭工业建设矿区总体设计—矿区详查煤田地质勘探矿井设计———井田精查煤田普查找煤:为寻找煤炭资源，并对工作地区有无进一步工作价值作出评价所进行的地质调查工作。普查勘探:为煤炭工业的远景规划和详查提供必要资料所进行的地质工作。矿区详查：在普查的基础上进行。根据国家建设需要和普查结果，选择资源条件好、开发条件有利的矿区进一步查明资源的情况，为矿区总体设计提供依椐。井田精查：为煤矿初步设计提供地质资料所进行的详查勘探工作。在设计部门划分的井田范围内，对影响煤层开采的各种地质条件进行详细了解，为矿井设计提供地质资料。1.遥感地质调查2.地质填图3.钻探工程4.山地工程5.地球物理勘探二、煤田地质勘探技术手段煤炭储量：煤田内埋藏的具有一定工业价值和一定勘探研究程度的煤炭资源量。不仅是一个数量概念，而是包括了数量、煤质和煤层开采条件等诸多因素的综合概念。三、煤炭储量表1-4煤炭储量分类表矿井设计储量：矿井精查地质报告提供的能利用储量减去断层、防水、井田境界等煤柱后剩余的储量。矿井可采储量：矿井设计储量减去工业场地、地面建筑物和构筑物、井下主要巷道等保护煤柱后乘以采区采出率所得到的储量。设计损失量：为了煤矿安全生产。按设计规定留设的安全煤柱以及采煤、运输过程中的损失量。第四节矿图基本知识一、矿图的基本知识在采矿设计、施工和生产过程中，需要一套图纸分别反映地形、地物、地下煤层形态、地质构造、矿井巷道与煤层或矿体之间的关系；矿井各种巷道、工作面以及它们之间的关系等，这类图纸称为矿图。矿图投影方法常用正投影和标高投影。投射线：表示光线的线投射面：落影平面投影图：产生的影子称为投影图平行投影：由相互平行的投影线所产生的投影正投影：平行投射线垂直于投影面。正投影的基本特点是：采用平行的投射线，投射线垂直于投影面，投射线可视为透过物体。正投影基本规律：1.点的正投影是点。2.直线平行于投影面，其投影是直线，反映实长。直线垂直于投影面，其投影聚集为一点。直线斜交于投影面，其投影仍为直线，但长度缩短。3.直线上一点的投影必在该直线的投影上。若将物体放在三个相互垂直的投影面之间，分别用三组平行投射线垂直于三个投影面，就能得到反映物体全部形状和大小的三个方向的正投影图。三组投射线与投影图的关系如图1-9所示。图1-9三面正投影关系标高投影：我国以黄海的平均海水面为标准的零点高程(标高)，空间一点与这个水准面的垂直距离称为该点的标高。高于水准面的取正值，低于水准面的取负值。在水平投影图上，在各投影点位置的旁边标注各点的标高数值，叫标高投影。如图1-10所示。图1-10标高投影原理1—大巷;2—上山;A、B、C—标高点矿图常用的坐标系统是：地理坐标用经度和纬度表示地球表面上一点的位置叫地理坐标。平面直角坐标如图1-11所示，坐标的纵轴X与地球子午线方向一致，表示南北方向，指北为正，指南为负；以横轴Y表示东西方向，指东为正，指西为负。地面上任一点A的位置由纵坐标Xa、横坐标Ya表示。图1-11平面直角坐标二、地质图反映煤矿各种地质现象与井巷工程之间相互关系及它们空间分布情况的所有图件称为煤矿地质图。1.钻孔柱状图根据钻孔资料编制的地质柱状图称为钻孔柱状图。该图可以表示一个钻孔内的煤层、岩层的相互位置及厚度。钻孔柱状图的比例：1∶50、1∶100、1∶200等。图1-13钻孔柱状图2.地质剖面图把同一条勘探线所有钻孔柱状图，按一定比例并按其标高和间距画出来，然后把对应的煤层、岩层及地质构造连起来。就得到该勘探线的地质剖面图，如图1-14所示。3．煤层底板等高线图煤层底板等高线：煤层底板相同高程各点的连线。煤层底板等高线图：假想用一定间距的水平面切割煤层底面，得出一组走向线，把它们投影到水平面上，所得到的图等高距：相邻两个水平面的高程差。在同一幅图上等高线的等高距相同。如果煤层为一平整长方块，则煤层底板等高线图也是个长方形，其长度与煤层走向长度相等，其宽度比煤层倾斜长度小。如图1-16所示。图1-16倾角与倾斜长度投影关系如果煤层不是长方块，其底板等高线图就不是长方形了，如图1-17所示。图1-17煤层底板等高线图概念之二煤层底板等高线图绘制：依靠钻孔柱状图的资料。根据图1-18中勘探线及钻孔位置、煤层底板标高、按一定比例用插入法就可以画出图1-18中的煤层底板等高线图。煤层底板等高线图常用的比例有1∶2000，1∶5000，1∶10000等。常用的等高距为20m、50m、100m。图1-18煤层底板等高线图之一在煤层底板等线图上应标明坐标网格及方位，如图1-19所示。图1-19煤层底板等高线图之二4．地形地质图煤田地形地质图：以地形图为底图，反映地层、煤层、构造、岩层等煤田基本地质特征的图件。图1-20山岭与湖泊等高线图1-21为一简单的地形地质图。图1-21地形地质图三、采掘工程图采掘工程图是反映采掘工程、地质和测量信息的综合性图纸。1.采掘工程平面图及剖面图对于中倾斜以下的煤层，通常只画水平投影图，称采掘工程平面图。如图1-22所示。图1-22采掘工程平面图及剖面图2.采掘工程立面图急倾斜煤层以正面投影为主，得出的图称为采掘工程立面图。如图1-23所示。图1-23采掘工程立面图3.煤层层面图选择一个与煤层层面平行的投影面作正投影，所得出的图形就能完全反映煤层内的真实情况，称为煤层层面图。如图1-24所示。图1-24普采工作面布置示意图本章小结煤田地质概述煤质及煤的工业分类煤田地质勘探及煤炭储量矿图基本知识第一节煤田地质概述一、成煤作用煤是古代植物遗体经成煤作用后转变成的固体可燃矿产1、成煤过程中的几个概念成煤作用:从植物死亡、堆积到转变为煤的演变过程，以及在这个演变过程中经受的各种作用。煤化作用：煤的成岩（碳）作用和变质作用的合称。成岩作用：泥煤或腐泥被掩埋后，在压力、温度等因素作用下，转变为褐煤的作用。变质作用：褐煤在地下受温度、压力、时间等因素的影响下，转变为烟煤或无烟煤、石墨等的地球化学作用。2、不同的煤如何形成褐煤：泥炭或腐泥经高温高压作用，泥炭层压紧失水，C含量增