第一节煤矿地质基本知识

第一节煤矿地质基本知识一、煤层的形成与赋存特征1.在成煤的古地质年代，大量的植物死亡后，堆积在停滞水体中的植物遗体经泥炭化作用，转变成泥炭或腐泥；泥炭或腐泥被埋藏后，由于盆地基底下降而沉埋至地下深部，经成岩作用而转变成褐煤；温度和压力逐渐增高，再经变质作用后转变成烟煤至无烟煤。2.煤在地下通常是呈层状埋藏的，煤层在空间的展布特征，称为煤层形态。根据煤层在空间的连续情况，可分为层状、似层状、不规则状、马尾状等煤层形态。煤层结构是指煤层中夹矸的数量和分布特征。按是否含有夹矸层，常将煤层分为以下2种：（1）简单结构煤层，是指不含夹矸的煤层。（2）复杂结构煤层，是指含有夹矸的煤层。3.（1）顶板。正常层序的含煤地层中覆盖在煤层上面的岩层称为顶板。根据岩层相对于煤层的位置和垮落性能、强度等特征的不同，顶板可分为伪顶、直接顶和基本顶3种如图3-3所示。在采煤过程中，直接顶是顶板管理的重要部位。伪顶是指位于煤层之上，随采随落的极不稳定岩层。其厚度一般在0.5m以下，多由页岩、碳质页岩组成，不易支护。直接顶是指位于煤层或伪顶之上，具有一定的稳定性，移架或回柱后能自行垮落的岩层。其厚度一般为1～2m，多由页岩、泥岩、粉砂岩及少量的石灰岩组成。基本顶是指位于直接顶或煤层之上，通常厚度及岩石强度较大且难以垮落的岩层。基本顶一般只发生缓慢下沉，在采空区上方悬露一段时间，达到相当面积之后才垮落一次，其岩性多为砂岩、砾岩和石灰岩等坚硬岩石。（2）底板。正常层序的含煤地层中赋存于煤层之下的岩层称为底板。底板可分为直接底和基本底（又称老底）2种，如图3-3所示。直接底是指位于煤层之下硬度较低的岩层，厚度一般几十厘米至几米左右，通常为泥岩、页岩或黏土岩。基本底是指位于直接底或煤层之下较硬岩层，通常为厚层砂岩、石灰岩等。一、矿井水害1、矿井水的来源：（1）地表水（2）地下水（3)老空水（4）断层水2、煤矿常见的透水通道：3、透水事故易发地点：（1)接近含水层、导水断层、溶洞和陷落柱等地点。（2）接近水淹或可能积水的井巷、老空区或相邻煤矿的地点。（3）接近可能与河床、湖泊、水库、蓄水池、水井等相近的断层破碎带的地点。（4）打开隔离煤柱防水的地点。（5）接近可能出水的钻孔的地点。（6）接近有水的灌浆区的地点4、矿井发生透水事故前的预兆：挂红、挂汗、煤壁变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、水色发混、工作面有害气体增加、裂缝出现渗水。5、发生突水事故时的应急避险6、事故案例分析：2010年3月28日14时，华晋焦煤有限责任公司王家岭煤矿发生严重井下透水事故，下井261人，升井80人，28人死亡，153人被困。图3-3煤层的顶板与底板4.煤层厚度是指煤层顶、底板之间的垂直距离。根据矿井开采的技术特点，煤层厚度可大致分为以下3类：（1）薄煤层，是指厚度为1.3m以下的煤层。（2）中厚煤层，是指厚度为1.3～3.5m的煤层。（3）厚煤层，是指厚度为3.5m以上的煤层。在实际工作中，习惯上把厚度大于8m的煤层称为特厚煤层。在复杂结构的煤层中，煤层厚度可分为总厚度和有益厚度。总厚度是指包括夹矸在内的全厚度；有益厚度是指除去夹矸的纯煤厚度。5.煤层产状是指煤层在空间的位置及特征。煤层产状要素有走向、倾向和倾角，如图3-4所示。图3-4煤层产状ab——走向线；cd——倾向线；ce——倾斜线；α——煤层倾角；1——煤层层面；2——水平面（1）走向。煤层走向线是指煤层层面与水平面相交的线。走向线两端所指的方向称为走向。走向代表煤层在水平面中的延伸方向。（2）倾向。煤层层面上与走向垂直的线称为倾斜线。倾斜线由高向低在水平面投影所指的方向称为倾向。（3）倾角。煤层层面与水平面所夹的最大锐角称为倾角。根据矿井开采技术的特点，煤层按倾角大致可分为4类：近水平煤层，是指倾角为8°以下的煤层。②缓倾斜煤层，是指倾角为8°～25°的煤层。③倾斜煤层，是指倾角为25°～45°的煤层。④急倾斜煤层，是指倾角为45°以上的煤层。二、地质构造地质构造是指煤岩体在地壳运动作用下发生变化留下的形态或迹象。矿井地质构造包括井田范围内的褶皱、断层、节理和层间滑动等。矿井地质构造是影响煤矿生产和安全最重要的地质条件，也是岩体失稳的重要地质因素。（一）常见的构造形态1.岩层或煤层在地应力作用下形成的一系列连续的弯曲形态称为褶皱构造。每一个单独的弯曲称为褶曲。岩层向上凸起，并且核部是老地层、两侧为新地层者称为背斜；岩层向下凹陷，并且核部是新地层、两侧为老地层者称为向斜，如图3-5所示。图3-5背斜和向斜1——背斜；2——向斜2.煤（岩）层受力后发生断裂，出现断裂面，失去了连续完整性的构造形态称为断裂。断裂面两侧煤（岩）层没有发生明显位移的断裂构造称为裂隙或节理；断裂面两侧煤（岩）层产生明显位移的断裂构造称为断层。为了描述断层的性质及其在空间的位置和形态，可用断层要素来表示。断层要素包括断层面、断层线、上盘、下盘和断距等，如图3-6所示。图3-6断层要素α——倾角；ab——走向；cd——倾向；1——断层面；2——上盘；3——下盘根据断层上、下盘相对运动的方向，断层可分为正断层、逆断层和平推断层。（1）正断层，是指上盘相对下降，下盘相对上升的断层，如图3-7（a）所示。（2）逆断层，是指上盘相对上升，下盘相对下降的断层，如图3-7（b）所示。图3-7断层分类（a）正断层；（b）逆断层；（c）平推断层（3）平推断层，是指两盘沿断层面作水平方向相对位移的断层，如图3-6（c）所示。3.冲蚀（1）冲蚀，是指成煤后水流侵蚀了煤层、顶板甚至底板，而过后又被砂石充填的现象，又称冲刷带。有的还在煤层内形成包裹体，如图3-8所示。图3-8冲蚀和冲刷包裹体（a）冲蚀；（b）冲刷包裹体（2）陷落柱，是指煤系地层下部可溶性岩石在地下水溶蚀和重力作用下产生的坍塌现象。由于坍塌呈圆形或不甚规则的椭圆形柱状体，所以称为“陷落柱”，如图3-9所示。陷落柱内有大小不等的煤块、岩块和其他杂质胶结在一起，不坚硬，有的有积水、瓦斯等。在水文地质复杂的矿井中，陷落柱常是地下水的良好通道。陷落柱顶板难于管理。图3-9岩溶陷落柱（3）岩浆侵入体。含煤区域内的岩浆活动，无论是侵入、穿插或接触煤层，均可导致煤层的破坏和煤的变质，有的岩浆岩体还直接破坏煤层顶底板，使顶底板失去均一性，如图3-10所示。岩浆侵入体的存在，是影响煤矿正常生产和安全的地质因素之一。图3-10煤层受岩浆侵入破坏1——顶板；2——煤层；3——岩浆岩；4——底板（二）地质构造对煤矿安全生产的影响1.大型背、向斜轴部附近顶板压力常有增大现象，必须加强支护，否则容易发生冒顶事故，给顶板管理带来困难。有瓦斯突出倾向的矿井，向斜附近往往是瓦斯突出易发区域。2.（1）断层带岩石破碎，裂隙发育，易冒落，顶板管理困难。（2）较大的断层破碎带充满水后，可形成一个较大的储水构造；同时，断层破碎带还可以沟通若干个含水层，形成导水构造。当施工至这类含水构造时，容易造成水灾。（3）断层破碎带透气性能较好，在高瓦斯矿井中，瓦斯极易在此积聚，可能会造成瓦斯突出，给安全生产带来威胁。断层的开放性、封闭性对附近瓦斯涌出形式有较大影响。（4）断层破坏了煤层的连续性，给采区划分、工作面布置带来难度。较大断层可形成较宽的无煤带，既损失宝贵的煤炭资源，又使采煤工艺复杂化，给煤矿安全生产带来不利影响。第二节矿井水害7、矿井水的来源：（1）地表水（2）地下水（3)老空水（4）断层水8、煤矿常见的透水通道：9、透水事故易发地点：（1)接近含水层、导水断层、溶洞和陷落柱等地点。（2）接近水淹或可能积水的井巷、老空区或相邻煤矿的地点。（3）接近可能与河床、湖泊、水库、蓄水池、水井等相近的断层破碎带的地点。（4）打开隔离煤柱防水的地点。（5）接近可能出水的钻孔的地点。（6）接近有水的灌浆区的地点10、矿井发生透水事故前的预兆：挂红、挂汗、煤壁变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、水色发混、工作面有害气体增加、裂缝出现渗水。11、发生突水事故时的应急避险12、事故案例分析：2010年3月28日14时，华晋焦煤有限责任公司王家岭煤矿发生严重井下透水事故，下井261人，升井80人，28人死亡，153人被困。