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1第二章煤矿地质基本知识一、煤矿地质基本概念1、岩石及其分类构成地球外层硬壳的物质叫岩石，它是由一种矿物或数种矿物组成的。岩石按其成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。2、岩浆岩或火成岩地壳下部（地幔或更深一些）的高温高压岩浆（岩浆温度通常为700～1300℃）沿着地壳薄弱部位或缝隙向上入侵到地壳乃至喷出地表，经冷凝结晶后而形成的岩石称为岩浆岩（又称火成岩）。淮北煤田常见岩浆岩有辉绿岩、闪长岩或闪长玢岩等；其硬度较大，锤击易帽火星。3、沉积岩沉积岩：由地质作用形成的岩石碎屑（泥、砂、砾石）、各种有机物以及溶解在水中的物质，在低洼的海洋、湖泊、沼泽等水盆地中沉淀下来，逐层堆积，经过压实、脱水、胶结而形成的坚硬岩石称为沉积岩。根据沉积岩的成因、成分及结构等特征分为碎屑岩、粘土岩和化学及生物化学岩等类别。煤矿井下常见的沉积岩有角砾岩、砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩和页岩、石灰岩、煤等。沉积岩主要的特征是有层理和化石的存在。4、变质岩由于地壳运动和岩浆活动的影响，使已经形成的岩浆岩、沉积岩或先期变质岩，在地下深处受到高温和高压的作用，改变了原来的成分和性质，变成新的岩石——变质岩。变质岩的常见类型：板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、糜棱岩、石英岩、大理岩、矽卡岩（常见的矿产有铁、铜、铅、锌、钨等）5、成煤的条件成煤的必要条件：煤的形成是许多地质因素综合作用的结果。在地史中并不是每个地质时代，各个地区都能成煤。因为煤的形成是有条件的。成煤的必要条件包括：植物条件、气候条件、地理环境条件和地壳运动条件等。如果地壳升降交替出现，则可形成多个煤层。淮北矿区含煤地层的沉积环境为滨海平原的海陆交互沉积；成煤时代为石炭、二叠纪。6、煤层及其厚度在聚煤时期，连续或大致连续沉积的一套含有煤层的沉积岩系，称为煤系或含煤岩系、含煤地层（或叫煤系地层）也和其它沉积岩一样，在地下呈层状埋藏，所以把沉积岩系中赋存的层状煤体叫煤层。2煤层厚度是指煤层顶底板之间的垂直距离。7、煤（岩）层的走向、倾向与倾角为了说明煤（岩）层层位的形态，就需要用煤（岩）层产状要素来表示。产状要素有煤（岩）层走向、倾向及倾角（简称煤（岩）层产状三要素）。煤（岩）层层面与水平面相交的线叫走向线，走向线是一条水平线。走向线两端的延伸方向叫煤（岩）层的走向。走向线上各点的高程都相等，它表示倾斜煤（岩）层在水平面上的延展方向。煤（岩）层层面上与走向线垂直，并沿层成向下所引的直线叫倾斜线或真倾斜线，它在水平面上的投影所指的方向称为倾向或真倾向。倾斜线只有一条，倾向也只有一个，并与走向相差90°，反映了煤（岩）层的倾斜方向。真倾角也只有一个。煤（岩）层层面的真倾斜线与其在水平面上投影线的夹角叫煤（岩）层的倾角或真倾角。倾角的大小表示煤层的倾斜程度。煤（岩）层层面上不与走向线垂直的向下直线称视倾斜线或伪倾斜线，它所指的方向称为视倾向或伪倾向、伪倾斜，它与水平面上投影线的夹角称为视倾角或伪倾角。视倾斜线或伪倾斜线有数条，视倾角或伪倾角也有数个。2-1煤（岩）层产状要素8、煤层厚度划分很薄或特别厚的煤层，其开采技术都比较困难和复杂。根据开采技术的特点，煤层按厚度划分为三类：薄煤层——1.3m以下；中厚煤层——1.3～3.5m；厚煤层——3.5m以上（大于8m的又叫特厚煤层）。9、煤层倾角划分3倾角的变化在0°～90°之间，煤层倾角越大，开采难度就越大。根据采煤技术的特点，按煤层倾角的大小不同，可分为三类：近水平煤层――倾角小于5°；缓倾斜煤层——倾角小于5°～25°；倾斜煤层——倾角25°～45°；急倾斜煤层——倾角大于45°。10、煤层的顶板与底板赋存在煤层之上的临近岩层叫煤层的顶板。赋存在煤层之下的临近岩层叫煤层的底板。11、煤层顶、底板分类1）煤层顶板按其部位与垮落情况分成三种：（1）伪顶：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。伪顶通常由炭质页岩、泥岩等强度较低的岩层构成，一般情况下随着采煤工作面的落煤而同时垮落。（2）直接顶：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。直接顶多数由、泥岩、粉砂岩、砂岩等岩层构成。（3）老顶：位于直接顶之上，通常是厚度及岩石强度较大，难于垮落的岩层。老顶由较坚硬的砂岩、粉砂岩、岩浆岩等岩层构成。2）煤层底板按其部位可分成两种：（1）直接底：位于煤层之下厚度较薄的岩层，常由泥岩、粉砂岩、砂岩等组成。如果直接底的岩性是遇水后膨胀的粘土岩，可造成巷道底鼓与支架插底，轻者影响巷道运输与工作面支护，重者可使巷道遭受严重破坏。（2）老底：位于直接底之下，一般由砂岩、粉砂岩或等坚固岩层所组成。12、围岩和原岩岩体中因采掘而受到影响的部分，一般为井巷最大直线尺寸的3～5倍。习惯上将此范围内的岩体称为围岩，而将该范围以外的岩体称为原岩。13、围岩分类为了区分在各种岩石中支护的难易程度，用围岩稳定性将各类岩石分为五类；第Ⅰ类：稳定岩层。第Ⅱ类：稳定性较好岩层。第Ⅲ类：中等稳定岩层。第Ⅳ类：稳定性较差岩层。第Ⅴ类：不稳定岩层。根据围岩的稳定性程度分类，选择不同用途、服务年限和断面巷道的支护类型和参数，以及在巷道掘进中制定加强顶板管理的措施。414、煤层结构煤层结构是指煤层中有无夹石层。不含夹石层的煤层叫简单结构煤层。含有夹石层的煤层则称复杂结构煤层。复杂结构煤层中的夹石层俗称“矸石”或“夹矸层”。煤层中夹矸的岩性可以是多种多样的。最常见的是炭质泥岩、黏土岩及粉砂岩，也有油页岩、石灰岩及细砂岩等。15、含煤岩系含煤岩系是指一套含有煤层，并具有成因联系的沉积岩系，简称煤系。煤系指含有煤层的沉积岩系，它们彼此大致连续沉积，并在成因上有密切联系。16、单斜构造在一定范围内，一系列岩层大致向同一方向倾斜，这种构造形态称为单斜构造。在较大的区域内，单斜构造往往是某种构造形态的一部分，如褶曲的一翼，或断层的一盘。17、褶皱构造、褶曲当煤岩层受外力作用后，被挤成弯弯曲曲，但仍保持连续完整的形态叫褶皱构造。褶皱构造的基本单位叫褶曲，它是褶皱中的一个弯曲部分。褶曲的基本形态有背斜和向斜，背斜的煤层凸起向上弯曲，向斜的煤层凹陷向下弯曲。在地层中，背斜和向斜往往是彼此相连的。a、背斜b、向斜背斜、向斜立体示意图18、断裂构造、断层与节理当煤（岩）层受地壳变化或造山运动的影响，发生断裂失去连续性的现象叫断裂构造。根据岩层破裂面两侧岩块有无明显位移，可将断裂构造分为断层和节理两种。断层：煤（岩）层被切断并破坏其连续性，而且两侧的煤（岩）层发生明显的位移叫断层。为了描述断层的性质和空间的形态，分别给予断层的各个部位以一定的名称，这些断层的基本组成部分称为断层的要素。其中包括：5（1）断层面：岩层断裂后，两侧的岩块沿着破裂面发生相对位移，该破裂面称为断层面。（2）断盘：断层面两侧发生相对位移的岩块，称为断盘。（3）断距：断层两盘岩层同一岩层相对位移的距离，称为断距。2-2断层要素示意图节理（也称裂隙）：煤（岩）层被切割破坏，产生许多裂隙，而且裂隙两侧的煤（岩）层没有明显的位移叫节理。节理与层理是不相同的，一是成因不同，层理是在形成沉积岩时生成的；而节理是沉积岩形成后，受外力破坏而生成的。二是形态不同，节理与煤层垂直或斜交；层理与煤层面呈平行状态。19、断层的分类（1）根据断层两盘相对位移的方向分类：①正断层：其特点是上盘相对下降，下盘相对上升。②逆断层：其特点是上盘相对上升，下盘相对下降。③平移断层：两盘沿断层面走向作水平相对位移的断层，又称平推断层。62-3断层位移分类2-4断煤交线示意图（2）根据断层走向与两盘岩层走向的关系分类：①走向断层：断层走向与岩层走向平行或基本平行。②倾向断层：断层走向与岩层走向垂直或基本垂直。③斜交断层：断层走向与岩层走向明显斜交。20、断层对煤矿生产的影响（1）影响井田划分。（2）影响井田开拓方式。（3）影响采区和工作面布置。（4）影响安全生产。（5）增加煤炭损失量。（6）增加巷道掘进量。（7）影响煤矿综合经济效益。21、断层的征兆在断层出现前，可能遇到的征兆主要有以下几种现象：（1）煤层、岩层的产状发生显著的变化；（2）煤层厚度发生变化，煤层顶底板出现不平行现象。（3）掘进巷道中经常出现明显的小褶曲，或煤层常发生强烈揉皱，以及滑面增多或变为鳞片状碎煤等现象。7（4）煤层和其顶底板中的裂隙显著增加，并有一定的规律性。（5）在大断层附近常伴生一系列小断层，这些小断层是判断大断层的重要标志；（6）在高瓦斯的矿井，在巷道中瓦斯涌出量常有明显变化地段。（7）充水性强的矿井，当巷道接近断层时，常出现滴水、淋水以至涌水的现象。在实际工作中，应根据上述各种征兆，再结合矿井的具体地质条件和已采掘地段断层资料，进行综合分析，使判断更符合实际。22、平巷掘进阶段对断层的处理平巷过断层分为穿过煤层顶板（或底板）和顺断层面掘进两种方式。当煤层平巷遇断层后，要求不改变巷道坡度而改变巷道的方向过断层，其中有破顶板掘进和破底板掘进两种情况。前者是煤层平巷过断层在断层上盘改向破顶板进入下盘煤层，后者是煤层平巷过断层在断层下盘改向破底板进入煤层。至于是选择前者还是后者，应根据岩性有利于施工、距离短和少丢煤等因素综合考虑。当煤层平巷遇斜交正断层，如果断层带的压力不大且没有瓦斯及水的威胁时，可沿断层带掘进并进入另一盘煤层；如果断层带岩石破碎、压力大且又有瓦斯和水的威胁时，则不能紧靠断层开掘巷道，而应使巷道穿过断层后，距断层面一定距离，平行断层走向开掘石门进入另一盘煤层。26、上山或下山等倾斜巷道掘进遇走向断层或斜交断层后，可根据生产上的要求，采取改变巷道坡度的形式通过断层的处理方法（1）当断层落差较小（小于煤厚）时，根据被断失煤层是上盘还是下盘，分别采用挑顶、卧底，或挑顶与卧底相结合的方式通过断层。无论选择什么方式通过断层，都必须使改2-5顺断层面过断层示意图变后的巷道坡度有利于运输。（2）当断层落差大于煤厚时，为防丢失煤层和少掘岩巷，采用石门、立眼或加大巷坡等方式进入断层的另一盘煤层。至于采用那种方法，应在查明断层的性质、产状和落差的前提下，除考虑断失翼煤层所在位置之外，主要取决于生产上的要求和巷道的用途。23、回采工作面对断层的处理（1）采用强行通过的方法。当断层落差较小，并满足下列情况之一者，可以采用强行通过断层的方法。①在普采及爆破采煤工作面内，断层落差小于煤厚时。②在综采工作面内，当断层两盘对接部分的煤厚大于液压支架的最小支撑高度时。8③在综采工作面内，当断层两盘对界部分的煤厚小于液压支架的最小支撑高度，但煤层顶底板岩性较软，采煤机能切割时。（2）采用重开切眼的方法。当断层落差大于煤厚时，对于倾向断层或斜交断层可采用重开切眼的方法，即提前在断层另一盘重新开掘切眼，待工作面推进到断层处，停止采煤，工作面搬家到新切眼内继续开采。（3）采用划小工作面的方法。当断层落差大于煤厚时，对于走向断层，可在断层两侧补掘中间平巷，把原来一个采面划分为两个采面分别回采。对于落差一端大、一端小的斜交断层，可采用合采与分采相结合的方法，把断层上盘、下盘煤层结合起来开采。14、开拓设计阶段对断层的处理22-6重开切眼示意图2-7工作面分成两个小采面回采示意图二、煤矿水害防治常识1、矿井水矿井水是指在矿井建设和生产过程中，流入井筒、巷道及采煤工作面的地表水、地下水、老窑积水和大气降水。矿井水害是煤矿五大灾害(水、火、煤尘、瓦斯、顶板)之一，轻则影响生产、增加排水费用、恶化生产环境，给生产管理带来各种各样的困难，重则造成淹井伤人重大灾害事故，给国家财产造成巨大经济损失。2、矿井水害常见水害：地表水，钻孔水、老空（老塘、老峒）水、松散层空隙水（四、五含水）、砂岩裂隙水、断层水、陷落柱水、灰岩水、离层水等地下水。淮北煤矿发生过四含水、灰岩水、离层水、老塘老峒水等突水事故。3、矿井突水条件突水水源主要有：含水层水（四含水、灰岩水）、断层水、老9塘老峒水、离层水、陷落柱水、封闭不良钻孔水等地下水源。突水通道：孔隙、裂隙、岩溶峒、断层、采动破坏、老空、井巷、勘探钻孔、特殊的地质构造等。4.矿井透水前的