影响煤矿生产的地质因素.

第六章影响煤矿生产的地质因素第一节煤层厚度变化第二节矿井地质构造第三节岩溶塌陷第四节矿井瓦斯第六章影响煤矿生产的地质因素影响煤矿生产的地质因素是指在采掘生产过程中，影响煤矿生产的主要地质条件，如煤层厚度变化、地质构造等，不同的矿井有不同的主要影响因素，本章从地质与采矿结合的角度着重讲述地质因素研究的意义、任务、观测、预测、处理方法。第一节煤层厚度变化一、煤层厚度变化的原因煤层是泥炭层经煤化作用转化形成的，大都呈层状或是似层状。煤厚变化的原因很多，归纳起来可划分为两类：1、原生变化：整个含煤岩系最终形成之前，由某些地质因素引起的煤层的厚度变化。1）地壳不均衡沉降不均衡沉降沼泽基底不平2）泥炭沼泽基底不平：泥炭沼泽基底不平引起的煤层厚度变化特点：（1）底板起伏不平，而顶板与煤层的接触面是平面。（2）煤层变博的方向是底板突起的方向，煤层厚度是渐变的。（3）煤分层或夹矸被基底隆起地段隔开而呈现不连续。3）同生冲蚀：在煤层形成过程中，即未形成煤层顶板以前，因地壳上升，河流在含煤地段发育，泥炭被冲蚀—同生冲蚀。同生冲蚀的特征：（1）煤层和冲刷物有共同的顶板。（2）煤层和冲刷物相混，煤中有冲刷物，冲刷物中有煤。（3）冲刷范围一般不大。（4）冲刷物平面分布呈弯曲条带状。2、次生变化：含煤岩系形成以后，由于地壳运动、岩浆活动、侵蚀冲刷等引起煤层厚度发生变化。1）次生冲蚀：形成煤层和顶板以后，由于地壳上升，煤和顶板遭受冲刷。煤系内的后生冲蚀煤系形成后的后生冲蚀次生冲蚀的特征：（1）冲蚀规模较大，煤、顶板机器底板均被冲蚀。（2）冲刷沉积物粒度较粗，常为砾岩、粗砂岩及中砂岩。（3）邻近冲刷带的煤层，光泽变暗、灰分增高、裂隙发育。（4）被冲刷的煤层与冲刷沉积物犬齿交错。2）构造挤压：（1）受褶皱影响：（2）受断层影响：褶皱引起煤厚变化断层引起煤厚变化二、煤厚变化对煤矿生产的影响•1、影响采掘布置•原分层开采的厚煤层，由于煤厚变薄，只能改为单层开采。原一次采全厚的煤层，由于煤层增厚，又要改为分层开采。•2、影响计划生产•工作面内煤层变薄，引起工作面回采提前，造成采掘失调。工作面接续紧张。采掘工作面，对煤层稳定程度要求更高，煤厚变化影响生产效率•3、掘进率增高•为探明煤厚变化，需要布置探巷，有时煤层尖灭造成废巷•4、回采率降低•煤厚变化，造成面积损失，降低回采率。（一）煤层的观测1、观测的内容：1）煤层结构：各煤层夹石层层数，岩性。2）煤层厚度：总厚度，分层厚度及变化。3）煤层顶底板：岩性、厚度、裂隙发育程度、力学性质。4）煤质：煤的物理性质，煤岩类型。5）煤层含水性：一般分为干燥（无水）、潮（滴）、湿（淋水）、含水（涌水）6）煤层产状。（二）煤层的探测对于巷道未揭露的厚煤层或没有巷道揭露的煤层，就必须采用一些探测手段，来了解其厚度变化。探测工作常用的是探煤钻和探煤巷。1）掘进煤层巷道的探煤厚工作·在能够揭露煤层全厚的薄煤层及部分中厚煤层的巷道中，可用皮尺垂直煤层顶底板之间测量煤层真厚度。·在只能揭露部分厚煤层及部分中厚煤层的巷道中，须用钻探或巷探方法探测煤层全厚。2）回采工作面的探煤厚工作在厚煤层分层开采的工作面中，为了准确控制各分层的回采厚度，仅根据回采巷道中的煤厚点是不够的，一般还要在上分层的回采过程中，既测量实测采高，又按一定间距探测煤厚。（1）工作面探煤点间距：沿走向的间距一般为15米左右，沿倾向的间距视煤厚变换情况而定，一般为5—10米。（2）工作面探煤厚的方式：ⅰ回采第一分层时，一次探测煤层全厚。ⅱ回采第一分层时，只探测下一分层厚度第二节矿井地质构造地质构造包括：褶皱构造、断层和节理矿井地质构造按其规模大小和对生产的影响程度不同，可以划分为大、中、小三个等级。大型构造：指整个煤产地的骨干构造。它决定着井田的划分和总体构造轮廓。勘探阶段以查明，不是矿井地质研究的重点。中型构造：分布在井田范围内，影响水平、采区划分和巷道布置的次一级构造。勘探阶段尚未查明，对生产影响极大，研究重点。小型构造：规模很小。在一条巷道或一个工作面内就能看清全貌的更次一级构造。其密集发育时，对生产影响很大。一、褶曲研究1、褶曲的判断与观测：1）褶曲的识别：井下判断褶曲的标志：新老岩层对称出现且岩层产状有规律地变化。2、查明褶曲的生产探测手段：生产勘探手段：1）巷探：布置应遵循“一巷两用”的原则，探明褶曲，生产利用。2）井下钻探：构造复杂，控制较少的褶曲，应在井下邻近巷道利用钻探查明。4、褶曲对煤矿生产的影响和处理：1）大型褶曲：指影响井田划分和整个开拓系统的褶曲构造。（1）褶曲轴线作为井田边界：（2）井田内开拓部署中的处理方法：背斜轴部—总回风巷；向斜轴部—集中运输巷。以中型紧闭褶曲轴作为采区边界以中型向斜轴作为采区中心布置采区上山工作面直接推过向斜轴2）中型褶曲：往往是大型褶曲的次一级构造。（1）轴线选做采区中心，布置采区上、下山。（2）轴线做为采区边界（紧闭褶曲）。（3）工作面直接推过褶曲轴（宽缓褶曲）。3）小型褶曲：（1）使煤厚发生变化。（2）沿煤掘进时，褶曲使巷道变得弯曲。（3）影响工作面的长短。二、断层研究1、断层的判断与观测：1）断层的判断：断层出现以前，可能出现的征兆：（1）煤岩层产状发生急剧变化：断层附近的煤岩层，由于受断层两盘相对运动影响，往往会发生显著变化。（2）煤层厚度发生变化，煤层顶、底板出现不平行现象：煤层受断层影响易发生塑性变形，使厚度改变。（3）接近断层时，煤层和顶、底板中裂隙显著增加，并具有一定的规律性。（4）在大断层附近常伴生一系列小断层，这些小断层是预兆大断层的重要标志。（5）瓦斯涌出量增加：断层可以赋存瓦斯，当巷道揭露到断层附近时，断层中的瓦斯就可以通过煤岩层中的裂隙进入到巷道。（6）涌水量增加：滴水、淋水要注意。（7）煤、岩层产状不连续。（8）煤、岩层的重复与缺失。（9）断层带出现断层泥及断层角砾岩断层出现征兆和使用说应注意的问题，可简要归纳为几句话：产状煤厚生巨变，揉皱破碎光泽暗，节理增加有规律。瓦斯增加大显驼峰，滴水淋水或涌水，反常现象放在心，综合起来再确定，以防“草木皆成兵”。3）断失翼煤层的寻找：（1）层位对比法：（2）构造形迹判定法：是指根据与断层伴生和派生的小型和微型构造来判断断层性质的一种方法。牵引褶曲断层引起的牵引褶曲（3）规律类推法故据已掌握的该区的发育特征和规律，确定断层性质，指明断失翼煤层寻找方向的一种方法。适用于开采时间长，资料丰富的矿井。（4）生产勘探法如果遇到断层，通过观测和综合分析，仍不能确定断层性质或已确定断层性质，但断距无法确定时，需用生产勘探的方法来解决，其手段是巷探、钻探、物探。（5）小断层类比法根据与主要断层有成因联系的小断层特征和错动规律来推断主要断层性质，从而寻找断失煤层的方法。通常小断层与主演断层为同一性质断层。3、断层对煤矿生产的影响及处理1）开拓设计阶段：（1）井田、采区边界的确定：H50米的断层，应考虑该断层作为井田边界，这样使断层煤柱和边界煤柱和为一体，避免出现三角煤++++++30米煤柱++++++（2）井筒位置的选择：井筒尽可能避开大断层（3）井田开拓方式的确定：如遇断层破坏强烈区用竖井+主石门比斜井开拓合理第三节岩溶陷落柱岩溶陷落柱：在石灰岩等可溶性岩层地区，由于地下水的溶蚀作用而产生的塌陷现象。一、岩溶陷落柱的成因及特征（一）陷落柱1、成因：1）地质条件：岩溶发育必须具备的四个条件：（1）有可溶性岩层存在；（2）可溶性岩层透水；（3）水具侵蚀性；（4）水要流动2）形成过程：在重力作用下上覆岩层塌陷产生2、特征1）地表特征：盆状陷落区2）井下特征（1）柱面的垂直剖面为两条折线；（2）平面形状为一封闭曲线；（3）剖面形状为梯形，上小下大；（4）柱高与岩溶大小、地下水排泄条件有关；（5）柱内特征：上部岩石碎块杂乱无章，大小悬殊。早期的岩石碎块多已胶结成岩3、井下遇陷落柱前的预兆：1）煤岩层产状变化，向中心倾斜2）裂隙增多3）小断层发育4）煤被氧化，光泽变暗5）瓦斯增加二、岩溶塌陷的处理方法1）主要开拓巷道遇陷落柱：按原计划施工。2）回采工作面遇陷落柱：处理原则：查清其范围，缩短工作面回采。3）回风巷、运输巷遇陷落柱：一般直接通过。第四节矿井瓦斯瓦斯：是指在煤矿生产过程中，从煤和围岩中释放出来的一种多成分的混合气体。一、矿井瓦斯的形成及分带1、瓦斯的成分和性质：瓦斯中甲烷（CH4）占绝大多数。瓦斯又称沼气，为无色、无味、无毒，可以燃烧和爆炸的气体。比重为0.554，比空气轻，聚集在巷道上部。2、瓦斯的赋存状态1）游离状态瓦斯：以气体分子自由运动于煤层孔隙和裂隙中的瓦斯。2）吸着状态瓦斯：（1）吸附瓦斯：吸附在煤岩体表面的瓦斯，它往往形成一层薄膜。（2）吸收瓦斯：瓦斯分子进入煤体内部，与煤分子紧密结合成固溶体。3、瓦斯的成因瓦斯的形成和煤的形成是同步的，而且贯穿整个成煤过程的始终，但瓦斯大量生成并保存下来，是在煤的变质作用阶段。1）生物化学作用阶段植物成煤第一阶段有机质分解形成瓦斯，此阶段形成瓦斯是大量的，但保存很少，因为此时成煤物质多暴露在地表或埋藏很浅，绝大多数瓦斯都逸散到大气中。2）变质作用阶段成煤的第二阶段过程中，煤炭物质产生热解，发生一系列变化同时产生大量瓦斯。该阶段形成的瓦斯，由于在地下深处，不易扩散，煤矿生产中所揭露的瓦斯绝大部分是这阶段形成3）油气田瓦斯侵入来源于周围的含油层4、瓦斯分带煤层瓦斯成分由浅而深大体可分为四带第一带：N2--CO2带：CH4=0—10%，N2=20—80%，CO2=20—80%第二带：N2带：CH4=0—20%，N2=80—100%，CO2=0—20%第三带：N2--CH4带：CH4=20—80%，N2=20—80%,CO2=0—20%第四带：CH4带：CH4=80—100%，N2=0—20%，CO2=0—20%前三带称为瓦斯风化带，其深度差别很大，决定于空气透入条件，上部煤岩层风氧化情况及地下水活动强弱程度。二、瓦斯含量的研究煤层瓦斯含量：单位体积或重量的煤体内，含瓦斯的体积，单位m3/t、cm3/g，它应包括吸着、游离瓦斯。1、影响瓦斯含量的地质因素：1）煤的变质程度：（1）变质程度越高，产气数量越多，瓦斯含量越大。（2）变质程度不同的煤，空隙率不同，吸附能力差异较大。2）围岩和煤层的渗透性：渗透性好，有利用于瓦斯的运移和排放，煤层瓦斯含量较小，瓦斯分布较均一；透气性差，不利于瓦斯的运移和排放，有利其保存，瓦斯含量较大。3）地质构造地质构造对瓦斯的聚积和排放具有双重作用：张性断裂有利于瓦斯排放，压性断裂有利于瓦斯聚积。在煤层顶板岩性致密，透气性差的条件下，在未受断裂破坏和严重剥蚀是褶皱地区，一般在背斜轴部瓦斯含量大，向斜槽部小，当顶板为脆性岩层时，则相反。4）地下水活动：地下水活动区域有利于瓦斯的排放。5）煤田的暴露程度：暴露式煤田有利于瓦斯排放，隐伏式煤田有利于其聚积。