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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浆侵入煤层第四节岩溶塌陷第五节矿井瓦斯第六节煤层顶底板第七节地温与矿山压力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湖泊淤浅再度聚积泥炭，形成分叉。原湖泊区再度加速沉降继续堆积泥砂。地壳不均衡沉降形成煤层分叉的形式：（1）马尾状散射束；（2）超覆式；（3）退覆式；（4）聚煤面积不断扩大的分叉类型；（5）聚煤面积不断扩大的分叉类型。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岩浆侵入引起岩溶塌陷引起（3）构造挤压引起煤层厚度变化的特点：a、由于夹矸与煤层混杂，造成灰分增高。b、顶、底板岩层不完整，裂隙发育，有时与煤互相穿插。c、在煤层增厚与变薄区，煤层结构遭到破坏,煤呈鳞片、粉沫状。d、沿煤层走向或倾向，煤层增厚带或变薄带交替出现。二、煤厚变化对生产的影响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、观测的基本要求：1）一切穿过巷道揭露煤层的地点，均应详细观测。2）顺煤层掘进的巷道，观测点间距视煤层稳定性确定。3）采面每7—10天布点观测一次。2、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。3、观测的一般方法观测与地质编录一起进行，煤层稳定时，隔适当距离实测小柱状，煤厚变化大，作一壁连续剖面，急倾斜，要作巷道迎头断面图。（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、厚煤层的探测：对于厚煤层，巷道一般不能揭露其全厚，而煤厚的变化又直接影响着分层开采和巷道布置，所以在厚煤层掘进和回采中，坚持探煤厚工作是十分必要的。1）掘进巷道的探煤厚工作（1）缓倾斜煤层：利用电钻探测煤层厚度，间距15—20米。（2）急倾斜煤层：钻孔与煤门相结合掘进巷道中的探测点间距，要立足于能够真实反映煤厚变化一般间距10—20米布置一个探煤点，两点煤厚变化大于0.5米时，要加密探测点。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2、煤厚变化的探测1）煤层分叉、尖灭的探测煤层分叉形式很多，但根据分叉后的稳定情况，可分两种，一种是煤层分叉后，各分层的分布比较稳定，这样的分叉煤层在勘探阶段就已查明，生产阶段主要进一步控制和确定可采分叉的分布和分合区界线。另一种是分叉或，仅有一层保持稳定既主煤层，其它各分叉很快尖灭，这种分叉煤层勘探阶段不易查明，甚至出现层位对比上的错误，产生阶段必须探明。（1）煤层呈多层次比较稳定的分叉，在稳定的厚度较大的煤层中布置巷道，探测其它分层的分叉情况。•巷道.（2）煤层呈短距离分叉：连络巷暗井+钻孔探测煤厚及分叉情况；急倾斜煤层用煤门+钻孔探测暗井（3）圈定分叉区根据钻孔、巷道、煤门等实件资料中的分叉点连接而成。2）煤层底凸薄化的探测（1）利用钻探控制掘进前方底凸位置（2）利用底板倾角推测掘进前方底凸位置3）河流冲刷的煤厚变化探测工作在巷道详细编录冲刷带的各种地质现象，如冲刷带宽度、厚度、岩性、煤层被冲刷的情况，冲刷面的特征。将巷道所见的冲刷现象展绘到平面图上。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）褶曲轴的判断：判断褶曲轴的方法：（1）根据上部资料推断：要注意不同类型褶曲轴在平面上的投影有不同的位置。（2）根据区域构造线方向推测：应用于资料较少地区。3）褶曲的观测：对于已确认的褶曲构造,应详细观测描述以下内容：（1）褶曲枢纽位置，倾伏方向和倾伏角。（2）褶曲两翼煤、岩层和轴面的产状要素。（3）褶曲与断层、节理、煤层厚度变化的关系。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。3、观测判断褶曲时应注意的问题：1）煤岩层的分析和对比：必须熟悉煤系地层和标志层。2）褶曲的不协调性：3）褶曲发展成断层的可能性：塑性弯曲和脆性断裂既有区别又有联系，挠曲可发展成正断层；倒转背斜发展成逆断层。4）注意倒转褶曲的倒转翼和正常翼。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：断层可以赋村瓦斯，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。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”。2）断层的观测：（1）位置的确定：通过测量点确定断层位置，边投绘到巷道平面图上。若断层成组出现，应分别测定各断层面位置，并确定主断层面。（2）断层面特征的观测：包括断层面形态特征、擦痕。（3）断层带特征的观测：断层带的宽度及带内构造岩。（4）断层两侧煤岩层层位、产状、伴生及派生构造。（5）断层产状与断煤交线测量。（6）断距测量。（7）断层的描述。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。a、牵引褶曲断层引起的牵引褶曲b、羽状节理：分布在断层一侧或两侧，与断层面斜交呈羽状排列的节理，它是由断层两盘相对运动位移产生的局部应力场的产物。羽状张解理：T断层面呈45°，锐角尖端指示本盘运动。羽状节理：S1与断层面近直交，锐角不稳定；S1S2夹角15°以下，锐角尖端指示T本盘运动。S2C擦痕、阶步：阶步由缓到陡或陡坡的倾向指示对盘运动（3）规律类推法故居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阶步向的一种方法。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。2、矿井构造预测：1）在剖面图中，根据水平巷道资料，推断下水平断层位置：F1F2F3100.50.ABC2）根据上部煤层资料，推断下部煤层情况：大煤野青煤3）根据同一煤层上水平巷道所见断层资料，预测新开巷道见断层的位置100908070例：100水平大巷由西向东掘进53mA53米处遇见一断层，断层100bc面产状102°∠60°,煤层90产状180°∠30°80C求：70米水平大巷遇该断层70D的位置？(比例尺1：1000)a作图方法：（1）作三角形（2）作煤层底板等高线bcd（3）作断层面等高线ab=10m；acb=α；adb=β（4）交点既为所求4）水平切面图上，相邻巷道的预测F无论哪一种预测，最主要的是收集已知资料，作到心中有数有些断层能否向深部延伸，取决于断层规模，断距等因素，所以要认真研究本区规律，近年来，龙荣生教授提出了矿井预测流程图使预测系统化，提高了预测的精度。确定预测目标综合加工分析构筑预测模型解模进行预测提出预测结果收集信息资料反馈优化参数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+++++规划其它井田+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2）掘进阶段（1）平巷过断层破顶破底（2）斜巷过断层石门石门反眼立井3）回采阶段（1）走向断层，落差大于2米，且分布较大，用双工作面。（2）斜交断层，双工作面渡过影响区。（3）工作面小型倾向或斜交断层，H2米重开切眼，H2米工作面推过，要注意使工作面与断层