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地质学基础地质学基础中国矿业大学资源与地球科学学院朱炎铭E-mail:yanmingzhu@sohu.com补——煤矿巷道知识主要巷道垂直巷道水平巷道开采巷道立井：主立井——提升煤付立井——材料、人员小井：3m，通风、行人等暗井、溜井（溜煤眼）平硐；石门；平巷：总运输巷，煤层运输巷总回风巷，煤层回风巷斜井：主斜井、付斜井；上山、下山，溜眼总运输巷，总回风巷；采区运输巷，采区回风巷；倾斜巷道采区巷道运输巷，回风巷；开切眼巷道迎头，两帮，顶棚；探巷掘进巷道第七章矿井地质补充煤矿巷道知识第一节地质工作概述第二节主要矿井地质工作第三节影响煤矿生产的地质因素一、目的与任务研究勘探、开拓的资料→保证矿井生产的正常进行；扩大储量、延长矿井的寿命，保证煤炭资源的合理开采；编制采面地质说明书；研究回采过程中的地质问题；对煤质和储量加强管理；长期积累、研究矿井的地质资料、找出问题和处理方式；二、矿井原始地质编录经常性和及时性；准确性和全面性；系统性和统一性；突出重点性第一节地质工作概述石门的编录石门编录示意图三、矿井生产中的“三量管理”三量：煤矿采掘生产的准备工作，包括水平开拓、采区准备和回采工作面的切割等三个阶段。根据上述三个阶段的井巷工程的性质和用途，定为开拓巷道、准备巷道和回采巷道；由三类巷道圈定的可采储量分别称为：开拓煤量、准备煤量和回采煤量，简称“三量”。开拓煤量：为开拓巷道所圈定的煤量。指完成开采所必须的：主井、副井、风井、井底车场、主要石门、集中运输大巷或运输大巷、集中下山或采区下山、主要溜煤眼和必要的总回风巷等开拓、掘进工程所圈定的范围内、按设计要求应采出的煤量。准备煤量：为准备巷道所圈定的煤量。指在开拓煤量范围内完成开采所必须的采区运输巷道、采区回风巷道及采区上山等掘进工程所圈定的范围内、按设计要求应采出的煤量。回采煤量：为在准备煤量的范围内，为采区上山、中间巷道和回采工作面切割眼，安装设备即可正式进行回采的煤量。四、储量损失与回采率：回采率计算：回采率=（储量-损失量）/储量×100%采区回采率厚煤层≥75%中厚煤层≥80%薄煤层≥85%水力采煤≥75%回采工作面回采率厚煤层≥93%中厚煤层≥95%薄煤层≥97%要加强储量管理、节约资源！！第二节主要矿井地质工作主要工作新开拓区（水平延深）的地质工作；采区掘进的地质工作；工作面掘进的地质工作；工作面回采的地质工作；矿井收尾的地质工作；矿井生产勘探工作为直接解决生产的具体问题勘探工作：采掘施工超前放瓦斯和水，探岩体分布和对煤层的破坏范围；确定岩溶陷入柱位置；探煤层厚变化、确定煤层的氧化和风化带；当巷道遇断层时，寻找断失煤层；圈定煤层的可采边界等。矿井生产勘探工作未开拓区地质构造及煤厚变化：了解未开拓区的地质构造及煤厚变化；井田深部或两翼范围内低级储量升级；探明井田内设计中未包括的可采薄煤层、高灰分的煤层中圈出局部可采低段；进行专门的水文地质勘探工程，“解放”受水威胁的煤层。第三节影响煤矿生产的地质因素一、煤厚变化对矿井生产的影响煤厚变化对生产的影响影响采掘部署；影响计划生产；增加掘进巷道的数量；回采率降低。。。简单处理：煤层分岔：特征简单处理1、煤层分岔后在井田范围内稳定分层作二层煤处理；2、厚煤层在一个或二个方向呈多次分岔及时用巷道或小钻探煤；3、一个煤层在不同地点向一个方向分岔一定要抓住主分支煤层；沼泽基底不平引起的煤层变化：特征简单处理煤层底不平，顶较平煤层运输巷可破底穿过；在厚煤处，采上分层时应及时探明下分层，减少资源浪费。后生冲刷引起煤厚变化：判断：充填物的岩性和顶板的接触关系；观察层理的倾斜方向以及砾石、树杆的化石的倾向，判断流动方面；编制顶板的岩性、岩相图和顶板砂体的厚度图；确定冲刷带的宽度和范围。处理：先判断后用巷道，钻探；运输巷道可穿冲刷带而过，采煤工作面布置视情况而定。构造挤压造成煤厚变化：要根据巷道的性质以及变薄的方向性而定；主要巷道应维持原来的设计，巷道穿顶或破底而过。对厚煤层的探测：坚持探煤，确定下分层煤厚，可用石门探，一般用电钻探煤厚；做到边采、边探。二、构造变动构造变动对煤矿的影响复杂开采技术条件及影响采掘部署；破坏煤炭储量；断层与褶曲地带容易发生事故；研究矿井构造的基本任务•在巷道施工过程中，应总结各类地质构造出现的预兆，以便预报前方的地质构造；•在巷道揭露了地质构造现象后，应查明其性质、产状及规模，以便为施工指明方向；•寻找地质构造的规律，把收集的井下资料反映到相关平面图或剖面图上，加以分析。褶曲的判断•在构造简单、标志层明显的矿井；识别背、向斜并不困难；•在构造复杂、岩层杂乱地区，要认真、具体进行分析。褶曲观测内容•应系统查明：褶曲轴的位置、延伸方向、是否倾伏及倾伏方向、倾伏角大小；两翼煤层、岩层产状；褶曲宽度、幅度；对煤厚的影响。断层的观测与判断•应系统查明：断层的产状、延伸方向、断层断距，断层素描；断失翼煤层的寻找•煤、岩层层位对比法鉴定断层另一盘岩层层位，然后结合断层面产状判断断层性质和落差。•利用断层带附近伴生的地质现象——小断层、牵引褶曲、擦痕……•作图分析法•根据断层规律的类推法•生产勘探方法•确定断层规模，寻找断失煤层对构造研究是一项复杂和全面的研究工作，因综合分析。断层预测•利用剖面图推测深部构造•利用水平切面图推断深部构造的延伸和影响范围•利用煤层底板等高线图推断断层在同一煤层内的延展，预测对深部煤层的影响•利用上煤层底板等高线图，推断下一煤层的断层出露位置•巷道遇断层前可能出现的征兆：A、断层附近煤岩层塑性变形现象；包括：煤岩层的产状发生变化、煤层厚度发生变化、出现牵引褶曲等…B、断层附近的脆性断裂现象；包括：顶底板中裂隙增多（一般在10-20m范围）；常伴生一系列小断层；如岩层裂隙构通含水层，则出现淋水增加、甚至发生涌水。C、遇断层前后，瓦斯涌出量往往明显变化；认真总结一个矿遇断层临近时的征兆，可以帮助总结矿井遇断层的现象，并达到预测断层的目的。构造变动对煤矿的影响复杂开采技术条件及影响采掘部署；破坏煤炭储量；断层与褶曲地带容易发生事故；巷道遇断层时的处理1、开拓设计阶段对断层的处理•井田或采区边界的确定井田：大断层作为边界，如落差100m或50m，在两侧各留30-50m的煤柱，合为边界，减少煤炭损失。采区：较大断层作为边界，如落差20m。•井筒位置的选择：一般立井井筒要布置在倾角较大的断层下盘，以距离断层30-50m为宜；•运输大巷的布置：遇大断层，可改向，但过断层后应尽快进入原设计层位。•开采块段的划分：应尽可能将较大断层留在采面之间的煤柱中，如走向断层划入阶段煤柱，倾向断层作为采区边界；2、巷道掘进阶段对断层的处理——应根据不同的地质条件和生产对巷道的要求分别采用不同的方法•平巷过断层：可采用斜穿煤层顶、底板或顺断层面掘进；•斜巷过断层：可采用斜穿煤层顶、底板或顺断层面掘进；•回采阶段对断层的处理：走向断层的处理：当断层落差小于煤厚，挑顶、卧底而过；当断层落差大于煤厚或采高，可分采；倾向断层的处理：当断层落差小于煤厚，挑顶、卧底而过；当断层落差大于煤厚或采高，重开切割眼回采；斜交断层的处理：一般与处理倾向断层的方法基本相同；三、岩浆岩对煤层的影响四、矿井瓦斯和地热（一）矿井瓦斯概述瓦斯是影响煤矿生产的一个重要因素；是深部开采的三大障碍：之一（瓦斯、地压和地温）；瓦斯成分与性质成分：CH4；CO2；N2组成；CH4：——瓦斯主要成分，无色、无味、无嗅、无毒的气体；空气中含量达5.3%-14%，遇火燃烧，在井下构成瓦斯爆炸；当浓度达40%，就可使人窒息致死；瓦斯成因泥炭50°埋深1000m褐煤50°-160°放出大量瓦斯烟煤（气、肥）160°-200°放出大量瓦斯无烟煤据计算：每生成1吨煤，可产生1000m3的瓦斯与二氧化碳瓦斯赋存状态两种：自由状态——瓦斯存于煤层与围岩的孔隙和裂隙之中；决定于：围岩的孔隙空间外界的T、P；吸附状态——以分子引力吸附在煤体表面，据测定1克无烟煤其表面积可达200m2.影响因素煤化作用围岩条件地质构造埋藏深度地下水活动瓦斯涌出矿井瓦斯等级一级瓦斯矿：5—5m3/T（昼夜）二级瓦斯矿：5—10m3/T（昼夜）三级瓦斯矿：10—15m3/T（昼夜）超级瓦斯矿：15m3/T（昼夜）注意：凡出现过一次瓦斯突出地矿井，均属超级瓦斯矿井相对瓦斯涌出量绝对瓦斯涌出量：m3/分钟瓦斯涌出种类瓦斯喷出煤与瓦斯突出突出压出：多发生在回采工作面倾出：煤层倾角45，在电压作用下，受重力而垮落瓦斯突出地一般规律•煤层厚度达0.2m才发生突出，煤厚越大，突出地危险性越大；•构造影响较剧烈地地带，煤呈颗粒状，鳞片状、易导致突出；•突出瓦斯压力一般需6个大气压，压力与突出可能性呈正比；•掘进形成的集中压力增加了突出的危险性；•受构造控制，往往突出成带状分布；•突出发生在瓦斯风氧化带以下的一定深度。瓦斯突出的防止•研究地质规律与瓦斯的关系——瓦斯地质研究，从而预测预防瓦斯的突出；•开解放层——先开采无突出危险或突出危险性较小的煤层，造成裂隙增加瓦斯通气性，降低突出煤层的瓦斯含量和压力；•打超前钻孔先排放瓦斯；•放震动炮；•水力冲孔（二）地热地热的基本概念地温梯度：℃/100m；地温率：m/℃地热来源：岩浆热；大地热流；放射性元素等地热研究地温等值线图；地温剖面图；热源研究。影响矿山地温场因素岩性；基底起伏与构造形态；深大断裂；地下水；局部地热源影响。五、岩溶陷落柱陷落柱对煤矿生产的影响煤层塌陷在一定范围内失去开采价值，减少煤炭储量，缩短了矿井服务年限，井巷报废；由于塌陷破坏煤层的连续性，给井巷工程的布置和施工，采煤方法和采掘机械的选择增加很多困难；陷落柱穿透含水层时，将地下导水采掘工作面，在地下水丰富的矿区内，将威胁生产安全；含煤地层下伏岩系如果为可溶性岩石，如石灰岩、白云岩、石膏层等，在地下水的溶蚀作用下可以形成岩溶洞穴，随着洞穴规模的扩大，在上覆岩系的重力荷载下，煤层及其围岩逐渐跨落，可形成环形柱状陷落，俗称陷落柱；充填堆积的岩石碎块层序混杂、排列紊乱、棱角显著、大小不一，并被粘土充填胶结；陷落柱的形态上一般呈上小下大的不规则圆柱体，截面多呈圆形或椭圆形，截面直径由几米至几百米井下遇陷落柱前的预兆产状变化：在塌陷过程中，因牵引作用使周围的煤、岩层向陷落柱中心方向倾斜；倾角在3°-6°之间，个别达10°，影响范围一般在15-20m；裂隙增多；小断向增多；煤的氧化；水的涌出量增加；陷落柱的成因有可溶性岩层；有良好的地下水活动通道；有丰富、饱和的侵蚀性水质；有地下水排泄口，以便加剧地下水地交替作用；陷落柱的探测钻探；物探；巷探；煤的氧化；水的涌出量增加；陷落柱调研影响煤矿生产的地质因素：煤厚变化构造变动岩浆岩矿井瓦斯和地热岩溶陷落柱本章结束利用标志层对比利用煤岩特征变化确定断层断层带附近的构造特征牵引褶曲小断层增多断层面特征断层带煤线见煤点见煤点见煤点见断层点底板掘进段：AC;DE;FB顶板掘进段：CD;EF;+100F见断层点上煤层推测下煤层断煤交面线的绘制——作图法例：在-150m顺槽中一点实测正断层上盘煤层断失点F点，测得煤层产状158°∠30°；断层面产状202°∠40°；垂直断层走向方向落差为H=17m。求作-150m以下的煤层底板等高线及断煤交面线。作图步骤：1：作煤层和断层面等高线2：连上、下盘断煤交线3：推出下盘煤层等高线利用个别煤层断失点产状资料，编制断煤交面线，以便研究断层对巷道开掘的影响，是矿井地质工作经常要做的工作。N45°30°0m50mABAC-150m-200m-250m-300m-350m17m-150m-200m-250m-300m-350m17m17mN30°0m50mABAC-150m-200m-250m-300m-350m-150m-200m-250m-300m-350m较大断层较小断层瓦斯地质研究包括