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地测防治水讲义2015.08.27说明本次讲义内容分两大部分：一、矿井地质概况二、矿井防治水概况一、矿井地质概况本部分主要介绍：1、山西省煤炭赋存情况2、煤系、煤层观测与分析3、地质构造观测分析4、中盛矿井地质概况1山西煤炭资源赋存状况山西省煤炭资源储量大、品种全、煤质优、埋藏浅、易开采。全省含煤面积6.2万km2，占国土面积的40.4％。全省119个县（市、区）中，94个县（市、区）有煤炭资源分布。自北向南分布有大同、宁武、西山、河东、沁水、霍西六大煤田和浑源、繁峙、五台、垣曲、平陆五个煤产地。图4山西省煤炭资源分布图大同煤田河东煤田西山煤田霍西煤田沁水煤田浑源煤产地繁峙煤产地五台煤产地垣曲煤产地平陆煤产地宁武煤田在山西六大煤田中，大同煤田和宁武煤田主要赋存为动力煤，查明保有的煤炭资源量972.49亿吨；西山煤田和河东煤田、霍西煤田以炼焦煤赋存居多，查明保有的煤炭资源量802.37亿吨；沁水煤田以无烟煤、贫煤赋存为主，查明保有的煤炭资源量905.11亿吨；其它煤产地查明保有的煤炭资源量8.18亿吨。炼焦煤山西炼焦煤埋藏浅，层位稳定，厚度变化较小，地质构造相对简单，顶底板条件普遍较好，数量、质量均居全国首位。预测资源量多，在全国焦煤资源量中排名第一。离柳矿区、霍西煤田、乡宁矿区煤质好，属稀缺品种。主要煤种概况动力煤全国贫煤、气煤、弱粘结煤保有资源储量均以山西为最多。山西大同矿区和平朔矿区是优质气煤、弱粘煤的主要产地。大同矿区侏罗纪煤层煤质优，下层石炭二叠纪煤层煤质较差，开采难度高；平朔矿区煤质较差，洗选成本高。无烟煤山西无烟煤查明保有资源储量、预测资源量、总资源储量均居全国首位，产区主要集中在沁水煤田的晋城和阳泉两大矿区。2煤系的观测与分析煤系的概念煤系：是指一套含有煤层并具有成因联系的沉积岩系。古植物：物质基础古地理:海平面变化（浅海型、近海型、内陆型）古气候：温暖潮湿古构造：地壳缓慢下降含煤系数：煤层总厚度与煤系总厚度的百分比。反映含煤性。可采含煤系数煤系特征岩性特征：颜色：灰、灰绿、灰黑、黑岩性：砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩、灰岩、煤层含丰富的植物化石，含菱铁矿、黄铁矿结核，伴生矿产类型浅海型：浅海相近海型：陆相、过渡相、浅海相内陆型：陆相煤层的观测与分析煤层顶板、底板在正常的沉积层序中，位于煤层之上的一定距离内的岩层称为煤层的顶板；位于煤层之下一定距离内的岩层称为煤层的底板。顶板分为：伪顶、直接顶、老顶（基本顶）底板分为：直接底、老底（基本底）顶板伪顶：直接位于煤层之上的较薄岩层，极易破碎垮落，随采随落。一般多为炭质泥岩、页岩等，厚度几厘米到几十厘米。直接顶：位于伪顶之上或直接位于煤层之上的一层或几层岩层，一般由砂质页岩、泥岩、粉砂岩等比较容易垮落的岩层组成。通常在采动后随支护回收自行垮落，有时需要人工放顶。老顶：位于直接顶之上或直接位于煤层之上的厚而坚硬的岩层，一般由砂岩、砾岩、石灰岩等坚硬岩层组成。在采空区可悬挂较长时间不垮落，只发生缓慢的下沉弯曲变形。底板直接底：直接位于煤层之下，强度较低的岩层。一般由泥岩、炭质页岩、粘土岩等组成，厚度多为数十厘米，有的遇水易膨胀，会发生底鼓现象。老底：位于直接底之下或直接位于煤层之下，一般由比较坚硬的砂岩、石灰岩等组成，对支护的支撑力较强。煤层结构煤层结构：指煤层中煤与夹矸的组成状态和分布特征。《规范》分成：简单、较简单、复杂、极复杂四种。夹矸：煤层中厚度为0.1m至煤层最低可采厚度的岩石夹层。简单结构：不含或含1层夹矸，夹矸层位稳定，厚度和岩性变化不大，容易对比；较简单结构：含1～2层夹矸（一般2层），夹矸层位较稳定，厚度和岩性变化不大，较容易对比；复杂结构：含2～3层夹矸（一般3层），夹矸层位不稳定，厚度和岩性变化较大，不容易对比。极复杂结构：夹矸层数多（3层以上），厚度和岩性变化大。在地质勘查和煤矿生产中，应当进行分层对比的煤层。煤层厚度总厚度有益厚度可采厚度煤层按厚度分级、按倾角分级煤层厚度测量（真厚度、铅直厚度）煤层形态层状：煤层连续，厚度变化不大，煤层全部或绝大部分可采。似层状：煤层不完全连续或大致连续，而厚度变化较大。可采面积大于不可采面积者称藕节状煤层，可采面积与不可采面积大致相当者称串珠状煤层。煤层形态不规则状：煤层断续，形状不规则，成鸡窝状、扁豆状等，其可采面积多数小于不可采面积。鸡窝状煤层有的体积较大，也常具可采价值。马尾状：是厚煤层分岔以至尖灭形成的，因而由厚变薄，以至完全消失。煤层的稳定性稳定煤层：煤层厚度变化很小，变化规律明显，结构简单至较简单；煤类单一，煤质变化很小。全区可采或大部分可采。较稳定煤层：煤层厚度有一定变化，但规律性较明显，结构简单至复杂；有两个煤类，煤质变化中等，全区可采或大部分可采。可采范围内厚度及煤质变化不大。不稳定煤层：煤层厚度变化较大，无明显规律，结构复杂至极复杂；有三个或三个以上煤类（指大类），煤质变化大，包括：（a）煤层厚度变化很大，具突然增厚、变薄现象，全区可采或大部分可采；（b）煤层呈串珠状、藕节状，一般连续，局部可采，可采边界不规则；（c）难以进行分层对比，但可以进行组对比的复煤层。极不稳定煤层：煤层厚度变化极大，呈透镜状、鸡窝状，一般不连续，很难找出规律，可采块段分布零星；或为无法进行煤分层对比，且层组对比也有困难的复煤层；煤质变化很大，且无明显规律。3地质构造岩层：岩石地层的简称，包括沉积岩、岩浆岩、变质岩。地质构造：地壳运动引起的岩层变形和变位，这种变形和变位被保留下来的遗迹。地质构造的类型：水平岩层，倾斜岩层，直立岩层，褶皱，断裂。矿井地质构造的规模大型构造：是指控制整个井田总体形态的大型褶曲和断层。一般在勘探阶段已经查明，经常成为井田边界。中型构造：是指在井田范围内影响采区划分和巷道布置的次一级褶曲和断层。小型构造：是指在单个工作面或巷道比较容易查明全貌的构造（褶曲、断层、陷落柱）。大型构造中型构造进风巷4195200眼4195000回风巷切419480061500061520048508工作面小型构造岩层产状即岩层在空间产出的状态和方位的总称，由倾角、走向和倾向构成。除水平岩层成水平状态产出外，一切倾斜岩层的产状均以其走向、倾向和倾角表示，称为岩层产状三要素。方位角：地面上，正北方向与某方向的夹角。走向：岩层面与水平面的交线所指的方向。倾向：层面上最大倾斜线在水平面上投影所指的方向。倾角：岩层面与水平面的交角。断层断层概述岩石断裂、沿破裂面相对位移。断层要素断层面（thefaultplane）上盘（hangingwall）下盘（footwall）倾角（dipangle）产状走向（strike）倾向（dip）落差（throw）；断距（separation）断层类型（1）根据断层走向与岩层走向的关系分为：走向断层（F1）、倾向断层（F2）、斜交断层（F3）根据断层两盘相对位移方向分为：正断层、逆断层、平移断层陷落柱陷落柱概述陷落柱是煤系下伏灰岩中的大跨度溶洞发生持续向上的塌陷所产生的、三维形态呈柱状的塌落岩块堆积体。陷落柱是中国煤矿区特有的一种地质构造。陷落柱研究开始于20世纪40年代初，松泽勋在太原西山白家庄西峪村附近，发现了“十余个不规则圆形柱状地体，直径三四十米乃至一百二三十米，柱体被大小各异的岩石碎片充填，该柱体底界在奥陶系石灰岩中，为空洞陷没起因，称为无炭柱或陷没柱”。同时，日本人小贯义男对河北井陉正丰采煤所坑内揭露的8个“圆形断层”的结构特征进行了研究，并对照地表塌陷情况，首先提出陷落柱这一名词。陷落柱在华北地区分布很广，总体呈条带状分布。陕西山东河南安徽山西内蒙北江苏河呼和浩特太原石家庄郑州天津北京唐山井陉张家口潍坊淄博济南贾旺邢台邯郸霍州晋城汾阳阳泉准格尔大同铜川三门峡焦作汾河陷落柱形成机制重力塌陷说陷落柱形成分三个阶段：首先是岩溶洞穴形成阶段，地下水沿着可溶性岩石的节理裂隙和断层运动，使裂隙逐渐扩大。于是大量岩溶水汇集其中，不但进行化学溶蚀，而且进行机械侵蚀作用，顶部和两侧岩层坍塌形成溶洞；第二阶段是溶洞再扩大并形成第二层溶洞，由于地壳上升溶洞也随之扩大，还会发育第三、四层溶洞；第三阶段是上覆非可溶性岩层的塌陷，形成陷落柱。（王锐，1982）石膏溶蚀说陷落柱是石膏喀斯特产物。在中奥陶统马家沟组灰岩中赋存有很厚的硬石膏，峰峰组灰岩中也夹有石膏层。由于地壳不断上升，在地下水的作用下，硬石膏水化变成石膏。体积膨胀64%，膨胀后的石膏沿着破碎带的交线挤入上覆的岩层。然后，这种柱状的石膏体不断地被地下水溶蚀，周围的岩石塌落形成陷落柱（钱学溥，1988）。热液成因说燕山期火成岩体和热液的侵入，造成残热水和地下水复杂的循环和溶蚀作用。高温高压的热水可极大地提高碳酸钙的溶解度。热水岩溶的起始点是从矽卡岩成矿热液生成铁矿后残热水进入碳酸盐岩开始的，这样就可以生成高度极大的岩溶洞穴，而且不受地壳升降与侵蚀基准面变化的影响。当地层褶皱隆起时，洞穴塌陷形成陷落柱（陈尚平，1993）。真空吸蚀说在相对密封的承压岩溶网络地下水中，由于地下水的排泄或地壳局部的升降等，引起岩溶腔内地下水大幅度下降，当水位低于岩溶腔口表面，即岩溶腔内水体由承压转为无压时，在岩溶腔内水面与岩溶盖层之间出现空穴，即岩溶空腔。逐渐增大的岩溶空腔必定转化为低气压状态，形成真空腔（或称负压腔），在真空腔内不断下降的水面犹如巨型吸盘，强有力的抽吸着上面岩层向下塌落，最终形成陷落柱（徐卫国，1981）。陷落柱对煤矿生产的影响（1）使煤层的连续性遭到破坏，增大了开采难度。（2）当采煤工作面切过陷落柱时，造成原煤灰分增大，影响煤矿效益。（3）陷落柱有时会成为导水通道，使下部岩溶水入侵，造成突水事故。陷落柱的发育特征（1）单个陷落柱的发育特征平面形状——圆形、椭圆形、长条形及不规则形；直径一般20～80m；在不同层位，平面形状和大小都不同。切眼进风巷回风巷H=1.3∠70°H=1.6∠30°H=1.0∠45°H=1.1∠55°H=1.3∠40°H=0.8∠55°H=0.9∠40°H=0.5∠50°H=1.1∠40°H=2.3∠85°H=0.4∠50°H=1.0∠55°H=1.2∠70°H=2.6∠30°H=2.2∠75°H=1.2∠45°H=2.7∠50°H=0.6∠60°H=0.3∠60°H=0.6∠50°H=1.2∠30°H=1.8∠65°H=3.3∠70°NH=1.3∠55°050100150m48508工作面剖面形态——柱体一般垂直于岩层层面，与围岩的接触线形状很不规则。高度——变化范围很大。柱体特征陷落柱地表2号煤层底板8号煤层底板奥灰顶部NNP2S1P21XP11XP1SC3tC2b2fO370m100m垂向上的不等高性3中盛矿井地质概况本部分主要介绍：地理位置区域地层构造煤层发育情况井田自然地理位置位于山西省灵石县城南7km处，紧靠汾河南岸，处于霍西煤田汾西矿区的南沿，属张家庄精查勘探区的中东部。井田地理坐标为北纬36°46′08″～36°48′50″，东经111°42′45″～111°46′12″。井田自然地理地形地貌位于吕梁山脉与太岳山脉的交界处，北部和西部边界外为汾河开阔沟谷，井田范围总体呈现为低山～丘陵侵蚀地貌，沟谷纵横，梁峁绵延，地形十分复杂。其总的地势为南高北低，东高西低。地形最高点为东南边界附近山梁，标高为1120.00m，地形最低点为北部边界处沟谷，标高760.00m，地形最大相对高差360.00m。井田范围地形地貌地层发育概况本井田位于霍西煤田西北部灵石矿区。所在区域发育的地层由老到新有太古界、太岳山群、吕梁山群、上元古界、长城系、古生界、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、中生界、三叠系及新生界上系三系和第四系。地层发育概况根据地表出露情况和钻孔揭露资料，井田范围沉积地层由下而上依次有：1、奥陶系中统峰峰组（O2f）井田北部边界附近沟谷中有出露，岩性上