8-影响煤矿生产的地质因素

矿山地质学宁超资源环境学院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喀斯特陷落柱第五节矿井瓦斯第六节煤层顶底板第七节地温一、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：（一）原生变化整个含煤岩系最终形成之前，由某些地质因素(地壳运动、沉积环境变迁)引起的煤层形态和厚度的变化。第一节煤层厚度变化1）地壳不均衡沉降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。第一节煤层厚度变化2）泥炭沼泽古地理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。第一节煤层厚度变化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。第一节煤层厚度变化（二）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。主要包括：河流后生冲蚀、地质构造变动、岩浆侵入活动和喀斯特陷落破坏。1）河流后生冲蚀次生冲蚀的特征：（1）冲蚀规模较大，煤、顶板及底板均被冲蚀。（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。第一节煤层厚度变化第一节煤层厚度变化2）构造挤压（1）受褶皱影响（2）受断层影响第一节煤层厚度变化（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。第一节煤层厚度变化3）岩浆侵入4）喀斯特陷落柱第一节煤层厚度变化二、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第一节煤层厚度变化第一节煤层厚度变化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。第一节煤层厚度变化三、煤厚变化的研究与处理（一）煤层厚度的观测与探测1.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。第一节煤层厚度变化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。第一节煤层厚度变化1)在能够揭露煤层全厚的巷道中，用皮尺垂直煤层直接测量煤层总厚。。2）采用绘制连续煤层剖面，或以一定间距测绘煤层柱状、迎头素描及用顶底板标高控制煤厚。第一节煤层厚度变化3)煤层观测点的布置应按实际情况。4）一般用沉积岩石学方法来鉴定煤层顶底板。5）煤岩分层描述的观测点，尽可能选择在新鲜的连续剖面上。6）在上述观测的基础上，将井下收集的各种煤层资料填绘在采掘工程平面图上。第一节煤层厚度变化2.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第一节煤层厚度变化a.缓倾斜煤层利用钻探配合溜煤眼和联络斜巷探测煤层厚度，间距15～20米。第一节煤层厚度变化b.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。第一节煤层厚度变化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。通常采用煤电钻测量。（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：a.回采第一分层时，一次探测煤层全厚。b.回采第一分层时，只探测下一分层厚度第一节煤层厚度变化2）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。对分叉尖灭的探测有三种情况：第一节煤层厚度变化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，用井下钻探探测其它分层的分叉情况。第一节煤层厚度变化②煤层呈稳定程度不同的分叉在主分叉层布置巷道，对其他达可采厚度的次要分叉层，采用钻探和巷探等各种手段探明可采范围。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。第一节煤层厚度变化2）煤层底凸薄化的探测煤层底凸薄化是指煤层底板凸起而造成的一种煤层变薄尖灭的现象。主要是圈定煤层变薄和不可采范围，常用的方法有：①利用钻探控制掘进前方底凸位置第一节煤层厚度变化②利用巷道穿过底凸部位，直接圈定煤层底板凸起的位置和煤层薄化的范围。③利用工作面上分层边采边探的煤层观测资料，编制煤层顶、底板等高线图，圈定煤层底凸薄化的位置和范围。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。当冲蚀带不易查清时，需要用探巷或从邻近煤层的巷道中布置钻孔，探明冲蚀带宽度和煤层的可采范围。第一节煤层厚度变化第一节煤层厚度变化第一节煤层厚度变化第一节煤层厚度变化（二）评定煤层稳定性的主要参数1.评价指标1）煤层可采性指数KmKm为可采性指数；n为评定区内所有参加评定的见煤点数；n’为见煤点总数n中煤层厚度大于或等于最低可采标准的见煤点数。nnKm'第一节煤层厚度变化（二）评定煤层稳定性的主要参数1.评价指标2）煤厚变异系数γγ为变异系数；S为煤厚变化标准差；m为评定区内的平均厚度；n为参加评定的见煤点数。%100mS第一节煤层厚度变化第一节煤层厚度变化（三）煤层厚度变化的处理1.掘进中的处理方法1）根据具体情况确定掘进方案。如上分层稳定可采，下分层变薄尖灭，则巷道应紧靠煤层顶板掘进，相反则应紧贴底板掘进。2）在采取上山掘进中，如遇煤层变薄带应根据变薄区范围直接穿过或从其他地方绕开。3）主要运输巷道遇到局部煤层变薄或尖灭时，巷道按原计划施工。第一节煤层厚度变化第一节煤层厚度变化2.回采工作中的处理方法1）变薄区或不可采区范围较小，可采用直接推过的方法。第一节煤层厚度变化2）变薄区或不可采区范围较大，可采用绕过的办法。第一节煤层厚度变化3）如果事先了解到有些地方变薄或尖灭，最好把这些变薄或尖灭带作为采取或工作面的边界来处理。一、褶皱构造二、节理三、断层第二节矿井地质构造一、褶皱构造（一）褶曲对生产的影响1.大型褶曲褶曲的规模、方向和位置影响到井田的划分和矿井的开拓方式及开拓系统布置。2.中小型褶曲中型褶曲影响到采区的大小和采区巷道的布置。小型褶曲影响煤平巷的掘进方向、工作面长度3.紧闭褶曲轴部地应力较大，次一级构造发育。第二节矿井地质构造第二节矿井地质构造（二）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。如石门中岩层的倾向相背或相向倾斜，或煤层平巷中由于煤层急剧变化使平巷弯曲。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。第二节矿井地质构造第二节矿井地质构造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.查明褶曲的探测手段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。第二节矿井地质构造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。（三）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。第二节矿井地质构造（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。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。对开阔的平缓褶曲，以向斜轴作为采区中心，向两翼布置回采工作面。第二节矿井地质构造第二节矿井地质构造（2）轴线做为采区边界（紧闭褶曲）。第二节矿井地质构造（3）工作面直接推过褶曲轴（宽缓褶曲）。褶曲较宽缓，规模不大时可布置单翼采区，工作面直接推过褶曲轴部。第二节矿井地质构造3.小型褶曲（1）使煤厚发生变化，变化严重时要重新开掘切眼。（2）沿煤掘进时，褶曲使巷道变得弯曲。弯曲过大时采面运输巷要改造取直。第二节矿井地质构造二、节理1.影响钻眼爆破效果2.影响开采效率第二节矿井地质构造3.影响顶板控制方法第二节矿井地质构造4.工作面布置第二节矿井地质构造三、断层（一）断层对生产的影响影响煤层的连续性和完整性。断层的规模：落差50m特大型断层；50～20m大型落差；20～5m中型断层；5m小型断层。1.影响井田划分2.影响井田的开拓方式3.影响采区和工作面布置4.影响安全生产第二节矿井地质构造5.增加煤炭损失量，降低回采率6.增加巷道掘进量7.影响煤矿综合经济效益（二）煤矿生产中断层的研究1.断层的判断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。第二节矿井地质构造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）煤层结构发生变化，滑面增多，出现揉皱，煤呈鳞片状粉末状，常有小褶曲出现。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。第二节矿井地质构造断层出现征兆和应注意的问题，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”。第二节矿井地质构造第二节矿井地质构造第二节矿井地质构造第二