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煤矿生产技术龙岩学院煤矿安全技术培训中心林世豪副教授本PPT下载方法，微信识别左面二维码进入煤矿安全知识，回复：76这两个数字即可第一节煤矿地质基本知识一煤层埋藏特征（一）煤层的顶、底板赋存在煤层之上的邻近岩层称为顶板，赋存在煤层之下的邻近岩层称为底板。根据岩层的相对位置及开采过程中岩层变形、垮落的难易程度，顶板可分为伪顶、直接顶和老顶（基本顶）3部分；底板分为直接底和老底2部分。（1）伪顶——位于煤层之上随采随落的极不稳定岩层，其厚度一般在0.5m以下。多为炭质页岩。第3页2020年7月14日•直接顶—位于伪顶或煤层之上具有一定的稳定性，移架或回柱后能自行垮落的岩层。一般由一层或数层粉砂岩、页岩、泥岩组成。•老顶（基本顶）—位于直接顶或煤层之上，其厚度及岩石强度较大、难于垮落的岩层。通常由粗砂岩、砾岩、石灰岩等组成。第4页2020年7月14日•4．直接底•直接位于煤层之下的岩层称为直接底，常为数十厘米厚的泥岩、页岩或粘土岩。若直接底为粘土岩，则遇水膨胀易鼓起，造成支架插底现象。有时容易影响巷道的运输和支护。•5．老底•老底位于直接底之下或直接位于煤层之下（无直接底时）常由砂岩或石灰岩等坚固的岩层所组成。第5页2020年7月14日第6页2020年7月14日第7页2020年7月14日•（二）煤层的形态与结构•1、煤层形态：一般分为三类：（1）层状煤层（2）似层状煤层（2藕节状、3瓜藤状、4串珠状）（3）非层状煤层（5鸡窝状、6扁豆状、7透镜状）图2—3煤层形态示意图第8页2020年7月14日•2.煤层结构•煤层结构是指煤层中是否含有夹石层。不含夹石层或夹矸很少的煤层叫简单结构煤层。含有较稳定的夹石层或夹矸较多的煤层则称为复杂结构煤层，且其夹矸层数、层位、厚度和岩性都变化较大。•夹石层可使煤的灰分和含矸率增加，影响煤的质量，并给采掘工作造成一定困难。第9页2020年7月14日•（三）煤层的厚度•煤层的厚度是确定采煤方法的主要因素之一。我国根据开采技术特点，将（思考题1—1，P17）煤层按厚度不同分成：•薄煤层——小于1.3m的煤层；•中厚煤层——厚度在1.3～3.5m的煤层；•厚煤层——厚度大于3.5m的煤层。•在生产工作中，习惯上将厚度大于6m的煤层称为特厚煤层。第10页2020年7月14日第11页2020年7月14日•（四）煤层的产状•煤层产状是指煤层在地壳中的产出状态和位置，（思考题2，P19）产状要素就是它的走向、倾向和倾角。第12页2020年7月14日煤层层面与水平面的交线为走向线；走向线的方向称为走向。在煤层层面上与走向线垂直的线为倾斜线，倾斜线在水平面投影的方向称为倾向。煤层层面与水平面的夹角称为倾角。第13页2020年7月14日•根据目前开采技术，（思考题1-2，P19）我国按倾角将煤层分为4类：•近水平煤层——8°以下；•缓倾斜煤层——8°～25°；•倾斜煤层——25°～45°；•急倾斜煤层——45°～90°。第14页2020年7月14日•二、煤矿地质构造及其对安全生产的影响•岩（煤）形成初期，一般都是水平或近水平的，并在一定范围内是连续完整的；后来受到地壳运动的影响，使岩层的形态发生了变化，出现了倾斜、褶皱，有的还发生了断裂或沿断裂面产生了位移，使岩层失去了完整性。这种由地壳运动造成的岩层的空间形态（如褶曲、断层等）称为地质构造。第15页2020年7月14日•（思考题3，P19）地质构造的形态多种多样，大致可分为单斜构造、褶皱构造和断裂构造。•（一）单斜构造•岩（煤）层受地质作用力的影响，产生向一个方向倾斜的形态，这样的构造形态称为单斜构造。单斜构造往往是其他构造形态的一部分，或是褶曲的一翼，或是断层的一盘。第16页2020年7月14日•（二）褶皱构造•岩（煤）层在地壳活动中受水平方向挤压力的作用，呈现波状弯曲，但依然保持其连续性和完整性，这种构造形态称为褶皱构造。岩（煤）层褶皱构造中的每一个弯曲为一基本单位，称为褶曲，如图2—2所示。褶曲的基本形态有背斜和向斜两种：岩（煤）层向上弯拱的褶曲称作背斜；岩（煤）层向下弯拱的褶曲称作向斜。在自然界中，背斜和向斜在位置上往往是彼此相连的。第17页2020年7月14日第18页2020年7月14日•（三）断裂构造•岩（煤）层受地质作用力后发生断裂，失去了其连续性和完整性，这种构造形态称为断裂构造。•断裂面两侧的岩（煤）层没有发生明显位移的断裂构造称为裂隙或节理。•发生了明显位移的，称之为断层。第19页2020年7月14日•为了描述断层的性质及其在空间的位置和形态，可用如下断层要素来表示（图2一3)：•(1)断层面。当岩（煤）层发生断裂，两侧岩块沿断裂面发生相对位移的面称为断层面。•(2)断盘。断层面两侧相对移动的岩体称为断盘。通常将断层面上方的岩体称为上盘，断层面下方的岩体称为下盘。•(3)断距。断层两盘对应点相对位移的距离称为总断距。断距又可分为垂直断距（上下两盘相对位移垂直距离）和水平断距（上下两盘相对位移水平距离）。（如图2-4）第20页2020年7月14日第21页2020年7月14日第22页2020年7月14日2.断层分类•按断层两盘相对位移方向断层可分为以下三种类型(图2-5)第23页2020年7月14日正断层：上盘相对下降，下盘相对上升（记忆：上盘顺其自然往下掉；特点：从上往下看，煤层无重叠。)逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降（记忆：上盘逆其自然往上升；特点：从上往下看，煤层有重叠。)（题库，思4-1，P21）↓↓平移断层：断层两盘岩块沿断层面作水平方向相对移动的断层。↓第24页2020年7月14日•根据断层走向与岩层走向的关系，断层又分为：•走向断层—断层走向与岩层走向平行或基本平行；•倾向断层—断层走向与岩层走向垂直或基本垂直；•斜交断层—断层走向与岩层走向斜交。•根据断层的组合形式不同，又可以有地堑、地垒、阶梯构造等断层组。第25页2020年7月14日（思4-2，P21）断层危害•断层对煤矿生产及安全有很大影响，它破坏了煤层的连续性和完整性，使顶板破碎，极易发生冒顶事故。同时断层破碎带常含水，又是涌水的通道，易发生水灾事故；在高瓦斯矿井中，它又容易积聚大量瓦斯，可能造成瓦斯突出，给安全生产带来威胁。第26页2020年7月14日第二节矿井开拓•根据煤层的赋存特征和开采的技术条件，煤矿矿床的开采方法主要有地下开采和露天开采两类。我国煤炭行业大部分都为地下开采。•在井田范围内，由地表进入煤层为开采水平服务所进行的井巷布置和开拓工程，称为井田开拓或矿井开拓。第27页2020年7月14日•矿井开拓的主要任务是：确定井筒形式、数目和位置；确定水平的数目和标高；划分采区；布置井底车场和主要巷道；确定开采程序；处理开拓、准备与回采的关系和矿井延深等问题。第28页2020年7月14日一、矿井开拓方式•矿井开拓方式是指开拓巷道在井田内的具体布置方式，通常以井硐形式来表示，（思考题5，P22）矿井开拓方式有平硐开拓、斜井开拓、立井开拓和综合开拓等。•1.平硐开拓•平硐开拓是利用水平巷道由地面进人地下，并通过一系列巷道通达矿体的一种开拓方式（图2-6a)。平硐开拓井田是最简单、最有利的方式，是山岭、丘陵地区比较广泛采用的矿井开拓方式。第29页2020年7月14日•采用平硐开拓时，一般以一条主平硐担负运煤、出研、进风、排水、设置管路及行人等任务，在井田上部回风水平开掘回风平硐或回风井。阶段内的布置可以采用分区式或连续式布置。•由于地形和煤层赋存情况不同，平硐的布置方式也不一样。按平硐与煤层相对位置不同，平硐可以平行煤层走向、垂直煤层走向、斜交煤层走向开掘。相应的称为走向平硐、垂直平硐和斜交平硐。第30页2020年7月14日按平硐与煤层的相对位置可分为：第31页2020年7月14日•平硐开拓是最简单、经济的开拓方式。它可以省去立井或斜井的开拓工程量，电机车可以从地面进入矿井，运输简单而经济，井下水可以沿井下巷道、平硐流到井外，节约了大量排水费用。一般来说，平硐开拓投资少，占用设备少，施工容易，出煤快，成本低，只要条件适合，应尽量采用。第32页2020年7月14日平硐开拓适用条件•平硐标高以上有足够储量足以建井；有能满足布置平硐口和工业场地的地形条件；有条件修公路或铁路实现与外界联系的山岭地区。第33页2020年7月14日2.斜井开拓•斜井开拓是指利用倾斜井筒由地面进人地下，并通过一系列巷道通达矿层的一种开拓方式。斜井开拓由于具有施工较易、掘进较快，初期投资少，掘进出煤可满足建井期间用煤的需要，获得更为详细的地质资料等优点，在我国应用很广，特别在煤层埋藏较浅的地方广泛使用。•按斜井与井田的划分方式的配合不同，最主要的有片盘斜井和集中斜井。第34页2020年7月14日•片盘斜井•片盘斜井是斜井开拓中最简单的一种形式，多用在煤田的浅部地区。•片盘斜井的基本特点是，井田沿走向不划分采区，沿倾斜方向按一定标高划分为若干段（称之为片盘），片盘两侧各布置一个工作面，由井田边界后退式连续开采。各片盘之间仍采用由上而下的顺序回采。第35页2020年7月14日第36页2020年7月14日•用片盘斜井开采近距离煤层群时，可将片盘斜井布置在最下部煤层，用石门或溜眼连通各煤层，实现联合开采。•片盘斜井的主要优点是建设周期短，井巷工程量少，设备简单，施工技术要求不高，投资少。主要缺点是生产能力小，服务年限短，只能在地质条件简单、煤层倾角小于25°、埋藏较浅的煤层中采用。第37页2020年7月14日•斜井分区开拓（图2-6b）•当井田划分为阶段或盘区时，利用斜井来集中开拓，称为斜井分区式开拓（或称集中斜井开拓）。当井田划分为一个水平开采，就叫做斜井单水平分区式开拓；划分为多水平时，则称为斜井多水平分区式开拓。•从地面平行开凿一对斜井（相距30～50m)掘至开采水平，然后掘出井底车场，主要运输大巷。到达第一、第二采区位置后，掘采区轨道上山和运输上山，在第一区段上下分别布置区段回风巷和运输平巷，贯通开切眼后，即可回采。第38页2020年7月14日第39页2020年7月14日•斜井开拓多用于倾角较小的缓倾斜煤层，对于近水平煤层也采用斜井盘区式开拓或斜井分带式开拓。随着技术的发展，斜井开拓的适用范围有扩大的趋势。第40页2020年7月14日3.立井开拓•立井开拓是指利用垂直井筒由地面进人地下，并通过一系列巷道通达矿层的一种开拓方式。立井开拓适合于煤层埋藏较深的井田开拓，它是我国广泛使用的方式，无论矿井划分为阶段或盘区，是单水平还是多水平，都可采用立井开拓。•立井开拓可分为：立井单水平开拓；立井多水平上山开拓；立井多水平上、下山开拓；立井多水平混合式开拓（图2一6c)；立井主要溜暗井开拓。第41页2020年7月14日1．立井多水平分区式开拓•这种开拓方式与斜井多水平分区式开拓方式相比，只是井筒形式不同，在井田和阶段的再划分，阶段内的巷道布置扩开采方式以及矿井生产系统方面，没有明显差别。如图中所示。第42页2020年7月14日第43页2020年7月14日2．立井单水平分区式开拓•立井单水平分区式开拓，如图中所示。第44页2020年7月14日第45页2020年7月14日•立井单水平开拓多用于煤层倾角较缓，倾斜长度不大的井田。•立井开拓与斜井开拓相比较，立井开拓具有井筒短、提升速度快、提升能力大、管线敷设短、通风阻力小、维护较容易的优点，同时，对地质条件适应性强，不受煤层倾角、厚度、瓦斯等条件限制，立井开拓的缺点是井筒掘进施工技术要求高，开凿井筒所需设备和井筒装备复杂，井筒掘进速度慢，基建投资大。第46页2020年7月14日4.综合开拓•在某些条件下，如为了充分利用地形或考虑煤层埋藏深浅等特点，避免大量提前投资，以及单纯用一种开拓方式在技术上和经济上不够合理时，主、副井可采用不同的井筒形式，称为综合开拓。第47页2020年7月14日•由于井田的自然地质条件极其复杂，若只采用单一的井筒形式开拓井田，可能遇到技术上的困难或在经济上不合理。可供选择的综合开拓方式有：平硐一斜井开拓（图2一6d);斜井一立井