1第一章煤田地质及矿图知识.

1严红矿业工程学院第1章煤田地质及矿图知识采矿概论中国矿业大学课件2主要内容：煤田地质；煤田地质勘探及煤炭储量；矿图基本知识。本章要求：掌握：成煤作用，矿图类型及其识别；理解：矿图投影方法；了解：成煤条件及过程、煤的组成及成分、煤的种类，煤田地质勘探手段；第1章煤田地质及矿图知识第一节煤田地质概述第二节煤质及煤的工业分类第三节煤田地质勘探及煤炭储量第四节矿图基本知识第1章煤田地质及矿图知识第一节煤田地质概述一、成煤作用三类岩石：岩浆岩：地壳内部熔融状态的岩浆，沿地壳的裂隙等薄弱地带侵入地壳或喷出地表，冷凝固结形成的岩石。如：花岗岩、玄武岩花岗岩玄武岩岩浆岩、沉积岩、变质岩沉积岩：地壳表层常温常压条件下形成的岩石。由风化和剥蚀的岩石碎屑及可溶物质等，经搬运、沉积、压紧、胶结而形成的岩石。如：页岩、砂岩、煤沉积岩沉积岩中的动物化石沉积岩中的植物化石沉积岩：沉积岩：沉积岩：变质岩：是由原有的沉积岩、岩浆岩或变质岩在受到高温、高压及化学性气体或液体的作用，岩石的物理化学性质、结构及构造发生变化，变成的一种新的岩石变质岩变质岩煤：古代植物遗体经成煤作用转变成的固体可燃矿产温暖潮湿沼泽地带植被繁殖地表沉降泥沙层泥炭层植被遗体堆积泥炭煤化作用煤层一、成煤作用褐煤在地下受温度、压力、时间等因素的影响下，转变为烟煤或无烟煤、石墨等的地球化学作用烟煤受到更高温度和压力的长期作用下而形成成煤过程的几个概念：不同煤的形成：成煤作用:植物死亡、堆积到转变为煤的演变过程，及演变过程中的各种作用煤化作用：煤的成岩作用和变质作用的合称成岩作用：泥煤或腐泥被掩埋后，在压力、温度等因素作用下，转变为褐煤的作用变质作用：褐煤：泥炭或腐泥经高温高压，压紧失水，碳含量增加，H、O、N含量减少，经过复杂物理化学作用形成烟煤：褐煤在温度和压力不断增高的物理化学作用下而形成无烟煤：煤层形成的4个必备条件：四：地壳运动的良好配合一：温暖潮湿利于植物生长和繁殖的适宜的气候二：植物的大量繁殖是成煤的必要条件三：大面积沼泽化的自然地理条件泥炭泥沙层泥炭层一、成煤作用地质年代（地层年代）表二、聚煤期聚煤期或成煤期：地质历史中形成煤炭资源的时期。古生代：石炭纪、二迭纪3个主要聚煤期中生代：侏罗纪新生代：古近纪、新近纪（第三纪）二、聚煤期三、含煤岩系含煤岩系简称煤系，是指含有煤层，并有成因联系的沉积岩系。煤系地层命名方法：①煤系地层通常以形成的地质年代来或地名命名，如华南的晚二迭世煤系，江苏龙潭煤系和江西乐平煤系。②煤田是同一地质时期形成的并大致连续发育的含煤岩系分布区。通常以所在地点命名，如大同煤田、徐州煤田；也有以所在地点和煤系形成的地质年代来命名，如山东淄博石炭二叠纪煤田。四、煤层赋存特征（一）煤层的结构和顶、底板1.煤层的结构煤层通常是层状的。根据煤层中有无较稳定的夹矸层，将煤层分为两类。（1）简单结构煤层（2）复杂结构煤层2.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。根据岩层相对于煤层的位置及垮落性能，将煤层顶、底板分为：（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。大多由松软的炭质页岩、泥页岩组成。并非所有煤层都有伪顶。（2）直接顶位于煤层或伪顶之上具有一定的稳定性，采煤时移架或回柱后能自行垮落的岩层。多为粉砂岩、泥岩等。有时煤层之上无直接顶而为基本顶。四、煤层赋存特征（3）基本顶又称“老顶”。位于直接顶或煤层之上，通常厚度及岩石强度较大、难于垮落的岩层。通常由砂岩、石灰岩、砂砾岩等组成。（4）直接底位于煤层之下，为强度较低的岩层。通常由泥岩、粉砂岩、粘土岩等组成。（5）基本底又称“老底”，位于直接底下面，比直接底坚固，多为砂岩、砂页岩、石灰岩等。基本底直接底煤层基本顶直接顶伪顶四、煤层赋存特征（二）煤层厚度煤层的厚度：煤层顶底板之间的垂直距离。煤层总厚度：包括所有煤分层和夹矸层厚度总和。有益厚度：煤分层厚度的总和，不包括夹矸层厚度。最低可采厚度：在当前技术和经济条件下，可开采最小煤层厚度。煤层的总厚度及有益厚度四、煤层赋存特征地质构造：由于地壳运动而形成的煤层和岩层的空间形态。四、煤层赋存特征（三）煤层的构造形态在一定范围内，煤（岩）层大致向一个方向倾斜的构造形态，称为单斜构造。1.单斜构造四、煤层赋存特征1.单斜构造煤（岩）层的空间形态，通常用产状要素----走向、倾向及倾角来描述。煤层的产状要素四、煤层赋存特征煤层及岩层受到水平挤压力后，变成弯曲形状，但仍保持其连续性。褶曲构造四、煤层赋存特征2.褶皱构造背斜：岩层层面凸起的弯曲，如图中的ABC。褶曲：褶皱构造中单个弯曲，是褶皱构造的基本单位。褶曲的基本形态是背斜和向斜。向斜：岩层层面凹下的弯曲，如图中的BCD。四、煤层赋存特征2.褶皱构造用褶曲要素来描述一个褶曲在空间的形态。褶曲要素示意图四、煤层赋存特征褶曲要素：核部、翼部、轴面、轴线、枢纽等。四、煤层赋存特征核部：褶曲的中心部分。翼部：褶曲核部两侧的岩石。轴面：一个平分褶曲两翼的假想面，这个面的位置可以是直立的、水平的和倾斜的；其形态可以是个平面，也可以是个曲面。轴线：轴面与地表面的交线。轴线可能是直线，也可能是曲线；轴线的方向表示褶曲的延伸方向。枢纽：同一岩层的层面与轴面的交线。它可以是水平的、倾斜的、或波状起伏的。它能提供褶曲在延伸方向上产状变化的情况。断裂构造：煤（岩）层受地壳运动作用力，当作用力超过煤（岩）层的强度，就产生断裂，失去了连续性和完整性的构造形态。断层面：岩层沿之断裂滑动的面。也用走向、倾向及倾角描述断层面的产状。断层面可能是平面，也可能是曲面。3.断裂构造节理：断裂后，两侧岩层若没有发生明显位移；断层：断裂面两侧的岩层发生了明显位移的断裂构造。断层要素3.断裂构造3.断裂构造断层线：断层面与地面的交线。断层线的方向反映断层延伸方向。断层线可能呈直线或曲线。断距示意图ab—垂直断距；bc—水平断距断距：断层两盘相对移动的距离。断距可分为垂直断距（落差）和水平断距。四、煤层赋存特征交面线：断层面与煤层底板的交线。断盘：断层两侧的岩层或岩体。当断层面倾斜时，位于断层面上方的断盘称为上盘；位于断层面下方的断盘称为下盘。断层分类根据断层走向与岩层走向的关系，断层可分为：走向断层---平行；倾向断层---垂直；斜交断层---斜交。根据断层上下盘相对移动的方向，可分为：正断层：岩层断裂后，上盘相对下降，下盘相对上升。逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降。平推断层：断层两盘沿水平方向移动。（四）常用的煤层分类1.按煤层倾角分类根据当前开采技术，我国将煤层按倾角分为四类：近水平煤层8°缓（倾）斜煤层8°~25°中斜煤层25°~45°急（倾）斜煤层45°2.按煤层厚度分类根据当前开采技术，我国将煤层按厚度分为三类：薄煤层1.3m中厚煤层1.3~3.5m厚煤层3.5m3.按煤层稳定性分类煤层稳定性：煤层形态、厚度、结构及可采性的变化程度。稳定煤层：煤层厚度变化很小，变化规律明显，煤层结构简单或较简单，全区可采或基本全区可采的煤层。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，全区可采或大部分可采，可采范围内厚度变化不大的煤层。不稳定煤层：煤层厚度变化较大，无明显规律，且煤层结构复杂或极复杂的煤层。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，可采块断分布零星的煤层。第二节煤质及煤的工业分类一、煤的元素成分1.碳（1）变质程度越深，含碳量越高（2）含碳量越高，发热量越高有机物质：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）无机物质煤泥炭：50%~60%,褐煤：60%~70%,烟煤：74%~92%,无烟煤：90%~98%含碳量2.氢（1）变质程度越深，氢含量越少（2）完全燃烧产生热量：1千克氢≈4.2千克碳3.氧变质程度越深，含氧量越低泥炭：30%~40%,褐煤：10%~30%,烟煤：2%~10%,无烟煤：2%含氧量一、煤的元素成分4.氮煤中氮含量仅1%~3%，主要来自成煤物质的蛋白质。5.硫有机硫：成煤植物本身或成煤过程中硫酸盐类与植物分解产物相互作用而形成。硫无机硫：硫化物硫：黄铁矿(FeS2)、白铁矿（FeS2）硫酸盐硫：石膏（CaSO4·2H2O）等。煤中有机硫、无机硫和元素硫的总含量叫煤的全硫含量（St）。低硫煤St≤1.5%；中硫煤St=1.5%~2.5%高硫煤St=2.5%~4.0%；富硫煤St4.0%。6．磷炼焦煤中硫含量不超过1.2%炼焦煤中磷含量不超过0.2%一、煤的元素成分二、评价煤质的常用指标1．水分（W）内在水分：指吸附和凝聚在煤粒内部毛细孔中的水分外在水分：煤炭采、运、储存及洗选过程中附在煤粒表面的水分全水分：内在水分和外在水分的总和低灰分煤：Ad15%）中灰分煤：Ad=15%~25%高灰分煤：Ad25%2．灰分（A）灰分：煤样在规定条件下完全燃烧后所剩得的残留物。3．挥发分（V）和固定碳（FC）挥发分：煤在隔绝空气的条件下加热到90010°并经7分钟后，从煤中有机物质分解出来的液体和空气产物。泥炭：60~90%,褐煤：40~55%,烟煤：10~50%,无烟煤：＜10%挥发分焦渣：测定挥发分时，残留的固态产物。固定碳：从焦渣中减去灰分的残留物。二、评价煤质的常用指标4．发热量（Q）发热量：单位质量的煤在完全燃烧时放出的热量，其单位常用KJ/g或MJ/kg。5．胶质层厚度（Y）胶质层厚度是反映煤的粘结性的指标。凡是有粘结性的煤，在隔绝空气条件下加热到一定温度（350°C以上），其有机质开始分解、软化成胶质体，然后随温度继续升高（510°C以上）胶质体又固结成多孔的半焦，最后形成焦炭。在此过程中，煤的粘结性越强，其胶质层厚度越大。二、评价煤质的常用指标6．含矸率含矸率：矿井所产煤炭中大于50mm的矸石重量占全部煤量的百分率。7．粘结指数（GR.l.）粘结指数也是反映煤的粘结性的指标。粘结指数测定方法：用1g煤样与5g标准无烟煤，混合后快速加热，炼成焦炭；称其总重量为g，然后将焦块放在特制的转鼓内转磨两次，每次5分钟，每次转磨后用1mm的圆孔筛筛分，并称筛上1mm的焦粒重量分别为g1和g2，则当测得的G18时，煤样和标准无烟煤配比为3g：3g，测定方法同前，则：gggG507301021gggG21303010二、评价煤质的常用指标三、中国煤的分类我国实行的煤炭分类，共分14大类，17小类中国煤炭分类和用途第三节煤田地质勘探及煤炭储量一、煤田地质勘探阶段及其任务远景规划———煤田普查煤炭工业建设矿区总体设计—矿区详查煤田地质勘探矿井设计———井田精查煤田普查找煤:为寻找煤炭资源，并对工作地区有无进一步工作价值作出评价所进行的地质调查工作。普查勘探:为煤炭工业的远景规划和详查提供必要资料所进行的地质工作。矿区详查：在普查基础上，根据国家建设需要和普查结果，选择资源条件好、开发条件有利的矿区进一步查明资源的情况，为矿区总体设计提供依椐。井田精查：为煤矿初步设计提供地质资料所进行的详查勘探工作。在设计部门划分的井田范围内，对影响煤层开采的各种地质条件进行详细了解，为矿井设计提供地质资料。1.遥感地质调查2.地质填图3.钻探工程4.山地工程5.地球物理勘探二、煤田地质勘探技术手段一、煤田地质勘探阶段及其任务煤炭储量：煤田内埋藏的具有一定工业价值和一定勘探研究程度的煤炭资源量。不仅是一个数量概念，而是包括了数量、煤质和煤层开采条件等诸多因素的综合概念。三、煤炭储量煤炭储量分类表矿井设计储量：矿井精查地质报告提供的能利用储量减去断层、防水、井田境界等煤柱后剩余的储量。矿井可采储量：矿井设计储量减去工业场地、地面建筑物和构筑物、井下主要巷道等保护煤柱后乘以采区采出率所得到的储量。设计损失量：为了煤矿安全生产。按设计规定留设的安全煤柱以及采煤、运输过程中的损失量。三、煤炭储量第四节矿图基本知识一、矿图的基本知识在采矿设计、施工和生产过程中，需要一套图纸分别反映地形、地物、地下煤层形态、地质构