01第一章煤矿地质知识

第一章煤矿地质知识本章重点及难点分析：1、地质作用2、岩石的形成与分类3、年代地层表4、煤的形成条件5、煤的性质及工业分类6、煤层赋存状态（厚度、结构、倾角及稳定性）7、地质构造（向斜、背斜、断层、陷落柱、岩浆浸入）8、煤的自燃、瓦斯和水对矿井开采的影响9、矿井储量。1地壳的组成与地质作用（略）2煤的形成2.1煤的形成和煤系实践证明，全球煤矿藏的分布是不均衡的。如早古代的石炭纪和二叠纪、中生代的晚三叠世和早侏罗世、新生代的早第三纪等均有煤炭聚集，而其它地质时期则缺少具经济价值的煤炭层。同一个地质时期，有些地区有煤炭聚集，有的地区则没有煤炭聚集；甚至于同一个聚集期内，不同聚煤地区常出现不同的聚煤范围和不同的煤层厚度。由此可以看出，煤层的形成是受某些条件控制的。这些条件常称为成煤的控制因素，如古植物、古气候、古地理及古构造等。当成煤的控制因素配合良好时，就会出现强盛的聚煤时期；否则，是成煤的衰退时期。2.1.1成煤条件古植物条件植物是成煤的原始物质。没有大量的植物生长，就不可能形成煤炭。植物的大量生长繁殖是在地球形成数十亿年以后，因此煤炭的形成也是近几亿年植物大量繁殖后才开始的，这就是地球上自植物大量发展以来出现主要聚集期的理由。例如我国三大聚集期(即石炭二叠纪、三叠侏罗纪、第三纪等)分别与孢子植物、裸子植物及被子植物的繁盛时期相适应。植物分为高等植物和低等植物两大类。地球上的低等植物是没有根、茎、叶等器官的分化，多生长在水中，是最早出现的生物(如细菌、藻类)，它们是形成腐泥煤的原始质料。高等植物，具有根、茎、叶等器官分化，主要有蕨类植物，裸子植物和被子植物，它们常形成高大乔木，具有粗大的根、茎、叶，是形成腐植煤的原始质料。古气候条件植物的大量生长繁殖必须有适宜的气候条件。所谓适宜的气候条件主要是指空气的温度和湿度。这是因为只有在潮湿和温暖的条件下，植物才能大量繁殖。其中，温度既影响植物繁殖的速度，又影响植物遗体的分解速度。如热带地区，植物繁殖的速度很快，为泥炭的生成提供了大量的原始质料，但高温又促使植物遗体快速分解，破坏了泥炭的大量堆积。如果植物遗体在稍有积水的沼泽地带，且遗体能够及时地被掩埋起来，避免氧化分解，即可逐渐聚积起来形成泥炭。因此，潮湿和温暖的气候是成煤的最有利条件。古地理条件古地理因素是指适宜于大面积沼泽化的自然地理环境。实践证明，符合沼泽化的自然地理环境，主要有滨海的广阔平原、内陆湖泊、广大河谷的河漫滩、河口三角洲、泻湖海湾及山间盆地等较广阔的平坦地带。由于地壳升降引起的海水进退，常常在上述古地形条件下形成大面积的沼泽，我国将含煤岩系划分为陆相含煤岩系及海陆交替相含煤岩系，这是与上述各地形相吻合的。古构造因素在地质历史时期中，含煤岩系形成必须具有一定的物质来源和一定的沉积场所。这些物质均来源于沉积场所周围隆起区内的碎屑物质及生长在沉积场所之内的大量植物遗体。形成含煤岩系的沉积场所，主要是分布在各个聚煤期内的低洼盆地。这些盆地的形成，大部分属于构造成因的，少部分属于非构造成因的。构造成因的盆地，一般统称为构造盆地或构造坳陷；属于非构造成因的盆地，主要是地表某些部分遭受侵蚀作用后形成的盆地或坳地，一般称为侵蚀盆地。无论是构造坳陷或非构造坳陷，只要在地质历史时期内具有适宜的聚煤条件，都可以形成含煤岩系。2.1.2煤的形成过程煤是由植物遗体经过复杂的生物化学、物理化学作用转变形成的。植物从死亡、遗体堆积到转变为煤的一系列演变过程，称为成煤过程。成煤过程大致可分为两个阶段：一是泥炭和腐泥化作用阶段，二是煤化作用阶段。其中，第一阶段是植物在浅海或沼泽及湖泊中不断繁殖，其遗体在微生物作用下不断分解、化合、堆积的过程。当已形成的泥炭和腐泥被覆盖、掩埋时，进入煤化作用阶段，即第二阶段。也就是在以温度和压力为主的作用下变成煤的阶段。2.2煤质（重点介绍）：2.2.1煤的化学组成煤的化学组成或化学成份主要是有机质和无机质两大类。有机质是煤的主要成份，包括碳、氢、氧和有机硫，少量的磷等，是有益成份，是加工利用的对象。无机质绝大多数是煤中的有害成份，不能利用，主要是无机质矿物和水份。2.2.2煤质煤的炭化程度越高，其中的水份和挥发份越少，相反，含碳量越高，一般发热量也越高。也可以简单地说，煤的质量不同。这就是为什么有的煤100多元1吨，而有的煤近1000元一吨的原因。评价煤质的主要因素或主要指标：水份、灰分、挥发分、胶质层厚度、发热量、硫和磷的含量及含矸率等。水分和灰分：煤中的不可燃部分，含量越少煤质越好。灰分是指煤完全燃烧后所剩下的固体残渣，灰分超过40%的煤暂不利用。挥发分：指煤与空气隔绝后，加热到900℃左右时所排出的气体物质，主要成份为沼气、氢及其它化合物。固体碳：是除去水份、灰分和挥发份后的有机固体可燃物。其含量随煤的变质程度提高而增高。胶质层厚度：指粉煤与空气隔绝后加热到850±20℃时，煤中的有机质分解、熔融而产生具有粘结性胶体厚度，单位：mm。焦炭就是由粘结性好的煤，加热后由胶质层粘结形成的。发热量：指质量为1kg的煤完全燃烧时放出的热量，其单位是J/kg，或卡/kg。硫和磷：煤中的有害杂质。含硫高的煤，炼钢性脆，质量下降。含矸率：指矿井采出的原煤中，大于50mm的矸石量占全部煤量的百分数。含矸率的高低将直接影响煤的质量和售价。非工业分类主要选择含碳量、水分、挥发分与可燃物的比率和发热量为指标进行划分煤的种类．见表1—2。3煤层的赋存情况3.1煤田、矿区和井田煤田：同一地质时期形成并大致连续发育的含煤岩系分布区。范围很大，面积可达数百到数千km2。矿区：统一规划和开发的煤田或其一部分，称为矿区。一般情况下，煤田大于矿区，一个煤田往往由几个矿区共同开发。当然也有一个大矿区开发几个煤田的情况。井田：划分给一个矿井开采的那一部分煤田，称为井田。井田范围是指井田沿走向的长度和倾向的水平投影宽度。根据目前的开采技术水平，一般小型矿井走向长度不少于1500m，中型矿井走向长度不少于4000m，大型矿井走向长度不少于7000m。3.2煤的储量矿井资源储量是矿井设计和生产建设的主要依据，长期以来，我国用于评价固体矿产资源/储量类型主要依据矿产资源的勘探程度。如原有的储量分类采用A、B、C、D级分类标准，其中，A＋B＋C级储量为平衡表内储量，D级储量为远景储量。目前，我国对固定矿产资源进行了重新分类。表1－4固定矿产资源/储量分数表地质可靠程度经济意义查明矿产资源潜在矿产资源探明的控制的推断的预测的经济的可采储量（111）－－－基础储量（111b）预可采储量（121）预可采储量（122）基础储量（121b）基础储量（122b）边际经济的基础储量（2M11）－基础储量（2M21）基础储量（2M22）次边际经济的资源量（2S11）－资源量（2S21）资源量（2S22）内蕴经济的资源量（331）资源量（332）资源量（333）资源量（334）说明：表中所有编码（111－334）：第1位数字表示经济意义：1－经济的，2M－边际经济的，2S－次边际经济的，3－内蕴经济的；第2位数字表示可行性评价阶段：1－可行性研究，2－预可行性研究，3－概略研究；第3位数字表示地质可靠程度：1－探明的，2－控制的，3－推断的，4－预测的，b－未扣除设计、采矿损失的可采储量。(1)矿井地质资源量：是指地质勘查报告提供的井田内查明的煤炭资源量，即详查地质报告提供的查明煤炭资源的全部。包括控制的内蕴经济的资源量332和推断的内蕴经济的资源量333。(2)矿井工业资源／储量：是指地质资源量经可行性评价后，其经济意义在边际经济及以上的基础储量及推断的内蕴经济的资源量乘以可信度系数之和。地质资源量中控制的资源量332，经分类得出的经济的基础储量122b、边际经济的基础储量2M22，连同地质资源量中推断的资源量333的大部，归类为矿井工业资源／储量。(3)矿井设计资源/储量：指矿井工业资源／储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建(构)筑物煤柱等永久煤柱损失量及因法律、社会和环境保护等因素影响而不得开采的煤柱煤量后的资源／储量。(4)设计可采储量：矿井设计资源/储量中减去工业场地、井筒、井下主要巷道等保护煤柱煤量后乘以采区回采率。3.3煤层的赋存状况—位置(深度)、层数、厚度、倾角、稳定性等煤层的埋藏深度：大小不一，最大垂深可达2000m。世界主要产煤国平均矿井开采深度：德国1100m（最大采深1700m）波兰700m英国650m俄罗斯600m美国、南非、印度、澳大利亚在100—250m目前，我国的开采深度已达到1000m以上。我国平均开采深度为450-500m，沈阳彩屯煤矿1199m（最深的矿井）开滦矿区赵各庄矿1160m山东新汶孙村矿1055m北票冠山1059m河南省平顶山矿区部分矿井开采深度接近和达到1000m。煤层的层数：少则一层，多则几十层。煤层的厚度：煤层一般呈层状，但也有鸡窝状、扁豆状等。薄煤层：厚度小于1.3m中厚煤层：厚度在1.3m~3.5m厚煤层：厚度大于3.5m。煤层的倾角：煤层与水平面之间所夹的最大锐角。近水平煤层：5~8°缓斜煤层：8~25°倾斜煤层：25~45°急倾斜煤层：45°煤层的稳定性(补充内容)：任何煤层的厚度，实际上都是变化的，有时厚有时薄，甚至尖灭。根据厚度变化情况可将煤层分为下列四类：稳定煤层：这种煤层在整修矿井开采范围内厚度均大于最小可采厚度，且厚度变化有一定的规律性。较稳定煤层：在矿井开采范围内绝大多数煤层基本可采，而只有局部煤层不可采。不稳定煤层：煤层厚度变化很大，有薄有厚，甚至尖灭。经常出现不可采区域。极不稳定煤层：煤层常呈鸡窝状，断断续续分布，在井田范围内仅局部可采。3.4地质构造在地壳运动的作用下，煤和岩层改变原始的埋藏状态(原始状态一般呈水平或近水平且在一定范围内连续完整)所产生的变形或变位的形迹称为地质构造。地质构造的形态多种多样。较为常见的有褶曲、单斜、断裂、冲蚀、岩溶塌陷和岩浆侵入等。3.4.1褶皱构造岩层或煤层由于地壳升降或水平方向的挤压运动，被挤成弯弯曲曲但保持岩层的连续性和完整性的构造形态称为褶皱。岩层褶皱构造中的每一个弯曲为一基本单位称褶曲，如图1—4所示。其中，煤层和岩层向上凸起的部分称作背斜。向下凹陷的部分称作向斜。在自然界中，背斜和向斜在位置上往往是彼此相连的。3.4.2．单斜构造当—个向斜构造或背斜构造的范围较大时，它的一翼又称为单斜构造。所以说，单斜构造也是招褶皱构造的一部分；增层和煤层在空间的分布状态和位置通常用产状要素描述，如图1—5所描述。(1)走向。煤层或岩层层面与水平面的相交线称为走向线，走向线的方向称为走向。走向表示倾斜岩层在平面上的延伸方向。(2)倾向。在煤层或岩层层面上、与走向线垂直向下的直线称为倾斜线，倾斜线在水平面上的投影称为倾向线，倾向线的方向称倾向，倾向表示倾斜岩层向地下深处延伸的方向。(3)倾角。煤层或岩层层面与水平面之间所夹的最大锐角，倾角越小，开采越易；倾角越大，开采越难。由于受地质构造的影响，在任何一个煤田内，同一煤层在不同的地点向和倾角都不是固定不变的，只不过变化的大小程度不同。3.4.3．断裂构造岩层受地质作用力后遭到破坏，失去了连续性和完整性的构造形态称为断裂构造。断裂面两侧的岩层没有发生明显位移的称为裂隙或节理。裂隙在煤矿的实际生产中对钻眼爆破、回采率、顶板管理、地下水等方面都有直接的影响。当断裂面两侧的岩层发生了明显的位移时，称之为断层。其断层要素如图I一6所示。(1)断层面。岩层发生断裂位移时，相对滑动的断裂面。(2)断盘。断层面两侧的岩体称为断盘，如果断层面为倾斜时，通常将断层面以上的断盘称为上盘，断层面以下的断盘称为下盘。如果断层面直立时，就无上、下盘之分；(3)断距。断层的两盘相对位移的距离。断距可分为垂直断距(两盘相对位移垂直距离)和水平断距(两盘相对位移水平距离)，如图1—7所示。根据断层两盘相对运动的方向，断层可分为以下三种类型。图1—8所示