4矿井地质及瓦斯地质基础

矿井地质及瓦斯地质基础知识讲义第一部分矿井地质基础知识1、煤系地层的概念在煤层自成的同时伴有岩层生成，如果它们是在同一个成煤时期形成的，通常称为某地质时代的煤系地层。2、煤系煤系即含有煤层的沉积岩系，它们在成因上密切联系，彼此间大致连续沉积。3、煤田同一地史发展过程中形成的含煤岩系，经后期改造所保留下来的比较连续分布的广大地区，也就是说在地质历史过程中，由含碳物质沉积而成的大面积含煤地带称为煤田。4、井田划给一个矿井开采的煤田的一部分。5、矿区由于地理、地质、技术、经济等原因将邻近几个井田合起来开发的区域。6、煤层厚度是指煤层层面间，即煤层顶底板之间的垂直距离。可划分为煤层总厚度、可采厚度和有益厚度。煤层总厚度是指煤层顶底板之间各煤分层厚度和夹石层厚度的总和；可采厚度是指在现时经济技术条件下可以开采的厚度或煤分层的厚度总和；有益厚度是指煤层顶底板之间各煤分层的总和。7、储量计算时煤层厚度确定原则煤层中夹矸的单层厚度不大于0.05米时，夹矸与煤可合并计算。煤层中夹矸的单层厚度等于或大于所规定的煤层最低可采厚度时，被夹矸所分开的煤分层应做为独立煤层一般应分别计算储量。煤层中夹矸的单层厚度小于所规定的煤层最低可采厚度时，煤分层不做为独立煤层。煤分层厚度等于或大于夹矸厚度时，上下煤分层加在一起，做为煤层的采用厚度。当各煤分层的总厚度等于或大于所规定的最低可采厚度，同时夹矸的总厚度不超过煤分层总厚度的1\2时，以各煤分层的总厚度做为煤层的采用大厦厚度。煤层厚度示意图（附图1）(1)0.75(2)1.10(3)0.50(1)0.180.080.350.60总厚度可采厚度8、煤层中的夹矸、结核、包体和化石结核：指成份、结构、颜色、与围岩有明显差别的团块状矿物集合体。包体：指陆源沉积物堆积时，由于水流冲刷而包裹在沉积物中的岩石碎块，其特点是未经分选和磨圆。化石：保存于地层中的古生物遗体和遗迹称为化石。9、煤层结构指煤层中含其它岩石夹层的情况。可分为:简单结构和复杂结构两种类型。简单结构:煤层中局部含或不含夹石称简单结构。复杂结构:煤层中含稳定的岩石夹层一层以上，称复杂结构。10、煤层顶板分类按其岩石力学性质和移动垮落性质可分为伪顶、直接顶和老顶三类伪顶:紧靠煤层顶部，厚度一般在0.3～0.5米以下，容易随采煤同时冒落的岩层。直接顶:直接位于煤层或伪顶之上的一层或几层岩层，一般在撤柱或移架后容易冒落。老顶：位于直接顶或直接位于煤层之上的坚硬岩层，能维持很大悬露面积，一般不易冒落。11、煤层按厚度如何分类？根据厚度对开采技术的影响可划分为三类，即：薄煤层＜1.3米中厚煤层1.3～3.5米厚煤层﹥3.5米12、煤层按倾角如何分类按倾角可划分为：近水平煤层﹤5°缓倾斜煤层5°～25°。倾斜煤层25°～45°急倾斜煤层﹥45°13、煤（岩）层的产状要素煤层产状要素指的是煤层的空间形态及展布方向，可用走向、倾向和倾角来表示。走向：煤（岩）层倾斜层面与假想水平面的交线称为走向线，它是一条水平线。走向线向两边延伸的方向称为走向，它代表了岩层层面在水平方向上的展布（见附图1）倾向：煤（岩）倾斜层面上与走向线垂直、向下的倾斜线在水平面上的投影所指的方向。它代表了煤层倾斜方向（见附图1）。倾角：煤(岩)层倾斜层面与假想水平面之间所夹的锐角，也就是倾向线与水平面之间的夹角。倾角大小反映煤层的倾斜程度（见附图1）。垂直于煤(岩)层走向量取的倾角叫真倾角，其它方向量取的角度均为视倾角，视倾角永远小于真倾角（见附图2）。一般情况下只测煤（岩）层的倾向及真倾角即可。煤（岩）层产状的记录方法一般为：145°∠50°；“∠”左侧（145°）为煤（岩）层倾向，右侧（50°）为倾角。14、什么叫地质构造？在地壳运动过程中，岩层改变了原始的埋藏状态，发生一定的变形或变位，产生新的结构称为地质构造。构造形态主要分为两类：褶皱构造和断裂构岩层产状示意图（附图2）水平面倾向走向倾角岩层层面注：为岩层真倾角。15、地质构造的基本形态沉积岩层和煤层在最初形成时，一般是水平的或近似水平的。同时，在一定范围内分布也是连续完整的。由于后来受到地壳运动的影响，岩层产生了褶皱和断裂，从而改变了岩层和煤层的原始形态和产状，形成了单斜构造、褶曲构造、断裂构造等基本形态。16、单斜构造在一定范围内大致向同一个方向倾斜、倾角也相似的一组岩层所形成的构造。在较大的范围内，单斜构造往往是其它构造的一部分，如褶曲的一翼或断层的一盘。单斜构造示意图（附图3）17、褶皱构造、褶曲、背斜和向斜褶皱构造：岩层受到水平力的挤压而发生波状弯曲，但仍保持岩层的连续性和完整性的构造形态称作褶皱构造。褶曲：褶皱构造中的每一个弯曲为褶曲，褶曲分向斜和背斜。背斜：岩层在剖面上表现为层面突起的弯曲。在水平切面图上表现为核部是老岩层，两翼是新岩层。向斜：岩层在剖面上表现为层面下凹的弯曲。在水平切面图表现为核部是新岩层，两翼是老岩层。18、褶曲构造对矿井生产有哪些影响？褶曲构造示意图（附图4）①井田内大中型褶曲影响采区划分和大巷位置的选择；②影响工作面布置；③顶板压力增大，易发生冒顶事故；④瓦斯压力增大，突出危险性增大；⑤煤厚变化影响生产；⑥巷道弯曲，影响运输；⑦影响机械化采煤。19、什么叫断裂构造？地壳中的岩层在力的作用下发生变形，当力达到或超过岩层强度极限时，岩层的连续性和完整性受到破坏，在一定方向和部位的岩层发生破裂或有显著位移，产生断裂，即为断裂构造。断裂构造分为裂隙（节理）和断层。断层断层断　层　示　意　图（附图5）20、什么叫裂隙（节理）？岩层受力发生断裂后，断裂面两侧的岩体没有发生显著位移。常见的裂隙有开口的、闭口的和隐蔽的三种。裂隙有规则的组合时，叫做节理（裂隙）系统或节理组。21、断层及断层要素岩层沿断层面发生显著位移的断裂构造称为断层。断层要素有：断层面、断层线、断盘和断距。断层面：岩层断裂后，两个断块发生相互错动的错动面。如果位移不是沿着一个面而是沿着一个破碎带发生时，这个带称为断层破碎带。（附图）（附图）落　差　示　意　图（附图6）22、裂隙分类按成因可划分为原生裂隙和次生裂隙原生裂隙是指在成岩过程中形成的裂隙。一般延伸不远，形状不规则、没有共同延伸方向。煤层中仅在光亮型煤的条带内发育。次生裂隙又可划分为构造裂隙和非构造裂隙。构造裂隙是在构造变动作用的影响下岩石形变过程中而产生的裂隙。这种裂隙既可分布在较小面积里，也可发育在广大区域里，可延伸很远、并有一定规律，同时可切穿不同的岩层。非构造裂隙是由外力及重力作用所形成的裂隙。如风化裂隙、滑坡裂隙、崩塌和陷落裂隙，以及减压裂隙等。这种裂隙多局限于地表，规模不大，延长不远，分布不规则，多为开口裂隙。按作用力的性质可划分为剪切裂隙和张裂隙剪切裂隙是指岩石受剪应力作用而形成的裂隙。在岩层中常有两组同时出现构成共轭剪裂隙系“X”型裂隙系。这类裂隙平直而紧闭，延伸方向稳定。在煤、页岩等柔性岩层中常出现光滑的裂面和擦痕。张裂隙是由张应力引起的裂隙。在褶曲岩层中多在轴部发育并与岩层面近于垂直，或沿已形成的剪裂隙面发育成锯齿状裂隙。张裂隙一般裂口稍微张开，这种裂隙广泛发育于褶曲岩层中，也常发生在断层附近。裂隙面粗糙不平，一般无擦痕，通常延伸不远。按裂隙走向与岩层走向的关系可分为走向裂隙、倾向裂隙和斜交裂隙。裂隙走向与岩层走向平行时，该裂隙即为走向裂隙。这类裂隙裂隙面粗糙，一般没有擦痕，延伸性较差，裂面常张开。裂隙走向与岩层走向垂直时，该裂隙即为倾向裂隙。这类裂隙裂隙面多粗糙开口，延伸不远，并常有矿脉充填。裂隙走向与岩层走向斜交时，该裂隙即为斜交裂隙。这类裂隙性质与剪切裂隙相同。按裂隙走向与褶曲轴向关系可划分为纵裂隙、横裂隙和斜交裂隙裂隙走向与褶曲轴向一致时，该裂隙即为纵裂隙。裂隙走向与褶曲轴向正交时，该裂隙即为横裂隙。裂隙走向与褶曲轴向斜交时，该裂隙即为斜交裂隙。纵裂隙和横裂隙一般与岩层面直交，在横剖面或纵剖面中呈扇状分布，其生成与岩层弯曲或枢纽的倾向有关，多为局部张裂隙。斜交裂隙的特征与剪裂隙相同。23、裂隙与井巷布置的关系裂隙发育地段，岩层的稳定性较差，巷道及采区布置一般不要与主要裂隙组的走向平行，最好与之成一锐角或垂直，否则容易造成片帮或冒顶。工作面的推进方向最好与主要裂隙组的倾向一致，可提高掘进效率。24、裂隙与井巷掘进的关系在裂隙发育的煤、岩层中，炮眼布置应尽量垂直于主要裂隙面，以提高爆破效果，炮眼间距也可大些。煤层顶板岩石裂隙发育时，支架的顶梁不应平等于主要裂隙方向，以防冒顶。25、裂隙与地下水的关系裂隙破碎带是地下水的良好通道，裂隙的发育程度与矿井涌水量有密切关系。特别是张性裂隙与两组裂隙的交汇地带，其富水性与导水性皆强，施工中应予以重视。26、裂隙与矿井瓦斯的关系裂隙不仅是瓦斯赋存的空间，也是运移和释放的通道。如果巷道与主要裂隙组的走向垂直或斜交，一部分瓦斯可向巷道空间散放，如果巷道掘进方向平行于主要裂隙方向，瓦斯不易放散，增加了回采时造成瓦斯突出的危险性。26、断层的分类根据断层两盘相对移动的方式可将断层划分为正断层、逆断层和平移断层。根据走向与区域构造线方向的关系将断层划分为：纵断层、横断层和斜断层。根据断层走向与地层产状的关系将断层划分为：走向断层、倾向断层、斜交断层和顺层断层。按照断层在剖面上的组合形态将断层划分为：阶梯状断层、地堑、地垒、叠瓦状构造。按断层在平面上的组合形态将断层划分为：环形、放射性、旋扭、平列式、边幕式、转换等断层。常用的分类方法是第一类。27、正断层、逆断层和平移断层正断层：在断层两盘相对位移中，上盘相对上升、下盘相对下降的断层称为正断层。逆断层：在断层两盘相对位移中，上盘相对下降、下盘相对上升的断层称为正断层。平移断层：岩层断裂后，上下两盘岩层做水平移动，没有明显的位移。28、断层对煤矿生产的影响大断层影响井田划分；影响回采工作；影响安全工作；造成煤炭资源损失；造成巷道掘进率增高。（附图：正断层）断层性质示意图（附图7）（附图：逆断层）29、断层与井巷布置的关系断层的性质规模、断距的大小及断层性质，均可直接影响到井田划分和采区、工作面的布置，同时也影响到巷道和井底车场硐室的布置大型断层是井田划分的主要依据之一，同时也影响井田的开拓方式中型断层(断距15米以上，30米以下)通常会影响到采区的布置，一般可考虑作为采区边界。小断层对采掘工作影响很大。落差大于5米时，往往需要以断层为界，将工作面分成两个进行回采。断层密集时则可破坏整个工作面回采。30、断层与井巷掘进的关系在煤巷掘进中遇断层时，煤层就失去了其连续完整性，当断层断距大于煤层厚度而致煤层被断失以后，必须及时正确判断断层的性质，寻找断失煤层，避免东挖西掘造成大量废巷巷道通过断层破碎带时，容易片帮、冒顶，应采取有效的支护方式和掘进工艺。31、断层与地下水的关系断层，尤其是张性断层带，是地下水活动和富集的场所。导水断层可以沟通地表水和各含水层之间的水力联系，增加矿井涌水量，甚至可造成井下突水事故，影响或威胁安全生产。因此，必须加强矿井水文地质工作。32、断层与瓦斯的关系断层破碎带易于聚集大量瓦斯，同时由于断层破碎带附近煤(岩)层抗压强度较低，在瓦斯压力及其它压力的共同作用下，容易发生瓦斯突出，在高瓦斯矿井或有瓦斯突出危险的矿井，在揭露断层和煤层时，应加强安全措施。33、巷道揭露断层前的征兆(103页)裂缝增加；煤(岩)产状发生变化；煤层顶底板出现不平行现象；煤厚、煤层结构发生变化，并出现小褶曲；大断层附近常伴生一系列小断层；断层附近常有滴、淋水和涌水现象；瓦斯涌出量明显增加。34、井下识别断层的标志(105页)煤(岩)层不连续；断层面擦痕、镜面、阶步；断层带构造岩；断层角砾及断层