矿井地质学

《矿井地质学》本课程的主要内容•矿井构造的评价和预测•矿井生产地质问题•矿井构造；煤层厚度；•岩浆岩侵入；岩溶陷落柱•井巷工程地质问题•矿井安全问题（瓦斯、煤层自燃、煤尘）•环境地质问题（地面塌陷、地温）•矿井地质编录与制图•矿井地质勘探•矿井地质管理第一章绪论一、矿井地质学的概念、意义二、矿井地质工作的目的和任务三、矿井地质工作的阶段和内容四、矿井地质工作的特点和原则五、研究现状和发展方向一、矿井地质的概念、意义•矿井地质学是研究煤矿生产过程中与地质有关的所有问题的学科，它是以地质学为主体，与采矿工程、环境工程、资源经济等学科密切关联的一门边缘应用学科。1.矿井地质学的概念•从严格的意义上讲，该学科不具有独立性，没有自己特有的理论体系，仅仅是把地质知识应用到矿井生产中，解决矿井生产中的问题。•（矿井地质的中图分类号：TD163－矿业工程中的矿山地质与测量）（1）必要性：•任何一项工程的建设，都离不开地质勘查。煤矿生产也不例外，•从寻找煤田→煤矿的规划设计→矿井建设→煤矿生产（出煤），每个阶段都需要不同精度、循序渐进的地质工作。2.矿井地质工作的意义（2）重要性：•地质体是异常复杂多变的，只有在充分了解地质情况的基础上，矿井建设和煤炭生产才能达到技术合理，经济高效，否则工作就陷入盲目，不仅造成巨大的经济损失，甚至可危及安全。•2002年5月4日山西运城煤矿事故(死亡83人)•2002年6月20日鸡西煤矿发生爆炸(死亡124人)•2003年5月13日安徽芦岭煤矿发生爆炸(死亡86人)•2003年6月22日山西繁峙金矿爆炸案(死亡37人)•2003年11月14日江西丰城煤矿瓦斯爆炸(死亡49人)•2004年11月20日河北沙河发生矿难(死亡65人)•2004年11月28日陕西铜川发生特大矿难(死亡166人)•2005年3月19日山西朔州发生矿难(死亡72人)•2005年2月14日辽宁孙家湾煤矿发生矿难(死亡214人)•2005年7月11日阜康煤矿特大瓦斯爆炸(死亡83人)•2005年8月2日河南禹州矿难(死亡24人)•2005年8月7日广东梅州特大透水事故(死亡123人)•2005年11月27日黑龙江七台河煤矿爆炸(死亡171人)•2005年12月7日河北唐山矿难(死亡74人)2005～2007年共18起：瓦斯事故11起（61％）；突水事故6起（33％）；非煤矿事故1起（6％）。（3）迫切性：•机械化采掘是煤炭工业发展的趋势，是科技进步的必然结果，具有高产高效、经济安全、劳动强度低和回采率高等多种优点。•但机械化采掘（特别是综采）适应地质条件变化的能力低（据统计，我国综采工作面开机率为29％），因此，在生产过程中迫切需要准确查明和预测地质条件的变化。（1）煤田与井田：•煤田：大面积的含煤地区叫做煤田。数十km2～数千km2，煤田储量可以是几亿吨～几百亿吨，前者是限量煤田，后者为富量煤田。•井田：富量煤田常要划分为若干个部分，每个部分由一个矿井开采（经济、技术上更合理），这种划归一个矿井开采的“煤田的一部分”，叫做井田。3.有关井田、矿井的基本知识（2）矿井生产能力：•矿井生产能力是指设计的矿井年产煤量，简称井型。•大型：120,150,180,240,300,400及以上（万吨/年）•中型：45,60,90•小型：9,15,21,30（3）矿井服务年限：•大型矿井年产煤量大，但建井投资也大，时间长，因此要求其服务年限也要长一些，经济上才能合算。小型矿井则短一些。•大型矿井：缺煤地区40~50年，非缺煤地区60~70年；•中小型矿井：缺煤地区20~30年，非缺煤地区30~50年。（4）井田再划分：•为了有计划、按顺序地开采，井田还需要再划分为若干个适宜开采的比较小的部分，井田再划分的方式与采煤方法有关。•我国主要的采煤方法是壁式体系采煤方法（工作面很长），与此相适应的划分方案为：阶段、采区、区段。•对于煤层倾角大于5º~8º时：（见图1-1）Ⅰ阶段Ⅱ阶段Ⅲ阶段Ⅰ阶段Ⅱ阶段Ⅲ阶段三采区一采区二采区四采区1区段2区段3区段图1-1井田划分为阶段、采区、区段（5）矿井开采巷道及生产系统：•坑道系统：①垂直坑道：•○立井：有直接地面出口，安装有提升设备（主、副井）。•○小井：断面较小，深度不大，有直接地面出口，用于通风、行人、勘探等（风井）。•○暗井：无直接地面出口，有提升设备。•○溜井：无直接地面出口，用于自上向下溜煤。②水平坑道：•○平硐：有直接地面出口的水平巷道（主、副平硐）。•○石门：无直接地面出口，垂直或斜交煤层走向在岩层中开掘的水平巷道。•○平巷：无直接地面出口，沿走向在煤层（或岩层）中开掘的水平巷道。•○掌子面：巷道的端部断面③倾斜坑道：•○斜井：有直接地面出口，安装有提升设备（主、副斜井）。•○上山：无直接地面出口，自平巷向上开掘，自下而上运材料，自上而下运煤的倾斜巷道（运煤上山、轨道上山）。•○下山：………………•○溜眼：无直接地面出口，倾角较大，用以自上而下溜煤。•通风系统：（见下图）材料煤进风回风（6）采煤方法：•井下开采：（破煤、装煤、运输、支护、处理采空区）•普采（普通机械化采煤）：采煤机破煤装煤，单体支柱支护；•综采（综合机械化采煤）：采煤机破煤装煤，液压自移支架支护；•炮采：钻眼爆破法破煤，单体支柱支护；•水采：高压水射流破煤，将煤水运送到地面。•露天开采：煤层埋藏浅，直接自地面开挖采煤。（7）矿井安全：•○瓦斯：主要为CH4（甲烷），其次CO2、N2（氮气）；少量H2S•○煤尘：过量吸入→呼吸道炎症，尘肺病；爆炸•○火：煤的自燃－－煤以破裂状态存在，有连续供氧条件，热量容易聚集。外因火灾。•○水：地面水：通过某种渠道灌入井下；•井下突水：裂隙、断层、岩溶陷落柱、老窑•○冒顶：顶板垮落二、矿井地质工作的目的和任务•目的：•从地质角度保证矿井生产建设的正常安全进行和高速发展；保证国家煤炭资源的充分开发和合理利用。•任务：•1.查明地质条件•2.提供地质资料•3.指导采掘生产•4.组织矿井勘探•5.进行储量管理•6.调查伴生矿产三、矿井地质工作的阶段和内容煤田地质勘探阶段勘成果）矿井设计：（精查和补的结果）矿区总体设计：（详查的成果）远景规划：（利用普查段狭义的矿井地质工作阶矿井生产：（出煤）矿井建设：（建井）•指从建井准备到矿井建成投产这一过程中的地质工作。•矿井建设阶段主要是建成井筒、井底车场、硐室、主要运输大巷、总回风巷等矿井基建工程，以及约占矿井设计产量三分之一的首采区。•基本内容：提供矿井基建工程和首采区设计与施工所需的地质资料；进行井巷地质观测编录和综合分析；查明和处理施工中出现的地质、水文地质和工程地质问题；编制建井地质报告和移交生产的地质资料，为投产后的生产地质工作奠定基础。1.建井地质工作•指从矿井正式移交生产到矿井采完报废这一过程中的地质工作。•矿井生产阶段主要有水平开拓、采区掘进、采面掘进和采面回采等生产环节。•基本内容：及时进行井巷、采面和钻孔的地质观测编录；随时补充和修改各种综合性地质图件；定期计算储量，掌握储量变动，进行储量管理；合理布置各种形式的矿井地质勘探；适时编制和提供各种地质报告、地质说明书和开展地质预报；配合采掘区队正确处理采掘过程中出现的地质变化。2.生产地质工作四、矿井地质工作的特点和原则•1.特点•(1)实践性•(2)准确性•(3)预见性•(4)及时性和连续性•2.原则（四个结合）•(1)矿井地质与区域地质相结合•(2)井下地质与地面地质相结合•(3)矿井地质与采掘生产相结合•(4)现场观测与综合分析相结合五、研究现状和发展方向•矿井地质学是研究煤矿开发过程中的地质问题和矿产资源经济问题的理论和方法。•它是以地质学为主体的边缘应用学科。•矿井地质学是正确进行矿井地质工作的理论依据，矿井地质工作是矿井地质学发展的基础。1.研究现状•矿井地质学作为独立的学科出现较晚，上世纪30~40年代才开始有矿井地质专著问世；到70年代以后，逐渐发展成为一门系统的独立学科。•20世纪70年代中期以来，随着采煤机械化的迅速提高，以前地质部门提交的精查地质勘探资料已远远不能满足矿井设计和采区布置的需要。•因此，上世纪80年代以来，我国煤田地质工作者在煤矿开采工程地质条件综合评价、技术研究与仪器研制等方面做了大量工作，获得较大进展。•（1）开展采区开采地质条件综合评价和预测研究•（2）采区高分辨三维地震勘探的研究与应用取得了突破性进展•（3）探测手段的研究取得显著成效•（4）针对高承压水对煤矿开采的威胁，组织了“六五”攻关课题、“七五”工业性试验和“八五”二期工业性试验（1980～1995）*从目前的现状来看，我国煤炭工业高产高效矿井生产的地质保障系统的技术水准较低、技术手段滞后、研究成果零散，研究成果还多处于定性阶段，还远远承担不起保障系统这一重任。2.研究方向（1）在不同的地质勘探阶段，加强开采地质条件评价的力度（2）完善和推广采区三维地震勘探技术（3）进一步研制适合矿井作业和实时处理的物探仪器，并形成与采煤机组配套的设备（4）建立高产高效矿井（工作面）地质条件预测系统参考书目：•龙荣生，矿井地质学，煤炭工业出版社，1991•王桂梁，龙荣生，徐凤银等，矿井构造预测，煤炭工业出版社，1993•袁崇孚，张子戌，矿井地质制图，煤炭工业出版社，1990•赵明鹏，刘俊杰编著，矿井地质工作方法及其新进展，地质出版社，1996徐州夹河煤矿淮南望峰岗矿(井)