01煤礦地質(zhì)知識

1、第一章 煤礦地質(zhì)知識本章重點(diǎn)及難點(diǎn)分析：1、地質(zhì)作用2、巖石的形成與分類3、年代地層表4、煤的形成條件5、煤的性質(zhì)及工業(yè)分類6、煤層賦存狀態(tài)（厚度、結(jié)構(gòu)、傾角及穩(wěn)定性）7、地質(zhì)構(gòu)造（向斜、背斜、斷層、陷落柱、巖漿浸入）8、煤的自燃、瓦斯和水對礦井開采的影響9、礦井儲量。1地殼的組成與地質(zhì)作用（略）2煤的形成2.1煤的形成和煤系實(shí)踐證明，全球煤礦藏的分布是不均衡的。如早古代的石炭紀(jì)和二疊紀(jì)、中生代的晚三疊世和早侏羅世、新生代的早第三紀(jì)等均有煤炭聚集，而其它地質(zhì)時期則缺少具經(jīng)濟(jì)價值的煤炭層。同一個地質(zhì)時期，有些地區(qū)有煤炭聚集，有的地區(qū)則沒有煤炭聚集；甚至于同一個聚集期內(nèi)，不同聚煤地區(qū)常出現(xiàn)不同的聚

2、煤范圍和不同的煤層厚度。由此可以看出，煤層的形成是受某些條件控制的。這些條件常稱為成煤的控制因素，如古植物、古氣候、古地理及古構(gòu)造等。當(dāng)成煤的控制因素配合良好時，就會出現(xiàn)強(qiáng)盛的聚煤時期；否則，是成煤的衰退時期。成煤條件l 古植物條件植物是成煤的原始物質(zhì)。沒有大量的植物生長，就不可能形成煤炭。植物的大量生長繁殖是在地球形成數(shù)十億年以后，因此煤炭的形成也是近幾億年植物大量繁殖后才開始的，這就是地球上自植物大量發(fā)展以來出現(xiàn)主要聚集期的理由。例如我國三大聚集期(即石炭二疊紀(jì)、三疊侏羅紀(jì)、第三紀(jì)等)分別與孢子植物、裸子植物及被子植物的繁盛時期相適應(yīng)。 植物分為高等植物和低等植物兩大類。地球上的低等植物是

3、沒有根、莖、葉等器官的分化，多生長在水中，是最早出現(xiàn)的生物(如細(xì)菌、藻類)，它們是形成腐泥煤的原始質(zhì)料。高等植物，具有根、莖、葉等器官分化，主要有蕨類植物，裸子植物和被子植物，它們常形成高大喬木，具有粗大的根、莖、葉，是形成腐植煤的原始質(zhì)料。l 古氣候條件植物的大量生長繁殖必須有適宜的氣候條件。所謂適宜的氣候條件主要是指空氣的溫度和濕度。這是因為只有在潮濕和溫暖的條件下，植物才能大量繁殖。其中，溫度既影響植物繁殖的速度，又影響植物遺體的分解速度。如熱帶地區(qū)，植物繁殖的速度很快，為泥炭的生成提供了大量的原始質(zhì)料，但高溫又促使植物遺體快速分解，破壞了泥炭的大量堆積。如果植物遺體在稍有積水的沼澤地帶

4、，且遺體能夠及時地被掩埋起來，避免氧化分解，即可逐漸聚積起來形成泥炭。因此，潮濕和溫暖的氣候是成煤的最有利條件。l 古地理條件古地理因素是指適宜于大面積沼澤化的自然地理環(huán)境。實(shí)踐證明，符合沼澤化的自然地理環(huán)境，主要有濱海的廣闊平原、內(nèi)陸湖泊、廣大河谷的河漫灘、河口三角洲、瀉湖海灣及山間盆地等較廣闊的平坦地帶。由于地殼升降引起的海水進(jìn)退，常常在上述古地形條件下形成大面積的沼澤，我國將含煤巖系劃分為陸相含煤巖系及海陸交替相含煤巖系，這是與上述各地形相吻合的。l 古構(gòu)造因素在地質(zhì)歷史時期中，含煤巖系形成必須具有一定的物質(zhì)來源和一定的沉積場所。這些物質(zhì)均來源于沉積場所周圍隆起區(qū)內(nèi)的碎屑物質(zhì)及生長在沉積

5、場所之內(nèi)的大量植物遺體。形成含煤巖系的沉積場所，主要是分布在各個聚煤期內(nèi)的低洼盆地。這些盆地的形成，大部分屬于構(gòu)造成因的，少部分屬于非構(gòu)造成因的。構(gòu)造成因的盆地，一般統(tǒng)稱為構(gòu)造盆地或構(gòu)造坳陷；屬于非構(gòu)造成因的盆地，主要是地表某些部分遭受侵蝕作用后形成的盆地或坳地，一般稱為侵蝕盆地。無論是構(gòu)造坳陷或非構(gòu)造坳陷，只要在地質(zhì)歷史時期內(nèi)具有適宜的聚煤條件，都可以形成含煤巖系。煤的形成過程煤是由植物遺體經(jīng)過復(fù)雜的生物化學(xué)、物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)變形成的。植物從死亡、遺體堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊旱囊幌盗醒葑冞^程，稱為成煤過程。成煤過程大致可分為兩個階段：一是泥炭和腐泥化作用階段，二是煤化作用階段。其中，第一階段是植物在淺海

6、或沼澤及湖泊中不斷繁殖，其遺體在微生物作用下不斷分解、化合、堆積的過程。當(dāng)已形成的泥炭和腐泥被覆蓋、掩埋時，進(jìn)入煤化作用階段，即第二階段。也就是在以溫度和壓力為主的作用下變成煤的階段。2.2煤質(zhì)（重點(diǎn)介紹）： 煤的化學(xué)組成煤的化學(xué)組成或化學(xué)成份主要是有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)兩大類。有機(jī)質(zhì)是煤的主要成份，包括碳、氫、氧和有機(jī)硫，少量的磷等，是有益成份，是加工利用的對象。無機(jī)質(zhì)絕大多數(shù)是煤中的有害成份，不能利用，主要是無機(jī)質(zhì)礦物和水份。煤質(zhì)煤的炭化程度越高，其中的水份和揮發(fā)份越少，相反，含碳量越高，一般發(fā)熱量也越高。也可以簡單地說，煤的質(zhì)量不同。這就是為什么有的煤100多元1噸，而有的煤近1000元一噸的原

7、因。評價煤質(zhì)的主要因素或主要指標(biāo)：水份、灰分、揮發(fā)分、膠質(zhì)層厚度、發(fā)熱量、硫和磷的含量及含矸率等。u 水分和灰分：煤中的不可燃部分，含量越少煤質(zhì)越好?；曳质侵该和耆紵笏Ｏ碌墓腆w殘渣，灰分超過40%的煤暫不利用。u 揮發(fā)分：指煤與空氣隔絕后，加熱到900左右時所排出的氣體物質(zhì)，主要成份為沼氣、氫及其它化合物。u 固體碳：是除去水份、灰分和揮發(fā)份后的有機(jī)固體可燃物。其含量隨煤的變質(zhì)程度提高而增高。u 膠質(zhì)層厚度：指粉煤與空氣隔絕后加熱到850±20時，煤中的有機(jī)質(zhì)分解、熔融而產(chǎn)生具有粘結(jié)性膠體厚度，單位：mm。焦炭就是由粘結(jié)性好的煤，加熱后由膠質(zhì)層粘結(jié)形成的。u 發(fā)熱量：指質(zhì)量為1

8、kg的煤完全燃燒時放出的熱量，其單位是J/kg，或卡/kg。u 硫和磷：煤中的有害雜質(zhì)。含硫高的煤，煉鋼性脆，質(zhì)量下降。u 含矸率：指礦井采出的原煤中，大于50mm的矸石量占全部煤量的百分?jǐn)?shù)。含矸率的高低將直接影響煤的質(zhì)量和售價。非工業(yè)分類主要選擇含碳量、水分、揮發(fā)分與可燃物的比率和發(fā)熱量為指標(biāo)進(jìn)行劃分煤的種類見表12。3 煤層的賦存情況3.1 煤田、礦區(qū)和井田煤田：同一地質(zhì)時期形成并大致連續(xù)發(fā)育的含煤巖系分布區(qū)。范圍很大，面積可達(dá)數(shù)百到數(shù)千km2。礦區(qū)：統(tǒng)一規(guī)劃和開發(fā)的煤田或其一部分，稱為礦區(qū)。一般情況下，煤田大于礦區(qū)，一個煤田往往由幾個礦區(qū)共同開發(fā)。當(dāng)然也有一個大礦區(qū)開發(fā)幾個煤田的情況。井

9、田：劃分給一個礦井開采的那一部分煤田，稱為井田。井田范圍是指井田沿走向的長度和傾向的水平投影寬度。根據(jù)目前的開采技術(shù)水平，一般小型礦井走向長度不少于1500m，中型礦井走向長度不少于4000m，大型礦井走向長度不少于7000m。3.2 煤的儲量礦井資源儲量是礦井設(shè)計和生產(chǎn)建設(shè)的主要依據(jù)，長期以來，我國用于評價固體礦產(chǎn)資源/儲量類型主要依據(jù)礦產(chǎn)資源的勘探程度。如原有的儲量分類采用A、B、C、D級分類標(biāo)準(zhǔn)，其中，ABC級儲量為平衡表內(nèi)儲量，D級儲量為遠(yuǎn)景儲量。目前，我國對固定礦產(chǎn)資源進(jìn)行了重新分類。表14固定礦產(chǎn)資源/儲量分?jǐn)?shù)表地質(zhì)可靠程度經(jīng)濟(jì)意義查明礦產(chǎn)資源潛在礦產(chǎn)資源探明的控制的推斷的預(yù)測的經(jīng)

10、濟(jì)的可采儲量（111）基礎(chǔ)儲量（111b）預(yù)可采儲量（121）預(yù)可采儲量（122）基礎(chǔ)儲量（121b）基礎(chǔ)儲量（122b）邊際經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲量（2M11）基礎(chǔ)儲量（2M21）基礎(chǔ)儲量（2M22）次邊際經(jīng)濟(jì)的資源量（2S11）資源量（2S21）資源量（2S22）內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)的資源量（331）資源量（332）資源量（333）資源量（334）說明：表中所有編碼（111334）：第1位數(shù)字表示經(jīng)濟(jì)意義：1經(jīng)濟(jì)的，2M邊際經(jīng)濟(jì)的，2S次邊際經(jīng)濟(jì)的，3內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)的；第2位數(shù)字表示可行性評價階段：1可行性研究，2預(yù)可行性研究，3概略研究；第3位數(shù)字表示地質(zhì)可靠程度：1探明的，2控制的，3推斷的，4預(yù)測的，b未扣除設(shè)

11、計、采礦損失的可采儲量。(1)礦井地質(zhì)資源量：是指地質(zhì)勘查報告提供的井田內(nèi)查明的煤炭資源量，即詳查地質(zhì)報告提供的查明煤炭資源的全部。包括控制的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)的資源量332和推斷的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)的資源量333。(2)礦井工業(yè)資源儲量：是指地質(zhì)資源量經(jīng)可行性評價后，其經(jīng)濟(jì)意義在邊際經(jīng)濟(jì)及以上的基礎(chǔ)儲量及推斷的內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)的資源量乘以可信度系數(shù)之和。地質(zhì)資源量中控制的資源量332，經(jīng)分類得出的經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲量122b、邊際經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲量2M22，連同地質(zhì)資源量中推斷的資源量333的大部，歸類為礦井工業(yè)資源儲量。(3)礦井設(shè)計資源/儲量：指礦井工業(yè)資源儲量減去設(shè)計計算的斷層煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建(構(gòu))筑物

12、煤柱等永久煤柱損失量及因法律、社會和環(huán)境保護(hù)等因素影響而不得開采的煤柱煤量后的資源儲量。(4)設(shè)計可采儲量：礦井設(shè)計資源/儲量中減去工業(yè)場地、井筒、井下主要巷道等保護(hù)煤柱煤量后乘以采區(qū)回采率。3.3 煤層的賦存狀況位置(深度)、層數(shù)、厚度、傾角、穩(wěn)定性等Ø 煤層的埋藏深度：大小不一，最大垂深可達(dá)2000m。n 世界主要產(chǎn)煤國平均礦井開采深度：德國 1100m （最大采深1700m）波蘭 700m英國 650m俄羅斯 600m美國、南非、印度、澳大利亞在100250mn 目前，我國的開采深度已達(dá)到1000m以上。我國平均開采深度為 450-500m，u 沈陽彩屯煤礦 1199m（最深的

13、礦井）u 開灤礦區(qū)趙各莊礦 1160mu 山東新汶孫村礦 1055mu 北票冠山 1059mu 河南省平頂山礦區(qū)部分礦井開采深度接近和達(dá)到1000m。 Ø 煤層的層數(shù)：少則一層，多則幾十層。Ø 煤層的厚度：煤層一般呈層狀，但也有雞窩狀、扁豆?fàn)畹取 薄煤層：厚度小于1.3mn 中厚煤層：厚度在1.3m3.5mn 厚煤層：厚度大于3.5m。Ø 煤層的傾角：煤層與水平面之間所夾的最大銳角。n 近水平煤層：58°n 緩斜煤層：825°n 傾斜煤層：2545°n 急傾斜煤層：>45°Ø 煤層的穩(wěn)定性(補(bǔ)充內(nèi)容)：任何

14、煤層的厚度，實(shí)際上都是變化的，有時厚有時薄，甚至尖滅。根據(jù)厚度變化情況可將煤層分為下列四類：n 穩(wěn)定煤層：這種煤層在整修礦井開采范圍內(nèi)厚度均大于最小可采厚度，且厚度變化有一定的規(guī)律性。n 較穩(wěn)定煤層：在礦井開采范圍內(nèi)絕大多數(shù)煤層基本可采，而只有局部煤層不可采。n 不穩(wěn)定煤層：煤層厚度變化很大 ，有薄有厚，甚至尖滅。經(jīng)常出現(xiàn)不可采區(qū)域。n 極不穩(wěn)定煤層：煤層常呈雞窩狀，斷斷續(xù)續(xù)分布，在井田范圍內(nèi)僅局部可采。3.4 地質(zhì)構(gòu)造在地殼運(yùn)動的作用下，煤和巖層改變原始的埋藏狀態(tài)(原始狀態(tài)一般呈水平或近水平且在一定范圍內(nèi)連續(xù)完整)所產(chǎn)生的變形或變位的形跡稱為地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)多種多樣。較為常見的有褶曲

15、、單斜、斷裂、沖蝕、巖溶塌陷和巖漿侵入等。褶皺構(gòu)造 巖層或煤層由于地殼升降或水平方向的擠壓運(yùn)動，被擠成彎彎曲曲但保持巖層的連續(xù)性和完整性的構(gòu)造形態(tài)稱為褶皺。巖層褶皺構(gòu)造中的每一個彎曲為一基本單位稱褶曲，如圖14所示。其中，煤層和巖層向上凸起的部分稱作背斜。向下凹陷的部分稱作向斜。在自然界中，背斜和向斜在位置上往往是彼此相連的。 單斜構(gòu)造 當(dāng)個向斜構(gòu)造或背斜構(gòu)造的范圍較大時，它的一翼又稱為單斜構(gòu)造。所以說，單斜構(gòu)造也是招褶皺構(gòu)造的一部分；增層和煤層在空間的分布狀態(tài)和位置通常用產(chǎn)狀要素描述，如圖15所描述。 (1)走向。煤層或巖層層面與水平面的相交線稱為走向線，走向線的方向稱為走向。走向表示傾斜巖

16、層在平面上的延伸方向。 (2)傾向。在煤層或巖層層面上、與走向線垂直向下的直線稱為傾斜線，傾斜線在水平面上的投影稱為傾向線，傾向線的方向稱傾向，傾向表示傾斜巖層向地下深處延伸的方向。 (3)傾角。煤層或巖層層面與水平面之間所夾的最大銳角，傾角越小，開采越易；傾角越大，開采越難。由于受地質(zhì)構(gòu)造的影響，在任何一個煤田內(nèi)，同一煤層在不同的地點(diǎn)向和傾角都不是固定不變的，只不過變化的大小程度不同。斷裂構(gòu)造巖層受地質(zhì)作用力后遭到破壞，失去了連續(xù)性和完整性的構(gòu)造形態(tài)稱為斷裂構(gòu)造。 斷裂面兩側(cè)的巖層沒有發(fā)生明顯位移的稱為裂隙或節(jié)理。裂隙在煤礦的實(shí)際生產(chǎn)中對鉆眼爆破、回采率、頂板管理、地下水等方面都有直接的影響

17、。當(dāng)斷裂面兩側(cè)的巖層發(fā)生了明顯的位移時，稱之為斷層。其斷層要素如圖I一6所示。 (1)斷層面。巖層發(fā)生斷裂位移時，相對滑動的斷裂面。 (2)斷盤。斷層面兩側(cè)的巖體稱為斷盤，如果斷層面為傾斜時，通常將斷層面以上的斷盤稱為上盤，斷層面以下的斷盤稱為下盤。如果斷層面直立時，就無上、下盤之分； (3)斷距。斷層的兩盤相對位移的距離。斷距可分為垂直斷距(兩盤相對位移垂直距離)和水平斷距(兩盤相對位移水平距離)，如圖17所示。根據(jù)斷層兩盤相對運(yùn)動的方向，斷層可分為以下三種類型。圖18所示。(解釋各種斷層形式)沖他、巖溶塌陷和巖漿侵入(1)沖蝕。出于古河流在泥炭層或含煤地層中流過而形成的煤層厚度發(fā)生變化或形成了無煤帶稱為沖蝕。按沖蝕的時間分為同生沖蝕和后生沖蝕兩種，如圖19所示(2)巖溶塌陷